武漢理工新能源汽車結(jié)構(gòu)與原理復(fù)習(xí)PPT

混聯(lián)式混合動(dòng)力為提高氣體燃料的能量密度，在汽車上使用天然氣時(shí)，或是將天然氣加壓，或是將天然氣液化。天然氣壓縮后儲(chǔ)存在高壓氣瓶中放在車上相當(dāng)于普通汽車的油箱，氣瓶中氣體的壓力一般為20MPa，這就是所謂的CNGV(CompressedNaturalGasVehicle)，即壓縮天然氣汽車。將天然氣在常壓下-162℃時(shí)液化后裝入低壓保溫容器中放在汽車上作為燃料，就是所謂的LNGV(LiquidNaturalGasVehiele)，即液化天然氣汽車。在油田輕烴回收裝置中處理天然氣時(shí)和在石油煉制過程中都有一種以丙烷和丁烷為主的副產(chǎn)品。它們也是天然氣組成的一部分，較易液化，在常壓下是氣態(tài)，也可做汽車燃料，這就是液化石油氣LPG(LiquefiedPetroleumGas)。靠燃燒LPG獲取動(dòng)力的汽車叫液化石油氣汽車，英文縮寫為L(zhǎng)PGV，習(xí)慣上也將LPGV作為天然氣汽車的一種。氫氣具有比任何燃料都高的比能量燃料比能量(Wh/kg)能量密度(Wh/L)壓縮氫氣a33600600液態(tài)氫氣b336002400儲(chǔ)氫鎂24002100儲(chǔ)氫釩7004500甲醇57004500汽油124009100a:環(huán)境溫度@20MPa壓力；b:低溫環(huán)境@0.1MPa壓力4.1.2燃料電池概述燃料電池用于FCEV時(shí)的不足

燃料電池可持續(xù)發(fā)電，但不能開開停停。

不能被充電，不能接受FCEV制動(dòng)或下坡時(shí)所反饋的再生制動(dòng)電能，需要配備其它形式的蓄電池來存儲(chǔ)燃料電池的多余電能和制動(dòng)或下坡時(shí)所反饋的電能。燃料電池分類質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCells，

PEMFC；SolidPolymer

FuelCells

，SPFC）堿性燃料電池(AlkalineFuelCells，AFC)磷酸燃料電池(PhosphoricAcidFuelCells，

PAFC)熔融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonateFuelCells，

MCFC)固態(tài)氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCells，

SOFC)直接甲醇燃料電池(DirectMethanolFuelCells，

DMFC)

4.2.2直接甲醇燃料電池使用甲醇燃料的PEMFC

組成CH3OH

H2OH2

CO2

工作原理

甲醇與水混合和蒸發(fā)后，通過車載重整器轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳?xì)怏w。重整反應(yīng)：CH3OH+H2O→3H2+CO2

凈化器除去重整產(chǎn)物中使催化劑中毒的二氧化碳等有害氣體.凈化后的氫氣供給PEMFC系統(tǒng)發(fā)電并生成可循環(huán)使用的純水。甲醇容器蒸發(fā)器重整器凈化器PEMFC水箱CO2H2H2O空氣CH3OHH2O2.3.3

類型鉛酸電池

閥控鉛酸電池(VRLA)(2V)鎳基電池

鎳—鎘電池(Ni-Cd)(1.2V)

鎳—鋅電池(Ni-Zn)(1.6V)

鎳氫電池(Ni-MH)(1.2V)金屬空氣電池

鋅空氣電池(Zn/Air)(1.2V)

鋁空氣電池(Al/Air)(1.4V)鈉-β電池

鈉硫電池(Na/S)(2V)

鈉鎳氯化物電池(Na/NiCl2)(2.5V)常溫鋰電池

鋰聚合物電池(Li-Polymer)(3V)

鋰離子電池(Li-Ion)(4V)電性能表征電池放電時(shí)電壓特性的專業(yè)術(shù)語(yǔ)有以下幾個(gè):a、額定電壓(或稱公稱電壓)，系指該電化學(xué)體系的電池工作時(shí)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓:b、工作電壓，系指電池在某負(fù)載下實(shí)際的放電電壓，通常是指一個(gè)電壓范圍;c、中點(diǎn)電壓，系指電池放電期間的平均電壓或中心電壓:d、終止電壓，系指放電終止時(shí)的電壓值，視負(fù)載和使用要求不同而異。電性能5、電池容量及其影響因素電池的電容量，簡(jiǎn)稱為容量，單位為庫(kù)侖(C)或安時(shí)(Ah)。表征電池容量特性的專用術(shù)語(yǔ)有以下三個(gè):a、理論容量理論容量系指根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量數(shù)計(jì)算得到的電量。通常，理論上1電化當(dāng)量物質(zhì)((1電化當(dāng)量物質(zhì)的量，等于活性物質(zhì)的原子量或分子量除以反應(yīng)物的電子數(shù))將放出1法拉第電量，即96500C或26.8Ah。電性能b、實(shí)際容量實(shí)際容量系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。

c.額定容量額定容量系指在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電池時(shí)，規(guī)定或保證在指定的放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的電量。電性能電池的容量與電池的放電倍率、放電形式、放電終止電壓和放電溫度等放電條件有關(guān)。電池的放電電流強(qiáng)度用放電倍率(簡(jiǎn)稱放電率)來表示。定義:

電倍率=額定容量(Ah)/放電電流(A)也就是說，電池的放電倍率用放電時(shí)間來表示，或者說以一定的放電電流放完額定容量的電量所需的小時(shí)數(shù)來衡量。電性能例如:某電池的額定容量為100Ah，若用50A的恒流放電，則放完100Ah的電量需要2小時(shí)，我們說用2小時(shí)率放電，用符號(hào)“C/2”或“0.5C”表示。若用1小時(shí)率的恒流放電，放完100Ah的電量，放電電流為100A，用符號(hào)“1C”表示。所以放電倍率所表示的放電時(shí)間越短，即放電倍率就越高，放電電流越大。鋰離子電池的數(shù)學(xué)模型鋰離子電池建模的基礎(chǔ)是如何確定鋰離子電池的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻的特性函數(shù)。這些特性函數(shù)的確定是基于電池荷電狀態(tài)值SOC(StateofCapacity)變化關(guān)系的結(jié)果上得到的。比如：100Ah的容量，用了20Ah，簡(jiǎn)單認(rèn)為soc=0.8電池放電至不能再放的時(shí)候，放電深度DOD達(dá)到

100%鋰離子電池的荷電狀態(tài)值鋰離子動(dòng)力電池的兩個(gè)基本特性:

1、電池的容量與放電電流有關(guān)，放電電流越大，則在該電流下所能放出的有效容量就越少，這種特性簡(jiǎn)稱容量特性2、電池的工作電壓與放電的深度有關(guān)，放電電流及放電深度越大，電池的工作電壓下降得越多，這種特性我們簡(jiǎn)稱為電壓特性2.3.9

各種電池的比較※比較：特點(diǎn)電池類型主要優(yōu)缺點(diǎn)發(fā)展?jié)摿RLA技術(shù)成熟、成本低廉、可實(shí)現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標(biāo)比能量低潛力巨大Ni-Cd技術(shù)成熟、可實(shí)現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標(biāo)成本高、比能量低潛力大Ni-Zn比能量高、比功率高、成本低中期目標(biāo)循環(huán)壽命短潛力大Ni-MH比能量高、比功率高、可實(shí)現(xiàn)快速充電近期目標(biāo)成本高潛力巨大Zn/Air機(jī)械式充電、成本低廉、非常高的比能量中期目標(biāo)比功率低、不能接受再生制動(dòng)能量潛力巨大Al/Air機(jī)械式充電、成本低、豐常高的比能量中期目標(biāo)非常低的比功率、不能接受再生制動(dòng)能量潛力低2.3.9

各種電池的比較※比較：特點(diǎn)電池類型主要優(yōu)缺點(diǎn)發(fā)展?jié)摿a/S比能量高、比功率高中期目標(biāo)成本高、安全問題、需要熱管理系統(tǒng)潛力一般Na/NiCl2比能量高中期目標(biāo)成本高、需要熱管理系統(tǒng)潛力大Li-Polymer非常高的比能量、高的比功率中期目標(biāo)低溫性能差潛力大Li-Ion非常高的比能量、非常高的比功率中期目標(biāo)成本高潛力巨大充電特性2.2.7

各種電機(jī)的比較驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本性能比較項(xiàng)目直流電機(jī)感應(yīng)電機(jī)永磁電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)比功率低中高較高峰值效率(%)85~8994~9595~9790負(fù)荷效率(%)80~8790~9285~9778~86功率因數(shù)(%)-82~8590~9360~65恒功率區(qū)-1:51:2.251:3轉(zhuǎn)速范圍(r/min)4000~600012000~150004000~10000可>15000可靠性

一般好優(yōu)良好結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性差好一般優(yōu)良電機(jī)外廓大中小小電機(jī)質(zhì)量大中小小電機(jī)成本($/kW)108~1210~156~10控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般3.2.2

串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式啟動(dòng)/正常行駛/加速模式發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)和蓄電池一起輸出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)換器，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換器蓄電池電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置油箱電力接連機(jī)械連接液流連接3.2.2

串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式輕載模式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率大于車輛所需功率，多余的能量通過發(fā)電機(jī)給蓄電池充電直到SOC達(dá)到預(yù)定的限值。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換器蓄電池電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置油箱電力接連機(jī)械連接液流連接3.2.2

串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式減速/制動(dòng)模式電動(dòng)機(jī)把驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換器蓄電池電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置油箱電力接連機(jī)械連接液流連接3.2.2

串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式蓄電池充電模式停車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可通過發(fā)電機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換器蓄電池電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置油箱電力接連機(jī)械連接液流連接

并聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)特點(diǎn)１）發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)能同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛２）適合一般公路工況３）發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)速度與車速相關(guān)，控制復(fù)雜４）發(fā)動(dòng)機(jī)不僅滿足車輛能量需求，還要起驅(qū)動(dòng)作用、電機(jī)起系統(tǒng)動(dòng)力和能量調(diào)節(jié)作用５）電池配備較少，系統(tǒng)尺寸和重量小６）系統(tǒng)機(jī)電耦合方案較為復(fù)雜4.1.2燃料電池概述優(yōu)點(diǎn)

高效：無(wú)燃燒，能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)的限制，效率高達(dá)50%~60%，通過對(duì)余熱的二次利用，總效率可高達(dá)80%~85%，能量利用效率是普通內(nèi)燃機(jī)的2~3倍。

環(huán)境友好：清潔無(wú)污染，氫/氧燃料電池的產(chǎn)物只有水，屬于零排放或接近零排放（考慮到燃料重整時(shí)）

安靜：無(wú)振動(dòng)與噪聲。

可靠性高：無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，工作時(shí)僅有氣體和水的流動(dòng)。

燃料補(bǔ)充迅速、易于獲得。

燃料電池的效率隨輸出功率變化的特性比內(nèi)燃機(jī)更適合于汽車的實(shí)際運(yùn)行。燃料電池的效率在額定功率附近可達(dá)60％，部分功率下運(yùn)行時(shí)效率會(huì)高于額定功率下的效率，可達(dá)約70%，過載功率下運(yùn)行時(shí)效率略低于額定功率的效率，可達(dá)50~55％。

過載能力強(qiáng)，更適合于汽車的加速、爬坡等工況。燃料電池的短時(shí)過載能力可達(dá)200％的額定功率。4.1.2燃料電池概述燃料電池與普通蓄電池的區(qū)別

本質(zhì)區(qū)別

燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，在工作時(shí)必須有燃料輸入，才能產(chǎn)出電能，不存在充電問題。

普通蓄電池是一種能量?jī)?chǔ)存裝置，必須先將電能儲(chǔ)存到電池中，在工作時(shí)只能輸出電能，在工作時(shí)不需輸入燃料。

燃料電池通過不斷供給燃料，可連續(xù)放電。

普通蓄電池必須重復(fù)充電后才可重復(fù)使用，放電是間斷的。

燃料電池需要一套燃料儲(chǔ)存裝置或燃料轉(zhuǎn)換裝置和附屬設(shè)備，才能獲得氫氣，燃料會(huì)隨著電能的產(chǎn)生逐漸消耗，質(zhì)量逐漸減輕。

普通蓄電池沒有其它輔助設(shè)備，不論是充滿電還是放完電，其質(zhì)量和體積基本不變。

燃料電池產(chǎn)生電能時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)不斷地消耗不再重復(fù)使用，要不斷地輸入反應(yīng)物質(zhì)。

普通蓄電池充放電時(shí)，活性物質(zhì)反復(fù)進(jìn)行可逆性化學(xué)變化，活性物質(zhì)并不消耗。4.1.2燃料電池概述FCEV對(duì)燃料電池的要求

由單元電池組成的燃料電池組的比能量不低于150~200Wh/kg，比功率不低300~400W/kg。達(dá)到或超過美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體(USABC)提出的電池性能指標(biāo)水平。

各種輔助裝備的外形尺寸和質(zhì)量應(yīng)盡可能地減少，實(shí)現(xiàn)FC發(fā)動(dòng)機(jī)小型化和輕量化，符合FCEV裝車的要求。

燃料充添方便迅速，燃料電池能打開進(jìn)行電極、電解質(zhì)和催化劑的維護(hù)和更換。

可在常溫條件下工作，不會(huì)發(fā)生燃料氣體和電解液的泄漏或結(jié)冰，有可靠的安全性能。

可在負(fù)荷變化情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，能對(duì)FCEV行駛工況的變化快速響應(yīng)。

各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可