《新能源汽车概论》中职全套教学课件

第一章新能源汽车概况第1章

新能源汽车概况第2章

新能源汽车的类型第3章

新能源汽车的动力电池第4章

新能源汽车的电动机第5章

新能源汽车的能量管理系统与再生制动能量回收系统第6章

新能源汽车的充电技术第7章

新技术的应用全套可编辑PPT课件目录新能源汽车的定义与分类1CONTENT新能源汽车的发展概况与发展规划3新能源汽车的发展背景21.了解新能源汽车的定义与分类。2.了解新能源汽车的发展背景。3.了解国内外新能源汽车的发展概况。4.对新能源汽车的发展规划有一定的认知。学习目标第一节新能源汽车的定义与分类2009年6月,工业和信息化部发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》(2009年7月1日正式实施)明确指出:新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。一、新能源汽车的定义第一节新能源汽车的定义与分类工业和信息化部发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》(2020年修订)深化了对新能源汽车的定义:本规定所称新能源汽车,是指采用新型动力系统,完全或者主要依靠新型能源驱动的汽车,包括插电式混合动力(含增程式)电动汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等。第一节新能源汽车的定义与分类第一节新能源汽车的定义与分类图1-1所示为新能源汽车的一般分类。二、新能源汽车的分类图1-1新能源汽车的一般分类第一节新能源汽车的定义与分类纯电动汽车是电动机的驱动电能只来源于车载可充电蓄电池或其他电能储存装置的电动汽车。它利用蓄电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶。图1-2所示为长安深蓝SL03515纯电动汽车。1.纯电动汽车图1-2长安深蓝SL035152.混合动力电动汽车混合动力电动汽车是指同时装备两种动力源———热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(由电池与电动机提供)的汽车。由于控制方式和组成部件等不同,所以混合动力电动汽车有多种形式。第一节新能源汽车的定义与分类第一节新能源汽车的定义与分类1)油电混合动力汽车油电混合动力汽车是指同时使用燃油驱动内燃机及电池驱动电动机的汽车,它在起步、加速时可以使用电动机辅助,弥补内燃机低转速、扭矩力不足的缺点。图1-3所示为红旗H5油电混合动力汽车。图1-3红旗H5第一节新能源汽车的定义与分类2)增程式电动汽车增程式电动汽车是一种在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能,当车载可充电储能系统无法满足续驶里程要求时,可使用车载辅助供电装置为动力系统提供电能,以延长续驶里程的电动汽车。它是介于纯电动汽车和混合动力电动汽车之间的一种过渡车型。图1-4所示为理想L9增程式电动汽车。图1-4理想L9第一节新能源汽车的定义与分类3)插电式混合动力电动汽车图1-5比亚迪秦PLUSDM-i插电式混合动力电动汽车是一种将纯电动系统和现有混合动力系统相结合的产物,其特征是车辆带有外接插入式充电系统,即可以使用外部电源充电。图1-5所示为比亚迪秦PLUSDM-i插电式混合动力电动汽车。第一节新能源汽车的定义与分类燃料电池电动汽车是利用氢气等燃料、氧气及催化剂在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动电动机运转的汽车。图1-6所示为本田Clarity燃料电池电动汽车。3.燃料电池电动汽车图1-6本田Clarity第一节新能源汽车的定义与分类4.替代燃料汽车替代燃料汽车分为两类:气体燃料汽车生物燃料汽车第一节新能源汽车的定义与分类气体燃料汽车是指利用可燃气体作为能源的汽车。常见的气体燃料汽车有压缩天然气汽车、液化天然气汽车、液化石油气汽车等。图1-7所示为奥迪A5Sportbackg-tron燃料汽车。（1）图1-7奥迪A5Sportbackg-tron163第一节新能源汽车的定义与分类生物燃料汽车是指使用生物燃料或掺有生物燃料的燃油作为能源的汽车。目前使用较广泛的生物燃料是醇类燃料和生物柴油。图1-8所示为吉利帝豪醇电混动汽车。（2）图1-8吉利帝豪电力驱动如纯电动汽车、燃料电池电动汽车;内燃机驱动如气体燃料汽车、生物燃料汽车;混合动力驱动如油电混合动力汽车、增程式电动汽车、插电式混合动力电动汽车。除一般分类外,按照驱动方式的不同还可将新能源汽车分为第一节新能源汽车的定义与分类第一节新能源汽车的定义与分类图1-9所示为按照驱动方式分类的新能源汽车。图1-9按照驱动方式分类的新能源汽车第二节能源汽车的发展背景第二节新能源汽车的发展背景一、能源紧缺世界上的能源主要包含石油、天然气、煤炭等传统能源,以及水能、风能、太阳能等新型能源。而汽车的主要燃料就是汽油和柴油等石油产品。随着汽车消费的快速增长,石油消耗量也加速增长。我国机动车燃油消耗量约占全国总油耗的1/3以上,这使得我国对进口石油的依存度进一步上升。因此,为缓解能源短缺的问题,改进传统的交通能源动力系统,发展可持续性的新能源汽车势在必行。燃油汽车在行驶过程中带来的危害主要有空气污染、噪声污染和电磁波污染等,其中空气污染最为严重。燃油汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体,这些气体不但污染环境,而且影响人类健康。燃油汽车排放的有害气体主要为一氧化碳、碳氢化物、氮氧化物、颗粒物及硫化物等一次污染物。这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸雨等二次污染物。汽车尾气排放已成为城市环境污染的主要因素,机动车排放的污染物对多项大气污染指标的“贡献率”已达到70%以上。二、环境污染第二节新能源汽车的发展背景图1-10所示为汽车排放的尾气。图1-10汽车排放的尾气第二节新能源汽车的发展背景图1-11森林火灾三、气候变暖气候变暖容易引发各种灾害。全球气候变暖会给海水提供动能,容易造成大型、超大型台风、飓风、海啸等灾害;会使降水量下降,造成干旱,导致农作物产量下降、食物短缺的问题,还会导致陆地水分大量流失,森林更容易发生山火(见图1-11)。第二节新能源汽车的发展背景图1-12冰川融化气候变暖会使海平面上升而引发各种问题。冰川会因为气温升高而融化(见图1-12),造成海平面升高。海平面升高不仅会使海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧失,减少生物多样性,还会导致部分低海拔国家被淹没。第二节新能源汽车的发展背景随着汽车工业的发展,世界碳排放问题日益突出。其中,全球23%的二氧化碳来自交通运输,可见汽车工业是影响碳排放量的一个重要因素。能源行业的温室气体排放量占总排放量的2/3,因此在应对气候变暖问题上,能源行业的作用至关重要。第二节新能源汽车的发展背景第三节新能源汽车的发展概况与发展规划第三节新能源汽车的发展概况与发展规划一、国外新能源汽车的发展概况美国在20世纪70年代开始研发新能源汽车。20世纪90年代,通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司开始共同研发电动汽车高性能电池。自21世纪初以来,随着国际油价持续上涨,美国民众开始倾向于购买低排放节能汽车,致使日本丰田汽车公司开发和生产的混合动力普锐斯车型在美国混合动力汽车中占据了很大的市场份额,这引起了美国能源部和汽车制造商的高度关注。从市场表现来看,美国特斯拉公司生产的特斯拉电动汽车在市场上表现十分火爆,其销量十分出色。图1-13所示为特斯拉Model3汽车。图1-13特斯拉Model3第三节新能源汽车的发展概况与发展规划长期以来,日本致力于混合动力电动汽车研发,技术领先于欧美。其混合动力电动汽车在世界范围内有举足轻重的地位。以丰田普锐斯为代表的日本混合动力电动汽车,在世界低污染汽车开发销售领域已成为领头羊。图1-14所示为丰田普锐斯汽车。图1-14丰田普锐斯第三节新能源汽车的发展概况与发展规划图1-15充电桩虽然新能源汽车渗透率进一步提高,但充电桩(见图1-15)建设步伐远远低于电动汽车的销量增长,因此未来充电桩建设也是欧洲发展新能源汽车的重点。第三节新能源汽车的发展概况与发展规划欧洲长期实行汽车节能减排战略。欧洲客车和卡车生产商将目光聚焦在混合动力技术上。德国奔驰、瑞典沃尔沃和波兰索拉瑞斯等相继开发了混合动力商用车。在未来发展战略目标的引领下,欧洲制定了一系列优惠力度较大的政策支持新能源汽车行业发展。第三节新能源汽车的发展概况与发展规划二、国内新能源汽车的发展概况21世纪初,中国发布的“863”计划中包含了新能源汽车项目。2012年,国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》成为最初引领我国新能源汽车产业发展的重要政策。国内汽车行业初步掌握新能源汽车整车动力系统平台以及关键零部件的核心技术,基本建立了“三纵三横”和“三大平台”构成的矩阵式技术创新体系。第三节新能源汽车的发展概况与发展规划近些年来,以北汽、比亚迪等一批自主品牌为代表的电动汽车开始活跃在汽车市场。国内新能源汽车已经跨越了举步维艰的最初阶段,逐步深化国际合作。总体来说,我国新能源汽车产业发展基础进一步巩固,具备了更好的技术、市场和资源条件,迈入了崭新的发展阶段。促进汽车产业优化升级,是实现由汽车工业大国向汽车工业强国转变的必由之路。第三节新能源汽车的发展概况与发展规划三、新能源汽车的发展规划第三节新能源汽车的发展概况与发展规划2020年国务院办公厅发布了《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》。其在《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》的基础上进一步明确了新能源汽车的发展规划。1.2.3.4.5.实施电池技术突破行动建设废旧动力电池高效循环利用体系推动充电设施建设深化开放合作加强人才队伍建设感谢您的观看第二章新能源汽车的类型目录纯电动汽车1CONTENT燃料电池电动汽车3混合动力电动汽车2其他新能源汽车41.掌握纯电动汽车的类型、结构、驱动模式、特点,了解其关键技术和主要汽车车型。2.掌握混合动力电动汽车的类型、结构、工作原理、工作模式和优点,了解其主要汽车车型。3.掌握燃料电池电动汽车的类型、结构和特点,了解其主要汽车车型。4.了解替代燃料汽车的分类及其发展趋势。5.了解太阳能汽车的工作原理。学习目标第一节纯电动汽车第一节纯电动汽车纯电动汽车可分为两种类型,即用蓄电池作为动力源的纯电动汽车装有辅助动力源的纯电动汽车一、纯电动汽车的类型注意:本节所称纯电动汽车,是指靠工业电网进行充电的纯电动汽车,不包含太阳能汽车,太阳能汽车将在本章第四节讲述。1.用蓄电池作为动力源的纯电动汽车用蓄电池作为动力源的纯电动汽车,只装置了蓄电池组。图2-1所示为用蓄电池作为动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统。图2-1用蓄电池作为动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统第一节纯电动汽车2.装有辅助动力源的纯电动汽车用蓄电池作为动力源的纯电动汽车,其蓄电池组的比能量和比功率较低,蓄电池组的质量和体积较大。图2-2所示为装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统。图2-2装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统第一节纯电动汽车纯电动汽车主要由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。蓄电池输出电能,通过驱动控制器驱动电动机运转产生动力,再通过底盘上的机械传动装置,将动力传给车轮,使汽车行驶。图2-3所示为纯电动汽车的结构框图。二、纯电动汽车的结构图2-3纯电动汽车的结构框图第一节纯电动汽车1.电力驱动主模块电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置等组成。2.车载电源模块车载电源模块主要由蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器三部分组成。3.辅助模块辅助模块包括驾驶室显示操纵台、动力转向单元、辅助装置和辅助电源等。第一节纯电动汽车纯电动汽车驱动系统主要有以下几种驱动模式。三、纯电动汽车的驱动模式1.传统驱动模式2.电动机-驱动桥组合式驱动模式3.电动机-驱动桥整体式驱动模式4.轮毂电动机驱动模式第一节纯电动汽车传统驱动模式(见图2-4)与燃油汽车驱动系统的布置方式一样,包括离合器、变速器和传动轴,只是将发动机换成电动机。变速器通常有2~3个挡位,可以提高纯电动汽车的起动转矩,增加纯电动汽车低速时的后备功率。传统驱动模式通常用于改造型纯电动汽车。1.传统驱动模式图2-4传统驱动模式第一节纯电动汽车电动机-驱动桥组合式驱动模式(见图2-5)取消了离合器、变速器和传动轴,主要由电动机和减速器及差速器组成。这种模式的传动长度比较短,传动装置体积小,占用空间小,容易布置,进一步减轻了整车的质量,但对电动机的要求较高。其要求电动机具有较大的起动转矩和后备功率,以保证纯电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性能。该模式通常用于低速纯电动汽车。2.电动机-驱动桥组合式驱动模式第一节纯电动汽车图2-5电动机-驱动桥组合式驱动模式第一节纯电动汽车3.电动机-驱动桥整体式驱动模式图2-6电动机-驱动桥整体式驱动模式电动机-驱动桥整体式驱动模式(见图2-6)是将电动机装到驱动轴上,直接由电动机实现变速和差速转换。这种驱动模式使纯电动汽车更加灵活,在复杂的路况中有良好的整车动力性能,同时进一步减轻了整车的质量,提高了传动效率。第一节纯电动汽车4.轮毂电动机驱动模式轮毂电动机驱动模式(见图2-7)与电动机-驱动桥整体式驱动模式比较接近,是将电动机直接安装在驱动轴上,由电动机直接驱动车轮行驶。这种模式减小了动力系统的体积,大大提高了车内空间的利用率,传动效率更高。第一节纯电动汽车图2-7轮毂电动机驱动模式第一节纯电动汽车(1)无排气污染,噪声低。(2)能源效率高。(4)节约能源。(3)结构简单,使用、维修方便。四、纯电动汽车的特点1.纯电动汽车的优点第一节纯电动汽车（1）（2）（3）安全性有待提高。配套设施不完善。2.纯电动汽车的缺点续驶里程短,动力电池使用成本高。第一节纯电动汽车五、纯电动汽车的关键技术电池管理技术电动机控制技术整车控制技术整车轻量化技术纯电动汽车有四大关键技术,即第一节纯电动汽车电池是纯电动汽车的动力源,也是一直制约着纯电动汽车发展的关键因素。要使纯电动汽车与燃油汽车相竞争,关键在于要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。1.电池管理技术第一节纯电动汽车纯电动汽车的电动机属于特种电动机,是纯电动汽车的关键部件。要使纯电动汽车有良好的使用性能,其电动机应具有较宽的调速范围、较高的转速以及足够大的起动转矩,且具有体积小、质量轻、效率高的特点,还应具有动态制动强和能量回收的性能。纯电动汽车所用的电动机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。2.电动机控制技术第一节纯电动汽车新型纯电动汽车整车控制系统具有两条总线,即驱动系统的高速控制器局域网(ControllerAreaNetwork,CAN)总线和车身系统的低速CAN总线。高速CAN总线的每个节点连接各子系统的电子控制单元,低速CAN总线按物理位置设置节点,其基本原则是基于空间位置的区域自治。3.整车控制技术第一节纯电动汽车（1)通过对整车实际使用工况和使用要求的分析,对电池的电压、容量,电动机的功率、转速和转矩,以及整车性能等车辆参数的整体优化,合理选择电池和电动机参数。4.整车轻量化技术整车轻量化技术始终是汽车技术重要的研究内容。由于纯电动汽车布置了电池组,整车的质量增加较多,轻量化问题更加突出,所以可以采用以下措施减轻整车的质量。第一节纯电动汽车(2)通过结构优化和集成化、模块化优化设计,减小动力总成、车载能源系统的质量;通过电动机及驱动器、传动系统、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计,优化系统;通过电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散,实现系统优化。第一节纯电动汽车(3)积极采用轻质材料,如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。(4)利用计算机辅助设计(Computer-AidedDesign,CAD)技术对车身承载结构件(如前后桥,新增的边梁、横梁等)进行有限元分析研究,利用计算和试验相结合的方式,实现结构最优化。第一节纯电动汽车一直以来,江淮汽车都以优秀的新能源产品普及绿色出行。其中江淮iEV6E(见图2-8)是江淮汽车推出的首款微型电动汽车,其灵巧易操控。2-8江淮iEV6E1.江淮iEV6E六、纯电动汽车车型展示第一节纯电动汽车捷豹I-PACEEV400S(见图2-9)是捷豹品牌旗下一款具有澎湃动力的纯电动运动型多功能汽车,其在国内虽反应平平,但在国外的销量较为出色。图2-9捷豹I-PACEEV400S2.捷豹I-PACEEV400S第一节纯电动汽车图2-10比亚迪e63.比亚迪e6比亚迪e6(见图2-10)是比亚迪公司自主研发的一款纯电动跨界车,它兼容了运动型多功能汽车(SportUtilityVehicle,SUV)和多功能汽车(Multi-PurposeVehicle,MPV)的设计理念,是一款性能良好的跨界车。第一节纯电动汽车小鹏G9(见图2-11)是小鹏汽车发布的一款智能纯电SUV,该车型于2022年9月正式发布。图2-11小鹏G94.小鹏G9第一节纯电动汽车第二节混合动力电动汽车第二节混合动力电动汽车一、混合动力电动汽车的类型1.根据动力系统结构形式分类根据动力系统结构形式的不同,混合动力电动汽车分为串联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车1)串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车是指车辆行驶系统的驱动力只来源于电动机的混合动力电动汽车。它的结构特点是发动机带动发电机发电,电能通过电动机控制器输送给电动机,由电动机驱动车辆行驶。另外,动力蓄电池也可以单独向电动机提供电能驱动车辆行驶。第二节混合动力电动汽车2)并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车是指车辆行驶系统的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力电动汽车。它的结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源,也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动车辆行驶。第二节混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车按照驱动方式通常可分为驱动力合成式、转矩合成式和转速合成式。图2-12所示为并联式混合动力电动汽车的驱动方式。图2-12并联式混合动力电动汽车的驱动方式E—发电机;M—电动机;B—动力蓄电池第二节混合动力电动汽车3)混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车是指具备串联式和并联式两种混合动力系统结构的混合动力电动汽车。它的结构特点是可以在串联式或并联式模式下工作,并兼顾串联式和并联式混合动力电动汽车的特点。第二节混合动力电动汽车2.根据混合度分类混合度是指电动机功率占汽车总功率(电动机功率+发动机功率)的百分比。根据混合度的不同,混合动力电动汽车分为微混合型混合动力电动汽车中混合型混合动力电动汽车轻混合型混合动力电动汽车完全混合型混合动力电动汽车第二节混合动力电动汽车2)轻混合型混合动力电动汽车与微混合型混合动力电动汽车相比,轻混合型混合动力电动汽车除了能够实现用发电机控制发动机的起停外,还能在汽车制动和下坡工况下实现对部分能量的回收;在行驶过程中,发动机产生的能量可以根据车轮的驱动需求和发电机的充电需求进行调节。1)微混合型混合动力电动汽车混合型混合动力电动汽车是以发动机为主要动力源,不具备纯电动行驶模式的混合动力电动汽车。其电动机没有为汽车行驶提供持续的动力,因此不属于真正的混合动力电动汽车。第二节混合动力电动汽车4)完全混合型混合动力电动汽车与中混合型混合动力电动汽车相比,完全混合型混合动力电动汽车采用的电动机功率更强大,完全满足车辆在起步和低速行驶时的动力要求,因此完全混合型混合动力电动汽车的电动机可以独立驱动车辆行驶。3)中混合型混合动力电动汽车中混合型混合动力电动汽车是以发电机和(或)电动机为动力源,但电动机不能单独驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。与轻混合型混合动力电动汽车相比,中混合型混合动力电动汽车在车辆加速和爬坡时,电动机可以提供辅助驱动力矩,补充发动机本身动力输出的不足,提升车辆的性能。第二节混合动力电动汽车3.根据行驶模式的选择方式分类有手动选择功能的混合动力电动汽车是指具备行驶模式手动选择功能的混合动力电动汽车,车辆可选择的行驶模式包括发动机模式、纯电动模式和混合动力模式。1)有手动选择功能的混合动力电动汽车无手动选择功能的混合动力电动汽车是指不具备行驶模式手动选择功能的混合动力电动汽车,车辆的行驶模式根据不同工况自动切换。2)无手动选择功能的混合动力电动汽车第二节混合动力电动汽车4.根据外接充电能力分类1)外接充电型混合动力电动汽车2)非外接充电型混合动力电动汽车外接充电型混合动力电动汽车是一种被设计成可以在正常使用情况下从非车载装置中获取电能量的混合动力电动汽车。插电式混合动力电动汽车属于此类型。非外接充电型混合动力电动汽车是一种被设计成可以在正常使用情况下从车载燃料中获取全部能量的混合动力电动汽车。常规混合动力电动汽车属于此类型。第二节混合动力电动汽车5.根据可再充电能量储存系统分类根据可再充电能量储存系统的不同,混合动力电动汽车可以分为SWOT动力蓄电池混合动力电动汽车机电飞轮混合动力电动汽车动力蓄电池与超级电容器组合式混合动力电动汽车超级电容器混合动力电动汽车第二节混合动力电动汽车1)串联式混合动力电动汽车的结构与工作原理串联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机、功率转换器、电动机控制器、驱动电动机、车载充电机及动力蓄电池系统等部件组成。二、混合动力电动汽车的结构、工作原理与工作模式1.串联式混合动力电动汽车的结构、工作原理与工作模式第二节混合动力电动汽车图2-13串联式混合动力电动汽车的结构框图图2-13所示为串联式混合动力电动汽车的结构框图。第二节混合动力电动汽车在串联式混合动力电动汽车上,发动机带动发电机产生的电能和动力蓄电池输出的电能共同输送到驱动电动机,从而驱动汽车行驶。电力驱动是串联式混合动力电动汽车唯一的驱动模式。驱动电动机直接与驱动桥连接,汽车行驶时,驱动电动机将储存在动力蓄电池中的电能转化为驱动轮上的机械能。当动力蓄电池的荷电状态降到一个预定值时,发动机即开始对动力蓄电池进行充电,以延长混合动力电动汽车的续驶里程。第二节混合动力电动汽车2)串联式混合动力电动汽车的工作模式(1)纯电动模式。(2)纯发动机模式。(3)混合驱动模式。（4)发动机牵引和动力蓄电池充电模式。(5)再生制动模式。（6)动力蓄电池充电模式。(7)混合式动力蓄电池充电模式。第二节混合动力电动汽车2.并联式混合动力电动汽车的结构、工作原理与工作模式1)并联式混合动力电动汽车的结构与工作原理并联式混合动力电动汽车主要由发动机、驱动电动机(电动机)、电动机控制器、动力蓄电池系统、车载充电机、动力耦合器等部件组成,其有多种组合形式,可以根据使用要求选取。第二节混合动力电动汽车图2-14并联式混合动力电动汽车的结构框图图2-14所示为并联式混合动力电动汽车的结构框图。第二节混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。当发动机提供的功率大于车辆所需驱动功率或者当车辆制动时,驱动电动机工作于发电机状态,给动力蓄电池充电。并联式混合动力电动汽车的发动机和驱动电动机通过动力耦合器、减速机构与驱动桥连接。驱动电动机可以用来平衡发动机所受的载荷,使其能在高效率区域工作,因为通常发动机工作在满负荷(中等转速)下燃油经济性最好。第二节混合动力电动汽车2)并联式混合动力电动汽车的工作模式（1)纯电动模式。(3)混合驱动模式。(5)再生制动模式。(2)纯发动机模式。(4)行车充电模式。(6)怠速/停车模式。第二节混合动力电动汽车3.混联式混合动力电动汽车的结构、工作原理与工作模式1)混联式混合动力电动汽车的结构与工作原理混联式混合动力电动汽车是串联式与并联式的综合,主要由发动机、发电机、功率转换器、驱动电动机、电动机控制器、动力耦合器、动力蓄电池系统等部件组成。发动机发出的功率一部分通过机械传动系统输送给驱动轮,另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给驱动电动机或动力蓄电池,驱动电动机产生的动力矩通过动力耦合器、减速机构传送给驱动轮。第二节混合动力电动汽车图2-15混联式混合动力电动汽车的结构框图图2-15所示为混联式混合动力电动汽车的结构框图第二节混合动力电动汽车2)混联式混合动力电动汽车的工作模式混联式混合动力电动汽车的主要结构特点是具有动力分配装置,它根据汽车行驶工况对发动机功率中用于直接驱动汽车的功率和用于发电的功率的比例进行分配。在汽车行驶时优先使用纯电动模式;在动力蓄电池的荷电状态降到一定限值时,切换到混合动力模式下行驶;在混合动力模式下,起动、低速时采用串联式系统的发电机发电,电动机驱动汽车车轮行驶;加速、爬坡、高速时采用并联式系统,主要由发动机驱动汽车车轮行驶;发动机多余能量可带动发电机向动力蓄电池充电。第二节混合动力电动汽车三、混合动力电动汽车的优点1.与内燃机汽车相比,混合动力电动汽车的优点(1)可使电动机在最佳的工况区域稳定运行,避免或减少发动机变工况下的不良运行,使发动机的尾气排放和油耗大大降低。(2)汽车可配置功率较小的发动机,并且可通过电动机/发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尾气排放。(3)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,实现尾气零排放。第二节混合动力电动汽车2.与纯电动汽车相比,混合动力电动汽车的优点(1)汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机汽车的水平。(2)混合动力电动汽车配备了两种动力系统,动力蓄电池的数量和质量可减小,因此汽车自身质量可以减小。(3)借助发动机的动力,可驱动空调、真空助力、转向助力及其他的辅助装置,不消耗动力蓄电池有限的电能,从而保证驾驶和乘坐的舒适性。第二节混合动力电动汽车四、不同类型的混合动力电动汽车的比较针对不同类型的混合动力电动汽车,表2-1在动力总成、驱动模式、传动效率等方面对其进行了比较。表2-1不同类型的混合动力电动汽车的比较比较项目串联式并联式混联式动力总成发动机、发电机、驱动电动机三大动力总成发动机、驱动电动机

两大动力总成发动机、发电机、驱

动电动机三大动力总成驱动模式只有电动机驱动模式发动机驱动模式、电

动机驱动模式、发动机-电动机混合驱动模式发动机驱动模式、电

动机驱动模式、发动机-

电动机混合驱动模式第二节混合动力电动汽车续表比较项目串联式并联式混联式传动效率能量转换率较低传动效率较高传动效率较高制动能量回收能够回收制动能量能够回收制动能量能够回收制动能量整车总布置三大动力总成之间没有机械式连接装置，结构布置的自由度较大，但三大动力总成的质量、尺寸都较大，一般在大型车辆上采用发动机驱动系统保持机械式传动系统，发动机与驱动电动机两大动力总成之间被不同的机械装置连接起来，结构复杂，使布置受到一定的限制三大动力总成之间采用机械装置连接，三大动力总成的质量、尺寸都较小，能够在小型车辆上布置，但结构更加紧凑第二节混合动力电动汽车续表比较项目串联式并联式混联式适用条件适用于大型客车或货车,适应在路况较复杂的城市道路和普通公路上行驶,更加接近电动汽车性能适用于大型客车或货车,适应在城市道路和高速公路上行驶,接近普通的内燃机汽车性能适用于各种类型的汽车,适应在各种道路上行驶,更加接近普通的内燃机汽车性能造价三大动力总成的功率较大,质量较大,制造成本较高两大动力总成的功率较小,质量较小,可利用普通内燃机汽车底盘改装,制造成本较低三大动力总成的功率较小,质量较小,需要采用复杂的控制系统,制造成本较高第二节混合动力电动汽车领克03EM-F(见图2-16)是领克品牌第一款轿车产品,于2018年10月、19日正式在日本富士国际赛道上市,定位于领潮运动轿车,共有纯、型、劲三种设计风格以及6款车型。1.领克03EM-F图2-16领克03EM-F五、混合动力电动汽车车型实例第二节混合动力电动汽车图2-17哈弗H6新能源2.哈弗H6新能源哈弗H6新能源(见图2-17)是一款插电式混合动力电动汽车。第二节混合动力电动汽车问界M7(见图2-18)是一款大型电动SUV,采用增程式动力,于2022年7月4日正式发布。3.问界M7图2-18问界M7第二节混合动力电动汽车图2-19星越L雷神Hi·F4.星越L雷神Hi·F星越L雷神Hi·F(见图2-19)是吉利汽车集团有限公司推出的一款油电混合动力汽车。第二节混合动力电动汽车第三节燃料电池电动汽车第三节燃料电池电动汽车一、燃料电池电动汽车的类型燃料电池电动汽车按燃料特点不同,可分为直接燃料电池电动汽车和重整燃料电池电动汽车。直接燃料电池电动汽车的燃料主要是氢气,重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽油、天然气、甲烷、甲醇、液化石油气等。重整燃料电池电动汽车的结构比氢燃料电池电动汽车复杂得多。直接燃料电池电动汽车重整燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车按氢燃料的储存方式不同,可分为压缩氢燃料电池电动汽车合金(碳纳米管)吸附氢燃料电池电动汽车液氢燃料电池电动汽车第三节燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车按“多电源”的配置不同,可分为燃料电池与动力蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车燃料电池与超级电容器联合驱动的燃料电池动汽车纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车燃料电池与动力蓄电池和超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车第三节燃料电池电动汽车图2-20纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构1.纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源,汽车的所有功率负荷都由燃料电池提供。图2-20所示为纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构。第三节燃料电池电动汽车图2-21燃料电池与动力蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构2.燃料电池与动力蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车燃料电池与动力蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车的动力系统结构是一个典型的串联式混合动力结构,如图2-21所示。第三节燃料电池电动汽车图2-22燃料电池与超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构3.燃料电池与超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车燃料电池与超级电容器联合驱动的结构与燃料电池与动力蓄电池联合驱动的结构相似,只是把动力蓄电池换成超级电容器,如图2-22所示。第三节燃料电池电动汽车图2-23燃料电池与动力蓄电池和超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构4.燃料电池与动力蓄电池和超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车燃料电池与动力蓄电池和超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车的动力系统结构,也是一个典型的串联式混合动力结构,如图2-23所示。第三节燃料电池电动汽车目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合式燃料电池驱动系统,将燃料电池与辅助动力源相结合,燃料电池可以只满足持续功率需求,借助辅助动力源提供加速、爬坡等所需的峰值功率,而且在制动时可以将回收的能量储存在辅助动力源中。混合式燃料电池驱动系统有串联式和并联式两种。二、燃料电池电动汽车的结构第三节燃料电池电动汽车图2-24混合式燃料电池电动汽车的结构框图图2-24所示为混合式燃料电池电动汽车的结构框图。第三节燃料电池电动汽车图2-25所示为以氢气为燃料的燃料电池发动机系统,图2-26所示为以氢气为燃料的燃料电池电动汽车的总布置基本结构模型。在燃料电池电动汽车所采用的燃料电池发动机中,为保证质子交换膜燃料电池组的正常工作,除以质子交换膜燃料电池组为核心外,还装有氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、反应生成物的处理系统、冷却系统和电能转换系统等。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转,才能保证燃料电池发动机正常运转。1.燃料电池发动机第三节燃料电池电动汽车图2-25以氢气为燃料的燃料电池发动机系统1—高压储氢罐;2—氢气压力调节仪表;3—热交换器;4—氢气循环泵;5—冷凝器及气水分离器;6—水箱;7—水泵;8—空气压缩机(或氧气罐);9—加湿器及去离子过滤装置;10—燃料电池组;11—电源开关;12—DC/DC转换器;13—DC/AC逆变器;14—驱动电动机第三节燃料电池电动汽车图2-26以氢气为燃料的燃料电池电动汽车的总布置基本结构模型1—驱动轮;2—驱动系统;3—驱动电动机;4—DC/AC逆变器;5—辅助电源装置(动力电池组+飞轮储能器或动力电池组+超级电容器);6—燃料电池发动机;7—空气压缩机及空气供应系统辅助装置;8—高压储氢罐;9—氢气供应系统辅助装置;10—中央控制器;11—DC/DC转换器第三节燃料电池电动汽车(2)车辆行驶时,由燃料电池发动机提供驱动所需全部电能,剩余的电能储存到辅助动力源装置中。2.辅助动力源(1)在燃料电池电动汽车起动时,由辅助动力源提供电能带动燃料电池发动机起动,或带动车辆起步。在具有双电源系统的燃料电池电动汽车上,驱动电动机的电源具有以下驱动模式。第三节燃料电池电动汽车(3)在加速和爬坡时,若燃料电池发动机提供的电能不足以满足燃料电池电动汽车驱动功率要求,则由辅助动力源提供额外的电能,使驱动电动机的功率或转矩达到最大,形成燃料电池发动机与辅助动力源同时供电的双电源供电模式。(4)储存制动时回收的电能,以及向车辆的各种电子、电气设备提供所需电能。第三节燃料电池电动汽车3.DC/DC转换器燃料电池电动汽车的DC/DC转换器具有以下功能。(1)调节燃料电池的输出电压。(2)调节整车能量分配。(3)稳定整车直流母线电压。第三节燃料电池电动汽车4.驱动电动机燃料电池电动汽车的驱动电动机主要有直流电动机、交流电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机等。5.整车控制器整车控制器是燃料电池电动汽车的“大脑”,由继电器驱动模块、高速CAN总线接口和电源模块等组成。第三节燃料电池电动汽车1.与燃油汽车和纯电动汽车相比,燃料电池电动汽车的优点三、燃料电池电动汽车的特点(2)续驶里程长。(1)效率高。(3)绿色环保。(4)过载能力强。(5)噪声小。(6)设计方便灵活。第三节燃料电池电动汽车2.与燃油汽车和纯电动汽车相比,燃料电池电动汽车的缺点(1)制造成本和使用成本过高。(2)辅助设备复杂,质量和体积较大。(3)起动时间长,系统抗振能力有待进一步提高。第三节燃料电池电动汽车现代汽车的进口氢燃料电池车NEXO在2022年底进入中国市场。现代NEXO(见图2-27)的车身尺寸为4680mm×1860mm×1640mm,轴距为2790mm。现代NEXO的动力系统主要由储氢系统、燃料电池堆、驱动电动机、高压电池等部分组成。其基础运行逻辑是氢气与氧气在燃料电池堆中发生电化学反应产生电能,再通过驱动电动机转换成机械能。四、燃料电池电动汽车车型展示1.现代NEXO图2-27现代NEXO第三节燃料电池电动汽车2.长安深蓝SL03氢电版长安深蓝SL03是长安汽车旗下全新新能源品牌长安深蓝战略车型,该车基于长安EPA1纯电平台打造,定位为中型电动轿车,采用后轮驱动。其中长安深蓝SL03氢电版(见图2-28)是首款国产氢燃料轿车。其车身尺寸为4820mm×1890mm×1480mm,轴距为2900mm。图2-28长安深蓝SL03氢电版第三节燃料电池电动汽车3.丰田MIRAI2022款丰田MIRAI2022款(见图2-29)是丰田汽车旗下一款氢燃料电动汽车,其车身尺寸为4975mm×1885mm×1470mm,轴距为2920mm。图2-29丰田MIRAI2022款第三节燃料电池电动汽车第四节其他新能源汽车替代燃料汽车是保持了内燃机驱动的前提,用环保的能源来替代石油作为燃料的一种新能源汽车。替代燃料汽车按照燃料的性质,可分为气体燃料汽车和生物燃料汽车。一、替代燃料汽车第四节其他新能源汽车其中气体燃料汽车有天然气汽车、液化石油气汽车等。生物燃料汽车有甲醇汽车、乙醇汽车、二甲醚汽车等。1.天然气汽车1)天然气汽车的定义天然气汽车以天然气作为汽油、柴油的替代燃料,是一种技术上比较成熟、目前应用最广的替代燃料新能源汽车。第四节其他新能源汽车2)天然气汽车的类型(1)按照所使用天然气燃料状态的不同,天然气汽车可分为压缩天然气汽车、液化天然气汽车和吸附天然气汽车。(2)按照燃料使用状况的不同,天然气汽车可分为专用燃料天然气汽车、两用燃料天然气汽车和双燃料天然气汽车。第四节其他新能源汽车3)天然气汽车的结构与工作原理天然气汽车与传统汽车相比,在结构上主要增加了燃气供给系统。燃气供给技术是天然气汽车的关键技术,它影响车辆的经济性、动力性和排放性能。两用燃料天然气汽车供给系统由储气部件、燃气供给部件和控制部件构成。储气部件主要包括储气瓶、充气阀、手动截止阀等。燃气供给部件主要包括减压调节器、混合器等。控制部件主要包括油气转换开关、天然气电磁阀、电控单元等。图2-30所示为压缩天燃气/汽油两用燃料天然气汽车供给系统。第四节其他新能源汽车图2-30压缩天燃气/汽油两用燃料天然气汽车供给系统1—汽油箱;2—油位传感器;3—汽油表;4—汽油滤清器;5—电动汽油泵;6—储气瓶;7—充气阀;8—过滤器;9—手动截止阀;10—天然气电磁阀;11—高压表;12—安全阀;13—低压表;14—减压调节器;15—步进电动机;16—混合器;17—化油器;18—压力显示器;19—压力传感器;20—发动机转速传感器;21—氧传感器;22—发动机排气管;23—三元催化转换器;24—电控单元;25—油气燃料转换开关第四节其他新能源汽车压缩天然气/汽油两用燃料天然气汽车供给系统的工作原理是:当使用天然气作燃料时,将手动截止阀打开,驾驶员将油气燃料转换开关置于“气”位置,电控单元向天然气电磁阀通电,天然气电磁阀开启。储气瓶内的高压天然气经高压管路依次经过充气阀、过滤器、手动截止阀和天然气电磁阀进入减压调节器。高压天然气在减压调节器内降压,低压天然气经步进电动机控制的低压管路进入混合器。在混合器中天然气和空气混合后进入发动机气缸燃烧。第四节其他新能源汽车图2-31所示为电控压缩天然气/汽油供给系统。图2-31电控压缩天然气/汽油供给系统1—充装阀;2—储气瓶;3—输出阀;4—压力表;5—天然气电磁阀;6—气量显示器;7—减压调节器;8—天然气喷射器;9—进气歧管;10—喷油器;11—油压调节器;12—燃烧分配器;13—汽油电磁阀;14—汽油泵;15—汽油箱第四节其他新能源汽车4)天然气汽车的特点与传统燃油汽车相比,天然气汽车燃料便宜,经济性好;天然气以气态进入发动机,混合气均匀,燃烧比较完全,可大大降低一氧化碳和氮化物的排放,同时改善颗粒物质的排放;天然气抗爆性能强,发动机运转平稳,因此天然气汽车的噪声小;天然气密度低,一旦发生泄漏会很快在空气中消散,安全性好;天然气对汽车润滑油的稀释作用小,燃烧性能好,气缸积碳少,不需要经常更换润滑油和火花塞,可延长发动机的使用寿命,节省维修费用。第四节其他新能源汽车但是天然气汽车也存在弊端。由于储存天然气的储气瓶占用空间大,携带不便,混合器热值低、分子变更系数小及充气效率下降等原因,天然气汽车的动力性能降低,续驶里程短,供气体系建设有难度,此外,天然气汽车的一些关键部件要求严格,所以成本较高。第四节其他新能源汽车5)天然气汽车的发展趋势四川省清洁能源汽车产业协会数据显示,2017年底,我国天然气汽车保有量为608万辆,同比增加50.4万辆,增幅为9%。其中,压缩天然气汽车保有量为573万辆,同比增加41.4万辆,增幅为7.8%;液化天然气汽车保有量为35万辆,同比增加9万辆,增幅为34.6%。2022年,我国天然气汽车加气站保有量约为9258座,同比下降2.7%。其中,压缩天然气加气站约为5100座,液化天然气加气站约为3800座,加氢站数量为358座,占比分别为55.1%、41.0%和3.9%。第四节其他新能源汽车2.液化石油气汽车1)液化石油气汽车的定义2)液化石油气汽车的类型液化石油气汽车是以液化石油气为燃料的汽车。液化石油气是丙烷和丁烷的混合物,还伴有少量的丙烯和丁烯。按照使用的燃料不同,液化石油气汽车可分为单燃料液化石油气汽车、两用燃料液化石油气汽车和双燃料液化石油气汽车。第四节其他新能源汽车3)液化石油气汽车的结构与工作原理与天然气汽车结构类似,液化石油气汽车也是增加了一套燃气供给系统,两用燃料液化油气汽车还保留了原油的燃油供给系统。液化石油气供给系统可分为机械式混合器供给系统(开环)、电控式混合器供给系统(闭环)和电控燃气喷射系统三类。它们的不同之处在于混合气的形成方式和混合气的浓度控制方式,而其他多数装置(储气瓶、组合阀等)基本相同。第四节其他新能源汽车图2-32所示为电控式混合器供给系统。电控式混合器供给系统的工作原理是:当使用液化石油气作燃料时,将燃料转换开关置于“气”位置,电控单元控制液化石油气电磁阀导通,液化石油气电磁阀开启。液化石油气储气瓶内的液化石油气流入蒸发调压器,将在其中蒸发减压,然后进入混合器,在混合器中与空气混合后进入发动机气缸燃烧。第四节其他新能源汽车图2-32电控式混合器供给系统1—汽油箱;2—油位传感器;3—汽油滤清器;4—电动汽油泵;5—汽油表;6—辅助液位显示器;7—液化石油气储气瓶;8—组合阀;9—液化石油气电磁阀;10—蒸发调压器;11—混合器;12—真空电磁阀;13—燃料转换开关;14—节气门位置传感器;15—发动机转速传感器;16—电控单元;17—氧传感器;18—三元催化转化器;19—发动机排气管第四节其他新能源汽车4)液化石油气汽车的特点与传统燃油汽车相比,液化石油气燃烧完全、热值高,一氧化碳、碳氢化合物和微粒的排放极低,大大减少了车辆尾气污染;液化石油气辛烷值高(约为110),而高级汽油的辛烷值仅在96左右,因此液化石油气不需要添加剂或加铅抗爆剂等;液化石油气可适当增大发动机压缩比和点火提前角,可以提高发动机性能;冷起动性能好,在环境温度为-30℃时,液化石油气汽车不需要采取特别措施就可以顺利起动;液化石油气以气态进入气缸,燃烧完全,积碳少,这使发动机的大修周期和润滑油更换周期延长,降低了车辆维修费用和运行成本;车用液化石油气系统设有专门设计的安全保护装置,不易泄漏。(1)优点。第四节其他新能源汽车改装后的液化石油气汽车动力性有所下降;一次加满气的液化石油气汽车,续驶里程不如燃油汽车,要充气的次数较密;汽车以双燃料方式并存时,整车成本较高,即在原车的基础上加装供气系统。液化石油气汽车的充气站不普遍,使用受限。(2)缺点。第四节其他新能源汽车5)液化石油气汽车的发展趋势液化石油气汽车最初主要应用于物流、公交等商用领域。随着技术的进步和加气站基础设施的完善,其应用领域逐渐拓展到私家车市场。预计2025—2030年,全球及中国液化石油气汽车行业呈现稳步增长态势。全球市场规模预计从2025年的1.5万亿元增长至2030年的2.2万亿元,年复合增长率约为6%~8%。第四节其他新能源汽车3.甲醇汽车甲醇汽车是利用燃料甲醇作为能源的汽车。甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。醇类燃料主要以玉米、小麦、糖等为原料,经发酵、蒸馏而制成,再经过进一步脱水和不同形式的变性处理后成为燃料。使用醇类燃料(甲醇、乙醇)的汽车统称为醇燃料汽车。1)醇类燃料2)甲醇汽车的定义第四节其他新能源汽车3)甲醇汽车的特点(1)甲醇汽车的优点:辛烷值高,能显著提高燃料的混合辛烷值,增强抗爆性能,提高发动机的压缩比,从而提高发动机的功率;甲醇在气缸内燃烧更充分;甲醇汽油的可燃界限宽,燃烧速度快,可以实现稀薄燃烧,有利于提高发动机热效率,对净化排气及降低油耗有利;可以减少汽车常规运行时尾气中一氧化碳和碳氢化合物等废气的排放;甲醇价格相对于油价低,成本更低;经改装后的甲醇汽车可燃用甲醇,也可燃用汽油及甲醇两者任意比例的混合物,不受油品和加油站的限制。第四节其他新能源汽车(2)甲醇汽车的缺点:吸湿性强,与汽油互溶性差,会造成混合燃料的稳定性、遇水分层问题;燃料甲醇着火性差、低温起动性差,会出现发动机低温起动困难;甲醇对各种金属均有严重腐蚀,会造成发动机腐蚀及磨损问题;甲醇能量密度较低,燃油箱容积需适当放大;使用燃料甲醇(M85、M100)时,需要另建储运、加注和销售设备系统,并建立安全防护系统。第四节其他新能源汽车4)甲醇汽车的发展趋势研发甲醇汽车是我国新能源汽车战略中的重要组成部分。作为醇醚类汽车的代表,燃料甲醇被确定为过渡性车用替代燃料。但由于欠缺规范性,掺烧甲醇比例不规范也带来了一些负面影响。国家因此投入大量人力支持和规范该行业的生产标准等问题。第四节其他新能源汽车4.乙醇汽车专用的乙醇汽车一般只能使用专用的燃料乙醇,燃料成分一旦变化,汽车就不能很好地工作,因此出现了灵活燃料汽车。乙醇汽车是利用乙醇作为燃料的汽车。乙醇作为燃料在汽车上的应用主要为掺烧。掺烧是指将乙醇以不同的比例(如E10、E15)掺入汽油中,作为发动机的燃料,一般称为乙醇汽油。1)乙醇汽车的定义第四节其他新能源汽车2)乙醇汽车的特点(1)乙醇汽车的优点。在环保方面,乙醇汽油因含氧量提高,燃烧更充分,更能有效地降低和减少有害尾气的排放;乙醇汽油因燃烧特性,能有效地消除火花塞、燃烧室、气门、排气管消声器部位积碳的形成,避免因积碳而引起的故障;可延长发动机汽油的使用时间,减少加油次数。第四节其他新能源汽车(2)乙醇汽车的缺点。乙醇的热值较低,使用乙醇汽油,发动机的油耗会增大;乙醇汽油发动机不易起动,汽车驱动性能下降;乙醇易吸水,吸水后乙醇与汽油分层,给乙醇汽油的生产、储运、使用均带来极大困难;乙醇只能作为汽油的一种含氧添加剂,或与柴油掺烧,而不能作为车用主导能源大规模使用;乙醇与汽油不能直接混合,需按照传统工艺生产,成本较高,且操作复杂,产品稳定性很不理想。第四节其他新能源汽车3)乙醇汽车的发展趋势到2020年,在全国范围内推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖。到2025年,力争纤维素乙醇实现规模化生产,先进生物液体燃料技术、装备和产业整体达到国际领先水平,形成更加完善的市场化运行机制。乙醇是一种环境友好型能源,因此乙醇汽车也是一种环境友好型汽车。世界上已有很多国家不同程度地应用乙醇汽车,有的已达到规模性的推广,乙醇汽车的地位日益升高。第四节其他新能源汽车5.二甲醚汽车1)二甲醚燃料的特点(1)优点。二甲醚燃料具有高效率和低污染的优点,无须任何废气循环和处理装置,可实现无烟燃烧,并可降低发动机噪声10dB以上;二甲醚液化后直接用作汽车燃料,其燃烧效果优于燃料甲醇,除具有燃料甲醇所具有的优点外,还克服了燃料甲醇低温起动性能和加速性能差的缺点;二甲醚的十六烷值高达55~60,具有优良的压燃性,燃烧性能更好,并且其机械性能良好,发动机爆发力大,适用于压燃式发动机,因此是柴油的理想替代燃料。第四节其他新能源汽车(2)缺点。在柴油机上用二甲醚,需对气态二甲醚加压,使其变成液态,需增加设备及控制措施;柴油机燃用二甲醚存在一些技术难点;二甲醚对金属无腐蚀性,但对普通橡胶塑料等有腐蚀性;以常规技术生产二甲醚,成本略高于柴油。第四节其他新能源汽车2)二甲醚汽车的发展趋势在二甲醚汽车研发上,上海交通大学与上海汽车工业(集团)总公司于2005年成功研制了我国第一辆二甲醚城市大客车,其通过了科技部的成果验收,并已获8项国家发明专利授权。2024年,在新能源汽车销量持续增长的背景下,二甲醚作为新能源汽车的燃料之一,市场需求量也随之增加。据相关数据统计,2023年全国销售的新能源客车和货车中,采用二甲醚作为燃料的比例分别达到了15%和10%,预计未来这一比例还将继续提升。第四节其他新能源汽车二、太阳能汽车1.太阳能汽车的基本结构与工作原理1)太阳能汽车的基本结构太阳能汽车一般由太阳能电池板、电力系统、电能控制系统、电动机、机械系统等构成。第四节其他新能源汽车2)太阳能汽车的工作原理太阳能汽车在行驶过程中,如果是在晴天,电能将直接输送给驱动电动机,多余的能量通过蓄电池控制器输送到蓄电池组进行储存;如果是在阴天或者雨天,太阳能电池板产生的能量不能满足太阳能汽车的行驶需求,此时蓄电池组的能量会用于驱动电动机,使太阳能汽车正常行驶。太阳能汽车停止行驶时,太阳能电池板所产生的能量全部储存到蓄电池组中。太阳能汽车在减速停车时,通过对直流电动机的电流控制,使电动机变成发电机,将其制动时产生的电流储存于蓄电池组中。第四节其他新能源汽车图2-33所示为太阳能汽车能量匹配。图2-33太阳能汽车能量匹配第四节其他新能源汽车2.太阳能汽车的特点根据太阳能汽车设计的要求,它的结构与普通汽车又有很大的不同,概括起来,太阳能汽车的特点如下。(1)节约能源。(3)能源利用率高。(2)减少环境污染。(4)灵活、操控性好。第四节其他新能源汽车3.太阳能汽车的发展前景太阳能是“取之不尽,用之不竭”的清洁能源,因此长期以来,太阳能汽车的研究开发一直受到普遍关注。太阳能汽车被诸多国家提倡、支持,太阳能汽车产业的发展也日益蓬勃,但太阳能汽车因为存在成本过高、续驶里程不长等缺点,所以目前还没有被广泛应用。第四节其他新能源汽车感谢您的观看第三章新能源汽车的动力电池目录电池基础1CONTENT燃料电池3蓄电池2飞轮电池5超级电容器41.了解电池的类型、性能指标和新能源汽车对动力电池的要求。2.掌握铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池的工作原理和特点。3.了解蓄电池的充电方法和性能测试。4.了解燃料电池的类型和特点,重点掌握质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池的工作原理和特点。5.了解超级电容器的结构及工作原理、分类和特点。6.了解飞轮电池的结构与工作原理。学习目标第一节电

池

基

础第一节电池基础电池是新能源汽车的动力源,是储能装置,可以分为一、电池的类型化学电池物理电池生物电池1.化学电池化学电池是利用物质之间的化学反应进行发电的。(2)化学电池按电解质不同分为酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池等。(3)化学电池按电池的特性不同分为高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池等。(1)化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。(4)化学电池按正、负极材料不同分为锌锰电池系列、镍镉/镍氢电池系列、铅酸电池系列、锂电池系列等。第一节电池基础2.物理电池3.生物电池物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,如太阳能电池、超级电容器等。生物电池是利用生物化学反应发电的电池,如微生物电池、酶电池、生物太阳能电池等。第一节电池基础电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压和放电终止电压等。二、电池的性能指标1.电压电池的端电压是指电池两极之间的电位差;开路电压是指在没有负载情况下的端电压;额定电压是指电池在一定标准所规定的条件下工作时的最佳电压;充电终止电压是指电池充电时的电压极限值;放电终止电压是指电池放电时,电压下降到不宜继续放电的最低工作电压。第一节电池基础2.容量电池容量是电池在一定放电条件下所释放出的电量,常用单位为A·h。电池容量通常有以下几种。理论容量。理论容量是指电池中的电解质全部参加化学反应,按照法拉第电解定律计算而得到的最高理论值。额定容量。额定容量是指按照国家或有关部门颁布的标准,保证电池所应该放出的电量。（1）（2）第一节电池基础实际容量。实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量,它等于放电电流与放电时间的乘积,单位为A·h,其值小于理论容量。比较不同系列的电池,会涉及比容量的概念,即单位质量或单位体积的电池所给出的电量,单位为A·h/kg或A·h/L。（3）（4）第一节电池基础3.能量电池的能量是指在一定标准下电池所能输出的电能,其单位是W·h或kW·h。它决定着电动汽车的行驶距离。能量分为理论能量、实际能量和比能量。（1）理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积,即在一定标准所规定的放电条件下,电池输出的能量。（2）实际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积,即在一定条件下电池所能输出的能量。（3）比能量是指单位质量或单位体积的电池所能输出的电能,单位是W·h/kg或W·h/L。第一节电池基础电池的功率是指电池在一定的放电条件下,单位时间内所输出的能量,单位为W。比功率是指单位质量或单位体积的电池所能输出的功率,单位为W/kg或kW/L。4.功率电池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力。电池内阻越大,电池自身消耗掉的能量越多,电池的使用效率也就越低。5.内阻第一节电池基础6.放电率电池的放电率是指电池放电时的速率,常用时率和倍率表示。放电倍率是指电池在规定时间内放出额定容量所输出的电流值,数值上等于额定容量的倍数。放电时率是指以放电时间表示的放电率,即以一定的放电电流放电至额定终止电压时所需的时间。第一节电池基础7.自放电率自放电率是指电池在存放期间容量的下降率,即电池无负荷时自身放电容量损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示,其表达式为

式中:Ca为电池存放前的容量;Cb为电池存放后的容量;T为电池存放时间,单位为天、月。第一节电池基础8.使用寿命使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池内部短路或损坏,以及容量达不到规范要求时电池使用失效,即电池的使用寿命终止。电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间,使用周期是指电池可供重复使用的次数。第一节电池基础三、新能源汽车动力电池的要求(1)比能量高。(3)充放电效率高。(5)使用成本低。(2)比功率大。(4)适应车辆运行环境。(6)安全可靠。第一节电池基础第二节蓄

电

池一、铅酸蓄电池第二节蓄电池铅酸蓄电池在比能量、快速充电等方面不如锂离子电池,不适用于新能源汽车。因此目前铅酸蓄电池的主要发展方向是提高比能量,进一步提升优化充电性能。铅酸蓄电池是指电极材料主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。放电状态下,其正极材料为二氧化铅,负极材料为铅;充电状态下,正、负极材料均为硫酸铅。1.铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池。免维护铅酸蓄电池具有结构上的优势,电解液的消耗量小,在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它具有抗振、耐高温、体积小、自放电小的特点。阀控密封式铅酸蓄电池在使用期间不需要加酸、加水维护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾。第二节蓄电池2.铅酸蓄电池的结构图3-1铅酸蓄电池的结构铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、溢气阀、壳体等构成。图3-1所示为铅酸蓄电池的结构。第二节蓄电池3.铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的放电和充电反应过程可用以下化学方程式表述:

正极

负极

正极

电解质

负极充电过程,化学反应由左向右进行;放电过程,化学反应由右向左进行。第二节蓄电池1)充电过程借助直流电在电池内进行化学反应,把电能转换为化学能而储存起来的过程称为充电。充电时,铅酸蓄电池正极的氧化反应为

铅酸蓄电池负极的还原反应为

第二节蓄电池

图3-2铅酸蓄电池的化学反应示意图第二节蓄电池2)放电过程化学能转换为电能的过程称为放电。放电时,铅酸蓄电池正极的还原反应为

铅酸蓄电池负极的氧化反应为

由于有电解质H2SO4的存在,Pb2+立即生成难溶于水的PbSO4。第二节蓄电池铅酸蓄电池在充电时,随着电池端电压的升高,水开始被电解。当电池单体电压达到约2.39V时,水的电解不可忽略。水电解时正极和负极的化学方程式分别为

正极给出电子,负极得到电子,从而形成了回路电流。端电压越高,水电解也越激烈,此时外部电源充入的大部分电荷用于电解水,电解质会减少。第二节蓄电池4.铅酸蓄电池的特点1)铅酸蓄电池的优点。第二节蓄电池(1)除锂离子电池外,在常用蓄电池中,铅酸蓄电池的电压最高,为2.0V。(2)价格低。(3)高、低温性能良好,可在-40~60℃条件下工作。第二节蓄电池(4)易于浮充使用,没有记忆效应。(5)易于识别荷电状态。(6)高倍率放电性能良好,可用于发动机起动。(7)电能效率高达60%。2)铅酸蓄电池的缺点(2)充电时间长。(3)使用寿命短,使用成本高。(1)比能量低,且一次充电续驶里程较短。(4)铅是重金属,存在环境污染。第二节蓄电池二、镍氢电池1.镍氢电池的分类镍氢电池是正极材料为镍氢化合物,负极材料为金属氢化物(储氢合金),电解液为碱性溶液的一种性能良好的蓄电池。按外形分类,镍氢电池可分为方形镍氢电池和圆形镍氢电池。按电压分类,镍氢电池可分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。第二节蓄电池2.镍氢电池的结构镍氢电池主要由正极、负极、电解液、分离层等部分构成。图3-3所示为镍氢电池的结构。图3-3镍氢电池的结构第二节蓄电池镍氢电池的基本单元是镍氢单体电池,按使用要求可将镍氢电池组合成不同电压和不同容量的镍氢电池总成。图3-4所示为镍氢电池总成。图3-4镍氢电池总成第二节蓄电池3.镍氢电池的工作原理镍氢电池的放电和充电反应过程可用以下化学反应方程式表述:

正极

负极

正极

负极上述反应中,MH为金属氢化物。