《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（第5版）》 練習(xí)題及其答案 第9章

第九章練習(xí)題電動(dòng)汽車(chē)相對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)有什么優(yōu)勢(shì)？新型汽車(chē)動(dòng)力裝置興起的原因是什么？目前世界上的電動(dòng)汽車(chē)與一百年之前有什么不同？簡(jiǎn)述廣義電動(dòng)汽車(chē)的基本類(lèi)型及相應(yīng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置包含哪幾部分？功率傳遞路線(xiàn)是什么？汽車(chē)電池常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有哪些？驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩功率具備什么樣的特性？使用其作為汽車(chē)動(dòng)力裝置有什么優(yōu)勢(shì)？目前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)類(lèi)型是什么？選擇這種電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)有什么優(yōu)勢(shì)。按驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)分混合動(dòng)力汽車(chē)都有什么形式？串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力裝置的工作模式有哪些？串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力裝置具備什么樣的特性？混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)性能優(yōu)缺點(diǎn)是什么？燃料電池汽車(chē)性能優(yōu)勢(shì)是什么？寫(xiě)出燃料電池汽車(chē)電池的化學(xué)反應(yīng)方程式。燃料電池基本原理是什么？什么方式可以提高燃料電池的工作效率？根據(jù)電解質(zhì)類(lèi)型的不同，可將燃料電池進(jìn)行怎樣的分類(lèi)？質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理是什么？質(zhì)子交換膜燃料電池的工作特性是什么？寫(xiě)出燃料電池汽車(chē)動(dòng)力裝置的組成部分，并闡述其能量傳遞路線(xiàn)。使用空氣作為燃料電池氧化劑有什么優(yōu)勢(shì)？水/熱管理系統(tǒng)對(duì)于PEMFC系統(tǒng)的正常工作具有什么意義？第九章練習(xí)題答案電動(dòng)汽車(chē)相對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)有什么優(yōu)勢(shì)？答：電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、加速快，比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)高出2個(gè)數(shù)量級(jí)，電機(jī)可分散配置，通過(guò)線(xiàn)控技術(shù)直接控制車(chē)輪轉(zhuǎn)速，易實(shí)現(xiàn)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和四輪轉(zhuǎn)向，提高了系統(tǒng)的道路適應(yīng)性。新型汽車(chē)動(dòng)力裝置興起的原因是什么？目前世界上的電動(dòng)汽車(chē)與一百年之前有什么不同？答：隨著汽車(chē)保有量的急速攀升，石油能源的日漸緊張和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，內(nèi)燃機(jī)作為汽車(chē)主要?jiǎng)恿σ呀?jīng)不能解決這種越來(lái)越嚴(yán)重的矛盾。能夠滿(mǎn)足社會(huì)與自然和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展要求的新型汽車(chē)動(dòng)力裝置成為人們研究的重點(diǎn)。相比一百年前的電動(dòng)汽車(chē)，現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能更優(yōu)秀，控制系統(tǒng)更復(fù)雜，續(xù)航里程更能滿(mǎn)足人們?nèi)粘５男枨?。?jiǎn)述廣義電動(dòng)汽車(chē)的基本類(lèi)型及相應(yīng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？答：電動(dòng)汽車(chē)在廣義上可分為3類(lèi)，即純電動(dòng)汽車(chē)(BatteryElectricalVehicle，BEV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HybridElectricalVehicle，HEV)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FuelcellElectricalVehicle，F(xiàn)CEV)。純電動(dòng)汽車(chē)只使用動(dòng)力電池作為汽車(chē)能量來(lái)源?；旌蟿?dòng)力至少使用兩種動(dòng)力來(lái)源作為能量源，通常情況下其中一種為電力驅(qū)動(dòng)。燃料電池汽車(chē)為使用燃料電池作為為動(dòng)力來(lái)源的汽車(chē)。純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置包含哪幾部分？功率傳遞路線(xiàn)是什么？答：純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置主要包括：動(dòng)力電池、高壓線(xiàn)路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)減速結(jié)構(gòu)和車(chē)輪。功率傳遞方向?yàn)閯?dòng)力電池到驅(qū)動(dòng)電機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪。汽車(chē)電池常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有哪些？答:電池容量、電池能量、能量密度、循環(huán)使用壽命、電池功率。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩功率具備什么樣的特性？使用其作為汽車(chē)動(dòng)力裝置有什么優(yōu)勢(shì)？答：電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中功率輸出可以分為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)兩部分。恒轉(zhuǎn)矩區(qū)電機(jī)輸出恒定轉(zhuǎn)矩，汽車(chē)起步加速過(guò)程中能迅速爆發(fā)出巨大的加速度；恒功率加速過(guò)程中電機(jī)輸出恒定功率，隨著轉(zhuǎn)速的上升轉(zhuǎn)矩逐漸下降。電機(jī)的這種特性有利于汽車(chē)加速性能，較寬的高轉(zhuǎn)矩區(qū)能減少汽車(chē)換擋次數(shù)。目前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)類(lèi)型是什么？選擇這種電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)有什么優(yōu)勢(shì)。答：目前應(yīng)用最廣泛的電機(jī)為永磁同步電機(jī)。恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長(zhǎng)，一直延伸到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的50%處左右，這對(duì)提高汽車(chē)的低速動(dòng)力性能有很大幫助；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速較高，能達(dá)到10000r/min以上。永磁同步電機(jī)功率密度高、調(diào)速性能好，在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行效率高(90%～95%)，比永磁無(wú)刷直流電機(jī)有更加優(yōu)越的性能，是理想的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)之一。按驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)分混合動(dòng)力汽車(chē)都有什么形式？答：串聯(lián)式混合動(dòng)力裝置、并聯(lián)式混合動(dòng)力裝置、混聯(lián)式混合動(dòng)力裝置。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力裝置的工作模式有哪些？答：1）車(chē)輛起步、加速行駛，以及高速和爬坡行駛工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電能和來(lái)自蓄電池組的電能共同向車(chē)輛提供功率輸出。2）車(chē)輛正常行駛（中等功率需求）以及車(chē)輛滑行工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組向蓄電池組和車(chē)輛提供功率輸出，同時(shí)彌補(bǔ)SOC的衰減。3）車(chē)輛行駛于對(duì)排放要求較高的路段時(shí)，整車(chē)功率需求全部由蓄電池供給，車(chē)輛為純電動(dòng)工作，這時(shí)車(chē)輛的SOC降低較快。4）車(chē)輛在減速/制動(dòng)工況，當(dāng)車(chē)載蓄電池組電量偏低時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)回收車(chē)輛部分動(dòng)能存儲(chǔ)到蓄電池組，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組的全部功率輸出到蓄電池組。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力裝置具備什么樣的特性？答：1）發(fā)動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的電能向電池組充電，用于補(bǔ)充電池組的電量損耗，大大延長(zhǎng)了續(xù)航里程。2）串聯(lián)式混合動(dòng)力裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)并不跟隨外界工況而大范圍波動(dòng)，能夠保持在穩(wěn)定、高效和低排放的經(jīng)濟(jì)區(qū)工作，可以獲得較高的燃油經(jīng)濟(jì)性和低的排放。3）串聯(lián)式混合動(dòng)力裝置采用電動(dòng)機(jī)直驅(qū)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的無(wú)級(jí)變速，具有良好的操作性和加速動(dòng)力性。4）兩大原動(dòng)力沒(méi)有機(jī)械聯(lián)結(jié)，一方面使其在車(chē)輛的布置上有較大自由度，另一方面免去了二者的動(dòng)力合成，這也是其他形式的混合動(dòng)力系統(tǒng)的一大難點(diǎn)，從而使得串聯(lián)式混合動(dòng)力裝置控制相對(duì)簡(jiǎn)單。5）串聯(lián)式混合動(dòng)力裝置依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以以電池組為主動(dòng)力源，使其在城市中實(shí)現(xiàn)“零污染”狀態(tài)的行駛。這對(duì)于在工況比較復(fù)雜的城市道路下有頻繁起步加速的城市車(chē)輛來(lái)說(shuō)有著較大的發(fā)展空間。6）串聯(lián)式混合動(dòng)力的能量通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)或向電池充電，能量傳遞路徑較長(zhǎng)，中間損失環(huán)節(jié)較多，在汽車(chē)中、高速巡航工況下系統(tǒng)能效較低，并且系統(tǒng)需要至少兩個(gè)電機(jī)，成本較高?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)性能優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：優(yōu)點(diǎn)：1）能選擇的工作模式比較多，更能適應(yīng)復(fù)雜的汽車(chē)行駛條件；2）高速行駛時(shí)選擇串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，減少機(jī)械損失；3)需要較大驅(qū)動(dòng)力時(shí)，選用并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升整車(chē)輸出功率；4）發(fā)動(dòng)機(jī)處于優(yōu)秀的運(yùn)行工況下，具備良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。缺點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控系統(tǒng)復(fù)雜；整車(chē)使用兩種動(dòng)力裝置，成本較高。燃料電池汽車(chē)性能優(yōu)勢(shì)是什么？答:料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。由于其轉(zhuǎn)換過(guò)程不經(jīng)過(guò)燃燒，不受“卡若循環(huán)”的限制，轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60%～70%，實(shí)際熱效率是內(nèi)燃機(jī)的2倍左右。轉(zhuǎn)換效率高是燃料電池的主要特點(diǎn)之一。寫(xiě)出燃料電池汽車(chē)電池的化學(xué)反應(yīng)方程式。答：陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)燃料電池基本原理是什么？什么方式可以提高燃料電池的工作效率？答：通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將燃料電池的化學(xué)能不經(jīng)過(guò)燃燒直接轉(zhuǎn)換為電能。這種能量轉(zhuǎn)換是通過(guò)氧化還原反應(yīng)來(lái)完成的。氫氧燃料電池裝置可以說(shuō)是水電解的一個(gè)“逆”裝置。氫和氧通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能。根據(jù)電解質(zhì)類(lèi)型的不同，可將燃料電池進(jìn)行怎樣的分類(lèi)？答：堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）、磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）、固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell,SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理是什么？答：PEMFC工作時(shí)，經(jīng)加濕的H2和O2分別進(jìn)入陽(yáng)極室和陰極室，經(jīng)電極擴(kuò)散層到達(dá)催化層和質(zhì)子交換膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。陽(yáng)極反應(yīng)生成的質(zhì)子（H+）通過(guò)質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)到達(dá)陰極，陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極。產(chǎn)生的水以水蒸氣或冷凝水的形式隨過(guò)剩的陰極反應(yīng)氣體從陰極室排出。質(zhì)子交換膜燃料電池的工作特性是什么？答：1）效率在50%～70%之間；2）壓力越高，PEMFC的性能約好；PEMFC在工作時(shí)，隨著溫度的升高，電池內(nèi)阻減小，在相同電流密度條件下，工作電壓隨之增大，即燃料電池的功率增大；燃料氣體中CO的含量對(duì)燃料電池性能的影響非常大PEMFC中水管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)非常重要寫(xiě)出燃料電池汽車(chē)動(dòng)力裝置的組成部分，并闡述其能量傳遞路線(xiàn)。答：燃料電池與蓄電池混合驅(qū)動(dòng)型動(dòng)力系統(tǒng)主要由整車(chē)控制器、燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、蓄電池、電池管理系統(tǒng)等組成。能量傳遞線(xiàn)路為：燃料電池、DC/DC,電機(jī)控制器或者蓄電池最后到電機(jī)。使用空氣作為燃料電池氧化劑有什么優(yōu)勢(shì)？答：空氣比較容易獲得，基本沒(méi)有價(jià)格要求，對(duì)于整車(chē)結(jié)構(gòu)要求小，不需要使用耐高壓設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)，直接就可以使用。水/熱管理系統(tǒng)對(duì)于PEMFC系統(tǒng)的正常工作具有什么意義？答：在多數(shù)PEMFC系統(tǒng)中，反應(yīng)產(chǎn)物水被用于系統(tǒng)的冷卻和部分用來(lái)加濕燃料氣和氧化劑。產(chǎn)物水首先通過(guò)燃料電池堆的反應(yīng)區(qū)冷卻電堆本身