新能源汽車全套

1、新能源汽車新能源汽車 目錄 第一章 總述 第一節(jié)新能源汽車的定義與分類 第二節(jié) 我國新能源汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 第三節(jié) 我國新能源汽車的政策、法規(guī)和標準 第四節(jié)國內(nèi)外新能源汽車一覽 第二章 電動汽車基礎 第一節(jié)電動機 第二節(jié)蓄電池 第三節(jié)其他類型動力蓄電池 第四節(jié) 逆變器與變頻器 第五節(jié) 空調(diào)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 第三章 純電動汽車 第一節(jié)純電動汽車的結(jié)構(gòu)及其行駛性能 第二節(jié)純電動汽車的基礎設施建設 第三節(jié)純電動汽車車型實例 第四章 混合動力汽車 第一節(jié)混合動力汽車的結(jié)構(gòu) 第二節(jié)混合動力汽車分類和工作原理 第五章 燃料電池電動汽車 第一節(jié)燃料電池電動汽車的類型與基本結(jié)構(gòu) 第二節(jié)燃料電池汽車的發(fā)展歷史及現(xiàn)

2、狀 第六章 其他新能源汽車 第一節(jié)燃氣汽車 第二節(jié)生物醇類汽車 第三節(jié)太陽能汽車 第七章 電動汽車的維修與保養(yǎng) 第一節(jié)電動汽車的故障維修 第二節(jié)電動汽車的維護與保養(yǎng) 第三節(jié) 電動汽車故障維修經(jīng)典實例 第一章第一章 綜述綜述 在斷加劇的“人、車、自然”的矛盾之下，人們開始把 目光從傳統(tǒng)的燃油汽車轉(zhuǎn)向新能源汽車。我國作為能源 消費大國，發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)是低碳經(jīng)濟時代必然的 選擇。我國是一個世界汽車生產(chǎn)和銷售大國，傳統(tǒng)汽車 制造業(yè)落后于國外發(fā)達國家，但是在新能源汽車研發(fā)領 域，我們有成本和市場優(yōu)勢，在技術水平及產(chǎn)業(yè)化方面， 我國與國外基本處于同一起跑線上。因此，新能源汽車 的產(chǎn)業(yè)發(fā)展也將成為汽車行

3、業(yè)的新導向。 本章主要對新能源汽車的定義、分類和發(fā)展以及相關的 政策法規(guī)進行簡單的介紹。 第一節(jié)新能源汽車的定義與分類第一節(jié)新能源汽車的定義與分類 一、新能源汽車的定義 新能源又稱非常規(guī)能源，是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源 形式。也指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣 的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質(zhì)能 和核聚變能等。 新能源汽車（英文名稱：New energy vehicles）是指采 用非常規(guī)的車用燃料（即除汽油、柴油發(fā)動機之外）作 為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動 力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術， 形成的技術原理先進、具有新技術、新結(jié)構(gòu)的汽

4、車。 二、新能源汽車的分類 1.混合動力汽車 混合動力是指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時配以電動機/ 發(fā)動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃 料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混 合動力兩種。 2.插電式混合動力汽車（增程式、插電式） 插電式混合動力汽車是可以在正常使用情況下從非車載 裝置中獲取電能，以滿足車輛具有一定的純電動續(xù)駛里 程的混合動力汽車，可分為增程式混合動力和混聯(lián)插電 式混合動力汽車。 3.純電動汽車 電動汽車顧名思義就是由車載可充電蓄電池或其他能量 儲存裝置提供電能、由電機驅(qū)動的汽車。 （1）城市純電動汽車（Urban Electric Vehicle,UEV）

5、 城市純電動汽車的車速和續(xù)駛里程都較低，適合于城市 短距離交通，主要車型是小型純電動汽車和城市公交車。 （2）全純電動汽車（All Electric Vehicle，AEV） 全純電動汽車裝有足夠容量的動力電池，車速和續(xù)駛里 程基本可滿足日常較遠距離的行駛要求。 4.燃料電池汽車 燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反 應產(chǎn)生電流，依靠電機驅(qū)動的汽車。 5.氫動力汽車 氫氣不含碳，燃燒后不增加大氣中溫室氣體，而且可以 通過利用太陽能、風能等可再生能源電解水得到，因此 被認為是人類的終極能源。 6.天然氣和甲醇汽車 （1）天然氣汽車 天然氣汽車是以天然氣為燃料的一種氣體燃料汽車。天 然

6、氣的甲烷含量一般在90%以上，是一種很好的汽車發(fā) 動機燃料。 按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車可以分 為： 1）壓縮天然氣（CNG）汽車。壓縮天然氣是指壓縮到 20.724.8 MPa的天然氣，儲存在車載高壓氣瓶中。 2）液化天然氣（LNG）汽車。液化天然氣是指常壓下、 溫度為-162度的液體天然氣，儲存于車載絕熱氣瓶中。 3）液化石油氣（LPG）是一種在常溫常壓下為氣態(tài)的 烴類混合物，比空氣重，有較高的辛烷值，具有混合均 勻、燃燒充分、不積碳、不稀釋潤滑油等優(yōu)點，能夠延 長發(fā)動機使用壽命，而且一次載氣量大、行駛里程長。 （2)甲醇汽車 甲醇汽車就是以甲醇作為主要燃料的汽車，也能以汽

7、油 或汽油-甲醇混合燃料為燃料，是一種甲醇-汽油燃料靈 活轉(zhuǎn)換的具有節(jié)能環(huán)?？萍己康男滦推嚕部梢杂?普通汽車改裝而成。 第二節(jié) 我國新能源汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 一、新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 進入21世紀以來，我國汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，已經(jīng)成為世 界汽車生產(chǎn)和銷售大國。新能源汽車方面，通過自主研 制，開發(fā)出混合動力、插電式混合動力、純電動和燃料 電池汽車等各類整車產(chǎn)品，形成了多品種、全系列的各 類整車和零部件生產(chǎn)及配套體系，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高， 產(chǎn)品技術水平明顯提升，初步掌握了電動汽車整車設計、 系統(tǒng)集成等關鍵技術，但在總體的技術水平與國外相比 尚存在較大差距，特別是產(chǎn)品工程化能力亟待加強。 我國

8、新能源汽車也在快速發(fā)展，對于中國這個石油資源 匱乏和環(huán)境壓力大的國家來說，大力發(fā)展新能源汽車有 著非常重大的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。 圖1-8中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線全景圖 二、新能源汽車的發(fā)展前景 1、 混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀 2、插電式混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀 3、純電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀 4、燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀 第三節(jié) 我國新能源汽車的政策、法規(guī)和標準 從2009年2月國家科技部推出“十城千輛”計劃開始， 到2013年9月國務院及財政部、國家發(fā)展改革委、工業(yè) 和信息化部已經(jīng)發(fā)布了一系列的相關政策法規(guī)。 電動車輛現(xiàn)有標準體系,自“九五”以來，組織制定并 由標準化主管部門批準發(fā)布電動車輛相關的國家標準和 行

9、業(yè)標準49項。 第四節(jié) 國內(nèi)、外新能源汽車一覽 一、美國新能源汽車 1.凱迪拉克Escalade-混合動力汽車 2.別克君越eAssist混合動力汽車 二、德國新能源汽車 1.奔馳S400混合動力汽車 2.寶馬i8混合動力超跑車 3.大眾途銳混合動力汽車 4.奧迪Q5混合動力汽車 三、日本新能源汽車 1. 雷克薩斯LS 600hL混合動力汽車 2.豐田凱美瑞尊瑞混合動力汽車 3.本田Insight混合動力汽車 4.日產(chǎn)聆風純電動汽車 四、中國新能源汽車 1.上汽榮威E50純電動汽車 2.比亞迪 E6純電動汽車 3.長城哈弗M3EV純電動汽車 4.沃爾沃C30純電動汽車 五、韓國新能源汽車 20

10、13現(xiàn)代索納塔混合動力汽車 第二章 電動汽車基礎 蒸汽機啟動了18世紀第一次產(chǎn)業(yè)革命以后，19世紀末到 20世紀上半葉電機又引起了第二次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進 入了電氣化時代。20世紀下半葉的信息技術引發(fā)了第三 次產(chǎn)業(yè)革命，是生產(chǎn)和消費從工業(yè)化向自動化，智能化 時代轉(zhuǎn)變；推動了新一代高性能電機驅(qū)動系統(tǒng)與伺服系 統(tǒng)的研究與發(fā)展。21世紀伊始，世界汽車工業(yè)又站在了 革命的門檻上；電動車（包括純電動車，混合動力汽車， 燃料電池電動車）概念的提出，將會是未來世界汽車工 業(yè)發(fā)展的新方向。不過就當今世界科技水平來說，電動 汽車的電動機、蓄電池等核心的研究更具有現(xiàn)實意義， 應該作為新能源汽車發(fā)展新方向的第一步。

11、 第一節(jié) 電動機 一、電動汽車電動機相關的概念 1.電動機的定義 電動機（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的一種設備。 它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并 作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。 2.負載性質(zhì) 負載性質(zhì)是指負載類型及其機械特性，是連續(xù)運行的 負載還是斷續(xù)運行的負載，是恒定的力矩，還是變化的 力矩，是恒轉(zhuǎn)速運行還是變速運行等。 3.負載容量 負載容量是針對電動機功率和轉(zhuǎn)矩的大小而確定，電機 功率的選擇應滿足配套機械負載必需的容量，不要過大 也不可以過小。 二、電動汽車用電動機分類 電動汽車驅(qū)動電動機種類： 三、電動汽車常用的電動機 電動汽車驅(qū)動電機主要包括

12、直流電機和交流電機，目前 廣泛使用的交流電機有：交流感應電機、開關磁阻電機 和永磁電機（包括無刷直流電機和永磁同步電機）。 1.直流電動機（DCM） 1）定義： 直流電動機（direct current motor，DC motor）將直流 電能轉(zhuǎn)換為機械能的轉(zhuǎn)動裝置。電動機定子提供磁場， 直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與 磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。 2）特點 （1）調(diào)速性能好。 （2）起動力矩大。 （3） 高速性能不佳。 3）構(gòu)造 直流電動機的結(jié)構(gòu)分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分。 2.交流感應電動機（induction motor） 1）交流感應電動機定義 交流感應電動機又稱交流異步

13、電動機，由定子繞組形成 的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應電流的磁場相互作用而產(chǎn) 生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流電動機。 2）特點 交流感應電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行 可靠、低轉(zhuǎn)矩脈動和低噪音特點。近年來被廣泛應用于汽車。 最大缺點是驅(qū)動電路復雜，相對于永磁電機而言，感應電機 （異步電機）效率和功率密度偏低。 3）工作原理 異步電動機定子上有三相對稱的交流繞組，三相對稱交流繞 組通入三相對稱交流電流時，將在電機氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場，轉(zhuǎn)子繞組的導體處于旋轉(zhuǎn)磁場中， 轉(zhuǎn)子導體切割磁力 線，并產(chǎn)生感應電動勢，判斷感應電動勢方向。轉(zhuǎn)子導體通 過端環(huán)自成閉路，并通過感應電流。異步電動機的設計、

14、生 產(chǎn)特別要注意標準化、系列化、通用化。 3.永磁無刷電動機簡介 與傳統(tǒng)的電勵磁電動機相比，永磁電動機特別是稀土永磁電 動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、質(zhì)量小、損耗少、 效率高，以及電動機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點。 4.開關磁阻電動機 1）開關磁阻電動機的定義 開關磁阻電動機（Switched Reluctance Drive ：SRD）是繼 變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的最 新一代無級調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術、數(shù)字技術、電 力電子技術、紅外光電技術及現(xiàn)代電磁理論、設計和制作技 術為一體的光、機、電一體化高新技術。 2）系統(tǒng)特點 結(jié)構(gòu)簡單；電動機結(jié)構(gòu)簡單、

15、成本低、可用于高速運轉(zhuǎn)。 起動優(yōu)點；起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流低。 頻繁起停；適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行。 性能好；可控參數(shù)多，調(diào)速性能好。 效率高損耗??；效率高，損耗小。 缺點：轉(zhuǎn)矩脈沖大，噪音大，相對于永磁電機而言，功率密 度和效率偏低。 5.永磁電機 永磁電機包括反電動勢為方波的無刷直流電機和反電動 勢為正反弦波的永磁同步電機。 1）無刷直流電機 無刷直流電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、位置檢測和控 制方法簡單、效率高優(yōu)點。 2）永磁同步電機 永磁同步電動機的運行原理與電勵磁同步電動機相同，但它 以永磁體提供的磁通替代后者的勵磁繞組勵磁，使電動機結(jié) 構(gòu)較為簡單，降低了加工和裝配費用，且省去

16、了容易出問題 的集電環(huán)和電刷，提高了電動機運行的可靠性； 永磁同步電機有如下的特點: （l）高起動力矩、高過載能力 （2）運行效率高、節(jié)能效果尤為明顯 四、電動汽車電動機的選用策略 車用驅(qū)動電機應滿足如下要求： 1.體積小，質(zhì)量輕 2.在整個運行范圍內(nèi)的高效率。 3.低速大轉(zhuǎn)矩特性及寬范圍恒功率特性 4.良好的環(huán)境適應性和高可靠性。 5.價格低 第三節(jié) 蓄電池 一、電池的定義與分類 1、電池的定義 電池（Battery）指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復合 容器的部分空間。 2、電池的記憶效應和消除方法 如果電池屬鎳鎘電池，長期不徹底充、放電，會在電池內(nèi)留下痕跡，降低電

17、池容量， 這種現(xiàn)象被稱為電池記憶效應。 3、電池的分類 電池的分類有不同的方法，其分類方法大體上可分為四大類 ： 1）按電解液種類分類 2）按工作性質(zhì)分類 3）按貯存方式劃分 4）按電池所用正、負極材料劃分 圖 2-6化學蓄電池的分類 3.電池主要性能指標 比能量 能量密度 比功率 功率密度 壽命 充放電效率 自放電率 按一定標準規(guī)律的放電 二、電動汽車常用的蓄電池 1、動力電池的定義 動力電池即為工具提供動力來源的電源，多指為電動汽車、電動列車、電動自行 車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。動力電池組是電動汽車的關鍵裝備，它儲存 的電能、質(zhì)量和體積，對電動汽車的性能起到?jīng)Q定性的影響。 2、動力電

18、池的分類 電動汽車的動力電池可以分為二次電池、超級電容器和飛輪電池三大類。 二次電池-也稱可充電電池。主要有鉛酸蓄電池、鎳-氫電池、鋰離子電池、鎳- 金屬氫化物電池。 超級電容器-又叫電化學電容器，是新型雙電層電容器，具有電容量大的特點 飛輪電池-亦稱飛輪儲能器，利用飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲存和釋放電能的裝置。 3、電動汽車常用的蓄電池 目前，在電動汽車上使用的蓄電池主要是鉛酸電池、鎳 氫電池（MH-Ni）和鋰離子電池，如克萊斯勒ESX2采 用鉛酸電池，豐田Prius和本田Insight用鎳氫電池，日產(chǎn) Tino用鋰離子電池。 1. 鉛蓄電池 鉛蓄電池可分為兩類：注水式鉛蓄電池和閥控式鉛蓄電 池。 2.

19、鎳氫電池 鎳氫電池是90年代發(fā)展起來的一種新型電池。它的正極 活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)主要由貯氫合金 制成，是一種堿性蓄電池。 3. 鋰離子電池 鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。 鋰離子電池具有工作電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、無污 染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬、安全可靠和能夠制造成任意 形狀等優(yōu)點。主要集中在大容量、長壽命和安全性三個方面。 三、蓄電池能量管理技術 目前，蓄電池能量管理技術是混合動力汽車的關鍵技術之一。通常，能量管 理技術決定了蓄電池的使用壽命以及充放電速度等技術指標。 蓄電池能量管理系統(tǒng)直接檢測及管理電動

20、汽車的儲能電池運行全過程，包括 蓄電池充放電過程管理、電池溫度檢測、電池電壓電流檢測、電量估計、單 體電池故障診斷等幾個方面。 第四節(jié)其他類型動力蓄電池 一、超級電容器 超級電容器從儲能機理上面分的話，超級電容器分為雙層電容器和贗電容器。是 一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和 綠色環(huán)保等特點。超級電容器用途廣泛。 超級電容器（supercapacitor，ultracapacitor），又叫雙電層電容器（Electrical Double-Layer Capacitor）、電化學電容器（Electrochemcial Capacitor， EC）， 黃金電容

21、、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。 1）充放電時間 超級電容器可以快速充放電，峰值電流僅受其內(nèi)阻限制，甚至短路也不是致命的。 實際上決定于電容器單體大小，對于匹配負載，小單體可放10A，大單體可放 1000A。 2）優(yōu)點 在很小的體積下達到法拉級的電容量；無須特別的充電電路和控制放電電路；和 電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負面影響；從環(huán)保的角度考慮，它是一種 綠色能源；超級電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問題； 3）缺點 如果使用不當會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因 而不可以用于交流電路； 4）超級電容器與電池的比較的優(yōu)點 超級電容器不同于電池，在某些應

22、用領域，它可能優(yōu)于電池。有時將兩者結(jié)合起 來，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲結(jié)合起來，不失為一種更好的途徑。 5）應用前景 二、飛輪電池技術 飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池的局限，用物理方法 實現(xiàn)儲能。 1、飛輪電池的能量傳遞模式 飛輪儲能電池系統(tǒng)包括三個核心部分：一個飛輪，電動機發(fā)電機和電力電子變 換裝置。 2、飛輪電池的基本工作原理 基本工作原理：飛輪電 池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉(zhuǎn)，在 外電源的驅(qū)動下，電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將外界輸入的電能通過電動機轉(zhuǎn)化為 飛輪轉(zhuǎn)動的動能儲存起來；當外界需要電能時，又通過發(fā)電機將飛輪的動能轉(zhuǎn)化 為電能，輸出到

23、外部負載。 3、飛輪電池的優(yōu)點 飛輪電池兼顧了化學電池、燃料電池和超導電池等儲能裝置的諸多優(yōu)點，主要表 如下幾個方面： （1）能量密度高 （2）能量轉(zhuǎn)換效率高 （3）體積小、重量輕 （4）工作溫度范圍寬 （5）使用壽命長 （6）低損耗、低維護 4、飛輪電池的應用 三、磷酸亞鐵鋰電池 磷酸亞鐵鋰（LiFeP ）為近年來新開發(fā)的鋰離子電池電極材料，人們習慣稱其為 磷酸鐵鋰。作為正極活性物質(zhì)使用，主要用于動力鋰離子電池，憑借其良好的性 能，在電動汽車上具有較好的發(fā)展前景。 LiFeP 電池的工作原理是：電池充電時，正極材料中的鋰離子脫出來，經(jīng)過電解 液，穿過隔膜進入到負極材料中；電池放電時，鋰離子又

24、從負極中脫出來，經(jīng)過 電解液，穿過隔膜回到正極材料中。 目前磷酸鐵鋰正極材料具有以下的優(yōu)點： （1）優(yōu)良的安全性 （2）對環(huán)境友好 （3）耐過充性能優(yōu)良 （4）高的可逆容量 （5）工作電壓適中 （6）電壓平臺特性好，非常平穩(wěn) （7）與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲存性能好 （8）無記憶效應 （9）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)壽命長 10）可以大電流充電 （11）充電時體積略有減小，與碳基負極材料配合時的體積效應好。 第四節(jié) 逆變器與變頻器 一、逆變器及其控制技術 1.逆變器的概念及工作原理 逆變器（inverter）是把直流電能（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變成交流電（一般為220V， 50Hz正弦波）。它由逆變橋、控制

25、邏輯和濾波電路組成。 2.逆變器的分類 1）按波弦性質(zhì) 主要分兩類，一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。 2）按照源流性質(zhì) （1）有源逆變器 （2）無源逆變器 3.逆變器控制技術 （1）開環(huán)和單電壓環(huán)控制技術 1）系統(tǒng)動態(tài)響應速度緩慢: 2）負載適應性差: （2）電壓電流雙環(huán)反饋控制技術 二、變頻器及其控制方式 1.變頻器的概念及工作原理 變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過 改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整 流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單 元微處理單

26、元等組成。 2.變頻器的分類 目前主要分為交直交變頻器和交交變頻器兩大類。 （1）交一直一交變頻器 1）可控整流器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻方式。 2)不控整流器整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻方式。 3)不控整流器整流、脈寬調(diào)制型(WPM)逆變器同時實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻方式。 （2）交一交變頻器 交一交變頻器可直接將電網(wǎng)頻率交流變成頻率可調(diào)交流,無需中間直流環(huán)節(jié),從而可提 高整個變頻裝置的變換效率。 3.變頻器控制方式 (1)正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式 (2) 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式 (3) 矢量控制（VC）方式 (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式 第五節(jié) 空調(diào)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 一、電動汽車空調(diào)系統(tǒng)

27、汽車空調(diào)的功能就是把車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動性保持在使 人感覺舒適的狀態(tài)。 （一）電動汽車空調(diào)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 （二）電動汽車空調(diào)系統(tǒng)分類和工作原理 根據(jù)電動汽車特有性質(zhì)，目前電動汽車空調(diào)可采用熱電（偶）空調(diào)系統(tǒng)和電動熱 泵型空調(diào)系統(tǒng)。 1、熱電（偶）電動汽車空調(diào)系統(tǒng) 該項技術具有很多適合電動汽車使用的特點，并且與傳統(tǒng)機械壓縮式空調(diào)系統(tǒng)相 比，熱電空氣調(diào)節(jié)具有以下特點: （1）熱電元件工作需要直流電源； （2）改變電流方向即可產(chǎn)生制冷、制熱的逆效果； （3）熱電制冷片熱慣性非常小，制冷時間很短，在熱端散熱良好冷端空載的情 況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差； （4）調(diào)節(jié)組

28、件工作電流的大小即可調(diào)節(jié)制冷速度和溫度，溫度控制精度可達 0.001，并且容易實現(xiàn)能量的連續(xù)調(diào)節(jié)； （5）在正確設計和應用條件下，其制冷效率可達90%以上，而制熱效率遠大于1； （6）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，有利于減小電動汽車的整備質(zhì)量;可靠性高、 壽命長并且維護方便，沒有轉(zhuǎn)動部件，因此無振動、無摩擦、無噪聲且耐沖擊。 2、熱泵型電動汽車空調(diào)系統(tǒng) 該熱泵型空調(diào)系統(tǒng)是在原有燃油汽車上進行改進的，壓縮機是由永磁直流無刷電 機直接驅(qū)動，該系統(tǒng)與普通的熱泵空調(diào)系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別，由于在電動車上使用， 壓縮機等主要部件有其特殊性。 二、電動汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1.PRIUS汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （1）轉(zhuǎn)向器

29、 （2）助力電動機總成 （3）轉(zhuǎn)矩傳感器 （二）電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向優(yōu)點 (1)更加節(jié)省能源和環(huán)保。 (2)助力效果相對更好。 (3)質(zhì)量大大減輕 (4)安全性能更好。 (5)提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正性能。 第三章 純電動汽車 第一節(jié)純電動汽車的結(jié)構(gòu)及其行駛性能 一、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu) 純電動汽車的定義：純電動汽車（BladeElectricVehicles，簡稱BEV）是指以車 載電源（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）為動力，用電機驅(qū)動 車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。 純電動汽車結(jié)構(gòu)可分為三個子系統(tǒng)， 即電力驅(qū)動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng) 和輔助控制子系統(tǒng)。（如右圖所示

30、） 二、純電動汽車的電驅(qū)動的典型結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)目前普遍接受的按照動力驅(qū)動 系統(tǒng) 的不同進行分類的典型結(jié) 構(gòu)形式，大體分為六種。 （如右圖所示） （C-離合器D-差速器G-變速器M-電動機FG-定速比減速器 GB-變速器） 電驅(qū)動的典型結(jié)構(gòu)形式 三、純電動汽車的動力性能 1）純電動汽車的驅(qū)動力 電動汽車的電動機輸出轉(zhuǎn)矩M，使驅(qū)動輪與地面間產(chǎn)生相互作用，從而地面給車輪產(chǎn)生 一個反向的作用力Ft，F(xiàn)t汽車前進方向一致，因而Ft即為驅(qū)動力。所以有 式中Ft驅(qū)動力（N）； M電動機輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）； ig減速器或者變速器傳動比； i0主減速器傳動比； 電動汽車機械傳動效率； r驅(qū)動輪半徑（m）。 四、純

31、電動汽車的幾個重要指標 1.比功率 比功率（Kw/Kg）是衡量汽車動力性能的一個綜合指標， 具體是指汽車發(fā)動機最大功率與汽車總質(zhì)量之比。一般 來講，對同類型汽車而言，比功率越大，汽車的動力性 越好。 2.比能量 比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用 Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是 小時；kg是千克（重量單位），L是升（體積單位）。 電池類型電池類型鋰鋰/ /亞硫酰氯電亞硫酰氯電 池池 鋅空氣電鋅空氣電 池池 鈉硫蓄電池鈉硫蓄電池鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池鎳鎘蓄電池鎳鎘蓄電池 比能量比能量200Wh/kg以上200Wh/kg109Wh/kg7580Wh/kg55W

32、h/kg 簡要介紹幾種常見電池的比能量： 五、純電動汽車關鍵技術 發(fā)展電動汽車必須解決好4個方面的關鍵技術： 電池技術、電機驅(qū)動及其控制技術、電動汽車整 車技術以及能量管理技術。 六、純電動汽車的優(yōu)勢及存在的問題 1.純電動汽車的優(yōu)勢 電動汽車較少的部件意味著維修成本。現(xiàn)今，電機的效率在80%-95%之間，而內(nèi) 燃機效率只有5%-25%，電動車提供了更高的效率。并且眾所周知電動汽車的能 源費用也是非常的小。因而總體費用減少了。 2.純電動汽車的不足 電動汽車最大的不足是續(xù)駛里程短，充電時間長達數(shù)小時。目前的電動汽車續(xù)駛 里程在150km左右，雖然這對于90%的上班族己足夠，但傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車行駛

33、里 程一般在300-400km左右，此外，由于電機電池技術的限制，目前，電動車的價 格昂貴，因而它還不能完全取代內(nèi)燃機汽車。 第二節(jié)純電動汽車的基礎設施建設 一、國內(nèi)基礎設施建設基礎 1.概述 （1）交流充電樁， 交流充電樁是一種安裝在電動車外，與交流電網(wǎng)連接，通過車載充電 機給電動汽車電池提供交流電源的充電裝置。 主要技術要求 1）環(huán)境條件要求 工作環(huán)境溫度：-20+50； 相對濕度：5%95%； 海拔高度：1000m； 抗震能力：地面水平加速度 0.3g；地面垂直加速度 0.15g； 2）結(jié)構(gòu)要求 交流充電樁殼體應堅固；結(jié)構(gòu)上須防止手輕易觸及露電部分； 交流充電樁應選用厚度1.0cm以上鋼

34、組合結(jié)構(gòu)，表面采用浸塑處理，并充分考慮 散 熱的要求。充電樁應有良好的防電磁干擾的屏蔽功能； 充電樁應有足夠的支撐強度，應提供必要設施。 3）電源要求 輸入電壓：單相220V； 輸出功率：單相220V/5KW； 頻率：50Hz2Hz； 允許電壓波動范圍為：單相220V15%； 4）電氣要求 插頭與插座正確連接確認成功后，帶負載可分合電路方可閉合， 實現(xiàn)對插座的供電； 漏電保護裝置應安裝在供電電纜進線側(cè)； 低壓配電設備及線路的保護應滿足低壓配電設計規(guī)范 （GB/50053）中的相關規(guī)定； （2）直流充電站 1）充電站配電系統(tǒng) 配電系統(tǒng)為充電站的運行提供電源，它不僅提供充電所 需電能，而且還要滿足

35、照明、控制設備的需要，包括變 配電所有設備、配電監(jiān)控系統(tǒng)等。 2）充電站充電系統(tǒng) 充電系統(tǒng)是整個充電站的核心部分，根據(jù)電能補給方式 的不同，氛圍地面單相充電和整車充電兩種充電系統(tǒng)， 通常情況下，充電站采用單箱充電方式為更換下來的電 池進行充電。單箱充電方式有利于提高電池組的均衡性， 延長電池使用壽命。 3）充電站電池調(diào)度系統(tǒng) 電池調(diào)度系統(tǒng)對所有的電池實時進行數(shù)量、質(zhì)量和狀態(tài)的額監(jiān)控和管理， 具備電池存儲、電池更換、電池重新配組、電池組均衡、電池組實際容量 測試、電池故障的應急處理等功能。電池更換是電池調(diào)度系統(tǒng)的核心。 4）充電站監(jiān)控系統(tǒng) 充電監(jiān)控系統(tǒng)是電動汽車充電站高效安全運行的保證，它實現(xiàn)對

36、整個充電 站的監(jiān)控、調(diào)度和管理。該系統(tǒng)包括充電機監(jiān)控、嚴肅報警監(jiān)視、配電監(jiān) 控和視頻監(jiān)控等。 2.基礎設施情況 充電站采用第一次現(xiàn)場拼裝，之后像集裝箱一樣可以根據(jù)需要進行整體移 動。偏遠公路和用電無保障地域可采用太陽能和風能等形式。 國內(nèi)充電站的典型情況 2008年建成的北京奧運電動公交車充電站采用電池更換方式，具 有國際先進水平，是目前已建成的國際規(guī)模最大的充電站。 2009年，在北京市北四環(huán)健翔橋建成了北京純電動乘用車示范充 電站。 2010年初建成的上海世博會充電站用于滿足120輛純電動公交車 的電能補充需求。 二、運營模式 從目前電動汽車充電方式及服務綜合體系情況來看，主要有以下 三種

37、運營模式。 1）電池組租賃模式 即把汽車和電池區(qū)分開來，用戶不擁有電池，只需購買不含電池 組的電動汽車本體，采用租賃方式到電動汽車能源供應企業(yè)租賃 電池組 2） 現(xiàn)場直接充電模式 現(xiàn)在國際上主要有慢充、快充及速充三種技術模式的充電站 3）充換結(jié)合模式 其主要是在電動汽車上配備一塊基本型的電池，其充電 采用慢充或快充模式，而其底盤上設置一空間可以安裝 另一塊租賃電池，其采用速換模式，可以滿足電動汽車 長途出行的需求。 第四節(jié)純電動汽車車型實例 1.瑞麒M1-EV純電動汽車 瑞麒M1-EV純電動汽車搭載了336V功率的電驅(qū)動系統(tǒng)， 并配備了60Ah的高性能鋰電池。此外瑞麒M1-EV還可 利用220

38、V的民用電源進行充電，充電時間一般在6-8 小時； 2.奇瑞的S18D增程電動汽車 作為專為都市精英量身打造的“城市酷尚SUV”S18D配備 了自動開啟的增程器，其特點是以純電動驅(qū)動為主，配 備了8kW的增程器，可以解決在極端情況下的電動汽車 續(xù)航里程問題，達到300km的長續(xù)航里程。增程器將自 動啟動并為其繼續(xù)提供電能或直接驅(qū)動電機，以實現(xiàn)高 達數(shù)百km的續(xù)航能力。 3.高爾夫blue-e-motion 高爾夫Blue-e-Motion基于全球最暢銷的緊湊車型之一 的高爾夫所打造，是大眾汽車新能源汽車技術的重要 成果。高爾夫電動車的動力來源于其先進的電池系統(tǒng)， 該系統(tǒng)是由以180個鋰離子電池

39、單元組成的30個電池模 塊所構(gòu)成，容量為26.5千瓦時。 此外，駕駛者通過自動變速器的排檔或方向盤上的換 檔撥片，分4級（D-D3）來調(diào)節(jié)制動能量回收系統(tǒng)的 強度。 4.英菲尼迪LE概念車 菲尼迪LE概念車基于日產(chǎn)聆風打造，是一款三廂造型 緊湊級車型，車頭造型來源于G37車型，由于是一臺 純電動車型，其前進氣格柵采用全封閉設計，英菲尼 迪的前車標后面，則是它的充電插口。動力系統(tǒng)是該 車最大的亮點，搭載了一臺由24kW鋰電池供電的電機 ，最大功率達100kW，扭矩最大達到325牛米。 5.福特TransitConnect電動汽車 TransitConnect電動車是福特推出的首款電動車，已于 2

40、010年年末開始向北美市場交車，不過這并不是常見的 轎車，而是一款商用載貨車型，最高時速可達120km/h， 續(xù)駛里程為130km，擁有3.8m3的載貨空間和500kg的載 重能力。 6.特斯拉電動汽車 特斯拉Model S是特斯拉真正意義上的第一款完全自主 研發(fā)的車型，也是目前特斯拉在售的唯一車型，而且 市場表現(xiàn)還不錯，之后還有望增加四驅(qū)版本車型。在 外觀設計上，Model S采用了一種很討巧的方式，它 堅持自己的獨特路線，擁有非主流的四門轎跑造型， 并且在諸如隱形門把手等細節(jié)設計上凸顯了它的科技感。 從組成來看，Model S主要是由電池組、底盤懸架系統(tǒng)和車體三大部件組 成。Model S

41、的電池組提供60KWh、85KWh和85KWh Performance三個容 量版本，最大輸出功率分別為225kW、270kW和310kW，因此在性能上 Model S的實力不容小視。 第四章 混合動力汽車 第一節(jié)混合動力汽車的結(jié)構(gòu) 一、混合動力汽車的定義 混合動力汽車（Hybrid Electrical Vehicle，簡稱HEV）是指同時裝 備兩種動力來源熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產(chǎn)生） 與電動力源（電池與電動機）的汽車。 二、混合動力汽車的主要動力總成元件 1發(fā)動機 混合動力汽車可以廣泛地采用四沖程內(nèi)燃機（包括汽油機和柴油 機）、二沖程內(nèi)燃機（包括汽油機和柴油機）、轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃

42、氣 輪機和斯特林發(fā)動機等。 2驅(qū)動電機 混合動力汽車的電機可以選擇直流電機、交流異步電機、 永磁同步電機和開關磁阻電機等。 3電池 混合動力汽車常用的動力電池包括飛輪電池、超級電容、 電化學電池、燃料電池、儲能器和鋅空氣電池等。 4.動力分配裝置 在并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)中，機械的動力分配裝置是耦合發(fā)動 機和電動機功率的關鍵部件。 三、混合動力汽車的智能控制系統(tǒng) 發(fā)動機和混合動力系統(tǒng)都分別有各自的ECU和控制軟件，將 它們集成在混合動力車輛中后，利用CAN總線將它們連接起 來，實現(xiàn)信息共享和統(tǒng)一指揮。實現(xiàn)了當混合動力系統(tǒng)工作 時，發(fā)動機按混合動力系統(tǒng)的指令工作。當混合動力系統(tǒng)關 閉或有故障時，發(fā)動機按

43、油門踏板指令工作。 混合動力汽車的控制系統(tǒng)有以下的功能： 1）使混合動力汽車的動力性能能夠達到或接近現(xiàn)在內(nèi)燃機汽 車的水平。 2）最大限度的發(fā)揮電動機驅(qū)動的輔助作用，使混合動力汽車 的燃油消耗量盡量降低，實現(xiàn)發(fā)動機的節(jié)能化。 3）實現(xiàn)多能源控制，混合動力汽車關鍵的控制技術，是對內(nèi) 燃機驅(qū)動系統(tǒng)和對電動機驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)雙重控制。發(fā)動機與 電動機系統(tǒng)的動力系統(tǒng)應進行最有效的組合和實現(xiàn)最佳的匹 配。 4）在環(huán)保方面，達到“超低污染”的環(huán)保標準。 5）操作裝置和操縱方法上繼承或沿用內(nèi)燃機汽車主要操作裝 置和操縱方法。 四、混合動力汽車的發(fā)動機 在混合動力電動汽車上，熱力發(fā)動機又被稱為混合動力單元。在并

44、聯(lián)混合動力電動汽車上，混合動力單元通過傳動軸驅(qū)動車輪，同時 電動機也承擔一部分功能，因而使得混合動力單元能夠采用尺寸更 小、效率更高的熱力發(fā)動機；在串聯(lián)混合動力電動汽車上，混合動 力單元驅(qū)動一臺發(fā)電機產(chǎn)生電能，由于汽車的行駛與發(fā)動機沒有直 接的聯(lián)系，因此混合動力單元也能夠采用小型高效的發(fā)動機，且其 運行工況可以固定于較小的高功率區(qū)。 1. 阿特金森循環(huán)發(fā)動機的定義 阿特金森循環(huán)是一種1882年由James Atkinson發(fā)明的內(nèi)燃機形式。 阿特金森循環(huán)發(fā)動機提高了效率，現(xiàn)階段用在某些混合動力車輛上。 2. 阿特金森循環(huán)發(fā)動機的工作原理 阿特金森循環(huán)發(fā)動機其實并不需要在普通發(fā)動機上做太大修 改

45、，只是改變氣門開閉的時機。普通汽車發(fā)動機是基于所謂 奧托循環(huán)的，它包括吸氣、壓縮、 做功和排氣四個沖程。在 奧托循環(huán)發(fā)動機里，在吸氣行程中油氣混合物被吸入汽缸， 當活塞到達下死點后，進氣門關閉，油氣混合物被封閉在汽 缸中；在壓縮和做功行程中分別被壓縮和點燃。這樣，膨脹 比就幾乎等于發(fā)動機的壓縮比，很難提高。 與此相對照地，在阿特金森循環(huán)中，在活塞到達下死點后上 升時，吸氣氣門仍然開放，這樣有一部分混合氣體被推回到 進氣歧管，進而提高了爆炸的膨脹比，利于提高燃油效率。 3. 阿特金森循環(huán)發(fā)動機的缺點 （1）獨特的進氣方式讓低速扭矩很差 （2）長活塞行程不利于高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn) 4.阿特金森循環(huán)發(fā)動機的應

46、用 第二節(jié)混合動力汽車分類和工作原理 一、按結(jié)構(gòu)布置形式分類 根據(jù)混合動力驅(qū)動模式、結(jié)構(gòu)布置形式及動力傳輸路線分類，混合 動力系統(tǒng)主要分為以下三類： 1）串聯(lián)式混合動力電動汽車（Series Hybrid Electric Vehicle， SHEV）； 2）并聯(lián)式混合動力電動汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle， PHEV）； 3）混聯(lián)式混合動力電動汽車（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）。 1串聯(lián)式 串聯(lián)式混合動力汽車（SHWV）以電動機作為驅(qū)動裝置，發(fā)動機作 為輔助動力裝置，以提高行駛里程。 在市

47、區(qū)行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電池驅(qū)動方式。傳 動系統(tǒng)能量流如圖4-9所示。 當電池電量較低時，發(fā)動機被啟動，并將其設置在最大功率工 作點上，發(fā)動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發(fā)電機 為電池充電。如圖4-10所示。 當汽車發(fā)動機提供的最大功率低于汽車所需的功率時，電池將 提供這部分差額功率。如圖4-11所示。 在剎車或減速時，電動機起到發(fā)電機的作用，使部分動能轉(zhuǎn)化 為電能存儲在電池里。如圖4-12. 2.并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV） PHEV采用發(fā)動機和電動機兩套驅(qū)動系統(tǒng)?？刹捎冒l(fā)動機單獨驅(qū) 動、電動機單獨驅(qū)動或發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅(qū)動3種工作模式。與 串聯(lián)相比，PHEV的優(yōu)點是

48、并聯(lián)僅用到電動機和發(fā)動機，并且發(fā) 動機和電動機的最大功率較小。 在起步、坡道或加速階段，發(fā)動機運轉(zhuǎn)，發(fā)動機只為耦合器提 供總功率的一部分，離合器閉合將扭矩輸入變速箱，同時動力電 池組釋放電能，經(jīng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，給動力電機供 電，動力電機也將扭矩輸入變速箱驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，發(fā)動機和電機 共同將動力輸入變速箱、后橋從而驅(qū)動車輛加速行駛。實現(xiàn)“功 率輔助”是目的，傳動傳統(tǒng)能量流如圖4-17所示。 當車輛制動、減速、停車時，驅(qū)動橋傳來的慣性扭矩，經(jīng)變速 箱帶動電機運轉(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機工作狀態(tài)，起到發(fā)動機的作 用。所發(fā)出的交流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為直流電，對電池組進行充電。 如圖4-18所示。 當電

49、池電量較低時，發(fā)動機被啟動，并將其設置在最大功率工 作點上，發(fā)動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發(fā)電機 為電池充電，如圖4-19所示 在市區(qū)行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電池驅(qū)動方式， 離合器分離，動力電池組釋放電能，經(jīng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交 流電，給動力電機供電，動力電機將扭矩輸入變速箱、后橋，從 而驅(qū)動車輛行駛。傳動系統(tǒng)能量流如圖4-20所示。 在高速巡航時，由發(fā)動機驅(qū)動，此時相當于傳統(tǒng)燃油汽車運行。 當車輛采用發(fā)動機單獨驅(qū)動模式運行時，發(fā)動機運轉(zhuǎn)，離合器閉 合，將扭矩輸入電機、變速箱、后橋，從而驅(qū)動車輛行駛。如圖 4-21所示。 3.混聯(lián)式混合動力汽車的特點。 混聯(lián)混合動力汽車

50、HEV在結(jié)構(gòu)上綜合了SHEV和PHEV的特點。 它主要偏向于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，但又包含一些串聯(lián)結(jié)構(gòu)的特點。與 SHEV相比，它增加了機械動力傳輸路線;與PHEV相比，它增加 了電能的傳輸路線。 在高速巡航時，由發(fā)動機單獨驅(qū)動。此時相當于傳統(tǒng)燃油汽車 運行。傳動系統(tǒng)能量流如圖4-24所示。 在市區(qū)行駛時，如果電池完全充滿，則選用純電池驅(qū)動方式。 傳動系統(tǒng)能量流如圖4-25所示。 在剎車或減速時，電動機起到發(fā)動機的作用，將部分動能轉(zhuǎn)化 為電能存儲到電池里，如圖4-26所示。 在起步或加速階段，發(fā)動機只為耦合器提供總功率的一部分， 剩下的功率要由電機來提供，實現(xiàn)“功率輔助”是目的，傳動傳 統(tǒng)能量流如圖4-2

51、7所示。 當電池電量較低時，發(fā)動機被啟動，并將其設置在最大功率工 作點上，發(fā)動機輸出的功率與汽車所需功率的差值將通過發(fā)電機 為電池充電，如圖4-28所示 二、按照對電能的依賴程度分類 按照對電能的依賴程度分類，混合動力汽車還可分為弱混合、中混合、 強混合以及外插電式混合（PlugIn Hybirid）幾種 1）弱混混合動力系統(tǒng) 2）輕混合動力系統(tǒng) 3）中混合動力系統(tǒng) 4）完全混合動力系統(tǒng) 5）外插電式混合動力系統(tǒng) 6）不可外接充電型 三、其它劃分型式 1.按照行駛模式的選擇方式劃分 2.按照車輛用途劃分 3.按照與發(fā)動機混合的可再充電能量儲存系統(tǒng)不同可以劃分為。 第五章燃料電池電動汽車 第一節(jié)

52、燃料電池電動汽車的類型與基本結(jié)構(gòu) 一、燃料電池類型及其性能分析 燃料電池可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC） 等。 1質(zhì)子交換膜燃料電池 質(zhì)子交換膜燃料電池單體主要由膜電極（陽極、陰極）、 質(zhì)子交換膜和集流板組成。 2堿性燃料電池 堿性燃料電池的電解質(zhì)為堿性的氫氧化鉀 （KOH），故稱為堿性燃料電池。 堿性燃料電池一般以石墨、鎳和不銹鋼作為堿 性燃料電池的結(jié)構(gòu)材料。堿性燃料電池按燃料 性質(zhì)不同，化學反應溫度為80260。 3磷酸燃料電池 磷酸燃料電池是以磷酸為電解質(zhì)，故稱為磷酸燃料電池。 磷酸燃料電池以磷酸（

53、100%）為電解質(zhì)。是由燃料電極、 隔板、隔膜、空氣電極氧電極和冷卻板組成。 4熔融碳酸鹽燃料電池 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）通常采用 含鋰和鉀的碳酸鹽為電解質(zhì)，陰極為鎳的 氧化物，陽極為鎳合金，正常工作溫度為 650oC。在這樣高的溫度下，電池陰陽極 電化學反應都很快，不需要使用貴金屬作 催化劑，通常以氧化鎳為主。 5固體氧化物燃料電池 固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)是固體氧化物，催化劑 和電池的結(jié)構(gòu)材料，也都是固體氧化物。故稱為固體 氧化物燃料電池。 燃料電池的結(jié)構(gòu)材料，用Al2O3、Ca0.1Zr0.9O2固體氧化 物作為結(jié)構(gòu)材料支撐管。固體氧化物燃料電池在燃燒 反應過程中的溫度可達80

54、01000?？梢灾苯邮褂眉?醇和烴類燃料。 二、燃料電池電動汽車的類型與其結(jié)構(gòu) 燃料電池汽車定義：燃料電池電動汽車（FCEV）是利用氫氣和空氣中的 氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學反應產(chǎn)生的電能，并作為主 要動力源驅(qū)動的汽車。 1燃料電池單獨驅(qū)動FCEV 優(yōu)點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置； （2）系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化； （3）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高。 缺點： （1）燃料電池功率大、成本高； （2）對燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求； （3）不能進行制動能量回收。 2燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動FCEV 優(yōu)點： （1）由于增加了比功率價

55、格相對低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對燃料電池的功率 要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式有很大的降低，從而大大地降低了整車成本； （2）燃料電池可以在比較好的設定的工作條件下工作，工作時燃料電池的效率 較高； （3）制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時的部分動能，該措施可能會增加 整車的能量效率。 缺點： （1）蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動力性和經(jīng)濟型受到影響，這一點在 能量復合型混合動力汽車上表現(xiàn)更為明顯； （2）蓄電池充放電過程會有能量損耗； （3）系統(tǒng)變得復雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。 3燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動FCEV 這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把 蓄電池換成超級電容。相

56、對于蓄電池，超級電容充放 電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回 收制動能量方面比蓄電池有優(yōu)勢，循環(huán)壽命長，但是 超級電容的能量密度較小。 4燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動的FCEV 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點相比燃料電池+蓄電池的結(jié)構(gòu)形式的優(yōu) 點更加明顯，尤其是在部件效率，動態(tài)特性，制動能量 回饋等方面。而其缺點也一樣更加明顯： （1）增加了超級電容，系統(tǒng)質(zhì)量將可能增加； （2）系統(tǒng)更加復雜化，系統(tǒng)控制和整體布置的難度也隨 之增大。 三、燃料電池電動汽車的關鍵技術 1燃料電池系統(tǒng) 燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關鍵技術之一。燃料電池技術發(fā)展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率以及制

57、造成本四個要 素來評判。 2車載儲氫系統(tǒng) 儲氫技術是氫能利用走向規(guī)?；瘧玫年P鍵。目前，常見的車載儲氫系統(tǒng)有高壓儲氫、低溫儲存液氫和金屬氫化物儲氫三種基本方案。 3車載蓄電系統(tǒng) 車載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄電池及電化學超級電容器。 4電機及其控制技術 驅(qū)動電機是燃料電池電動汽車的心臟，它正向著大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。 5整車布置 燃料電池汽車在整車布置上存在以下關鍵問題： 燃料電池發(fā)動機及電機的相關布置 動力電池組的車身布置、氫氣瓶的安全布置 高壓電安全系統(tǒng)的車身布置問題。 6能源動力系統(tǒng)的能量管理策略 能量管理策略對燃料經(jīng)濟性影響很大，且受到動力系統(tǒng)參

58、數(shù)和行駛工況的雙重影響。完成能量管理策略的工況適應性開發(fā)后，其核心問題 轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史峙鋬?yōu)化， 四、燃料電池汽車的優(yōu)勢及其問題 1.燃料電池汽車的獨特優(yōu)勢 1）清潔無污染 2）燃料補充方便，快捷，續(xù)航力遠超普通純電動汽車。 3）效能高。 4）動力性能優(yōu)異。 2.燃料電池汽車的存在的問題 （1）性能與成本問題 （2）燃料供應與基礎設施問題 第二節(jié) 燃料電池汽車的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 一、燃料電池的發(fā)展歷史 燃料電池在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化之前，已經(jīng)有很長的發(fā)展歷史。1839年格羅夫 （WillianGrove）發(fā)明了第一個燃料電池，是把封有鉑電極的玻璃管浸在稀硫酸 中，先由電解產(chǎn)生氫和氧，接著連接外部負載，這樣氫

59、和氧就發(fā)生電池反應，產(chǎn) 生電流。 20世紀30年代末，F(xiàn).T.Bacon（培根）的AFC研究工作方為燃料電池創(chuàng)立了聲名， 并在60年代早期第一個應用于太空計劃，其改進后被作為阿波羅登月計劃的宇宙 飛船用電池。Bacon電池使燃料電池由實驗走向?qū)嵱?，具有里程碑意義。 二、燃料電池電動汽車的國外發(fā)展現(xiàn)狀 國外的燃料電池技術發(fā)展比較早，20世紀六七十年代美 國首先將燃料電池應用于航空航天領域，此后燃料電池 逐漸向民用領域發(fā)展。 美國能源部組織的國家燃料電池汽車研究計劃； 以巴拉德動力系統(tǒng)公司的技術為依托，由戴姆勒克萊斯 勒公司、福特汽車公司等跨國公司投資合作的燃料電池 汽車項目。 在1998年1月北

60、美底特律國際汽車展上福特展出了P2000 燃料電池概念車，使用了DBB公司生產(chǎn)的燃料電池堆， 時速可達144.8km/h。 1994年戴姆勒奔馳公司與Ballard合作推出了第一輛 FCEV車型為NECAR1和NECAR1，采用MB190廂式車 體，裝載Ballard生產(chǎn)的50kW質(zhì)子交換膜燃料電池，一 次填充燃料續(xù)駛里程為130km，最高車速90km/h。 1968年通用推出的Electrovan是世界上第一輛FCEV。 2002年推出了全新的概念車型HY-WIRE，該車采用線 控駕駛技術，它的燃料電池、電機和控制器全部集成在 11英寸厚的板狀底盤中 豐田研究FCEV始于1992年，1996