《汽車發(fā)動機原理（第5版）》 第9章 練習題答案

第九章練習題答案電動汽車相對內燃機汽車有什么優(yōu)勢？答：電動汽車的轉矩響應迅速、加速快，比內燃機汽車高出2個數量級，電機可分散配置，通過線控技術直接控制車輪轉速，易實現四輪獨立驅動和四輪轉向，提高了系統(tǒng)的道路適應性。新型汽車動力裝置興起的原因是什么？目前世界上的電動汽車與一百年之前有什么不同？答：隨著汽車保有量的急速攀升，石油能源的日漸緊張和環(huán)境污染的日益嚴重，內燃機作為汽車主要動力已經不能解決這種越來越嚴重的矛盾。能夠滿足社會與自然和環(huán)境協(xié)調發(fā)展要求的新型汽車動力裝置成為人們研究的重點。相比一百年前的電動汽車，現代電動汽車驅動電機性能更優(yōu)秀，控制系統(tǒng)更復雜，續(xù)航里程更能滿足人們日常的需求。簡述廣義電動汽車的基本類型及相應結構特點？答：電動汽車在廣義上可分為3類，即純電動汽車(BatteryElectricalVehicle，BEV)、混合動力電動汽車(HybridElectricalVehicle，HEV)和燃料電池電動汽車(FuelcellElectricalVehicle，FCEV)。純電動汽車只使用動力電池作為汽車能量來源?；旌蟿恿χ辽偈褂脙煞N動力來源作為能量源，通常情況下其中一種為電力驅動。燃料電池汽車為使用燃料電池作為為動力來源的汽車。純電動汽車動力裝置包含哪幾部分？功率傳遞路線是什么？答：純電動汽車動力裝置主要包括：動力電池、高壓線路、驅動電機、傳動減速結構和車輪。功率傳遞方向為動力電池到驅動電機到驅動輪。汽車電池常用的評價指標有哪些？答:電池容量、電池能量、能量密度、循環(huán)使用壽命、電池功率。驅動電機的轉矩功率具備什么樣的特性？使用其作為汽車動力裝置有什么優(yōu)勢？答：電機驅動過程中功率輸出可以分為恒轉矩區(qū)和恒功率區(qū)兩部分。恒轉矩區(qū)電機輸出恒定轉矩，汽車起步加速過程中能迅速爆發(fā)出巨大的加速度；恒功率加速過程中電機輸出恒定功率，隨著轉速的上升轉矩逐漸下降。電機的這種特性有利于汽車加速性能，較寬的高轉矩區(qū)能減少汽車換擋次數。目前應用最廣泛的電機類型是什么？選擇這種電機作為驅動電機有什么優(yōu)勢。答：目前應用最廣泛的電機為永磁同步電機。恒轉矩區(qū)比較長，一直延伸到電機最高轉速的50%處左右，這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助；電機最高轉速較高，能達到10000r/min以上。永磁同步電機功率密度高、調速性能好，在寬轉速范圍內運行效率高(90%～95%)，比永磁無刷直流電機有更加優(yōu)越的性能，是理想的電動汽車驅動電機之一。按驅動結構分混合動力汽車都有什么形式？答：串聯式混合動力裝置、并聯式混合動力裝置、混聯式混合動力裝置。串聯式混合動力汽車動力裝置的工作模式有哪些？答：1）車輛起步、加速行駛，以及高速和爬坡行駛工況時，發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)出的電能和來自蓄電池組的電能共同向車輛提供功率輸出。2）車輛正常行駛（中等功率需求）以及車輛滑行工況時，發(fā)動機驅動的發(fā)電機組向蓄電池組和車輛提供功率輸出，同時彌補SOC的衰減。3）車輛行駛于對排放要求較高的路段時，整車功率需求全部由蓄電池供給，車輛為純電動工作，這時車輛的SOC降低較快。4）車輛在減速/制動工況，當車載蓄電池組電量偏低時，驅動電動機回收車輛部分動能存儲到蓄電池組，同時發(fā)動機-發(fā)電機組的全部功率輸出到蓄電池組。串聯式混合動力汽車動力裝置具備什么樣的特性？答：1）發(fā)動機－發(fā)電機組所發(fā)出的電能向電池組充電，用于補充電池組的電量損耗，大大延長了續(xù)航里程。2）串聯式混合動力裝置的發(fā)動機并不跟隨外界工況而大范圍波動，能夠保持在穩(wěn)定、高效和低排放的經濟區(qū)工作，可以獲得較高的燃油經濟性和低的排放。3）串聯式混合動力裝置采用電動機直驅的動力驅動方式，實現了車輛的無級變速，具有良好的操作性和加速動力性。4）兩大原動力沒有機械聯結，一方面使其在車輛的布置上有較大自由度，另一方面免去了二者的動力合成，這也是其他形式的混合動力系統(tǒng)的一大難點，從而使得串聯式混合動力裝置控制相對簡單。5）串聯式混合動力裝置依靠電動機驅動，可以以電池組為主動力源，使其在城市中實現“零污染”狀態(tài)的行駛。這對于在工況比較復雜的城市道路下有頻繁起步加速的城市車輛來說有著較大的發(fā)展空間。6）串聯式混合動力的能量通過發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，然后供給驅動電機或向電池充電，能量傳遞路徑較長，中間損失環(huán)節(jié)較多，在汽車中、高速巡航工況下系統(tǒng)能效較低，并且系統(tǒng)需要至少兩個電機，成本較高?；炻撌交旌蟿恿ζ囆阅軆?yōu)缺點是什么？答：優(yōu)點：1）能選擇的工作模式比較多，更能適應復雜的汽車行駛條件；2）高速行駛時選擇串聯式驅動系統(tǒng)，減少機械損失；3)需要較大驅動力時，選用并聯式動力系統(tǒng)結構，提升整車輸出功率；4）發(fā)動機處于優(yōu)秀的運行工況下，具備良好的燃油經濟性。缺點：機械結構復雜，控系統(tǒng)復雜；整車使用兩種動力裝置，成本較高。燃料電池汽車性能優(yōu)勢是什么？答:料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置。由于其轉換過程不經過燃燒，不受“卡若循環(huán)”的限制，轉換效率可高達60%～70%，實際熱效率是內燃機的2倍左右。轉換效率高是燃料電池的主要特點之一。寫出燃料電池汽車電池的化學反應方程式。答：陽極反應：陰極反應燃料電池基本原理是什么？什么方式可以提高燃料電池的工作效率？答：通過電化學反應將燃料電池的化學能不經過燃燒直接轉換為電能。這種能量轉換是通過氧化還原反應來完成的。氫氧燃料電池裝置可以說是水電解的一個“逆”裝置。氫和氧通過電化學反應生成水，并釋放出電能。根據電解質類型的不同，可將燃料電池進行怎樣的分類？答：堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）、磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）、固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell,SOFC）、質子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）質子交換膜燃料電池的工作原理是什么？答：PEMFC工作時，經加濕的H2和O2分別進入陽極室和陰極室，經電極擴散層到達催化層和質子交換膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應。陽極反應生成的質子（H+）通過質子交換膜傳導到達陰極，陽極反應產生的電子通過外電路到達陰極。產生的水以水蒸氣或冷凝水的形式隨過剩的陰極反應氣體從陰極室排出。質子交換膜燃料電池的工作特性是什么？答：1）效率在50%～70%之間；2）壓力越高，PEMFC的性能約好；PEMFC在工作時，隨著溫度的升高，電池內阻減小，在相同電流密度條件下，工作電壓隨之增大，即燃料電池的功率增大；燃料氣體中CO的含量對燃料電池性能的影響非常大PEMFC中水管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)非常重要寫出燃料電池汽車動力裝置的組成部分，并闡述其能量傳遞路線。答：燃料電池與蓄電池混合驅動型動力系統(tǒng)主要由整車控制器、燃料電池、燃料電池控制器、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、電動機/發(fā)電機、電機控制器、蓄電池、電池管理系統(tǒng)等組成。能量傳遞線路為：燃料電池、DC/DC,電機控制器或者蓄電池最后到電機。使用空氣作為燃料電池氧化劑有什么優(yōu)勢？答：空氣比較容易獲得，基本沒有價格要求，對于整車結構要求小，不需要使用耐高壓設備進行存儲，直接就可以使用。水/熱管理系統(tǒng)對于PEMFC系統(tǒng)的正常工作具有什么意義？答：在多數PEMFC系統(tǒng)中，反應產物水被用于系統(tǒng)的冷卻和部分用來加濕燃料氣和氧化劑。產物水首先通過燃料電池堆的反應區(qū)冷卻電堆本身，在冷卻的過程中水蒸汽被加熱至燃料電池的工作溫度