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1、电动汽车工作原理框图,原理简介,电池通过控制系统向电动机供电，在电动机中电能转化为机械能动力并传给传动系，最后传给驱动车轮，力图使驱动车轮转动，并通过与地面间的相互作用产生使汽车行驶的牵引力。由驾驶员操纵的加速踏板带有传感器(电位计式或差动变压器式位置传感器)，将加速踏板的位置便成电信号送入控制器，控制汽车的行驶速度。由驾驶员操纵的制动踏板也带有传感器，当汽车减速或制动时，制动踏板位置传感器将信号传给主控制器，主控器识别信号和汽车行驶状态后，发出指令，使汽车进入减速滑行、减速再生制动、再生和机械联合制动或机械制动等状态。,电池与充电技术,电动汽车的成败关键仍然是电池。动力电池是电动汽车的动力源
2、，电池的选择将直接关系到整车的性能。电动汽车动力电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等，现代电动汽车对车用电池的要求如下:(l)高能量密度(Wh/kg)及功率密度(W/kg)(2)长的循环寿命;(3)充电方便、迅速;(4)低的制造成本;(5)低的内阻及自放电率;(6)不污染环境;(7)能在较宽的环境温度范围内工作;(8)少维护或免维护;(9)使用安全;(10)适应大批量生产的要求。目前在动力源的功率密度和能量密度上，动力电池还远远落后于燃油汽车中对应的内燃机，这是制约电动汽车研究的首要技术难题，也是电动汽车市场化的关键所在。应指出，当前可用的充电电池中尚没有一种可以完全满足电动汽车在能
3、源技术上的需求。,电池分类简介,铅蓄电池。铅酸蓄电池广泛用作内燃机汽车的起动动力源，它也是成熟的电动汽车蓄电池。它可靠性好、原材料易得、价格便宜，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点:一是比能量低，另一个是使用寿命短，这限制了它在电动汽车中的应用前景。镍镉蓄电池。可快速充电，使用寿命是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次，但价格为铅酸蓄电池的4一5倍。它的初期购置成本虽高，但由于其在比能量和使用寿命方而的优势，因此其实际使用成本并不比铅酸蓄电池高多少。使用镍镉电池注意的问题是，重金属锅造成环境污染。镍氢蓄电池。它和镍镉蓄电池一样也属于碱性电池，其特性和镍福电池相似。不过镍
4、氢蓄电池不含铜、铅，不存在重金属污染问题。由于价格较高目前尚未大批量生产。,电池分类,钠硫蓄电池。钠硫蓄电池也是近期普遍看好的电动汽车蓄电池，钠硫蓄电池主要存在高温腐蚀严重，电池寿命较短，性能稳定性及使用安全性不太理想等问题。锂电池。它的最大优点是比能量高，它种类繁多，常见的有锂离子电池、高温锂熔盐电池、锂聚合物电池和锂聚合物团体电解质电池等。它的比能量的理论值为570wh/kg，目前达到的比能量为100wh/kg，比功率200W/kg，循环使用寿命为1200次，充电时间2一4小时。锌空气电池。它的潜在比能量在2000wh/kg左右。但锌空气电池目前尚存在寿命短、比功率小，不能输出大电流及难以
5、充电等缺点。飞轮电池。飞轮以一定角速度旋转时就具有一定的动能，飞轮电池正是以其动能转换成电能的。它有一个电机，充电时为电机，电机带动飞轮加速(储能)放电时为发电机对外输出电能。飞轮电池的比能量可达150wh/kg，比功率达5000-10000W/kg,使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。,电池分类,电动机与控制技术,电动机是电动汽车的动力来源，其重要性仅次于电池。它将电能转变为机械能，通过传动系统将运动传递到车轮，克服空气阻力、滚动摩擦阻力和加速阻力而前进。其中电动机的控制技术决定了电机的实际运行和整车的运行性能。,电机控制器现状,目前，从国外引进的电动汽车电机控制器存在以下几个
6、特点:(1)采用的核心控制芯片落后，例如太阳电公司采TMS320LF240，没有采用TMS320LF2407和TMS320LF2812等最新的控制芯片，使得某些更优化的算法无法实现;(2)控制器价格昂贵，22kw的驱动系统(电机、减速器、电机控制器)需要数万元一套，限制了我国电动汽车的产业化;(3)对我国的用户不提供源程序，缺乏自主知识产权，不能很好地与汽车进行匹配。国内电动汽车研究情况如下:(1)装车用的电机控制器大多采用国外的成品，不拥有自主知识产权;(2)电机控制器的研究与汽车研究分离，整车匹配效果不好;(3)针对电动汽车的电机控制理论研究不深入，产品性能不完善，未形成一只成熟的研发队伍
7、。因此，我国当前应该注重电动汽车科研队伍的建设，提高自主研发能力，形成具有自主知识产权的产品。,电源管理与控制技术,由于电池系统的复杂性必须进行各种管理调度:包括充放电控制与管理;容量检测;电池组管理(电池组电压电流检测、容量平衡、电池系统故障定位等);再生制动能量的回收控制和再分配等。显然，高水平的能量利用，就必须实时地监测电池系统内以及主电源与辅助电源之间的能量转移，能够平滑瞬间电流冲击，自主检测与显示各电源系统的剩余电量、门限预警(充放电电压与电流、充放电终止条件、剩余容量告警等)、驾驶剩余里程显示等。应指出，在这些方面的开发研究起始时间还很短.,电源管理与控制技术,电池管理系统（BAT
8、TERY MANAGEMENT SYSTEM），是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统（BMS）主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。,电池管理系统的功能,综合国内外的研究工作、目前所涉及的电动汽车共BMS通常包含以 下功能组成部分:数据采集、剩余容量(SOC)的估算、电气控制(充放电控制、均衡充电)、热管理、安全管理和数据通信。(l)数据采集 在BMS中，采集到的数据
9、是对电池做出合理有效管理和控制的基础。因此，数据的精度、采样频率和数据过滤非常重要。锂离子电池的安全性要求高，对电压敏感，所以必须采集每个单体电池的电压监测到每个电池的温度。(2)SOC的估算 电池剩余电量的确定时BMS中的重点和难点。由于电动汽车电池在使用过程中表现的高度非线性，使准确估计SOC具有很大难度。传统的SOC基本估算方法有开路电压法、内阻法和安时法等。今年来又相继研发出许多对电池SOC的新型算法，例如模糊逻辑算法模型、自适应神经模糊推断模型、卡尔曼滤波估计模型算法以及新出现的线性模型法和阻抗光谱法等。实际应用中，安时法是目前最常用的方法，且和其他方法组合使用，如安时一内阻法、安时
10、一Peukert方程法等。,电池管理系统的功能,(3)电气控制 德国的JossenA等研究人员认为电气控制需要实现的功能有:控制充电过程，包括均衡充电，根据SOC、电池健康状态(SOH)和温度来限定放电电流。电气控制中需要结合所使用的电池技术和电池类型来设定一个控制充电和放电的算法逻辑，以此作为充放电控制标准。(4)安全管理和控制 电池自身的安全问题，尤其是锂离子电池在过充电时会着火甚至爆炸，因电池使用的安全问题是国内外各大汽车公司和科研机构当前所面临和必须解决的难题，它直接影响电动汽车是否能够普及应用。(5)热管理 电池在不同的温度下会有不同的工作性能，如铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池的最佳
11、工作温度为25一40。温度的变化会使电池的Soc、开路电压、内阻和可用能量发生变化，甚至会影响到电池的使用寿命。,电池管理系统的功能,(6)数据通信 数据通信是BMS的重要组成部分之一。在BMS中，目前数据通信方式主要采用CAN总线与整车管理系统进行通讯。（7）自检报警 自动检测电池功能是否正常，及时对电池有效性进行判断，若发现系统中有电池失效或是将要失效或是与其它电池不一致性增大时，则通知管理系统发出示警信号。（8）上位机管理系统 电池管理系统设计了相应的上位机机管理系统，可以通过串口读取实时数据，可实现BMS数据的监控、数据转储和电池性能分析等功能，数据可灵活接口监视器、充电机、警报器、变
12、频器、功率开关、继电器开关等，并可与这些设备联动运行。,汽车轻量化技术,汽车轻量化技术是汽车节能的重要手段，试验表明:汽车质量每下降10%，能源消耗约下降3%一5%。目前，国内汽车轻量化材料正在加速发展，车用高性能钢板、镁合金己车上有所应用。如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。上世纪80年重庆汽车研究所就开展了双相钢研究;一汽轿车、奇瑞汽车公司也在轿车上进行了高强度钢板的初步应用试验。,电动汽车轻量化,整车轻量化始终是汽车技术重要的研究内容。纯电动汽车由于布置了电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。电动汽车目前能使用的动力电池系统通常占整车总质量的30%40%。这就决定电动汽车在
13、与传统汽车同等单位能耗下，不能像传统汽车那样靠一次补充能量实现长距离行驶。因此，电动汽车必须在电气化的同时采取比传统意义上的轻量化技术更先进的方法和措施。,电动汽车轻量化,在电池技术还没有大突破的前提下，开展全复合材料轻量化车身的研究，在某种意义上讲，能起到事半功倍的效果。在钢制材料基础上采用的所有产品、工艺技术手段和措施，最多能减轻质量10%12%，不能满足电动汽车减重的需要。相对传统汽车的轻量化，电动汽车整车的轻量化重点应放在轻量化材料的应用上。采用复合材料为车身材料和以轻质金属或碳纤维为车体，并辅以相应的结构设计、制造技术为核心的轻量化技术，目前是现实的选择。,汽车轻量化技术存在的问题,
14、轻量化技术涉及众多学科的研究领域，需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系，而在目前的研发体系下，各研发机构往往只注重单个技术的研发，很少开展各技术间的交叉与融合。产、学、研结合不够紧密，没有明确定位、合理分工，基础研究和技术开发研究的有机衔接不够，企业规模小而分散，轻量化技术开发能力薄弱，研发人才短缺，工艺水平落后。,综述,众多的电动汽车研发的关键技术中，首推动力电池及其管理的关键技术，因为这涉及电动汽车的续驶里程、加速、爬坡等动态运行行能，以及能量的高转换效率等，而在实现这些关键的技术性能指标时，动力电池管理系统的重要性必然凸现，正如美国爱达华国家实验室的布尔克这样写道:“只有
15、在研究开发出能够精确测量电池温度和寿命变化及其影响的方法之后，才能将任何蓄电池放心地用于电动汽车上。到目前为止，所测试过的电池管理系统都不能精确地测量电池的充电与放电情况，不能控制电池的循环寿命。近几年来，(尽管)电动汽车电池能量管理系统的研究取得了相当大的进展，但是这些系统都不够可靠。”,情况,目前几乎在全世界达成共识，混合动力将是传统燃料汽车向新能源汽车过渡的最佳方式。现在所有的汽车企业以及科研机构都将精力投入到这个方向，王传福则希望自己的“杀手锏”纯电动车能够迅速帮助比亚迪崛起，实现自己近乎疯狂的梦想。比亚迪的铁电池是磷酸铁锂电池，可能是出于宣传上的需要，简称为铁电池，而实际上还是一种锂电池。,
