新能源汽車技術

新能源汽車2024/11/182024/11/18新能源汽車

隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源與環(huán)境已經(jīng)成為人類發(fā)展和生存的重大問題。內(nèi)燃機汽車使用的燃料均為一次性能源，開發(fā)使用后便不可再生。隨著全球能源消耗的增加，地球的礦物能源已面臨枯竭。環(huán)境問題也日益突出，在世界各地的大、中城市，大氣污染物中約40％～70％來自內(nèi)燃機汽車的尾氣排放。

中國大城市的污染狀況目前是全世界最為嚴重的，全世界空氣污染最嚴重的20個城市中，有10個在中國。而中國華北、華東的大城市調(diào)查中，大氣污染的70％來自于汽車的尾氣排放。

基于這些原因，新能源汽車就成為解決能源與環(huán)境問題的一個選擇。新能源汽車按照使用能源的來源劃分，新能源汽車的技術可分為五類。一是基于傳統(tǒng)石油燃料的節(jié)能環(huán)保汽車，如先進柴油車和混合動力汽車。二是基于天然氣和石油伴生品的燃氣汽車。三是燃料電池、氫動力汽車四是純電動汽車。五是太陽能動力汽車。2024/11/18混合動力汽車定義GB定義“由兩種和兩種以上的儲能器、能源或轉換器作為驅動能源，其中至少有一種能提供電能的車輛稱為混合動力汽車（HybridElectricVehicle,簡稱HEV）”，該定義稱為廣義的定義方式。2024/11/18混合動力汽車混合動力汽車的組合形式2024/11/182024/11/18混合動力電動汽車的工作原理視頻混合動力汽車混合動力汽車將是短期和中期新能源汽車發(fā)展的主導力量,燃料電池汽車則是長期發(fā)展的重點。2024/11/18結構形式主要有并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)三種。并聯(lián)結構：將內(nèi)燃機和電動機在汽車上并聯(lián)起來可以提供三種驅動模式:內(nèi)燃機直接驅動；電動機直接驅動；內(nèi)燃機電動機同時驅動。特點：能量利用率較高驅動系統(tǒng)的發(fā)動機工況要受汽車行駛工況的影響,因此不適于汽車行駛工況變化較多的場合。該驅動系統(tǒng)最適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定行駛的工況。混合動力汽車（并聯(lián)式）2024/11/18串聯(lián)結構電動機的驅動可以由電池完成,也可以是由內(nèi)燃機完成,但不管由什么完成,電動機都是驅動汽車行駛的最終部件內(nèi)燃機是起輔助作用的，蓄電池通過控制器驅動電動機則是起主要作用串聯(lián)式結構可使發(fā)動機不受汽車行駛工況的影響,始終在其最佳的工作區(qū)穩(wěn)定運行串聯(lián)式混合動力電動汽車特別適用于在市內(nèi)低速運行的工況。在繁華的市區(qū)汽車在起步和低速時還可以關閉原動機,只利用電池進行功率輸出,使汽車達到零排放的要求2024/11/18將內(nèi)燃機和電動機串聯(lián)起來,同時也將蓄電池和電動機串聯(lián)起來。2024/11/18混聯(lián)結構混聯(lián)結構是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅動橋,另一部分則驅動發(fā)電機發(fā)電。在汽車低速行駛時,驅動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作;當汽車高速穩(wěn)定行駛時,則以并聯(lián)工作方式為主

2024/11/18目前，混合動力汽車分為傳統(tǒng)的油電混合動力和插電式混合動力，這兩者有著很大的不同。豐田品牌和雷克薩斯品牌有多款這類車型多用傳統(tǒng)混合動力優(yōu)點：節(jié)油、實用價值較高。特別是深度混合動力車型，城市油耗可以比同等級別汽油車低50%。這種技術對電池依賴性不大，因此可以得到廣泛應用，在日本和北美，它的普及率很高。缺點：能源仍來自石油。無論多好的混合動力技術，它的能量仍來自燃油，它只不過相當于把內(nèi)燃機效率提高了而已，因此在節(jié)能本質上與前面說的柴油機沒有區(qū)別，另外，從能量轉換的角度講長距離高速行駛基本不能省油。由于屬于新技術，而且結構復雜，它的成本要明顯高于內(nèi)燃機，影響其普及2024/11/181傳統(tǒng)油電混合動力2024/11/18插電式混合動力插電式混合動力與傳統(tǒng)的油電混合有著很大的不同。這種技術本質上可以看作是電動車，它絕大多數(shù)情況下是靠電力驅動的，但同時它配備了一臺功率較小的內(nèi)燃機，可以解決電動車續(xù)航里程不足的問題。優(yōu)點：短途使用零油耗、零排放、續(xù)航不成問題。其采用的電池類型和容量都不是傳統(tǒng)混合動力車型可比的，大多數(shù)這類車型的理論行駛里程在100公里左右，實際使用里程也能有50公里左右，滿足日常上下班沒有問題。缺點：仍需兩套系統(tǒng)，電池容量大，成本高。與純電動車一樣，插電式混合動力仍需采用大量的電池，其電池容量比傳統(tǒng)的混合動力車型要大得多，這種成本是硬性的，除非電池技術有突破，否則無法解決。另外與純電動車相比，它還得加入內(nèi)燃機系統(tǒng)，進一步增加了成本。2024/11/182024/11/18混合動力汽車拓展按混合強度分：弱混、中混、強混按混合燃料分：油電混合、油液混合按混合位置分：變速箱前置、變速箱后置2024/11/18混合動力汽車的優(yōu)點較之純電動汽車，混合動力汽車具有如下的優(yōu)點：(1)由于有原動機作為輔助動力，蓄電池的數(shù)量和質量可減少，因此汽車自身重量可以減??；(2)汽車的續(xù)駛里程和動力性可達到內(nèi)燃機的水平；(3)借助原動機的動力，可帶動空調(diào)、真空助力、轉向助力及其他輔助電器，無需消耗蓄電池組有限的電能，從而保證了駕車和乘坐的舒適性。2024/11/18混合動力汽車的優(yōu)點較之內(nèi)燃機汽車，混合動力汽車具有如下的優(yōu)點：(1)可使原動機在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運行，避免或減少了發(fā)動機變工況下的不良運行，使得發(fā)動機的排污和油耗大為降低；(2)在人口密集的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等地可用純電動方式驅動車輛，實現(xiàn)零排放；(3)可通過電動機提供動力，因此可配備功率較小的發(fā)動機，并可通過電動機回收汽車減速和制動時的能量，進一步降低汽車的能量消耗和排污。2024/11/18混合動力汽車2024/11/18混合動力汽車類型的比較項目串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式公路行駛燃油經(jīng)濟性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)城市行駛燃油經(jīng)濟性優(yōu)較優(yōu)優(yōu)無路行駛燃油經(jīng)濟性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)低排放性能優(yōu)較優(yōu)較優(yōu)成本低較低較低復雜程度簡單較復雜復雜控制難易程度簡單較復雜復雜2024/11/18不同類型混合動力汽車的特點結構模型串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式動力總成發(fā)動機、發(fā)電機、驅動電動機三大動力總成發(fā)動機、電動/發(fā)電機或電動機兩大動力總成發(fā)動機、電動/發(fā)電機、電動機三大動力總成驅動模式電動機是唯一的驅動模式發(fā)動機驅動模式、電動機驅動模式、發(fā)動機-電動機混合驅動模式發(fā)動機驅動模式、電動機驅動模式、發(fā)動機-電動機混合驅動模式、電動機-電動機混合驅動模式傳動效率能量轉換效率較低傳動效率較高傳動效率較高制動能量回收能夠回收制動能量能夠回收制動能量能夠回收制動能量整車總布置三大動力總成之間沒有機械式連接裝置，機構布置的自由度較大，但三大動力總成的質量、尺寸都較大，一般在大型車輛上采用發(fā)動機驅動系統(tǒng)保持機械式傳動系統(tǒng)，發(fā)動機與電動機兩大動力總成之間被不同的機械裝置連接起來，結構復雜，使布置受到一定限制三大動力總成之間采用機械裝置連接、三大動力總成的質量、尺寸都較小，能夠在小型車輛布置，但結構更加緊湊適用條件適用于大型客車或貨車，適應在路況較復雜的城市道路和普通公路上行駛，更加接近電動汽車性能適用于中小型汽車，適應在城市道路和高速公路上行駛，接近普通的內(nèi)燃機汽車性能適用于各種類型的汽車，適應在各種道路上行駛，更加接近普通的內(nèi)燃機汽車性能2024/11/18混合動力汽車關鍵技術混合動力汽車以先進的控制技術為紐帶，是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車的一種過渡性車型，其關鍵技術涵蓋機電工程、電力電子、電化學、控制工程、汽車電子和車輛工程等多學科?；旌蟿恿ζ嚨年P鍵技術包括驅動電動機及其控制技術、動力電池及其管理系統(tǒng)、整車能量管理控制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)匹配、再生制動能量回收系統(tǒng)、先進車輛控制技術等。2024/11/18混合動力汽車關鍵技術（1）驅動電動機及其控制技術電動機是電動汽車的心臟，重要性與發(fā)動機等同。要求：能量密度高、體積小、重量輕、效率高。研發(fā)主要集中在交流感應電動機和永磁同步電動機上高速、勻速行駛工況，采用感應電動機驅動經(jīng)常起動、停車、低速運行的城市工況，永磁同步電動機驅動效率較高控制技術包括大功率電子器件、轉換器、微處理器以及電動機控制算法等2024/11/18混合動力汽車關鍵技術（2）動力電池及其管理系統(tǒng)動力電池是混合動力汽車的基本組成單元，其性能直接影響驅動電動機的性能從而影響整車的燃油經(jīng)濟性和排放性能。它起著向電動機供能以及向動力傳動系輸出峰值功率的作用，其另外一個作用是吸收制動再生能量并將其存儲起來。能量回收制動(Regenerativebreaking)對提高混合動力汽車的總效率是非常有意義的。2024/11/18常見儲能裝置特性圖2024/11/18混合動力汽車關鍵技術（3）整車能量管理控制系統(tǒng)主要功能是進行整車功率控制和工作模式的切換控制，整車能量控制系統(tǒng)如同混合動力汽車的大腦，指揮各個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，以達到效率、排放和動力性的最佳匹配，同時兼顧車輛行駛的平順性。根據(jù)駕駛員的操作，如加速踏板、制動踏板、變速桿的操作等，判斷駕駛員的意圖，在滿足駕駛員需求的前提下，分配電動機、發(fā)動機、電池等動力部件的功率輸出，實現(xiàn)能量利用率的最優(yōu)管理，使有限的燃油發(fā)揮最大的功效。能量控制還需考慮其他車載電氣附件和機械附件的能量消耗，如空調(diào)、動力轉向、制動助力能耗，以綜合考慮整車的能量使用。2024/11/18混合動力汽車關鍵技術（4）動力傳動系統(tǒng)匹配混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合動力汽車設計的一個重要內(nèi)容，直接影響混合動力汽車的排放和燃油經(jīng)濟性能。它包括合理的選擇和匹配發(fā)動機功率、動力電池容量和電動機的功率等，以確定車輛的混合度，來組成性能最優(yōu)的混合驅動系統(tǒng)。2024/11/18混合動力汽車關鍵技術（5）能量再生制動回收系統(tǒng)能量再生制動回收是混合動力汽車提高燃油經(jīng)濟性的又一重要途徑，由于制動關系到行車安全性，如何在最大限度回收制動時的車輛動能與保證安全的制動距離和車輛行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是再生制動回收系統(tǒng)需要解決的難題之一，再生制動回收系統(tǒng)與車輛防抱死制動系統(tǒng)的結合可以完美地解決這一難題。2024/11/18混合動力汽車關鍵技術（6）先進車輛控制技術在混合動力汽車上的應用傳統(tǒng)汽車的車輛動力學控制系統(tǒng)與混合動力控制系統(tǒng)以及制動能量回收控制的結合，將是混合動力汽車控制技術的下一個研究熱點?；旌蟿恿ζ嚨脑偕苿酉到y(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的ABS系統(tǒng)的結合傳統(tǒng)汽車的控制技術與現(xiàn)代電動汽車控制技術的融匯集成，將使未來的混合動力汽車更加節(jié)能、舒適和安全。2024/11/18二、燃料電池汽車

2024/11/18二、燃料電池汽車2024/11/18燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電極反應直接轉化為電能的發(fā)電裝置。它平時將燃料（如氫氣、甲醇等）和氧化劑（如氧氣）分別作為電池兩極的活性物質保存在電池的本體之外，當使用時連續(xù)通入電池體內(nèi)，使電池發(fā)電。

燃料電池本體由質子交換膜，膜電極，集流板三部分組成。燃料電池汽車2024/11/182024/11/18燃料電池汽車的工作原理優(yōu)越性:能量轉換效率高;高可靠性;良好的環(huán)境效益。燃料電池汽車所使用的燃料包括氫、甲醇、汽油和柴油。2024/11/18以“氫”作為能量來源優(yōu)點：無需石油、真正零排放。氫氣不來自石油，因此它可以徹底擺脫對石油的依賴，排放物是純水，行駛時不產(chǎn)生任何污染物，理論上可以實現(xiàn)零排放。缺點：存在氫氣來源、存儲，安全使用和成本問題。氫燃料電池成本過高，而且氫燃料的存儲和運輸按照目前的技術條件來說非常困難，氫氣很不穩(wěn)定，存儲問題至今沒有徹底解決，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸。另外最致命的問題，目前氫氣的提取技術需要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低地球二氧化碳的排放。2024/11/18三、天然氣汽車天然氣汽車的技術應用已經(jīng)比較成熟了，國內(nèi)汽車廠家早在上世紀80年代末就開始這方面的研究應用。這類車輛有兩種，一種是僅使用天然氣作為“單一燃料”動力行駛的汽車，而同時可以使用天然氣和汽油這兩種燃料的汽車稱為“雙燃料”汽車。駕駛雙燃料汽車時，駕駛員可以在駕駛中安全地轉換所使用的燃料。與汽油動力汽車相比，天然氣汽車可以減少多達93%的一氧化碳排放量、減少33%的氮氧化物和50%活性烴氣的排放量。在顆粒物排放的評測中，天然氣汽車的效果更為明顯2024/11/18天然氣汽車優(yōu)點①天然氣的費用比汽油低，有較高的經(jīng)濟效益天然氣汽車的燃料費用大約是汽油車或柴油車的一半②有較好的環(huán)保效益，這是它最大的優(yōu)勢③就汽車發(fā)動機而言，天然氣容易擴散，在發(fā)動機中容易和空氣均勻混合，燃燒比較完全、干凈，不容易產(chǎn)生積碳，抗爆性能好，不會稀釋潤滑油，因而使發(fā)動機氣缸內(nèi)的零件磨損大大減少，使發(fā)動機的壽命和潤滑油的使用期限大幅度增長。這些都會降低汽車的保養(yǎng)和運行費用，提高汽車使用的經(jīng)濟性。2024/11/18缺點①由于天然氣燃料的能量密度低，天然氣汽車攜帶的燃料量較少，一般行駛距離較汽油車短③天然氣是氣態(tài)燃料，不容易儲存和攜帶，形成一定加氣站的網(wǎng)絡，投資較大④對減少二氧化碳的排放沒有任何益處，仍然無法從根本上降低地球二氧化碳的排放；天然氣與汽油一樣，都是礦物燃料，不能將其視為可再生資源2024/11/18三種燃料比較2024/11/182024/11/18四、電動汽車電動汽車與普通燃油汽車的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下三個方面：1控制系統(tǒng)2024/11/18電動汽車控制系統(tǒng)的基本功能就是實現(xiàn)對驅動電機的控制，對于不同的電機，控制系統(tǒng)的結構也有所不同。2024/11/182驅動系統(tǒng)

驅動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它主要由電動機和減速器構成，其主要功能是使電能轉變?yōu)闄C械能，并將能量傳遞到車輪使車輛行駛。目前，電動汽車常用的驅動電機有：交流異步電動機，永磁無刷電機，直流永磁有刷電機，直流它勵電機，直流串勵電機，開關磁阻電機等。目前比較流行的電機有：交流異步電動機、永磁無刷電動機和直流永磁有刷電動機。2024/11/183電池組電池組是電動汽車的能源，電池性能的優(yōu)劣直接影響電動汽車的行駛性能，目前電動汽車廣泛應用的電池有：鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池，鎳鎘蓄電池、鋰電池等。其中鎳氫蓄電池性能最優(yōu)，但價格昂貴；鉛酸蓄電池性能最差，但價格低廉，目前為電動汽車廣泛應用。純電動汽車2024/11/18三大核心問題它的三大核心無非就是存儲電的電池和將電能轉換為動能的電動機，以及電控系統(tǒng)，簡稱“三電”；