汽車發(fā)動機電控技術(shù) 廖發(fā)良 第9章 電力驅(qū)動汽車技術(shù)新

1、汽車發(fā)動機電控技術(shù) 主編廖發(fā)良 第9章電力驅(qū)動汽車技術(shù)9.1概述9.2電動汽車的結(jié)構(gòu)及原理9.1概述9.1.1電動車輛的類型9.1.2電動車輛的驅(qū)動模式9.1.1電動車輛的類型1.純電動汽車(Electric Vehicle，EV)純電動汽車是“零污染”的車輛，不需要石油資源，不排放廢氣，電動機驅(qū)動噪聲小、易于控制，可以獲得良好的穩(wěn)態(tài)特性，沒有復(fù)雜的傳動系統(tǒng)和機械式的逆轉(zhuǎn)裝置。2.燃料電池電動車輛(Fuel Cell Electric Vehicle，F(xiàn)CEV)1989年，克萊斯勒-彭塔斯塔電子公司制造了一輛燃料電池-鉛酸蓄電池混合電力的FCEbus，采用液冷磷酸鹽燃料電池，燃料電池的功率為2

2、5kW，鉛酸蓄電池的功率為43kW，于1989年末開始試驗。3.混合動力電動汽車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)混合動力電動汽車HEV是一種新型車型，也是一種過渡型車型，在21世紀HEV將會得到迅速地發(fā)展。9.1.1電動車輛的類型4.氫發(fā)動機汽車德國寶馬汽車公司在寶馬7系列、V6發(fā)動機的轎車上，采用氫氣作為氫發(fā)動機的燃料，以后又研發(fā)H2-R氫發(fā)動機汽車。9.1.2電動車輛的驅(qū)動模式1.多電源電力混合驅(qū)動模式以蓄電池為主要電源，以超級電容器或發(fā)動機發(fā)電機組為輔助電源的電動車輛稱為純電動車輛；以燃料電池為主要電源，以蓄電池組或超級電容器為輔助電源的電動車輛稱為燃料電池電動

3、車輛。(1)EV和FCEV的共同之處：都是以電力作為能源，因此，電力變換系統(tǒng)基本相同。(2)EV和FCEV的不同之處：EV的蓄電池必須由外接電源提供電能，蓄電池的電能是間斷供給，EV的行駛狀態(tài)是間斷的，續(xù)駛里程受蓄電池SOC限制。2.多動力源動力混合驅(qū)動模式以內(nèi)燃機為主要動力源，以驅(qū)動電動機為輔助動力源的電動車輛稱為混合動力電動車輛。9.1.2電動車輛的驅(qū)動模式表9-1不同類型的電動汽車特征對比9.2電動汽車的結(jié)構(gòu)及原理9.2.1純電動汽車(EV)9.2.2燃料電池電動汽車(FCEV)9.2.3混合動力電動車輛(HEV)9.2.1純電動汽車(EV)1.用純蓄電池作為電力源的EV用單一蓄電池作為

4、電力源的EV只裝置了蓄電池組，結(jié)構(gòu)較簡單。圖9-1用單一蓄電池作為電力源的EV2.裝有輔助電力源的EV用單一蓄電池作為電力源的EV，由于蓄電池的比能量和比功率較低，蓄電池組的重量和體積較大。圖9-2裝有輔助電力源的EV3.典型應(yīng)用本田汽車公司的純電動汽車EV-PLUS(見圖9-3)是按9.2.1純電動汽車(EV)照“零污染”的高度環(huán)保性要求來設(shè)計，適合于家庭使用的四座轎車，最高車速為130km/h，一次充電的行駛里程210km，電力消耗130kW/km。圖9-3本田汽車公司的EV-Plus電動轎車9.2.2燃料電池電動汽車(FCEV)1.以甲醇或汽油等經(jīng)過改質(zhì)后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV以甲醇

5、經(jīng)過改質(zhì)后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV動力系統(tǒng)的組成如圖9-4所示。圖9-4以甲醇經(jīng)過改質(zhì)后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV2.以氫氣為燃料的FCEV以氫氣為燃料FCEV是我國和世界多個汽車公司研發(fā)的主要FCEV，目前以氫氣為燃料的FCEV由于燃料電池的特性，大多數(shù)采用了輔助電源來幫助車輛快速起動和回收制動反饋的能量。9.2.2燃料電池電動汽車(FCEV)圖9-5以蓄電池為輔助電源的FCEV圖9-6以超級電容器為輔助電源的FCEV3.典型應(yīng)用美國通用汽車公司研制開發(fā)的Hydrogen1(氫動1號)燃料電池電動轎車(見圖9-7)是以“歐寶-賽飛利(Zafiras)”為原型9.2.2燃料電池電動汽車(FC

6、EV)車開發(fā)的燃料電池轎車。圖9-7通用汽車公司HydroGen1燃料電池電動汽車1電子驅(qū)動設(shè)備2燃料電池堆3冷卻模塊4正極濕度調(diào)節(jié)器5水泵6散熱器7直流/直流轉(zhuǎn)換器8負極濕度調(diào)節(jié)器9儲水罐10冷卻液泵11液氫儲罐12高壓電池13空氣濾清器14壓縮機15燃燒器/掃氣泵9.2.3混合動力電動車輛(HEV)(1)發(fā)動機(Engine)：發(fā)動機是HEV的一個主要動力源，HEV可以廣泛地采用汽油機、柴油機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃氣輪機和斯特林發(fā)動機等發(fā)動機，采用不同的發(fā)動機可以組成不同的HEV。(2)ISG電動/發(fā)電機(Integrated Starter Generator)：ISG電動/發(fā)電機用在HEV上

7、的作用是：發(fā)動機起動時作為起動機，帶動發(fā)動機起動。(3)驅(qū)動電動機(Motor)：驅(qū)動電動機是HEV的輔助動力源。(4)輔助電源：HEV可以裝備各種不同的蓄電池和超級電容器等作為“輔助電源”，儲存ISG所發(fā)出的電能和車輛在制動時反饋的電能。9.2.3混合動力電動車輛(HEV)(5)HEV的動力混合形式：HEV的動力可以在“動力混合器”中混合，也可以在車輪處混合。2.HEV的類型世界各個汽車公司采用了各種各樣的車輛來改裝為HEV，組成了多種多樣的“混合”形式。(1)串聯(lián)式(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)：串聯(lián)式HEV以發(fā)動機為主要動力源，在發(fā)動機的動力輸

8、出軸上裝置ISG，相當(dāng)于發(fā)動機的飛輪，然后通過離合器與變速器來驅(qū)動車輛，與普通內(nèi)燃機汽車基本相同。圖9-8串聯(lián)式HEV的布置形式9.2.3混合動力電動車輛(HEV)(2)并聯(lián)式(Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV)：并聯(lián)式HEV以發(fā)動機和驅(qū)動電動機為主要動力總成，發(fā)動機是主要動力源，驅(qū)動電動機是輔助動力源。圖9-9并聯(lián)式HEV的布置形式a)動力在混合器中混合的PHEVb)動力在車輪處混合的PHEV9.2.3混合動力電動車輛(HEV)(3)混聯(lián)式(Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV)：混聯(lián)式HEV以發(fā)

9、動機和驅(qū)動電動機為主要動力總成，另外在發(fā)動機輸出軸上還串聯(lián)或并聯(lián)一個ISG，發(fā)動機是主要動力源，驅(qū)動電動機和ISG是輔助動力源。圖9-10混聯(lián)式HEV的布置形式a)動力在混合器中混合的PSHEVb)動力在車輪處混合的PSHEV9.2.3混合動力電動車輛(HEV)3.典型應(yīng)用豐田汽車公司的普瑞斯Prius牌PSHEV(見圖9-11)采用發(fā)動機前置，42前輪驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)(FF)的布置形式。圖9-11豐田汽車公司的Prius牌混合動力轎車a)外觀及位置圖b)部件布置圖1Atkinson發(fā)動機2ISG電機/發(fā)電機3蓄電池組4中央控制器5驅(qū)動電動機6THSII系統(tǒng)1)PriusII的驅(qū)動電動機在0轉(zhuǎn)速時輸出400Nm的轉(zhuǎn)矩，用電動機起動，可以使車輛起動迅速，避免發(fā)動機的怠速運轉(zhuǎn)，9.2.3混合動力電動車輛(HEV)而且使車輛有良好的加速性能。2)當(dāng)用驅(qū)動電動機驅(qū)動車輛的速度達到60km/h后，“THSII”的ECU控制系統(tǒng)會起動發(fā)動機，并將電動機的驅(qū)動模式自動轉(zhuǎn)換為發(fā)動機驅(qū)動模式，切換過程十分平穩(wěn)，駕駛員不須進行任何操作。3)PriusII在車速為85km/h時，發(fā)動機和驅(qū)動電動機的最大混合功率為82kW；在車速為22km/h時的最大混合轉(zhuǎn)矩為478Nm，大大地改善車輛的動力性能。圖9-12豐田PRIUSIIPSHEV運行模式9.2.3混合