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新能源汽车概论
这是一篇关于新能源汽车概论的思维导图，直接燃料电池电动车（氢气）：氧气、氢气反应产生的电能传给电动机；优点：结构简单、部件少、轻量化、传递效率高、燃料经济性高。
编辑于2022-09-15 07:46:45 四川省- 相似推荐
- 大纲
《新能源汽车概论》
1、绪论
定义和类型
定义：采用非常规车用燃料作为动力来源，具有新技术、新结构的汽车
类型
纯电动车（BEV）
增程式电动汽车（EREV）
混合动力电动汽车（PEV)
燃料电池电动汽车
其他新能源汽车
发展新能源汽车的必要性
石油短缺
环境污染
气候变暖
发展现状和趋势
美国-特斯拉
日本-丰田和本田
第一类：近距离移动小型车辆-纯电动汽车
第二类：家庭乘用车-混合动力电动汽车
第三类：长途运输的商用-燃料电池电动汽车
法国-雷诺日产联盟
德国
2020年可再生能源占全部能源47%，数量超过100万辆
中国
“三纵三横” 三纵：纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车 三横：电池、电动机、电控
发展战略、趋势
战略
战略定位
以煤为主的能源结构下，煤基能源交通应用的最佳方式
战略目标
实现自主发展
自主创新目标
建立开发体系，掌握核心技术
产业发展目标
建立整车整改、零部件前、后市场体系
市场环境目标
完善电动汽车消费和使用环境
战略途径
实施汽车转型战略
趋势
突破电池技术
电动机多样化发展
超微型
焦点：燃料电池电动汽车
开发新一代能源动力系统
2、新能源汽车类型
纯电动汽车
类型
纯蓄电池作为动力源
装有辅助动力源（超级电容、发电机、太阳能等）
结构原理
电力驱动控制系统
电力驱动主模块
中央控制单元、驱动控制器、电动机（电动和发电）、机械传动装置、车轮等 将电池电能转化为动能；汽车减速时，将动能转化位电能
车载电源模块
向电动机供电、监测电源使用情况、控制充电机充电 电池电源、能量管理系统、充电控制器等
辅助模块
辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台、辅助装置等
底盘
车身
电气设备
驱动系统布置形式
传统驱动模式
电动机-驱动桥组合式驱动模式
电动机-驱动桥整体式驱动模式
轮毂电动机驱动模式
特点
无污染，噪声低
能源效率高，多样化
结构简单，使用、维修方便
动力电源成本高，续驶里程短
关键技术
电池及管理技术
比能量高
比功率大
使用寿命长
成本低
电动机及控制技术
大功率
高转速
高效率
小型化
整车控制技术
驱动系统高速CAN总线
车身系统低速总线
整车轻量化技术
实际使用情况分析
结构优化、集成优化、模块优化
轻质材料
研究车身承载结构件
车型实例
特斯拉
蔚来
小鹏
增程式电动汽车
定义
以电能为主要驱动能源，发动机为辅助动力源，其能量传递路线为两种动力系统，但只有一种驱动模式，即电机驱动
原理
将燃油的化学能转化为三相交流电，发电机驱动控制器将交流电转化为直流电，分配到牵引力驱动装置
工作模式
纯电动模式
增程模式（发动机为动力传输源）
功率较大时，将电能传递驱动力控制装置(不经过电池管理系统)，驱动电动机运转 增程模式下，增程模块提供的电能剩余，为蓄电池充电，平衡系统充电和放电作用，稳定系统电压 停车时，通过充电外接装置充电
增程器的分类
按布置位置分类
挂车式
插拨式
车载式
按组成结构分类
大容量蓄电池增程器
燃料电池增程器（研发阶段）
发动机/发电机组增程器（较为广泛）
特点
对石油依赖减小
电池电量不足时，车辆性能和电池组的安全性较高
续航相对较长，供电压力较小
零排放、低噪声
提高燃油效率
要求
增程器要稳定可靠
控制和优化控制器
车型实例
理想
问界
岚图
混合动力电动汽车
定义
狭义
同时装备热动力源（汽油或柴油）与电动力源（电池与电动机）的汽车
广义
具有两种不同驱动装置的汽车
委员会
从两种及以上的能量存储器、能源或能源转换器中获取驱动能量的汽车
分类
动力系统结构
串联式混合动力（SHEV）
并联式混合动力（PHEV）
混联式混合动力（PSHEV）
混合程度划分
微混合型混合动力
发动机为主要动力源，发/电功率比为功率比≤5%
轻度混合型混合动力
发动机为主要动力源，电动机为辅助动力，功率比5%-15%
中度混合型混合动力
两者都为主要动力源，功率比为15%-40%
重度混合型混合动力
电动机可以独立驱动，功率比≥40%
外接充电能力
可外接
不可外接
车辆用途
电动乘用车
电动客车
混合动力火车
行驶模式的选择方式
手动选择功能
热机模式
纯电动模式
混合动力模式
无手动选择功能
可再充电能量储存系统
动力蓄电池式
超级电容器式
机电飞轮式
动力蓄电池式和超级电容器组合式
混合动力电动汽车结构原理
串联式混合动力汽车
发动机、电动机、发电机、蓄电池等部分组成，只能电力驱动 发动机只充电，其电能通过电动机控制器输送到电动机驱动汽车行驶 发电机的部分电能向蓄电池充电 优点：稳定、高效、低污染、结构简单、易于控制 缺点：外形较大、能量损失较大（适用于大型客车）
并联式混合动力汽车
发动机、电动机独立驱动系统 发动机功率＞所需动力，电动机给蓄电池充电 驱动方式 驱动力合成模式 转矩合成式 转速合成式
混联式混合动力汽车
发动机功率一部分给驱动桥，一部分给发电机发电 低速时，驱动系统以串联式工作 高速稳定时，驱动系统以并联式工作
特点
较之纯电动车优点
重量较轻
可到达内燃机的动力性、续驶水平
借助辅助电器，舒适性较高
较之内燃机汽车优点
发动机变工况下，运行较好
降低能量消耗和排污
关键技术
驱动电动机及控制技术
能量密度高、体积小、质量轻、效率高（交流感应/永磁同步电机）
动力电池及其管理系统
整车能量管理控制系统
整车功率控制、工作模式切换
动力传动系统匹配
能量再生制动回收系统
先进车辆控制技术在混合动力汽车上的运用
车型实例
比亚迪
雷克萨斯
沃尔沃S60L
大众XL1、高尔夫GTE
燃料电池电动汽车
类型
燃料特点来分
直接燃料电池电动车（氢气）
氧气、氢气反应产生的电能传给电动机
优点：结构简单、部件少、轻量化、传递效率高、燃料经济性高
缺点：电池功率大，成本高，不能进行制动能量回收
重整燃料电池电动车（石油、天然气、甲醇、甲烷、液化石油气等）
燃料氢的存储方式
压缩氢燃料电池电动车
液氢燃料电池电动车
合金吸附氢燃料电池电动车
“多电源”配置不同
纯燃料驱动（PFC）式
燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）式
燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）式
燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）式
结构
燃料电池发动机（以氢气为例）
氢气供应、管理和回收系统
氧气供应和管理系统
水循环系统
电力管理系统
辅助动力源
蓄电池
飞轮存储器
超大容量电容器
DC/DC转换器
调节输出电压
调节能量分配
稳定直流母线电压
驱动电动机
动力电控系统
燃料电池发动机管理系统（FEC-ECU）
控制功率输出，检测工作状态
蓄电池管理系统（BMS）
电池电压、温度、检测，SOC估算等
动力控制系统（PCU）
整车控制系统（VMS）
多能源控制策略，接受驾驶人信息需求，进行能量分配调节控制
特点
优点
效率高
续驶里程长
绿色环保
过载能力强
低噪声
设计方便灵活
缺点
制造、使用成本高
设备复杂、质量体积较大
启动时间长、抗震能力弱
关键技术
燃料电池系统
车载储氢系统
整车热管理
参数选择与优化设计
多能源动力系统能量管理策略
车型实例
荣威950
丰田
奔驰B级F-Cell
现代途胜ix
其他新能源汽车
天然气汽车
压缩天然气（CNGV）20.7-24.8Mpa
液化天然气（LNGV)温度为-162°
液化石油汽车（LPGV)
生物燃料汽车
甲醇燃料汽车
乙醇燃料汽车
氢燃料汽车
太阳能汽车（目前转换效率低）
3、电动汽车用动力电池
概述
电池的类型
化学电池
原电池（一次电池）
蓄电池（二次电池）
燃料电池（连续电池）
储备电池
物理电池
太阳电池
飞轮电池
超级电容器等
生物电池
生物酶电池
微电池
生物太阳电池
性能指标
电压
端电压
开路电压
额定电压
充电终止电压
放电终止电压
容量
单位A·h(安培·小时)
比容量（单位体积或者质量与容量的比值）
理论容量
额定容量
实际容量
标称容量
内阻
放电态内电阻比充电态内电阻大，且不稳定
能量
单位W·h、kW·h
理论能量（容量与额定电压的乘积）
比能量（单位质量输出的能量）
实际能量
能量密度（单位体积输出的能量）
功率（加速能力、爬坡性能）
功率密度
比功率
输出效率
容量效率（输出容量与充电容量之比）
能量效率
自放电率（自身放电能量损失的速度）
放电倍率
使用寿命
使用周期
使用期限
要求
比能量高
比功率大
循环寿命长
均匀一致性好
高低温性能好
安全性好
价格低廉
绿色、环保
蓄电池
铅酸蓄电池
分类
免维护铅酸蓄电池
电解液消耗量小
耐震、耐高温、体积小、自放电小
阀控式铅酸蓄电池
密封结构
AGM（吸液式）电池
GEL（胶体）电池
结构
正/负极板
隔板
电解液
溢器阀
壳体等
工作原理
充电PbSO₄+2H₂O+PbSO₄=PbO₂+2H₂SO₄+Pb
放电PbO₂+2H₂SO₄+Pb=PbSO₄+2H₂O+PbSO₄
特点
优点
除蓄电池，电压最高（2.0V）
价格低廉
改造性强
高低温性能好
效率高（60%）
易于冲浮使用，无记忆效应
易于识别充电状态
缺点
比能量低，体积、质量大，行驶历程短
寿命短，成本高
充电时间长
污染环境
镍氢电池（汽车领域主流）
分类
方形
圆形
结构
极板
电解液
隔板等
工作原理
充电
Ni(OH) 2 +OH - →NiOOH+H 2 O+e -
放电
MH+NiOOH→M+Ni(OH) 2
特点
比功率高
循环次数多
无污染
耐过敏效应
无记忆效应
温度范围宽
安全可靠
镍铬电池
锂离子电池（发展目标）
分类
外形
圆形
方形
电解质材料
液态锂离子电池
聚合物锂离子电池
正极材料
锰酸锂离子电池
磷酸铁锂离子电池
镍钴锂离子电池
镍钴锰锂离子电池
结构
工作原理（涉及锂离子，不涉及金属锂的充放电）
正极
充电：LiFePO4 → Li 1-x FePO 4 + xLi + + xe - 放电：Li1-x FePO 4 + xLi + + xe - →LiFePO 4
负极
充电：xLi+ + xe - + 6C →Li x C 6 放电：Lix C 6 → xLi + + xe - + 6C
特点
优点
工作电压高
比能量高
循环寿命长
自放电率低
无记忆性
无污染
可塑性高
缺点
成本高
必须要有保护电路
锌镍电池
结构（类似）
原理
充电
放电
正极：2NiOOH+2H2O+2eˉ——2Ni(OH)2+2OHˉ
负极：Zn+2OHˉ——Zn(OH)2+2eˉ
特点
优点
比能量高
比功率高（仅次于锂电池）
工作电压高
工作温度宽
无记忆效应
环境污染小
价格低
缺点
寿命短（充放电，会产生其他化学方程式）
空气电池
锌空气电池
铝空气电池
充电方法
常规充电
恒流充电：
分段电流充电
恒压充电
恒压限流
快速充电（使化学反应加快）
方法
改进蓄电池结构
改进充电方法
种类
脉冲式充电
变间歇充电
变电压充电
性能测试
充放电性能测试
容量测试
寿命测试
电池内阻、内压测试
高低温环境性能测试
自放电及存储性能测试
安全性能测试
燃料电池
分类
运行机理
酸性燃料电池
碱性燃料电池
电解质
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
碱性燃料电池（AFC）
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
再生型燃料电池（RFC）等
使用类型
直接型燃料电池
间接行燃料电池
再生型燃料电池
电池种类
氢燃料电池
甲醇燃料电池
乙醇燃料电池等
温度
低温型（小于200℃）
中温型（200-750℃）
高温型（750℃-1000℃）
超高温型（1000℃以上）
要求
比能量不低于150-200W·h/kg，比功率不低于300-400W/kg
可在-20℃下工作
结构件强度、可靠性高
无污染，动力性接近内燃机水平
辅助装备体积、质量小
燃料充添方便
辅助电源满足启动、储存要求
特点
优点
节能、转换率高
零污染
无震动、噪声
结构简单、运行平稳
缺点
燃料种类单一
高质量密封
价格高
配备辅助电池系统
燃料电池系统
燃料供应系统
储氢（P115）
高压储氢
液态储氢
储氢材料储氢
重整制氢
蒸汽重整
部分样化重整
自动供热重整
等离子重整
氧化剂系统
发电系统
水管理系统
热管理系统
电力系统
控制系统
安全系统
质子交换膜燃料电池（第三代动力系统）
结构
质子交换膜
电催化剂（铂系、非铂系）
电极
膜电极
集流板、流场
工作原理
正极：O2 +4e - +4H + +=2H 2 O
负极：2H2 -4e - =4H +
特点
优点
转换效率高
零排放
噪声低、可靠性高
维护方便
发动效率平稳
氢来源广泛
技术成熟
缺点
成本高
对氢纯度高
太阳能电池
分类
材料
硅系列电池
化合物系列电池
结构
同质结构电池
异质结构电池
光学电池等
特点
技术成熟，转换效率高
成本低廉
应用
作为驱动力
汽车辅助设备电源（太阳能天窗）
超级电容器
分类
储能原理
双层电容器
法拉第准电容器
双电层与准电容混合型电容器
结构形式
对称型
非对称型
电极材料
网络结构碳
贵金属
有机物
电解液
水溶液态系
有机体系
固体物
特点
优点
功率密度高
循环寿命长
充电速度快
工作温度范围宽
简单方便
绿色环保
缺点
线性放电
低能量密度
低电压
高自放电
飞轮电池（混合能量推动车型）
结构：飞轮、电动机、发电机、输入/输出电子装置 原理：输入/输出装置与外部电气系统相连，外部系统传输的能量经由电动机提升飞轮的转速将电能转为机械能储存
4、电动汽车电动机驱动系统
概述
组成
电动机
功率转换器
控制器
传感器
电源
类型
直流电动机
无刷直流电动机
异步电动机
永磁同步电动机
开关磁阻电动机等
额定指标
额定功率
额定电压
额定频率
额定转速
特点
适应性强
高效率
能量利用率高
可靠性好
体积小、质量轻
结构简单，坚忍
噪声小、低污染
趋势
电动机功率提高，永磁电动机应用范围扩大
工作转速提高，高效区扩宽
系统集成化、数字化、一体化增强
系统混合度、电功率比增加
直流电动机
分类
励磁式（大功率）
他励
励磁绕组与电枢绕组无关，由其他直流电源供电
并励
励磁绕组与电枢绕组并联，共有一个电源。（匝数多，内阻大）
串励
励磁绕组与电枢绕组串联，再接电源
复励
有并励、串励两个电磁绕组，磁通由两个励磁电流产生。
永磁式（小功率）
结构
定子
主磁极
建立磁场
机座
主磁路的一部分，也是结构框架
换向极
改善电动机换向情况
电刷等
电枢电路的引入或引出
转子
电枢铁芯
电枢绕组
换向器等
特点
调速性能好
启动力矩大
控制简单
有易损件
工作原理（P1450
转速控制
电枢调压控制（只适合基速以下的转速控制）
磁场控制
电枢回路串电阻控制
无刷直流电动机
电子换向装置代替有刷机械装置，本质是自控同步电机，转子跟定子旋转作磁场运动
分类
直流电动机特性
发动势波形、供电电流波形都是矩形波
交流电动机特性
发动势波形、供电电流波形都是正弦波
结构
电动机本体
定子
转子
电子换向器
控制定子各绕组通电时间、顺序
位置传感器
检测转子磁极位置
特点
外特性好
效率高
过载能力强
再生制动效果好
体积小、质量轻、比功率大
可靠性高
控制系统简单
原理（P149）
控制
有位置传感器控制
无传感器控制(应用较广)
异步电动机
气隙旋转磁场与转子绕组感应电流作用产生磁转矩
分类
转子结构
笼型异步
绕线型
定子组数
单相
两相
三相
结构
定子
定子铁心
定子绕组
基座
转子
转子绕组
转子铁心
转轴
气隙
定子与转子之间的间隙，功率越大，转速越高，间隙长度越长
工作原理（P152）
转子转速与定子旋转磁场的同步转速存在转速差，大小决定转子电动势、频率大小
运行特性
工作特性
机械特性
自然机械特性
人为机械特性
控制
矢量控制
转子磁场定场矢量控制
转差率矢量控制
气隙磁场定向矢量控制
定子磁场矢量控制
直接转矩控制
永磁同步电动机
结构
定子
转子
永磁体
铁心
转轴
特点
优点
结构简单、运行可靠
较硬的机械特性
调速范围宽
铜耗小，效率高
体积小、质量轻
结构多样化，应用广
缺点
电动机铜耗大
磁钢价格高
子主题
运行特性
机械特性
工作特性
控制
恒压频比开环控制
弱磁控制
直接转矩控制
智能控制
开关磁阻电动机
结构
双凸及定子
双凸及转子
运行特性
恒转矩区（一般情况下）
恒功率区（一般情况下）
串励特性区
控制
角度位置控制（APC）
电流斩波控制（CCC）
电流上、下限限制
限制电流上限值和恒定关短时间控制
电压控制（VC）
轮毂电动机（最终驱动形式）
结构形式
内转子（高速）
外转子（低速）
电动机分类
永磁
感应
开关磁阻
驱动方式
直接驱动
减速驱动
关键技术
轮毂电动机系统设计
功率密度性能
抗振性
散热、强制冷却
寿命
5、电动汽车能量管理与回收（EMS）系统
电池管理系统（BMS）
功能
实时采集运行状态参数
确定电池SOC
故障诊断、报警
电池组热平衡管理
一致性补偿
监测模块和中央处理单元的通信
纯电动汽车能量管理系统
组成
电池输入控制器
车辆运行参数
车辆操纵状态
能量管理系统
电池输出控制器
电动机发电机控制系统
电池充电状态指示器
电池管理系统
硬件系统
软件系统
中央处理单元管理部分
各ECU的测量与控制部分
整个系统通信部分
电路组成
微处理器
CAN控制器
CAN总线驱动器
高速光电耦合器
混合动力电动汽车能量管理系统
能量管理策略
串联式
恒温器策略
功率跟踪式策略
基本规则型策略
并联式
静态逻辑门限策略
瞬时优化能量管理策略
全局最优能量管理策略
模糊能量管理策略
混联式
发动机恒定工作点策略
发动机最优工作曲线策略
工作模式
串联式
纯电动模式
纯发动机模式
混合模式
发动机牵引和蓄电池充电模式
再生制动模式
蓄电池组充电模式
混合式蓄电池充电模式
并联式
纯电动模式
纯发动机模式
混合驱动模式
行车充电模式
再生制动模式
怠速/停车模式
发展方向
降低成本，简化电路，准确测量相关参数
电池模块安全预警技术
高级配套跟踪系统
通用性动力传动装置、控制器及能量管理系统
电动汽车再生制动能量回收系统
原理
汽车减速制动（下坡）时，将部分动能转化为电能存储在储能器中，如果储能器已充满，再生制动不能实现
能量回收方法（比较P194）和类型
方法
飞轮储能
液压储能
电化学储能
类型
电能式
动能式
液压式
系统代表
Eco-Vehicle制动控制系统
本田EV Plus制动控制系统
丰田锐普斯制动控制系统
再生-液压混合制动系统
6、电动汽车充电技术
概述
充电设备要求
安全性
使用方便
成本经济
效率高
对供电电源污染小
类型
非车载充电机
车载充电机
交流充电桩
桩体
电器模块
计量模块
直流充电桩
交直流充电桩
方法
恒流充电
涓流充电
最小电流充电
标准充电
高速率（快速）充电
恒压充电
恒流限压充电
方式
常规充电
优点
技术成熟、使用方便、易推广普及、配置简单等很多
缺点
充电时间长、续驶里程有限
快速充电
更换电池充电
无线移动充电
感应式
谐振式
微波无线电能传输
移动式充电
发展趋势
充电通用化
智能充电控制
与新能源放电配合
系统储能、智能电网的组成部分
车载充电机（慢充）
组成
交流输入端口
车载充电机与地面供电设备的连接装置
功率单元
将电网交流电转化蓄电池高压直流电
控制单元
原边检测、保护模块、过电流检测等
低压辅助单元
为电力电子器件提供低压供电，实现系统与外界的联系
直流输出端口等
技术参数
充电接口
7个接口，2-3-2的布局
充电过程
非车载充电机（快充）
组成
充电机主体
充电终端
技术参数
充电接口
10个接口，4-2-3的布局
充电过程
光伏充电站（理想）
离网运行
并网运行（运用较多）
光伏电池阵列
吸收太阳能，发出直流电
储能电池组
能量储存和调节
多组DC/DC变流模块
前两部件的变流模块
交流电源
中央控制器等
7、新材料和新技术的运用
镁合金
类型和特性
类型
铸造镁合金
变形镁合金
特性
密度小、比强度高、弹性模量大、消振性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、耐有机物和碱的腐蚀性好
使用广度：镁铝合金＞镁锰合金＞镁锌锆合金
成型工艺
变形
铸造
压力铸造（主流）
低压铸造
挤压铸造
半固态铸造
触变注射车型等
碳钎维
定义和分类
定义
纤维状复合材料，含碳量≥90%，强度比钢大，密度比铝小
分类
材料
聚丙烯腈系碳钎维
沥青系碳钎维
性能
通用型
高性能型
状态
长丝
短碳
且碳
特性
力学
抗拉强度3500MPa以上，钢的7-9倍，抗拉弹性模量23000-43000MPa，高于钢
拉伸破坏前没有明显的塑性变形，与玻璃类似，断裂伸长率比玻璃纤维小
物理
导热系数高，随温度升高有减小、收缩的趋势
密度取决于原材料的性质及热处理条件
具有自润滑性、摩擦系数低、导电性好等
化学
与碳相似，温度高于400℃易氧化，仍具有承载能力
酸碱的腐蚀很小、耐油、抗辐射等
应用
车身、底盘
制动摩擦片（不广泛）
座椅、加热垫
燃料罐（轻量化例子表P230）
表面装饰技术
定义与分类
定义
在注塑成形的塑料器件表面印上图案
分类
热烫技术
膜内转印技术
嵌片注塑技术
模内贴片技术
现代控制技术
分类
智能控制技术
人工智能和自动控制的结合
现代控制技术
概率论、随机过程、矩阵方法等用于复杂的动态系统
经典控制技术
方法与技术主要有微分方程、傅里叶变换等，用于线性或定常系统
应用较多
PDI控制
最优控制
自适应控制
滑模变控制
模糊控制
神经网络控制等
控制系统分类
发动机控制系统
底盘控制系统
车身控制系统
汽车信息系统
导航系统
娱乐系统
仿真技术
作用
提高开发质量
缩短开发周期
较低开发费用
仿真器
ADVISOR
车载网络技术
CAN总线
LIN总线
Flexray总线
Most总线
汽车线控转向系统SBW
结构
转向盘系统
转向执行系统
电子控制单元
电源系统
特点
取消转向盘与转向车轮的联系，取消其干涉和约束
软件控制，整体性、稳定性高
经济性、环境效益高
提供“电子停车，驾驶”的实际条件
硬件功能要求和所需模块
要求
良好的操纵性
合适的转向力和路感
电子系统的灵敏响应性和可靠性
模块
主控制器模块
操纵模块
转向执行模块及系统反馈模块
冗余系统
汽车线控制动系统（BBW）
分类
电控液压制动
电控机械制动