新能源汽車結(jié)構(gòu)與工況實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書

1《能源汽車應(yīng)用技術(shù)》課程——能源汽車構(gòu)造與工況實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書一、試驗(yàn)?zāi)康呐c要求通過(guò)試驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)了解生疏以氫為燃料的燃料電池汽車動(dòng)力電池的根本構(gòu)成和工作原理；通過(guò)試驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)把握油-電混合動(dòng)力汽沁能源汽車車動(dòng)力總成及其主要部件的構(gòu)造與功能；通過(guò)試驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)了解油-電混合動(dòng)力汽車運(yùn)行工況，分析汽油機(jī)子系統(tǒng)和電機(jī)子系統(tǒng)自動(dòng)交替工作的運(yùn)行狀態(tài)，總結(jié)其特點(diǎn)。二、試驗(yàn)的主要儀器設(shè)備2007版PSHEV油-1臺(tái)；NJLGPE-021 圖1豐田普瑞斯油-電混合動(dòng)力汽車 圖2燃料電池仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)PRIUS2007PSHEV1臺(tái)。根本參數(shù)：裝有THS動(dòng)力系統(tǒng)(ToyotaHybridSystem)；1.5L51.5kW500V永磁無(wú)刷電機(jī)功率33kW；電動(dòng)/發(fā)電機(jī)為永磁溝通同步電機(jī)；201V鎳-氫動(dòng)力電池重75kg2501.2V1240kg160km/h3.61L/100km。質(zhì)子交換膜燃料電池仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以空冷型百瓦級(jí)PEMFC為測(cè)控對(duì)象，承受LabVIEW作條件。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)包括：風(fēng)冷型質(zhì)子交換膜燃料電池堆、供氣單元、電力電子轉(zhuǎn)換單元、掌握單元、負(fù)載試驗(yàn)單元、系統(tǒng)掌握分析軟件六局部。三、根底學(xué)問〔型車載動(dòng)力裝置有技術(shù)、構(gòu)造的汽車。能源汽車包括混合動(dòng)力汽車HEV、純電動(dòng)汽車BE，包括太陽(yáng)能汽車、燃料電池電動(dòng)汽車FCE、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他能源〔甲醚〕汽車等各類別產(chǎn)品。質(zhì)子交換膜燃料電池的原理質(zhì)子交換膜燃料電池，簡(jiǎn)稱PEMFC高等特點(diǎn)，使得它成為目前全球進(jìn)展最快速的一種燃料電池。PEMFC3圖3質(zhì)子交換膜燃料電池單電池構(gòu)造原理圖 圖4質(zhì)子交換膜燃料電池電堆雙極板常用的材料有石墨板和改性金屬板,在雙擊板的兩側(cè)分別加工有燃料和氧化劑的成物。另外，雙擊板還具有傳輸電流和阻氣作用。集中電極分為兩局部，集中層和催化層(PTFE)，使其具有多化劑Pt/C(或其它形式的催化劑)和(或)疏水性的PTEF化學(xué)反響的場(chǎng)所。膜是電池的關(guān)鍵部件，目前主要承受全氟磺酸型質(zhì)子交換膜(Nafion膜)。其主要擔(dān)當(dāng)水合H+的傳輸。并隔離陰陽(yáng)極的燃料和氧化劑。單電池輸出功率取決于單電池的輸出電壓和工作電流。由于單電池往往功率較小，無(wú)同負(fù)載的需要。電堆功率的大小由單電池的個(gè)數(shù)和功率打算。圖4PEMFC55質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理圖燃料H和氧化劑OH和氧化劑分別通過(guò)陽(yáng)極和陰2 2 2極集中層到達(dá)各自的催化層，陽(yáng)極H在催化劑的作用下發(fā)生電極反響：2H 2H2eHeat2生成的H+穿過(guò)電解質(zhì)膜到達(dá)陰極，同時(shí)產(chǎn)生的電子經(jīng)過(guò)外電路也到達(dá)陰極。此時(shí)陰極的氧化劑同樣在Pt催化劑作用下和H+陰極反響式為：

2H2e1

12O2H2OHeat總化學(xué)反響為： H O2 2 2

HOHeat+Electricalenergy2PEMFC可在室溫條件下運(yùn)行，并啟動(dòng)快速。能量轉(zhuǎn)化效率高。效率高達(dá)50%-60%，通過(guò)對(duì)余熱的二次利用，總效率可高達(dá)80%-852-3無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)零排放。工作過(guò)程的唯一產(chǎn)物是水。運(yùn)行噪聲低，牢靠性高。無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，工作時(shí)僅有氣體和水的流淌。本錢高(目前主要表現(xiàn)為材料價(jià)格昂貴)?；旌蟿?dòng)力汽車混合動(dòng)力是指那些承受傳統(tǒng)燃料的，同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)改善低速動(dòng)力輸出和燃油消耗的車型。依據(jù)燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動(dòng)力和柴油混合動(dòng)力兩種。進(jìn)展也很快?；旌蟿?dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)是：、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率缺乏時(shí)，由電池來(lái)補(bǔ)充和一般汽車一樣。由于有了電池，可以格外便利地回收制動(dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零”排放?？梢岳矛F(xiàn)有的加油站加油，不必再投資?？勺岆姵乇３衷诹己玫墓ぷ鳡顟B(tài)，不發(fā)生過(guò)充、過(guò)放，延長(zhǎng)使用壽命，降低本錢?；旌蟿?dòng)力汽車的缺點(diǎn):長(zhǎng)距離高速行駛根本不能省油。一體化構(gòu)造進(jìn)展，即集成化混合動(dòng)力總成系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力總成以動(dòng)力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三局部動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成SHEV帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電。串聯(lián)式構(gòu)造適用于城市內(nèi)頻繁機(jī)的效率，削減了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與一般汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。為主動(dòng)力源。該構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是掌握便利，缺點(diǎn)是構(gòu)造比較簡(jiǎn)單。四、試驗(yàn)的內(nèi)容與方法、步驟豐田油-電混合動(dòng)力汽車試驗(yàn)內(nèi)容豐田混聯(lián)式油-電混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成的及其主要部件的構(gòu)造與功能。MG1高壓電池發(fā)動(dòng)機(jī)變頻器MG2行星齒輪組45①THSII構(gòu)造-發(fā)動(dòng)機(jī)

6豐田普瑞斯THSII1NZ-FXE/4161.5②THSII構(gòu)造-驅(qū)動(dòng)橋500V電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī),行星齒輪,減速齒輪和主減速齒輪。使用連續(xù)變速傳動(dòng)裝置，到達(dá)操作的平滑性和安靜性。圖7THSII構(gòu)造-發(fā)動(dòng)機(jī) 圖8THSII構(gòu)造-驅(qū)動(dòng)橋圖9 THSII圖9 THSII構(gòu)造-HV電池

圖10 THSII構(gòu)造-變頻器201.6V直流HV全封閉的鎳－氫(Ni-MH)蓄電池以減輕重量，安裝位于后備箱內(nèi)后排座位下。④THSII變頻作用：直流200V500V；直流-直流轉(zhuǎn)換：直流200V12V；A/C變頻器：DCACA/C壓縮機(jī)。觀看混聯(lián)式油-電混合動(dòng)力汽車根本運(yùn)行工況混聯(lián)式油-“READY”燈點(diǎn)亮?xí)r，才可行駛；為了改善燃油經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)車輛停頓時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)；車輛起動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)由系統(tǒng)自動(dòng)掌握。油-電混合動(dòng)力汽車的幾種典型運(yùn)行工況：①發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力電池充電：動(dòng)力電池容量低于額定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)為動(dòng)力電池充電。值時(shí)，“電動(dòng)/發(fā)電機(jī)”處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，“電動(dòng)/發(fā)電機(jī)”處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，向動(dòng)力電池充電。③正常時(shí)速行駛：汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。-驅(qū)動(dòng)電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞路線是：發(fā)動(dòng)機(jī)→THS混合動(dòng)力系統(tǒng)→車輪；動(dòng)力電池動(dòng)力傳遞路線是：動(dòng)力電池→電流轉(zhuǎn)換器→驅(qū)動(dòng)電機(jī)→THS混合動(dòng)力系統(tǒng)→-驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力在THS混合動(dòng)力系統(tǒng)上混合。由教師駕駛車輛行駛，模擬混聯(lián)式油-電混合動(dòng)力汽車三種根本運(yùn)行工況，學(xué)生觀看并思考。①發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力電池充電工況演示②驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)低速行駛工況演示③油-電混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)低速行駛工況演示圖11充電工況演示 圖12電機(jī)驅(qū)動(dòng)低速行駛工況演示氫燃料電池試驗(yàn)內(nèi)容

14所示，平臺(tái)中的設(shè)備主要包括：兩級(jí)減壓閥，減壓1個(gè)，功率表〔可選作電壓表和電流表〕312個(gè)，變阻器和LED1燃料電池仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)燃料電池仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)供氣局部保嚴(yán)易持謹(jǐn)燃通燃?xì)怙L(fēng)火體燃料電池堆氣體流量計(jì)壓力表減壓閥電源局部負(fù)載局部電源開關(guān)阻電護(hù)保負(fù)載開關(guān)1負(fù)載開關(guān)2電流表〔A〕電流表〔A〕電源〔+〕DCDC/DC輸出〔+〕電源〔-〕DCDC/DC輸出〔-〕電力電子變換變阻器LED燈 直流電機(jī)旋鈕上位機(jī)顯示直流可編程電子負(fù)載圖14 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)①展現(xiàn)燃料電池的工作原理，系統(tǒng)包括：一個(gè)PEM燃料電池，一個(gè)流量計(jì)顯示氫氣流速功率，電堆溫度，輸出電壓，負(fù)載電流。②計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)紀(jì)錄不同的特性曲線，如V-I、P-I、P-V的動(dòng)態(tài)變化曲線，檢測(cè)曲線上不同參數(shù)及各種參數(shù)間的作用。況，并可以檢驗(yàn)試驗(yàn)過(guò)程中的不同參數(shù)。④可以設(shè)定負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程并檢測(cè)相應(yīng)的性能參數(shù)。由教師操作，燃料電池系統(tǒng)的

燃料電池工作載變化后，記錄各項(xiàng)參數(shù)的變并思考分析。圖15 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集五、試驗(yàn)報(bào)告要求通過(guò)