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1、项目一项目一新能源汽车的基本概念与发展新能源汽车的基本概念与发展u学习目标学习目标u了解了解新能源汽车的定义与分类；新能源汽车的定义与分类；u了解了解发展新能源汽车的重要意义发展新能源汽车的重要意义。u学习任务描述学习任务描述u新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重新能源汽车，是进入二十一世纪以来，汽车技术发展的重要方向。那么，为什么要推广新能源汽车？新能源汽车指的要方向。那么，为什么要推广新能源汽车？新能源汽车指的是什么？哪些又能够被称为汽车新能源？新能源汽车有哪些是什么？哪些又能够被称为汽车新能源？新能源汽车有哪些类型？类型？学习任务学习任务u1.了解新能源汽车的定义与分类了解
2、新能源汽车的定义与分类u2.了解新能源汽车的发展了解新能源汽车的发展u3.新能源汽车动力电池新能源汽车动力电池u4.电机的基础知识电机的基础知识学习任务学习任务u1.了解新能源汽车的定义与分类了解新能源汽车的定义与分类u2.了解新能源汽车的发展了解新能源汽车的发展u3.新能源汽车动力电池新能源汽车动力电池u4.电机的基础知识电机的基础知识引导问题引导问题1：什么是新能源汽车？什么是新能源汽车？采用非常规的车用燃料作为动力来源采用非常规的车用燃料作为动力来源或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置代表车型代表车型1丰田普锐斯丰田普锐斯代表车型代表车型2
3、雷克萨斯雷克萨斯RX450h引导问题引导问题1：什么是新能源汽车？什么是新能源汽车？新能源汽车新能源汽车是指采用是指采用非常规的车用燃料非常规的车用燃料作为动力来源（或使作为动力来源（或使用常规的车用燃料，采用用常规的车用燃料，采用新型车载动力装置新型车载动力装置），综合车辆的），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。有新技术、新结构的汽车。新能源汽车的发展旨在通过技术创新，新能源汽车的发展旨在通过技术创新，重点在能源消耗、环重点在能源消耗、环境污染等方面，改善汽车相关性能。境污染等方面，改善汽
4、车相关性能。因此其在排放与能源消因此其在排放与能源消耗方面，较传统内燃机汽车具有更大的优势。耗方面，较传统内燃机汽车具有更大的优势。什么是新能源汽车？（视频）什么是新能源汽车？（视频）新能源汽车十大战将（视频）新能源汽车十大战将（视频）引导问题引导问题2：为什么要发展新能源汽车？为什么要发展新能源汽车？截止截止2011年年11月国家统计局数据，中国汽车保有量达月国家统计局数据，中国汽车保有量达1.04亿亿辆，全球汽车保有量同期已突破辆，全球汽车保有量同期已突破10亿辆。亿辆。据中汽协相关数据显示，据中汽协相关数据显示，2013年中国汽车市场总需求量约为年中国汽车市场总需求量约为2080万辆，并
5、呈上升趋势，并且随着经济与社会的发展，汽万辆，并呈上升趋势，并且随着经济与社会的发展，汽车的销量也一直呈上升趋势。车的销量也一直呈上升趋势。汽车发展给人类生活带来便利的同时，也带来了汽车发展给人类生活带来便利的同时，也带来了环境污染环境污染与与能源短缺能源短缺等问题。等问题。环境问题环境问题中国, 13.0%美国, 24.6%俄罗斯, 6.4%日本, 5.1%印度, 4.1%德国, 3.9%英国, 2.5%加拿大, 2.2%意大利, 1.9%法国, 1.7%韩国, 1.7%乌克兰, 1.6%其他, 31.3%图2：世界主要国家CO2排放比例能源大量消耗带来温室气体排放问题，能源大量消耗带来温室
6、气体排放问题，是造成气候变化主要原因。是造成气候变化主要原因。图3：各国汽车减排目标各国纷纷制订标准，降低汽车排放中各国纷纷制订标准，降低汽车排放中二氧化碳对环境的影响。二氧化碳对环境的影响。汽车尾气污染汽车尾气污染2011年汽车排放年汽车排放能源问题能源问题图：国际原油价格（美元/桶）2002/1/42003/1/42004/1/42005/1/42006/1/42007/1/42008/1/42009/1/42010/1/4/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式石油价格长期上升趋势明显，油价日益高昂已成为经济不能承受之重。石油价
7、格长期上升趋势明显，油价日益高昂已成为经济不能承受之重。能源问题能源问题图：图：我国对进口石油依存度预测我国对进口石油依存度预测引导问题引导问题2：为什么要发展新能源汽车？为什么要发展新能源汽车？汽车尾气已经成为了空气污染的重要原因，开发新能源汽车，汽车尾气已经成为了空气污染的重要原因，开发新能源汽车，减少环境污染，是汽车技术发展的必然趋势。减少环境污染，是汽车技术发展的必然趋势。开发出新能源汽车，减少对化石燃料的依存度，对国家未来开发出新能源汽车，减少对化石燃料的依存度，对国家未来发展至关重要。发展至关重要。从环境保护与能源的角度，新能源汽车是未来汽车发展的必从环境保护与能源的角度，新能源汽
8、车是未来汽车发展的必然趋势，也是我国未来社会与经济发展的必然需求然趋势，也是我国未来社会与经济发展的必然需求。新能源汽车之辩（视频）新能源汽车之辩（视频）引导问题引导问题3：汽车新能源有哪些？汽车新能源有哪些？引导问题引导问题3：汽车新能源有哪些？汽车新能源有哪些？全球范围内，全球范围内，地球为人类提地球为人类提供的能源主要供的能源主要包括化石燃料包括化石燃料（煤、石油、（煤、石油、天然气等）、天然气等）、水能、生物能、水能、生物能、风能、太阳能、风能、太阳能、潮汐能、地热潮汐能、地热能、核能等能、核能等引导问题引导问题3：汽车新能源有哪些？汽车新能源有哪些？汽车新能源主要包括汽车新能源主要包
9、括电能电能、氢能源氢能源、天燃气天燃气（液化（液化石油气石油气LPG，LiquefiedPetroleumGas；压缩天压缩天然气然气CNG，CompressedNaturalGas）、）、醇类燃醇类燃料料、二甲醚二甲醚（DME，DimethylEther）、）、太阳能太阳能等。等。下表下表为各种新能源优缺点。为各种新能源优缺点。新能源新能源优点优点缺点缺点备注备注电能电能1来源丰富；来源丰富；2直接污染及噪声小；直接污染及噪声小；3结核简单，维修方便。结核简单，维修方便。1蓄蓄电电池池能能量量密密度度小小，汽汽车车续续驶驶里程短，动力性较着；里程短，动力性较着；2电电池池重重量量大大，寿寿命
10、命短短，成成本本较较高；高；3蓄电池充电时间长。蓄电池充电时间长。1目目前前应应用用相相对对有有限限，多多应用于公共交通领域；应用于公共交通领域；2公认的未来汽车的主流。公认的未来汽车的主流。氢能源氢能源1来源丰富；来源丰富；2污染很小；污染很小；3氢能源的辛烷值高，热值高。氢能源的辛烷值高，热值高。1氢生产成本高；氢生产成本高；2气气态态氢氢能能量量密密度度小小，储储运运不不便便，液态氮技术难度大，成本高；液态氮技术难度大，成本高；3需开发专用发动机需开发专用发动机1制制氢氢及及储储运运等等技技术术仍仍不不成熟；成熟；2应用范围较少。应用范围较少。天然气天然气1资源丰富；资源丰富；2污染小；
11、污染小；3辛烷值高。辛烷值高。1需需要要建建设设配配套套保保障障设设施施（加加气气站等），投资强度大；站等），投资强度大；2能量密度较小，续驶里程受限；能量密度较小，续驶里程受限；3动力性较低；动力性较低；4储带不便。储带不便。醇类燃料醇类燃料1来源较丰富；来源较丰富；2辛烷值高；辛烷值高；3污染较小污染较小1毒性较大；毒性较大；2对金属及橡胶件具有腐蚀性；对金属及橡胶件具有腐蚀性；3冷起动性能较差。冷起动性能较差。二甲醚二甲醚1来源较丰富；来源较丰富；2污染小；污染小；3十六烷值高。十六烷值高。1毒性较大；毒性较大；2动力性较低；动力性较低；3储带不便；储带不便；4二甲醚生产成本较高。二甲醚
12、生产成本较高。太阳能太阳能1来源丰富，可再生；来源丰富，可再生；2污染小。污染小。1效率低；效率低；2成本高。成本高。应用尚需较长时间应用尚需较长时间各种汽车新能源对比各种汽车新能源对比引导问题引导问题4：新能源汽车分类新能源汽车分类引导问题引导问题4：新能源汽车分类新能源汽车分类根据新能源汽车生产企根据新能源汽车生产企业及产品准入管理规则业及产品准入管理规则的规定，新能源汽车包括的规定，新能源汽车包括混合动力电动汽车（混合动力电动汽车（HEV，HybridElectricVehicle）、纯电动汽车）、纯电动汽车（BEV，BatteryElectricVehicle）、燃料电池电动）、燃料电
13、池电动汽车（汽车（FCEV，FuelCellsElectricVehicle）、天燃）、天燃气汽车以及其他新能源气汽车以及其他新能源（如高效储能器、二甲醚）（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。汽车等各类别产品。混合动力电动汽车混合动力电动汽车u混合动力电动汽车，是混合动力电动汽车，是由多于一种的能量转换器提供驱动由多于一种的能量转换器提供驱动动力的混合型电动汽车动力的混合型电动汽车，即使用，即使用蓄电池蓄电池和和副能量副能量单元单元的的电电动汽车动汽车。u目前混合动力电动汽车多采用传统燃料的燃油发动机与电目前混合动力电动汽车多采用传统燃料的燃油发动机与电力的混合力的混合方式方式，其关键技
14、术为混合动力系统，它直接影响其关键技术为混合动力系统，它直接影响到混合动力电动汽车的整车性能到混合动力电动汽车的整车性能。u混合动力电动汽车的混合动力电动汽车的优势在于其可通过平均需用功率确定优势在于其可通过平均需用功率确定内燃机的最大功率，内燃机的最大功率，使内燃机处于油耗低、污染小的最优使内燃机处于油耗低、污染小的最优工况下工作，通常可以降低排放；混合动力电动汽车所使工况下工作，通常可以降低排放；混合动力电动汽车所使用的电池可回收制动等工况下的能量用的电池可回收制动等工况下的能量u混合动力电动汽车也存在价格高、续驶里程小、动力性相混合动力电动汽车也存在价格高、续驶里程小、动力性相对不足等问
15、题。目前国内外有应用较成熟的车型。对不足等问题。目前国内外有应用较成熟的车型。纯电动汽车纯电动汽车u纯电动汽车，是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，纯电动汽车，是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。u纯电动汽车完全采用可充电式电池驱动，关键部件在于电纯电动汽车完全采用可充电式电池驱动，关键部件在于电动发电机与蓄电池，而动发电机与蓄电池，而纯电动汽车的应用受限的难点在于纯电动汽车的应用受限的难点在于电力储存技术。电力储存技术。u纯电动汽车应用前景广泛，具有纯电动汽车应用前景广泛，具有无污染、低噪声、高能效无污染、低
16、噪声、高能效等优点。但蓄电池单位重量储存的能量太小，充电后持续等优点。但蓄电池单位重量储存的能量太小，充电后持续行驶里程不理想行驶里程不理想。u目前电动汽车产业发展，必须重新构建配套基础设施网络目前电动汽车产业发展，必须重新构建配套基础设施网络（充电站），需要大量的投入。（充电站），需要大量的投入。燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车u燃料电池电动汽车，是利用燃料电池，将燃料中的化学能燃料电池电动汽车，是利用燃料电池，将燃料中的化学能直接转化为电能实现动力驱动的新型汽车。直接转化为电能实现动力驱动的新型汽车。u与内燃机汽车相比，燃料电池电动汽车是通过电池直接将与内燃机汽车相比，燃料电池电动汽车是通
17、过电池直接将化学能转化为电能，利用电机驱动，而不是利用燃料的燃化学能转化为电能，利用电机驱动，而不是利用燃料的燃烧过程。其能量转换效率较内燃机要高烧过程。其能量转换效率较内燃机要高2-3倍。倍。u燃料电池化学反应过程不会产生污染物，噪声低。但燃料燃料电池化学反应过程不会产生污染物，噪声低。但燃料电池组的生产、集成及产业化仍待发展。电池组的生产、集成及产业化仍待发展。天然气汽车天然气汽车u天然气汽车，是以天然气作为燃料的汽车天然气汽车，是以天然气作为燃料的汽车，又称为，又称为“蓝色蓝色动力动力”汽车。按天然气的化学成分和形态，可以分为压缩汽车。按天然气的化学成分和形态，可以分为压缩天然气汽车（天
18、然气汽车（CNG）、液化天然气汽车（）、液化天然气汽车（LNG）和液化）和液化石油气汽车（石油气汽车（LPG）。）。u天然气燃料具有天然气燃料具有低污染、低成本、安全性高低污染、低成本、安全性高优点，但动力优点，但动力性能较低、不便储运。性能较低、不便储运。u由于考虑到大规模应用，须建立相应的加气站及为加气站由于考虑到大规模应用，须建立相应的加气站及为加气站输送天然气的管道，投入较大。目前国内在天然气汽车具输送天然气的管道，投入较大。目前国内在天然气汽车具有一定的发展，多应用于公共交通领域。有一定的发展，多应用于公共交通领域。其他新能源汽车其他新能源汽车u除上述新能源汽车外，还包括有醇、醚类燃
19、料也应用于新除上述新能源汽车外，还包括有醇、醚类燃料也应用于新能源汽车。例如乙醇汽车用的燃料是乙醇汽油。目前此类能源汽车。例如乙醇汽车用的燃料是乙醇汽油。目前此类汽车技术相对成熟，在美国、巴西等乙醇资源丰富的国家汽车技术相对成熟，在美国、巴西等乙醇资源丰富的国家发展迅速。发展迅速。u二甲醚汽车是用二甲醚作为压燃式发动机的燃料，目前有二甲醚汽车是用二甲醚作为压燃式发动机的燃料，目前有两类应用范围：一是将二甲醚作为点火促进物质；二是将两类应用范围：一是将二甲醚作为点火促进物质；二是将纯液态二甲醚进行直接燃烧。我国在二甲醚汽车开发上已纯液态二甲醚进行直接燃烧。我国在二甲醚汽车开发上已取得重要进展，成
20、功开发并应用了二甲醚城市公交客车。取得重要进展，成功开发并应用了二甲醚城市公交客车。类型类型指标指标混合动力混合动力纯电动纯电动燃料电池燃料电池天然气天然气醇醇/醚醚车辆性能车辆性能好好一般一般一般一般差差一般一般能量密度能量密度较好较好差差差差差差一般一般能源储存性能源储存性一般一般差差差差差差一般一般排放性能排放性能较好较好好好好好一般一般一般一般能能量量转转换换效效率率好好较好较好好好差差差差能源来源能源来源一般一般较好较好好好差差一般一般购车成本购车成本一般一般一般一般差差较好较好较好较好燃料成本燃料成本较好较好好好差差较好较好较好较好加加油油/电电便便利利性性好好较好较好差差差差一般
21、一般表表1-2 各种新能源汽车比较各种新能源汽车比较学习任务学习任务u1.了解新能源汽车的定义与分类了解新能源汽车的定义与分类u2.了解新能源汽车的发展了解新能源汽车的发展u3.新能源汽车动力电池新能源汽车动力电池u4.电机的基础知识电机的基础知识引导问题引导问题1：国外新能源汽车的发展：国外新能源汽车的发展u1.混合动力电动汽车的发展混合动力电动汽车的发展u2.纯电动汽车的发展纯电动汽车的发展u3.燃料电池汽车的发展燃料电池汽车的发展u4.天然气汽车的发展天然气汽车的发展1.混合动力电动汽车的发展混合动力电动汽车的发展u在传统内燃机汽车基础上在传统内燃机汽车基础上耦合增加一套由驱动电机耦合增
22、加一套由驱动电机和动力蓄电池组成的辅助动力系统和动力蓄电池组成的辅助动力系统u日本最早开始混合动力电动汽车的开发，并成功实日本最早开始混合动力电动汽车的开发，并成功实现产业化。现产业化。1997年年10月，日本丰田汽车推出了第月，日本丰田汽车推出了第一代普锐斯（一代普锐斯（Prius）问世）问世。u欧洲混合动力电动汽车技术起步较晚，采取与美国欧洲混合动力电动汽车技术起步较晚，采取与美国合作方式共同应用混合动力总成技术，将其主要应合作方式共同应用混合动力总成技术，将其主要应用于传统动力的油耗较高的车型上，以改善动力性用于传统动力的油耗较高的车型上，以改善动力性与排放。与排放。第三代第三代NHW3
23、0普锐斯普锐斯第二代第二代NHW20普锐斯普锐斯第一代第一代NHW11普锐斯普锐斯第一代第一代NHW10普锐斯普锐斯u混合动力技术是由发动机驱动向纯电动驱动发展的混合动力技术是由发动机驱动向纯电动驱动发展的必经过程。必经过程。u如何应用混合动力技术，实现节油减排，且将成本如何应用混合动力技术，实现节油减排，且将成本控制在一定范围，成为各大汽车公司发展混合动力控制在一定范围，成为各大汽车公司发展混合动力电动汽车的关键问题。电动汽车的关键问题。u根据车用能源的使用情况，混合动力电动汽车的发根据车用能源的使用情况，混合动力电动汽车的发展有发动机与电机集成、传动系与电机集成两种趋展有发动机与电机集成、
24、传动系与电机集成两种趋势，而最终目标则是纯电动。势，而最终目标则是纯电动。1.混合动力电动汽车的发展混合动力电动汽车的发展2.纯电动汽车的发展（通过小型化实现商业化）纯电动汽车的发展（通过小型化实现商业化）图：典型：典型纯电动汽汽车组成框成框图 电子控制器功率转换器三相感应电动机固定速比变速器和差速器车轮车轮能量管理系统动力电池辅助动力源动力转向系统蓄电池充电器空调器电力动力系统电源系统辅助系统交流电源转向盘制动踏板加速踏板小排量燃油轿车小排量燃油轿车増程式小型电动轿车増程式小型电动轿车小型化纯电动轿车小型化纯电动轿车轻型电动车轻型电动车微型电动车微型电动车小型化纯电动轿车小型化纯电动轿车锂电
25、池锂电池轮毂电机轮毂电机+电动化底盘电动化底盘+家用电源充电家用电源充电+核心技术方向核心技术方向：日产Leaf大众E-UP雪铁龙C-ZERO大众高尔夫u燃料电池电动汽车是指动力系统主要由燃料电池发动机、燃料箱（氢燃料电池电动汽车是指动力系统主要由燃料电池发动机、燃料箱（氢瓶）、电机、动力蓄电池等组成，采用燃料电池发电作为主要能量源，瓶）、电机、动力蓄电池等组成，采用燃料电池发电作为主要能量源，通过电机驱动车辆前进。通过电机驱动车辆前进。燃料电池汽车具有效率高、节能环保（以氢燃料电池汽车具有效率高、节能环保（以氢气为能源、排放物为水、运行平稳噪声小）等优点气为能源、排放物为水、运行平稳噪声小）
26、等优点u通过长时间、持续稳步的对燃料电池汽车技术研发与应用的支持，国通过长时间、持续稳步的对燃料电池汽车技术研发与应用的支持，国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性取得了重大突破，示范运外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性取得了重大突破，示范运行不断深入，并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车，行不断深入，并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车，燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。u燃料电池已经发明很久，最初主要应用于航天和军事领域，后来，随燃料电池已经发明很久，最初主要应用于航天和军事领域，后来，随着世界能源危机爆发及环境污染日益加剧，
27、以质子交换模式为代表的着世界能源危机爆发及环境污染日益加剧，以质子交换模式为代表的燃料电池技术受到世界各国及大型汽车公司的普遍重视，纷纷投入巨燃料电池技术受到世界各国及大型汽车公司的普遍重视，纷纷投入巨资研发各类燃料电池电动汽车资研发各类燃料电池电动汽车3.燃料电池汽车的发展（新能源汽车终极奋斗的目标）燃料电池汽车的发展（新能源汽车终极奋斗的目标）4.天然气汽车的发展（新能源汽车终极奋斗的目标）天然气汽车的发展（新能源汽车终极奋斗的目标）u天然气作为汽车燃料于本世纪天然气作为汽车燃料于本世纪30年代初意大利人率先采用，到年代初意大利人率先采用，到1939年，年，意大利已有意大利已有1万辆汽车燃
28、用天然气。万辆汽车燃用天然气。u欧洲法、荷等国为补充其液体燃料不足，相继采用了压缩煤气汽车。欧洲法、荷等国为补充其液体燃料不足，相继采用了压缩煤气汽车。u目前世界上拥有压缩天然气汽车共目前世界上拥有压缩天然气汽车共100多万辆，高压加气站多万辆，高压加气站3000多座，多座，主要分布在意大利、阿根廷、俄罗斯、美国、加拿大和新西兰等国主要分布在意大利、阿根廷、俄罗斯、美国、加拿大和新西兰等国。引导问题引导问题2：国内新能源汽车发展（混合动力汽车）国内新能源汽车发展（混合动力汽车）u从世界范围来看，我国电动汽车的研制与国外发达国家几乎站在同一从世界范围来看，我国电动汽车的研制与国外发达国家几乎站在
29、同一起跑线上。起跑线上。“九五九五”期间，科技部将电动汽车项目列入国家重大科技期间，科技部将电动汽车项目列入国家重大科技产业工程项目，投入近产业工程项目，投入近1亿元。亿元。u从技术发展角度上而言，我国已经掌握电动汽车电池技术、燃料电池从技术发展角度上而言，我国已经掌握电动汽车电池技术、燃料电池技术、天然气发动机、整车控制系统等相关核心技术，并在部分技术技术、天然气发动机、整车控制系统等相关核心技术，并在部分技术上领先于世界水平。上领先于世界水平。u目前，整车方面已初步形成产品开发的系统配套、管理机制和团队组目前，整车方面已初步形成产品开发的系统配套、管理机制和团队组合，纯电动汽车、混合动力电
30、动汽车、燃料电池汽车样车均已成功研合，纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池汽车样车均已成功研发，关键零部件、燃料电池发动机已形成系统，高功率镍氢电池、锂发，关键零部件、燃料电池发动机已形成系统，高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高，多能源控制系统初步形成。离子电池性能有了较大提高，多能源控制系统初步形成。国内部分混合动力汽车及相关技术国内部分混合动力汽车及相关技术引导问题引导问题2：国内新能源汽车发展（混合动力汽车）国内新能源汽车发展（混合动力汽车）u在在混合动力电动汽车的核心混合动力电动汽车的核心电池技术电池技术研发方面，我国已自主研制研发方面，我国已自主研制出容量为出容量为的镍氢和
31、锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城城市市公交大客车；公交大客车；u目前，国内汽车企业已将混合动力电动汽车作为未来主流竞争型产品目前，国内汽车企业已将混合动力电动汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、物力，混合动力车型已完成样车开发，并有部分投入了大量的人力、物力，混合动力车型已完成样车开发，并
32、有部分车型已经实现小批量上市。车型已经实现小批量上市。u比亚迪公司基于其在铁电池技术的技术创新，已经掌握高铁电池的核比亚迪公司基于其在铁电池技术的技术创新，已经掌握高铁电池的核实技术，且此项技术在国际上处于领先水平。此种电池具有高能高容实技术，且此项技术在国际上处于领先水平。此种电池具有高能高容量、原材料丰富、成本低廉、绿色无污染等优点。量、原材料丰富、成本低廉、绿色无污染等优点。引导问题引导问题2：国内新能源汽车发展（纯电动汽车）国内新能源汽车发展（纯电动汽车）u国家科委、计委在国家科委、计委在“八五八五”、“九五九五”期间组织了纯电动汽车的攻关，期间组织了纯电动汽车的攻关，现在又将纯电动汽
33、车列入现在又将纯电动汽车列入“十五十五”国家国家863计划电动汽车重大专项。计划电动汽车重大专项。u东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发了游览东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发了游览车、多功能车、工业专用车和高尔夫球车等车、多功能车、工业专用车和高尔夫球车等4大系列、近大系列、近20个品种的纯个品种的纯电动车，包括东风纯电动轿车（电动车，包括东风纯电动轿车（EQ7160EV）、纯电动富康轿车）、纯电动富康轿车（EQ7140EV）、纯电动客车（）、纯电动客车（EQ6690EV）等。）等。u目前在纯电动汽车的电池和电机研制方面，我国与世界先进水平差距目前在纯电
34、动汽车的电池和电机研制方面，我国与世界先进水平差距较小，有些甚至处于领先地位。如深圳雷天绿色电动源有限公司开发较小，有些甚至处于领先地位。如深圳雷天绿色电动源有限公司开发的锂离子电池续驶能力达到的锂离子电池续驶能力达到，最高时速可达，最高时速可达，单台车电池成本，单台车电池成本4万元万元左右；左右；u在整车开发方面，天津清源电动车辆有限责任公司和一汽天津夏利在整车开发方面，天津清源电动车辆有限责任公司和一汽天津夏利股份有限公司牵头，中国汽车技术研究中心、天津大学、天津和平海股份有限公司牵头，中国汽车技术研究中心、天津大学、天津和平海湾公司和天津蓝天高科公司等十几个单位共同参与合作开发出湾公司和
35、天津蓝天高科公司等十几个单位共同参与合作开发出XL2000纯电动轿车。纯电动轿车。国内部分纯电动汽车国内部分纯电动汽车引导问题引导问题2：国内新能源汽车发展（纯电动汽车）国内新能源汽车发展（纯电动汽车）u比亚迪汽车，基于自主的比亚迪汽车，基于自主的“铁电池铁电池”技术，开发了混合动力电动汽车技术，开发了混合动力电动汽车与纯电动汽车，其中比亚迪与纯电动汽车，其中比亚迪e6成为了第一款规模化运营的纯电动汽车成为了第一款规模化运营的纯电动汽车产品。表产品。表1-7为为e6关键信息表。关键信息表。引导问题引导问题2：国内新能源汽车发展（燃料电池汽车）国内新能源汽车发展（燃料电池汽车）u国内燃料电池的研
36、发起步并不晚，甚至可以追溯到国内燃料电池的研发起步并不晚，甚至可以追溯到1958年，然而发展年，然而发展很慢，直到九十年代才开始加快发展。很慢，直到九十年代才开始加快发展。u在国家在国家“十五十五”“863”计划电动汽车关键技术重大科技专项和计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一十一五五”节能与新能源汽车重大项目支持下，我国燃料电池汽车技术研发节能与新能源汽车重大项目支持下，我国燃料电池汽车技术研发取得重要进展，基本掌握了取得重要进展，基本掌握了整车、动力系统与关键零部件整车、动力系统与关键零部件的核心技术的核心技术;建立了具有建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统自主知识产权的燃料电
37、池汽车动力系统技术平台技术平台;形成了形成了燃燃料电池发动机、动力电池、料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系统等关键零部件配套研发体系，具有百量级燃料电池汽车动力系统平，具有百量级燃料电池汽车动力系统平台与整车生产能力。台与整车生产能力。国内部分燃料电池汽车国内部分燃料电池汽车n研制的研制的“超越超越”系列、系列、“上海牌上海牌”、“帕萨特帕萨特”、“奔腾奔腾”、“志翔志翔”等等燃料电池汽车经受住了大规模、高温、大强度示范考核，成功服务于燃料电池汽车经受住了大规模、高温、大强度示范考核，成功服务于2008北京奥
38、运会和北京奥运会和2010年年上海世博会上海世博会。引导问题引导问题2：国内新能源汽车发展（天然气汽车）国内新能源汽车发展（天然气汽车）u20世纪世纪80年代中期，我国引进了部分年代中期，我国引进了部分CNG加气站设备，在四川建立了加气站设备，在四川建立了我国第一个我国第一个CNG加气站；加气站；1993年年中国石油天然气总公司中国石油天然气总公司系统系统引进国外引进国外有关技术并于有关技术并于1996年将加气站装置年将加气站装置和和汽车改装汽车改装部件部件引进技术国产化、引进技术国产化、技术标准规范化。技术标准规范化。u目前目前，我国天然气汽车多集中在商用车领域，并达到一定规模。据相，我国天
39、然气汽车多集中在商用车领域，并达到一定规模。据相关数据显示，中国天然气汽车产业在政府和市场的双重驱动下，保有关数据显示，中国天然气汽车产业在政府和市场的双重驱动下，保有量已从量已从2000年的不足年的不足1万辆发展到目前的万辆发展到目前的100万余辆，成长为万余辆，成长为世界第六世界第六大天然气汽车市场大天然气汽车市场。u通过十多年的研发与应用，目前已经形成了较完善天然气城市公交汽通过十多年的研发与应用，目前已经形成了较完善天然气城市公交汽车、出租汽车的应用体系，且建设覆盖中大型城市的加气站网络。车、出租汽车的应用体系，且建设覆盖中大型城市的加气站网络。国内部分天然气汽车国内部分天然气汽车n天
40、然气天然气“十二五十二五”规划预计规划预计2015年我国天然气消费量为年我国天然气消费量为2300亿立亿立方米左右，用气普及率将进一步提高，供应能力将超过方米左右，用气普及率将进一步提高，供应能力将超过2600亿立方米亿立方米（包括煤层气、页岩气及煤制天然气等非常规天然气和进口天然气），（包括煤层气、页岩气及煤制天然气等非常规天然气和进口天然气），到到2015年天然气占一次能源消费总量的比重达到年天然气占一次能源消费总量的比重达到7.5%。而随着煤层气、。而随着煤层气、页岩气等非常规天然气的不断开发利用，我国能源页岩气等非常规天然气的不断开发利用，我国能源“气化气化”进程将进一进程将进一步加快
41、。步加快。引导问题引导问题3：新能源汽车的发展政策新能源汽车的发展政策u新能源汽车在世界各国都得到了重视，尤其欧美及日本。表新能源汽车在世界各国都得到了重视，尤其欧美及日本。表1-8列出了列出了部分欧洲国家对新能源汽车的政策，可以看到政府推广新能源汽车的部分欧洲国家对新能源汽车的政策，可以看到政府推广新能源汽车的推广。推广。u从技术发展的角度，欧美国家著名汽车公司以传统内燃机汽车为基础，从技术发展的角度，欧美国家著名汽车公司以传统内燃机汽车为基础，研发新型能源（天然气、乙醇、二甲醚等）发动机技术，以提高汽车研发新型能源（天然气、乙醇、二甲醚等）发动机技术，以提高汽车经济性及排放性，同时也在混合
42、动力电动汽车、动力电池（包括）技经济性及排放性，同时也在混合动力电动汽车、动力电池（包括）技术投入巨大，并且取得了一定的研究与市场成果。术投入巨大，并且取得了一定的研究与市场成果。u日本则以混合动力电动汽车为突破口，重点发展电动汽车，同时积极日本则以混合动力电动汽车为突破口，重点发展电动汽车，同时积极发展新型燃料电池汽车等新能源汽车技术。发展新型燃料电池汽车等新能源汽车技术。u进入进入21世纪，新能源汽车的发展在国内受到关注，世纪，新能源汽车的发展在国内受到关注，政府也出台了相应政府也出台了相应的新能源汽车的刺激政策，并且在新能源汽车发展作为重点产业进行的新能源汽车的刺激政策，并且在新能源汽车
43、发展作为重点产业进行扶持。表扶持。表1-9为我国节能与新能源汽车产业发展规划（为我国节能与新能源汽车产业发展规划（20122020年）部分内容。年）部分内容。学习任务学习任务u1.了解新能源汽车的定义与分类了解新能源汽车的定义与分类u2.了解新能源汽车的发展了解新能源汽车的发展u3.新能源汽车动力电池（视频）新能源汽车动力电池（视频）u4.电机的基础知识电机的基础知识引导问题引导问题1：动力电池的基本概念动力电池的基本概念u1.电压电压：u工作电压工作电压：电池在一定负载条件下实际的放电电压，如铅酸蓄电池的：电池在一定负载条件下实际的放电电压，如铅酸蓄电池的工作电压工作电压为为1.8V-2V，
44、镍氢电池的工作电压，镍氢电池的工作电压：1.1V-1.5V，锂离子电池，锂离子电池的工作电压的工作电压：2.75-3.6V；u额定电压额定电压：电池工作时公认的标准电压，如镍镉电池额定电压：电池工作时公认的标准电压，如镍镉电池额定电压：1.2V，铅酸蓄电池的额定电压，铅酸蓄电池的额定电压：2V；u终止电压终止电压：放电终止时的电压值，通常与负载、使用要求有关；：放电终止时的电压值，通常与负载、使用要求有关；u充电电压充电电压：外电路直流电压对电池充电的电压。一般，充电电压要大：外电路直流电压对电池充电的电压。一般，充电电压要大于开路电压，如镍镉电池的充电电压于开路电压，如镍镉电池的充电电压：1
45、.45-1.5V，锂离子电池的充电，锂离子电池的充电电压电压：4.1-4.2V，铅酸蓄电池的充电电压：，铅酸蓄电池的充电电压：2.25-2.7V。引导问题引导问题1：动力电池的基本概念动力电池的基本概念u2.容量与比容量：容量与比容量：u容量容量是指在充电以后，在一定放电条件下所能释放出的电量，其单位是指在充电以后，在一定放电条件下所能释放出的电量，其单位为为，容量与放电电流大小有关，与充放电截止电压有关。，容量与放电电流大小有关，与充放电截止电压有关。u比容量比容量是指单位质量或单位体积的电池所能给出的电量。是指单位质量或单位体积的电池所能给出的电量。u额定容量额定容量，是指设计与制造电池时
46、，按照国家或相关部门颁布的标准，是指设计与制造电池时，按照国家或相关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下能够放出的最低限度的电量。保证电池在一定的放电条件下能够放出的最低限度的电量。u实际容量实际容量，是指电池在定的放电条件下实际放出的电量。它等于放电，是指电池在定的放电条件下实际放出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积。电流与放电时间的乘积。u值得注意的是，实际电池中正负极容量不等，多为负极容量过剩。值得注意的是，实际电池中正负极容量不等，多为负极容量过剩。引导问题引导问题1：动力电池的基本概念动力电池的基本概念u3.功率功率与比功率与比功率u电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位
47、时间内输出的能量电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内输出的能量，单，单位为位为。比功率则是指单位质量或单位体积电池输出的功率，单位。比功率则是指单位质量或单位体积电池输出的功率，单位为为KW/kg或或KW/L。u4.放电率放电率u放电率放电率是指放电时的速率，常用是指放电时的速率，常用“时率时率”和和“倍率倍率”表示。时率是指表示。时率是指以放电时间表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需以放电时间表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的时间。倍率是指电池在规定时间内放出额定容量所输出的电流值，的时间。倍率是指电池在规定时间内放出额定容量所输出的电流值，数值上等
48、于额定容量的倍数。数值上等于额定容量的倍数。u放电深度放电深度（Depthofdischarge，DOD）表示放电程度的一种量度，）表示放电程度的一种量度，它是放电容量与总放电容量的百分比。它是放电容量与总放电容量的百分比。引导问题引导问题1：动力电池的基本概念动力电池的基本概念u5.荷电状态：荷电状态：u荷电状态荷电状态（Stateofcharge，SOC），是指剩余电量与额定容量或实），是指剩余电量与额定容量或实际容量的比例。这一参数是在电动汽车使用中十分关键却不易获取的际容量的比例。这一参数是在电动汽车使用中十分关键却不易获取的数据。数据。u6.自放电与存储性能：自放电与存储性能：u对所
49、有化学电源，即使在与外界电路无任何接触的条件下开路放置，对所有化学电源，即使在与外界电路无任何接触的条件下开路放置，其容量也会自然衰减，这种现象称为自放电。电池自放电的大小用自其容量也会自然衰减，这种现象称为自放电。电池自放电的大小用自放电率衡量，通常以单位时间内容量减少的百分比表示放电率衡量，通常以单位时间内容量减少的百分比表示：u自放电自放电率率=（储存前电池容量（储存前电池容量储存后电池容量）储存后电池容量）/储存前电池储存前电池容量容量x100%引导问题引导问题1：动力电池的基本概念动力电池的基本概念u7.使用寿命：使用寿命：u使用寿命使用寿命是指电池实际使用的时间长短。对于充电电池而
50、言，电池的是指电池实际使用的时间长短。对于充电电池而言，电池的寿命分为充放电循环寿命和湿搁置寿命。寿命分为充放电循环寿命和湿搁置寿命。u充放电循环寿命是衡量充电电池性能的重要参数充放电循环寿命是衡量充电电池性能的重要参数。它是指在一定的充它是指在一定的充放电制度下，电池容量降到某规定值前，电池能耐受的充放电次数。放电制度下，电池容量降到某规定值前，电池能耐受的充放电次数。充放电循环寿命赵长，电池性能越好。充放电循环寿命赵长，电池性能越好。目前，镍镉电池的充放电循环目前，镍镉电池的充放电循环寿命为寿命为500-800次次，铅酸蓄电池为，铅酸蓄电池为200-500次次，锂离子电池为，锂离子电池为6
51、00-1000次次。充电电池的充放电循环寿命与放电深度、温度、充放电制度。充电电池的充放电循环寿命与放电深度、温度、充放电制度工等条件有关。工等条件有关。引导问题引导问题2：新能源汽车对动力电池的要求新能源汽车对动力电池的要求u1.比能量比能量高高。为保证电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽。为保证电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽可能储存多的能量可能储存多的能量，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。u2.比功率比功率大。大。为满足
52、电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动为满足电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动力要求，电池必须具备大的比功率。力要求，电池必须具备大的比功率。u3.连续放电连续放电率高，自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。率高，自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。自放自放电率低，以保证电池能够长期存放电率低，以保证电池能够长期存放。u4.充电充电技术成熟，时间短，充电技术通用性强。技术成熟，时间短，充电技术通用性强。能够实现快速充电。能够实现快速充电。引导问题引导问题2：新能源汽车对动力电池的要求新能源汽车对动力电池的要求u5.适应适应车辆运行环境。车辆运行环境。电池除能在常温条件下正常稳
53、定地工作，不受电池除能在常温条件下正常稳定地工作，不受环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行驶过程中的振动。驶过程中的振动。u6.安全安全可靠。可靠。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废电池能够回收处理及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回收废电池能够回收处理及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回收处理。电池组可采用机械装置进
54、行整体拆解、更换，线路连接方便。处理。电池组可采用机械装置进行整体拆解、更换，线路连接方便。u7.长长寿命、免维护。寿命、免维护。电池的循环寿命不低于电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护与修理。期间内，不需要进行维护与修理。引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u常用的车用动力电池主要包括常用的车用动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池铅酸电池、镍氢电池和锂电池等等。u铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车电池，但存在比能量低、质量和体积
55、太、续驶里程短、使用寿命短、电池，但存在比能量低、质量和体积太、续驶里程短、使用寿命短、污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。u镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点，镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点，能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应用到商业化的电动汽车，如丰田用到商业化的电动汽车，如丰田Prius。u锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度高、能量锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度
56、高、能量效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污染等优点。染等优点。各种动力电池各种动力电池引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u1.铅酸铅酸电池电池n蓄电池工作过程就是化学能与电能的相互转化。当蓄电池将化学能转蓄电池工作过程就是化学能与电能的相互转化。当蓄电池将化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外界直流电池相化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外界直流电池相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程。铅酸电池充足联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过
57、程。铅酸电池充足电时，正极板活性物质为电时，正极板活性物质为，负极板活性物质为，负极板活性物质为。n铅酸电池的电解液由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，其密度为铅酸电池的电解液由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，其密度为引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u2.镍氢（镍氢（MH/Ni）电池）电池n镍氢电池具有长期过放电和过充电保护能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池具有长期过放电和过充电保护能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池已在镍氢电池已在20世纪世纪90年代逐步实现产业化。年代逐步实现产业化。n镍氢（镍氢（MH/Ni）电池采用镍的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，电池采
58、用镍的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，电解液通常选用电解液通常选用KOH溶液溶液。由。由Ni(OH)2正极正极材料和储氢合金负极材料材料和储氢合金负极材料组成电池的反应式：组成电池的反应式：引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u3.锂离子锂离子电池电池u锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合物为正极。锂电池的种类繁多，锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合物为正极。锂电池的种类繁多，常见的有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、锂聚合物电池和但聚合常见的有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、锂聚合物电池和但聚合物固体电解质电池等，锂离子电池比能量的理论值为物固体电解质电池等，锂离子电池
59、比能量的理论值为570Wh/Kg，它，它目前达到的性能指标是：比能量为目前达到的性能指标是：比能量为100Wh/Kg，比功率，比功率200W/Kg，循，循环使用寿命为环使用寿命为1200次，充电时间次，充电时间2-4h。u以以LiFeO4为例，其化学反应方程式如下：为例，其化学反应方程式如下：引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u4.飞轮飞轮电池电池u当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的其动能转换成电能的。飞轮电池是飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突年代才提出的
60、新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。u飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电充电”增加了增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能动能)到电能的转换到电能的转换。u据称，飞轮电池比能呈可达据称，飞
61、轮电池比能呈可达，比功率达，比功率达，使用寿命长达，使用寿命长达25年，可供电年，可供电动汽车行驶动汽车行驶500万公里。万公里。引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u5.超级电容超级电容u超级电容超级电容（Super-capacitors，ultra-capacitor），又），又名名电化学电容电化学电容器器(ElectrochemicalCapacitors)，双电层电容器，双电层电容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储
62、能的一发展起来的通过极化电解质来储能的一种种电化学电化学元件。元件。n超级电容超级电容突出突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在在功率功率密度密度等方面的不足。目前，等方面的不足。目前，它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。引导问题引导问题3：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u5.
63、超级电容超级电容n我国研发动力电池产品的主要性能居国际先进水平，电池产业基础雄我国研发动力电池产品的主要性能居国际先进水平，电池产业基础雄厚，但需要解决一些薄弱环节。我国动力电池关键技术、关键材料和厚，但需要解决一些薄弱环节。我国动力电池关键技术、关键材料和产品研发取得重大进展，与日本、美国、德国等国际先进水平比较，产品研发取得重大进展，与日本、美国、德国等国际先进水平比较，总体水平总体水平相当相当。超级电容结构超级电容结构学习任务学习任务u1.了解新能源汽车的定义与分类了解新能源汽车的定义与分类u2.了解新能源汽车的发展了解新能源汽车的发展u3.新能源汽车动力电池新能源汽车动力电池u4.电机
64、的基础知识电机的基础知识引导问题引导问题1：电机的基本概念电机的基本概念u1.电机电机u电机，是指依据电机，是指依据电磁感应电磁感应定律实现定律实现电能电能转换或传递的电磁装置。它的转换或传递的电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为车用电器或各种机械的动力源。通常主要作用是产生驱动转矩，作为车用电器或各种机械的动力源。通常指电动机与发电机。指电动机与发电机。u2.电机的关键参数：电机的关键参数：u转速转速：额定转速：是指在额定功率下电机的转速。单位为：额定转速：是指在额定功率下电机的转速。单位为。u电机电机转矩转矩：电机扭矩即电动机的输出扭矩，为电动机的基本参数之一。：电机扭矩即电动机的输
65、出扭矩，为电动机的基本参数之一。常用单位为常用单位为NM。u功率功率：额定功率是指电机在额定电压额定环境等条件下电机轴上的输：额定功率是指电机在额定电压额定环境等条件下电机轴上的输出功率。常用单位是出功率。常用单位是Kw。引导问题引导问题1：电机的基本概念电机的基本概念u效率效率：效率指的电机有效输出功率与总功率之率，不同类型电机效率：效率指的电机有效输出功率与总功率之率，不同类型电机效率曲线不同。对于电动汽车而言，电机的效率可以表示为：曲线不同。对于电动汽车而言，电机的效率可以表示为：引导问题引导问题2：新能源汽车对电机的要求新能源汽车对电机的要求u1.高电压高电压。在允许的范围内，尽可能采
66、用高电压，可以减小电动机的在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。u2.转速高转速高。电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到8000-12000r/min，高转速电动机的体积较小，质量较轻，有利于降低装车高转速电动机的体积较小，质量较轻，有利于降低装车的装备质量。的装备质量。u3.质量轻，体积小质量轻，体积小。电动机可通过采用铝合金外壳等途径降低电动机电动机可通过采用铝合金外壳等途径降低电动机的质量，各种控制装置和冷却系统的材料等的质量，各种
67、控制装置和冷却系统的材料等也尽可能也尽可能选用轻质材料。选用轻质材料。u4.电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、加速、行驶、减速、制动所制动所需的功率与转矩。需的功率与转矩。能够能够实现快速充电。实现快速充电。引导问题引导问题2：新能源汽车对电机的要求新能源汽车对电机的要求u5.电动汽车电动汽车驱动电动机需要有驱动电动机需要有4至至5倍的过载倍的过载，以满足短时加速行驶与，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求，而工业驱动电动机只要求有最大爬坡度的要求，而工业驱动电动机只要求有2倍的过载就可以了
68、。倍的过载就可以了。u6.电动汽车电动汽车驱动电动机应具有驱动电动机应具有高的可控性、稳态精度、动态性能高的可控性、稳态精度、动态性能，以满，以满足多部电动机协调运行，而工业驱动电动机只要求满足某一种特定的足多部电动机协调运行，而工业驱动电动机只要求满足某一种特定的性能。性能。u7.电动机电动机应具有应具有高效率、低损耗高效率、低损耗，并在车辆减速时，可进行制动能量回，并在车辆减速时，可进行制动能量回收。收。u8.电气系统电气系统安全性和控制系统的安全性安全性和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定应达到有关的标准和规定。u9.电机电机能够在能够在恶劣条件下可靠工作恶劣条件下可靠工作。电动机应
69、具有高的可靠性、耐温和。电动机应具有高的可靠性、耐温和耐潮性，并在运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长期工作耐潮性，并在运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长期工作。u10.结构简单，结构简单，适合大批量生产，使用维修方便适合大批量生产，使用维修方便，价格便宜等。，价格便宜等。引导问题引导问题3：不同类型的电机不同类型的电机u1.直流电动机直流电动机u有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性可比拟的优良控制特性。u由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一由于存在电刷和机械换向器
70、，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器。u由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机。基本不采用直流电动机。引导问题引导问题3：不同类型的电机不同类型的电机u2.交流三相交流三相感应电动机感应电动机u交流三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅交流
71、三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用运行可靠，经久耐用。u交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速达到交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速达到1200015000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。u对环境的适应性好，井能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电对环境的适应性好，井能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜，维修
72、方便。动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。引导问题引导问题3：不同类型的电机不同类型的电机u3.永磁永磁无刷直流电动机无刷直流电动机u永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。u它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火
73、花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。u它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。引导问题引导问题3：不同类型的电机不同类型的电机u4.开关磁阻电动机开关磁阻电动机u开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它开关磁阻电
74、动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、的结构比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理容易没有相间跨接线，维护修理容易。u开关磁阻电动机具有高度的非线性特性，因此，它的驱动系统较为复开关磁阻电动机具有高度的非线性特性，因此，它的驱动系统较为复杂。它的控制系统包括功率变换器杂。它的控制系统包括功率变换器。但近年来的研究表明，采用合理但近年来的研究表明，采用合理的设
75、计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的设计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。的抑制。引导问题引导问题3：不同类型的电机不同类型的电机u5.电动汽车电动汽车采用的各种驱动电动机性能比较采用的各种驱动电动机性能比较n目前交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机以及它们的控制装置，成本还目前交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机以及它们的控制装置，成本还比较高，形成批量生产以后，这些电动机和单元控制装置的价格会迅速降低，比较高，形成批量生产以后，这些电动机和单元控制装置的价格会迅速降低，将能够满足经济效益的要求，并使电动汽车整车价格降低。将能够满足经济效
76、益的要求，并使电动汽车整车价格降低。引导问题引导问题4：新能源汽车电机的发展新能源汽车电机的发展u直流电机直流电机的效率和转速相对较低，其换向器维护困难，直流电机价格的效率和转速相对较低，其换向器维护困难，直流电机价格高、体积和重量大。高、体积和重量大。随着控制理论和电力电了技术的发展，直流驱动随着控制理论和电力电了技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，己大大处于劣势。因此，目前国外各大公系统与其它驱动系统相比，己大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统己逐渐淘汰了直流驱动系统司研制的电动车电气驱动系统己逐渐淘汰了直流驱动系统。u20世纪世纪90年代后，交流电机驱动系
77、统的研制和开发有了新的突破。相年代后，交流电机驱动系统的研制和开发有了新的突破。相比直流电机，交流电机体积小、质量轻、效率高、调速范围宽、可靠比直流电机，交流电机体积小、质量轻、效率高、调速范围宽、可靠性高、价格便宜、维修简单方便，在电动汽车上得到了广泛应用。交性高、价格便宜、维修简单方便，在电动汽车上得到了广泛应用。交流电机包括异步电机、永磁电机以及开关磁阻电机。流电机包括异步电机、永磁电机以及开关磁阻电机。引导问题引导问题4：新能源汽车电机的发展新能源汽车电机的发展u美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机，如美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机，如Chrysler公司生公司生产的
78、产的EpicVan；Ford公司生产的公司生产的RangerEV，通用汽车公司生产的，通用汽车公司生产的IMPACT和和EH电动汽车电动汽车。u国内也采用感应电动机作为电动汽车的驱动电机也比较多，如胜利国内也采用感应电动机作为电动汽车的驱动电机也比较多，如胜利SL6700DD电动客车，郑州华联电动客车，郑州华联ZK6820HG-1电动轻型客车。电动轻型客车。但其最但其最大缺点是驱动电路复杂，相对永磁电机而言，其效率和功率密度偏低，大缺点是驱动电路复杂，相对永磁电机而言，其效率和功率密度偏低，因此有被其它新型永磁电机逐步取代的趋势。因此有被其它新型永磁电机逐步取代的趋势。引导问题引导问题4：新能
79、源汽车电机的发展新能源汽车电机的发展u永磁电机包括永磁无刷直流电机和永磁无刷同步电机两种。永磁电机包括永磁无刷直流电机和永磁无刷同步电机两种。永磁无刷永磁无刷直流电机是在直流电机的基础上不再用电刷和换向器，起动转矩大、直流电机是在直流电机的基础上不再用电刷和换向器，起动转矩大、过载能力强，非常适合电动车的运行特性过载能力强，非常适合电动车的运行特性。随着。随着稀土永磁材料的开发稀土永磁材料的开发和应用，永磁无刷电机的性能有了很大的提高，是未来最有发展前景和应用，永磁无刷电机的性能有了很大的提高，是未来最有发展前景的驱动电机之一的驱动电机之一。u开关磁阻电机开关磁阻电机(SRM)是英国于是英国于1983年首次正式推出的，经过多年的研年首次正式推出的，经过多年的研制开发，己成为现代电动汽车交流驱动的又一个新支，它具有可控相制开发，己成为现代电动汽车交流驱动的又一个新支，它具有可控相数多、实现四象限控制方便、成本低数多、实现四象限控制方便、成本低。u总之，电动汽车驱动电机总的发展趋势是由通用走向专用，由直流走总之，电动汽车驱动电机总的发展趋势是由通用走向专用，由直流走向交流；电机的功率密度、可靠性及耐久性不断提高；驱动控制系统向交流；电机的功率密度、可靠性及耐久性不断提高；驱动控制系统向集成化与一体化发展。向集成化与一体化发展。u
