纯电动车动力系统.ppt
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1、纯电动车动力系统,李哲 清华大学汽车工程系发动机控制课题组 2006.12,纯电动概述 纯电动动力系统组成 3 动力系统的不同布置方法 电机 5 电池 电池的反应式和基本类型比较 三类主要实验,放电特性 与充电方法 BMS的任务 SOC估计方法 单体差异 安全性管理,提纲,概述,发展纯电动车的原因 环境 资源 政策 市场需求,据国务院发展研究中心预测,从2007年我国电力将开始盈余。微型电动汽车在夜间充电有利于我国电力结构优化,假定我国2020年电动汽车、微型电动汽车、电动自行车保有量分别达到50万、500万和2亿辆,以三类电动车年行使里程2万公里、1万公里和5000公里为例计算,夜间充电将为
2、电网提供总装机容量近7%的蓄能设备,为电力产业发展节约投资成本约1000亿元。,到2008年,北京地区的机动车排放将实行相当于欧洲号的标准。北京奥组委在北京奥运行动规划科技奥运建设专项规划中,将电动汽车开发、示范及产业化研究、动力锂离子电池及关键材料研究列入重点任务。,纯电动车动力系统结构简图,动力系统组成: 电池及其管理系统 电机及其管理系统 辅助子系统,纯电动动力系统组成,动力系统的不同布置方法,电机,电磁场基本原理 磁通、磁场强度、磁感应强度、磁导率 电&磁: 电动势E 磁通势F=NI 电流 I 磁通 电流密度I/S 磁感应强度B 电阻R=L/rs 磁阻 Rm=L/S I=E/R=E/(
3、L/rs) =F/Rm=NI/(L/S) 磁场相互作用 两个空间磁场,产生相互作用力,使得磁力线方向趋于一致。(指南针) 磁力线总是喜欢从磁阻小得地方通过。 (吸铁),电机原理 电机原理: 在空间内产生定子磁场和转子磁场。 磁场相互作用产生扭矩和感生电动势。 通过保持两磁场强度和相对夹角控制扭矩。 电动机 (电能机械能) 当扭矩方向与旋转方向相同时输出机械能。 此时感生电动势方向与电流同相,消耗电能。 发电机 (机械能电能) 当扭矩方向与旋转方向相反时消耗机械能。 此时感生电动势方向与电流反相,产生电能。,电机的数量和布置,选装几个电机? 使用轮毂电机吗? 电机选择什么类型?直流永磁无刷?,四
4、轮单独控制,减少打滑等 附着 制动能量回收 重量 电机的效率曲线 轮毂电机线控,体积,空间布置 成本,浙江雄霸 800W直流永磁刷 单个重量约8Kg,1 直流电机如传统汽车用启动电机 直流电机(通过直流电直接驱动的电机) 定子磁场空间固定:通过直流电或永磁体产生 转子磁场空间固定:通过电刷转子线圈产生 两空间旋转磁场,当方向夹角90度时,产生最大作用扭矩。,电机分类,2 交流同步电机 交流同步电机(转子转速与磁场转速相同) 定子磁场空间旋转:通过交流电定子线圈产生 转子磁场空间旋转:通过电刷转子线圈或永磁体产生,电机分类,励磁同步发电机(APU所用发电机) 转子通过励磁机励磁(无刷直流励磁),
5、定子感生交流电,永磁同步电机(ISG广泛采用) 转子永磁体,定子线圈,无电刷,3 直流磁阻电机 磁阻同步电机(多用于步进电机) 定子磁场空间旋转:通过直流电定子线圈产生 转子磁场空间旋转:无转子磁场,电机分类,4 交流异步电机 交流异步电机(转子转速小于磁场转速) 定子磁场空间旋转:通过交流电定子线圈产生 转子磁场空间旋转:通过金属条(鼠笼)感应产生,电机分类,永磁同步电机,永磁同步电机分类 永磁同步(PMSM) 转子永磁体形成的空间磁场强度沿周向呈正弦波分布。随转子旋转,定子线圈感生反电动势(bemf)为正弦波。 为产生平稳扭矩,定子电流随转角也应为正弦波。,永磁同步电机分类 交流无刷(BD
6、CM) 转子永磁体形成梯形空间磁场 随转子旋转,在定子线圈感生反电动势(bemf)为梯形波 为产生平稳扭矩,定子电流也应控制为梯形波。 但不可能产生完全平稳扭矩输出 (只有当bemf为理想矩形波时),永磁同步电机,电机损耗 铜损(电损) 定子线圈为铜导线,铜损是指由于导线内阻R引起的损耗 电损随定子电流幅值增大而增大。 铁损(磁损) 定子导磁材料为铁片,铁损是指由于磁路漏磁Rc引起的损耗。铁损随磁通和转速增大而增大。即随定子电压幅值增大而增大。,永磁同步电机,电池,电池电动汽车产业化发展的瓶颈之一,常见蓄电池的反应式,动力电池体系发展现状比较,蓄电池主要实验,性能实验测试变温度/DOD/充放电
7、速率下的 时间电压 或 时间SOC 等曲线,了解电池的本身特性。 随车实验记录不同转速/扭矩下的电池电压/电流/温度/SOC,优化电池的管理策略,不仅用于纯电动车,还用于混合动力车(结合混合动力车辆的构型、能量分配策略和控制算法)。 极限实验在刺穿/热失稳等极限条件下,评估电池的安全性。,电池性能实验:,充电倍率对电压与温度曲线影响,不同温度下的充电电压曲线,不同倍率充电时的压力变化,放电倍率对电池容量的影响,温度对电池可用容量的影响,隔膜种类对电池荷电保持特性的影响,蓄电池的放电特性曲线,电池的端电压在不同的放电率下(C)与放电时间的关系曲线: 放电率越小,曲线越偏上 80Ah 镍氢电池,如
8、:100Ah额定容量的蓄电池: 若c/5速率放电,20A,5h放电完毕, 则c/10速率放电,即10A放电,则放电时间超过10h; 则以1c速率放电时,即100A放电,则放电时间小于1h。,蓄电池的可用容量随着放电率的上升而有所下降,Optima55Ah Yellowtop Pd-Acid 12V 60A恒流放电,OUR DATA,蓄电池的可用容量随放电率的上升而下降,基于稳态开路电压的SOC估计方法: t=0时 OCV=12.993V SOC=100% t=finish OCV=11.895V SOC=44.75%,在SOC=44.75%时,端电压就下降到了危险的6.4V,S1:C/6恒流充
9、电直到达到冒气电压(2.4v),切断充电电流,使得端电压稍微下降到2.2v。 S2:75S1电流充电,直到达到冒气电压,切断充电电流,使得端电压稍微下降到2.2v。 S3:50S1电流充电,直到达到冒气电压,切断充电电流,使得端电压稍微下降到2.2v。 S4: 25S1电流充电,直到电池电压在15min内不再上升为止。 S5:进入脉冲均衡充电过程。当S4后电压下降到2.13v时,开始这一过程,一直持续到电池电压在15min内不再上升为止。 S6,S7:重复S5,以保证所有的单体都被充满。 S8:涓流充电,以补偿自放电的损失。只要开路电压低于2.13v时,就开始这一过程,使用c/100的电流或者
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