《能源汽车技术》PPT课件.ppt

2020 3 31 新能源汽车 2020 3 31 新能源汽车 随着世界经济的快速发展 能源与环境已经成为人类发展和生存的重大问题 内燃机汽车使用的燃料均为一次性能源 开发使用后便不可再生 随着全球能源消耗的增加 地球的矿物能源已面临枯竭 环境问题也日益突出 在世界各地的大 中城市 大气污染物中约40 70 来自内燃机汽车的尾气排放 中国大城市的污染状况目前是全世界最为严重的 全世界空气污染最严重的20个城市中 有10个在中国 而中国华北 华东的大城市调查中 大气污染的70 来自于汽车的尾气排放 基于这些原因 新能源汽车就成为解决能源与环境问题的一个选择 2020 3 31 新能源汽车 按照使用能源的来源划分 新能源汽车的技术可分为五类 一是基于传统石油燃料的节能环保汽车 如先进柴油车和混合动力汽车 二是基于天然气和石油伴生品的燃气汽车 三是燃料电池 氢动力汽车四是纯电动汽车 五是太阳能动力汽车 2020 3 31 定义GB定义 由两种和两种以上的储能器 能源或转换器作为驱动能源 其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力汽车 HybridElectricVehicle 简称HEV 该定义称为广义的定义方式 混合动力汽车 2020 3 31 混合动力汽车的组合形式 混合动力汽车 2020 3 31 混合动力电动汽车的工作原理 视频 2020 3 31 混合动力汽车 混合动力汽车将是短期和中期新能源汽车发展的主导力量 燃料电池汽车则是长期发展的重点 结构形式主要有并联 串联和混联三种 并联结构 将内燃机和电动机在汽车上并联起来可以提供三种驱动模式 内燃机直接驱动 电动机直接驱动 内燃机电动机同时驱动 特点 能量利用率较高驱动系统的发动机工况要受汽车行驶工况的影响 因此不适于汽车行驶工况变化较多的场合 该驱动系统最适合于汽车在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况 2020 3 31 混合动力汽车 并联式 2020 3 31 串联结构 电动机的驱动可以由电池完成 也可以是由内燃机完成 但不管由什么完成 电动机都是驱动汽车行驶的最终部件内燃机是起辅助作用的 蓄电池通过控制器驱动电动机则是起主要作用串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响 始终在其最佳的工作区稳定运行串联式混合动力电动汽车特别适用于在市内低速运行的工况 在繁华的市区汽车在起步和低速时还可以关闭原动机 只利用电池进行功率输出 使汽车达到零排放的要求 2020 3 31 将内燃机和电动机串联起来 同时也将蓄电池和电动机串联起来 2020 3 31 混联结构 混联结构是串联式与并联式的综合 发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥 另一部分则驱动发电机发电 在汽车低速行驶时 驱动系统主要以串联方式工作 当汽车高速稳定行驶时 则以并联工作方式为主 2020 3 31 目前 混合动力汽车分为传统的油电混合动力和插电式混合动力 这两者有着很大的不同 丰田品牌和雷克萨斯品牌有多款这类车型多用传统混合动力优点 节油 实用价值较高 特别是深度混合动力车型 城市油耗可以比同等级别汽油车低50 这种技术对电池依赖性不大 因此可以得到广泛应用 在日本和北美 它的普及率很高 缺点 能源仍来自石油 无论多好的混合动力技术 它的能量仍来自燃油 它只不过相当于把内燃机效率提高了而已 因此在节能本质上与前面说的柴油机没有区别 另外 从能量转换的角度讲长距离高速行驶基本不能省油 由于属于新技术 而且结构复杂 它的成本要明显高于内燃机 影响其普及 2020 3 31 1传统油电混合动力 2020 3 31 插电式混合动力 插电式混合动力与传统的油电混合有着很大的不同 这种技术本质上可以看作是电动车 它绝大多数情况下是靠电力驱动的 但同时它配备了一台功率较小的内燃机 可以解决电动车续航里程不足的问题 优点 短途使用零油耗 零排放 续航不成问题 其采用的电池类型和容量都不是传统混合动力车型可比的 大多数这类车型的理论行驶里程在100公里左右 实际使用里程也能有50公里左右 满足日常上下班没有问题 缺点 仍需两套系统 电池容量大 成本高 与纯电动车一样 插电式混合动力仍需采用大量的电池 其电池容量比传统的混合动力车型要大得多 这种成本是硬性的 除非电池技术有突破 否则无法解决 另外与纯电动车相比 它还得加入内燃机系统 进一步增加了成本 2020 3 31 2020 3 31 拓展按混合强度分 弱混 中混 强混按混合燃料分 油电混合 油液混合按混合位置分 变速箱前置 变速箱后置 混合动力汽车 2020 3 31 混合动力汽车的优点 较之纯电动汽车 混合动力汽车具有如下的优点 1 由于有原动机作为辅助动力 蓄电池的数量和质量可减少 因此汽车自身重量可以减小 2 汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平 3 借助原动机的动力 可带动空调 真空助力 转向助力及其他辅助电器 无需消耗蓄电池组有限的电能 从而保证了驾车和乘坐的舒适性 2020 3 31 较之内燃机汽车 混合动力汽车具有如下的优点 1 可使原动机在最佳的工况区域稳定运行 避免或减少了发动机变工况下的不良运行 使得发动机的排污和油耗大为降低 2 在人口密集的商业区 居民区等地可用纯电动方式驱动车辆 实现零排放 3 可通过电动机提供动力 因此可配备功率较小的发动机 并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量 进一步降低汽车的能量消耗和排污 混合动力汽车的优点 2020 3 31 混合动力汽车 2020 3 31 混合动力汽车类型的比较 2020 3 31 不同类型混合动力汽车的特点 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 混合动力汽车以先进的控制技术为纽带 是传统燃油汽车与纯电动汽车的一种过渡性车型 其关键技术涵盖机电工程 电力电子 电化学 控制工程 汽车电子和车辆工程等多学科 混合动力汽车的关键技术包括驱动电动机及其控制技术 动力电池及其管理系统 整车能量管理控制系统 动力传动系统匹配 再生制动能量回收系统 先进车辆控制技术等 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 1 驱动电动机及其控制技术电动机是电动汽车的心脏 重要性与发动机等同 要求 能量密度高 体积小 重量轻 效率高 研发主要集中在交流感应电动机和永磁同步电动机上高速 匀速行驶工况 采用感应电动机驱动经常起动 停车 低速运行的城市工况 永磁同步电动机驱动效率较高控制技术包括大功率电子器件 转换器 微处理器以及电动机控制算法等 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 2 动力电池及其管理系统动力电池是混合动力汽车的基本组成单元 其性能直接影响驱动电动机的性能从而影响整车的燃油经济性和排放性能 它起着向电动机供能以及向动力传动系输出峰值功率的作用 其另外一个作用是吸收制动再生能量并将其存储起来 能量回收制动 Regenerativebreaking 对提高混合动力汽车的总效率是非常有意义的 2020 3 31 常见储能装置特性图 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 3 整车能量管理控制系统主要功能是进行整车功率控制和工作模式的切换控制 整车能量控制系统如同混合动力汽车的大脑 指挥各个子系统协调工作 以达到效率 排放和动力性的最佳匹配 同时兼顾车辆行驶的平顺性 根据驾驶员的操作 如加速踏板 制动踏板 变速杆的操作等 判断驾驶员的意图 在满足驾驶员需求的前提下 分配电动机 发动机 电池等动力部件的功率输出 实现能量利用率的最优管理 使有限的燃油发挥最大的功效 能量控制还需考虑其他车载电气附件和机械附件的能量消耗 如空调 动力转向 制动助力能耗 以综合考虑整车的能量使用 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 4 动力传动系统匹配混合动力汽车动力传动系统的参数匹配是混合动力汽车设计的一个重要内容 直接影响混合动力汽车的排放和燃油经济性能 它包括合理的选择和匹配发动机功率 动力电池容量和电动机的功率等 以确定车辆的混合度 来组成性能最优的混合驱动系统 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 5 能量再生制动回收系统能量再生制动回收是混合动力汽车提高燃油经济性的又一重要途径 由于制动关系到行车安全性 如何在最大限度回收制动时的车辆动能与保证安全的制动距离和车辆行驶稳定性之间取得平衡 是再生制动回收系统需要解决的难题之一 再生制动回收系统与车辆防抱死制动系统的结合可以完美地解决这一难题 2020 3 31 混合动力汽车关键技术 6 先进车辆控制技术在混合动力汽车上的应用传统汽车的车辆动力学控制系统与混合动力控制系统以及制动能量回收控制的结合 将是混合动力汽车控制技术的下一个研究热点 混合动力汽车的再生制动系统与传统汽车的ABS系统的结合传统汽车的控制技术与现代电动汽车控制技术的融汇集成 将使未来的混合动力汽车更加节能 舒适和安全 2020 3 31 二 燃料电池汽车 2020 3 31 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置 它平时将燃料 如氢气 甲醇等 和氧化剂 如氧气 分别作为电池两极的活性物质保存在电池的本体之外 当使用时连续通入电池体内 使电池发电 燃料电池本体由质子交换膜 膜电极 集流板三部分组成 二 燃料电池汽车 2020 3 31 燃料电池汽车 2020 3 31 燃料电池汽车的工作原理 2020 3 31 优越性 能量转换效率高 高可靠性 良好的环境效益 燃料电池汽车所使用的燃料包括氢 甲醇 汽油和柴油 2020 3 31 以 氢 作为能量来源优点 无需石油 真正零排放 氢气不来自石油 因此它可以彻底摆脱对石油的依赖 排放物是纯水 行驶时不产生任何污染物 理论上可以实现零排放 缺点 存在氢气来源 存储 安全使用和成本问题 氢燃料电池成本过高 而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难 氢气很不稳定 存储问题至今没有彻底解决 因为氢分子非常小 极易透过储藏装置的外壳逃逸 另外最致命的问题 目前氢气的提取技术需要通过电解水或者利用天然气 如此一来同样需要消耗大量能源 除非使用核电来提取 否则无法从根本上降低地球二氧化碳的排放 2020 3 31 三 天然气汽车 天然气汽车的技术应用已经比较成熟了 国内汽车厂家早在上世纪80年代末就开始这方面的研究应用 这类车辆有两种 一种是仅使用天然气作为 单一燃料 动力行驶的汽车 而同时可以使用天然气和汽油这两种燃料的汽车称为 双燃料 汽车 驾驶双燃料汽车时 驾驶员可以在驾驶中安全地转换所使用的燃料 与汽油动力汽车相比 天然气汽车可以减少多达93 的一氧化碳排放量 减少33 的氮氧化物和50 活性烃气的排放量 在颗粒物排放的评测中 天然气汽车的效果更为明显 2020 3 31 天然气汽车 优点 天然气的费用比汽油低 有较高的经济效益天然气汽车的燃料费用大约是汽油车或柴油车的一半 有较好的环保效益 这是它最大的优势 就汽车发动机而言 天然气容易扩散 在发动机中容易和空气均匀混合 燃烧比较完全 干净 不容易产生积碳 抗爆性能好 不会稀释润滑油 因而使发动机气缸内的零件磨损大大减少 使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长 这些都会降低汽车的保养和运行费用 提高汽车使用的经济性 2020 3 31 缺点 由于天然气燃料的能量密度低 天然气汽车携带的燃料量较少 一般行驶距离较汽油车短 天然气是气态燃料 不容易储存和携带 形成一定加气站的网络 投资较大 对减少二氧化碳的排放没有任何益处 仍然无法从根本上降低地球二氧化碳的排放 天然气与汽油一样 都是矿物燃料 不能将其视为可再生资源 2020 3 31 三种燃料比较 2020 3 31 四 电动汽车电动汽车与普通燃油汽车的区别主要体现在以下三个方面 1控制系统 2020 3 31 电动汽车控制系统的基本功能就是实现对驱动电机的控制 对于不同的电机 控制系统的结构也有所不同 2020 3 31 2驱动系统 驱动系统是电动汽车的心脏 它主要由电动机和减速器构成 其主要功能是使电能转变为机械能 并将能量传递到车轮使车辆行驶 目前 电动汽车常用的驱动电机有 交流异步电动机 永磁无刷电机 直流永磁有刷电机 直流它励电机 直流串励电机 开关磁阻电机等 目前比较流行的电机有 交流异步电动机 永磁无刷电动机和直流永磁有刷电动机 2020 3 31 3电池组 电池组是电动汽车的能源 电池性能的优劣直接影响电动汽车的行驶性能 目前电动汽车广泛应用的电池有 铅酸蓄电池 镍氢蓄电池 镍镉蓄电池 锂电池等 其中镍氢蓄电池性能最优 但价格昂贵 铅酸蓄电池性能最差 但价格低廉 目前为电动汽车广泛应用 2020 3 31 纯电动汽车 2020 3 31 三大核心问题 它的三大核心无非就是存储电的电池和将电能转换为动能的电动机 以及电控系统 简称 三电 另一方面在于需要大量资金布点汽车充电站 而后者是当前影响其普及的最主要的原因 需要国家政策支持可摆脱对石油依赖 使用区域零排放 缺点 蓄电池的重量 体积 容量 充电速度 稳定性 成本6个方面极难兼顾 比亚迪E6值得一提 它充分凸显了比亚迪在电池方面的优势 厂家给出的理论续航里程是60公里 小时 匀速工况下可行驶400公里 是目前续航里程最长的电动车 2020 3 31 太阳能汽车 2020 3 31 太阳能技术其实也是一种电力驱动 只不过将车辆自充电的能力进一步延伸为来自太阳能 只要把太阳能光电板暴露在阳光下 就能将太阳能转化为电能驱动车辆 优点 有阳光的地方就能补充电能 行驶时不产生任何污染物 也是真正能做到零排放 缺点 为了增加收光面积 汽车外形大多不符合空气动力特性 使得汽车行驶性能受到影响 而