新能源汽車技術(shù)p48

新能源汽車2024/12/312024/12/31新能源汽車

隨著世界經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)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(yán)重的，全世界空氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市中，有10個(gè)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(gè)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(shù)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(jìn)柴油車和混合動(dòng)力汽車。二是基于天然氣和石油伴生品的燃?xì)馄?。三是燃料電池、氫?dòng)力汽車四是純電動(dòng)汽車。五是太陽能動(dòng)力汽車。2024/12/31混合動(dòng)力汽車定義GB定義“由兩種和兩種以上的儲(chǔ)能器、能源或轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動(dòng)能源，其中至少有一種能提供電能的車輛稱為混合動(dòng)力汽車（HybridElectricVehicle,簡稱HEV）”，該定義稱為廣義的定義方式。2024/12/31混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車的組合形式2024/12/312024/12/31混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作原理視頻混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車將是短期和中期新能源汽車發(fā)展的主導(dǎo)力量,燃料電池汽車則是長期發(fā)展的重點(diǎn)。2024/12/31結(jié)構(gòu)形式主要有并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)三種。并聯(lián)結(jié)構(gòu)：將內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)在汽車上并聯(lián)起來可以提供三種驅(qū)動(dòng)模式:內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)：能量利用率較高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)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?；旌蟿?dòng)力汽車（并聯(lián)式）2024/12/31串聯(lián)結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以由電池完成,也可以是由內(nèi)燃機(jī)完成,但不管由什么完成,電動(dòng)機(jī)都是驅(qū)動(dòng)汽車行駛的最終部件內(nèi)燃機(jī)是起輔助作用的，蓄電池通過控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)則是起主要作用串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)行串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車特別適用于在市內(nèi)低速運(yùn)行的工況。在繁華的市區(qū)汽車在起步和低速時(shí)還可以關(guān)閉原動(dòng)機(jī),只利用電池進(jìn)行功率輸出,使汽車達(dá)到零排放的要求2024/12/31將內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)起來,同時(shí)也將蓄電池和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)起來。2024/12/31混聯(lián)結(jié)構(gòu)混聯(lián)結(jié)構(gòu)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋,另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在汽車低速行駛時(shí),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作;當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí),則以并聯(lián)工作方式為主

2024/12/31目前，混合動(dòng)力汽車分為傳統(tǒng)的油電混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)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(dòng)力優(yōu)點(diǎn)：節(jié)油、實(shí)用價(jià)值較高。特別是深度混合動(dòng)力車型，城市油耗可以比同等級(jí)別汽油車低50%。這種技術(shù)對電池依賴性不大，因此可以得到廣泛應(yīng)用，在日本和北美，它的普及率很高。缺點(diǎn)：能源仍來自石油。無論多好的混合動(dòng)力技術(shù)，它的能量仍來自燃油，它只不過相當(dāng)于把內(nèi)燃機(jī)效率提高了而已，因此在節(jié)能本質(zhì)上與前面說的柴油機(jī)沒有區(qū)別，另外，從能量轉(zhuǎn)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(shù)，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的成本要明顯高于內(nèi)燃機(jī)，影響其普及2024/12/311傳統(tǒng)油電混合動(dòng)力2024/12/31插電式混合動(dòng)力插電式混合動(dòng)力與傳統(tǒng)的油電混合有著很大的不同。這種技術(shù)本質(zhì)上可以看作是電動(dòng)車，它絕大多數(shù)情況下是靠電力驅(qū)動(dòng)的，但同時(shí)它配備了一臺(tái)功率較小的內(nèi)燃機(jī)，可以解決電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程不足的問題。優(yōu)點(diǎn)：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(dòng)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(shí)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(diǎn)：仍需兩套系統(tǒng)，電池容量大，成本高。與純電動(dòng)車一樣，插電式混合動(dòng)力仍需采用大量的電池，其電池容量比傳統(tǒng)的混合動(dòng)力車型要大得多，這種成本是硬性的，除非電池技術(shù)有突破，否則無法解決。另外與純電動(dòng)車相比，它還得加入內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步增加了成本。2024/12/312024/12/31混合動(dòng)力汽車拓展按混合強(qiáng)度分：弱混、中混、強(qiáng)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2024/12/31混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)較之純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)由于有原動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力，蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可減少，因此汽車自身重量可以減小；(2)汽車的續(xù)駛里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的水平；(3)借助原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，可帶動(dòng)空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)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。2024/12/31混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)較之內(nèi)燃機(jī)汽車，混合動(dòng)力汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)可使原動(dòng)機(jī)在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，避免或減少了發(fā)動(dòng)機(jī)變工況下的不良運(yùn)行，使得發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輛，實(shí)現(xiàn)零排放；(3)可通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，因此可配備功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，并可通過電動(dòng)機(jī)回收汽車減速和制動(dòng)時(shí)的能量，進(jìn)一步降低汽車的能量消耗和排污。2024/12/31混合動(dòng)力汽車2024/12/31混合動(dòng)力汽車類型的比較項(xiàng)目串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式公路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)城市行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性優(yōu)較優(yōu)優(yōu)無路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)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(fù)雜程度簡單較復(fù)雜復(fù)雜控制難易程度簡單較復(fù)雜復(fù)雜2024/12/31不同類型混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)模式電動(dòng)機(jī)是唯一的驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式傳動(dòng)效率能量轉(zhuǎn)換效率較低傳動(dòng)效率較高傳動(dòng)效率較高制動(dòng)能量回收能夠回收制動(dòng)能量能夠回收制動(dòng)能量能夠回收制動(dòng)能量整車總布置三大動(dòng)力總成之間沒有機(jī)械式連接裝置，機(jī)構(gòu)布置的自由度較大，但三大動(dòng)力總成的質(zhì)量、尺寸都較大，一般在大型車輛上采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保持機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成之間被不同的機(jī)械裝置連接起來，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使布置受到一定限制三大動(dòng)力總成之間采用機(jī)械裝置連接、三大動(dòng)力總成的質(zhì)量、尺寸都較小，能夠在小型車輛布置，但結(jié)構(gòu)更加緊湊適用條件適用于大型客車或貨車，適應(yīng)在路況較復(fù)雜的城市道路和普通公路上行駛，更加接近電動(dòng)汽車性能適用于中小型汽車，適應(yīng)在城市道路和高速公路上行駛，接近普通的內(nèi)燃機(jī)汽車性能適用于各種類型的汽車，適應(yīng)在各種道路上行駛，更加接近普通的內(nèi)燃機(jī)汽車性能2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)混合動(dòng)力汽車以先進(jìn)的控制技術(shù)為紐帶，是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動(dòng)汽車的一種過渡性車型，其關(guān)鍵技術(shù)涵蓋機(jī)電工程、電力電子、電化學(xué)、控制工程、汽車電子和車輛工程等多學(xué)科?；旌蟿?dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)、動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)、整車能量管理控制系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配、再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)、先進(jìn)車輛控制技術(shù)等。2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（1）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的心臟，重要性與發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)上高速、勻速行駛工況，采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)常起動(dòng)、停車、低速運(yùn)行的城市工況，永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)效率較高控制技術(shù)包括大功率電子器件、轉(zhuǎn)換器、微處理器以及電動(dòng)機(jī)控制算法等2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（2）動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)動(dòng)力電池是混合動(dòng)力汽車的基本組成單元，其性能直接影響驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的性能從而影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。它起著向電動(dòng)機(jī)供能以及向動(dòng)力傳動(dòng)系輸出峰值功率的作用，其另外一個(gè)作用是吸收制動(dòng)再生能量并將其存儲(chǔ)起來。能量回收制動(dòng)(Regenerativebreaking)對提高混合動(dòng)力汽車的總效率是非常有意義的。2024/12/31常見儲(chǔ)能裝置特性圖2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（3）整車能量管理控制系統(tǒng)主要功能是進(jìn)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(dòng)力汽車的大腦，指揮各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到效率、排放和動(dòng)力性的最佳匹配，同時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電池等動(dòng)力部件的功率輸出，實(shí)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(jī)械附件的能量消耗，如空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、制動(dòng)助力能耗，以綜合考慮整車的能量使用。2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（4）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配混合動(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，直接影響混合動(dòng)力汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能。它包括合理的選擇和匹配發(fā)動(dòng)機(jī)功率、動(dòng)力電池容量和電動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（5）能量再生制動(dòng)回收系統(tǒng)能量再生制動(dòng)回收是混合動(dòng)力汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性的又一重要途徑，由于制動(dòng)關(guān)系到行車安全性，如何在最大限度回收制動(dòng)時(shí)的車輛動(dòng)能與保證安全的制動(dòng)距離和車輛行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是再生制動(dòng)回收系統(tǒng)需要解決的難題之一，再生制動(dòng)回收系統(tǒng)與車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合可以完美地解決這一難題。2024/12/31混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（6）先進(jìn)車輛控制技術(shù)在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用傳統(tǒng)汽車的車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)與混合動(dòng)力控制系統(tǒng)以及制動(dòng)能量回收控制的結(jié)合，將是混合動(dòng)力汽車控制技術(shù)的下一個(gè)研究熱點(diǎn)?；旌蟿?dòng)力汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的ABS系統(tǒng)的結(jié)合傳統(tǒng)汽車的控制技術(shù)與現(xiàn)代電動(dòng)汽車控制技術(shù)的融匯集成，將使未來的混合動(dòng)力汽車更加節(jié)能、舒適和安全。2024/12/31二、燃料電池汽車

2024/12/31二、燃料電池汽車2024/12/31燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它平時(shí)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(zhì)保存在電池的本體之外，當(dāng)使用時(shí)連續(xù)通入電池體內(nèi)，使電池發(fā)電。

燃料電池本體由質(zhì)子交換膜，膜電極，集流板三部分組成。燃料電池汽車2024/12/312024/12/31燃料電池汽車的工作原理優(yōu)越性:能量轉(zhuǎn)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。2024/12/31以“氫”作為能量來源優(yōu)點(diǎn)：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(shí)不產(chǎn)生任何污染物，理論上可以實(shí)現(xiàn)零排放。缺點(diǎn)：存在氫氣來源、存儲(chǔ)，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(chǔ)和運(yùn)輸按照目前的技術(shù)條件來說非常困難，氫氣很不穩(wěn)定，存儲(chǔ)問題至今沒有徹底解決，因?yàn)闅浞肿臃浅Ｐ。瑯O易透過儲(chǔ)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(shù)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。2024/12/31三、天然氣汽車天然氣汽車的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了，國內(nèi)汽車廠家早在上世紀(jì)80年代末就開始這方面的研究應(yīng)用。這類車輛有兩種，一種是僅使用天然氣作為“單一燃料”動(dòng)力行駛的汽車，而同時(shí)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(shí)，駕駛員可以在駕駛中安全地轉(zhuǎn)換所使用的燃料。與汽油動(dòng)力汽車相比，天然氣汽車可以減少多達(dá)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(píng)測中，天然氣汽車的效果更為明顯2024/12/31天然氣汽車優(yōu)點(diǎn)①天然氣的費(fèi)用比汽油低，有較高的經(jīng)濟(jì)效益天然氣汽車的燃料費(fèi)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(dòng)機(jī)而言，天然氣容易擴(kuò)散，在發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)稀釋潤滑油，因而使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的零件磨損大大減少，使發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和潤滑油的使用期限大幅度增長。這些都會(huì)降低汽車的保養(yǎng)和運(yùn)行費(fèi)用，提高汽車使用的經(jīng)濟(jì)性。2024/12/31缺點(diǎn)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(chǔ)存和攜帶，形成一定加氣站的網(wǎng)絡(luò)，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2024/12/31三種燃料比較2024/12/312024/12/31四、電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車與普通燃油汽車的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1控制系統(tǒng)2024/12/31電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的基本功能就是實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，對于不同的電機(jī)，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也有所不同。2024/12/312驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，它主要由電動(dòng)機(jī)和減速器構(gòu)成，其主要功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并將能量傳遞到車輪使車輛行駛。目前，電動(dòng)汽車常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有：交流異步電動(dòng)機(jī)，永磁無刷電機(jī)，直流永磁有刷電機(jī)，直流它勵(lì)電機(jī)，直流串勵(lì)電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)等。目前比較流行的電機(jī)有：交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)和直流永磁有刷電動(dòng)機(jī)。2024/12/313電池組電池組是電動(dòng)汽車的能源，電池性能的優(yōu)劣直接影響電動(dòng)汽車的行駛性能，目前電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)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(jià)格昂貴；鉛酸蓄電池性能最差，但價(jià)格低廉，目前為電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)用。純電動(dòng)汽車2024/12/31三大核心問題它的三大核心無非就是存儲(chǔ)電的電池和將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的電動(dòng)機(jī)，以及電控系統(tǒng)，簡稱“三電”；