新能源汽车概论课件：新能源汽车概述

新能源汽车概论

活塞连杆组故障诊断与修复新能源汽车概述

学习目标

（1）能叙述纯电动汽车各种类型名称；（2）能讲述混合动力电动汽车的工作原理；（3）能区分增程式混合动力汽车与纯电动汽车的不同；

（4）能分析插电式混合动力汽车的三种类型的异同。

课题一

活塞连杆组故障诊断与修复纯电动汽车

纯电动汽车（BatteryElectricVehicle，BEV）是指驱动能量完全由电能提供的、由电机驱动的汽车。（一）按照用途不同分类1.电动轿车电动轿车是目前最常见的纯电动汽车。除一些概念车，纯电动轿车已经开始批量生产，并进入汽车市场销售，如特斯拉（图2-1）、比亚迪E6（图2-2）、北汽EV（图2-3）系列。一、纯电动汽车分类图2-1特斯拉

（一）按照用途不同分类1.电动轿车

一、纯电动汽车分类图2-3北汽EV200图2-2比亚迪E6

（一）按照用途不同分类2.电动载货汽车电动载货汽车用作公路运输的比较少，而在矿山、工地及一些特殊场地，则早已出现了一些大吨位的纯电动载货汽车，如图2-4、图2-5所示。一、纯电动汽车分类图2-5电动载货汽车(二)图2-4电动载货汽车(一)

（一）按照用途不同分类3.电动客车电动客车中纯电动小客车也较少见；纯电动大客车用作公共汽车，在一些城市的公交线路以及世博会、世界性的运动会上，已经有了良好的表现，如图2-6所示。一、纯电动汽车分类图2-6电动公交车

（二）按照车载电源数目分类1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车如图2-7所示为纯电动汽车动力传输系统。一、纯电动汽车分类图2-7单一蓄电池为动力源的纯电动汽车和动力传输系统

（二）按照车载电源数目分类2.装有辅助动力源的纯电动汽车如图2-8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。辅助动力源有超级电容器或发电机组，用来改善起动性能和增加续驶里程。一、纯电动汽车分类图2-8装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统

（三）按照驱动系统组成进行分类纯电动汽车又可以分为直流电机驱动的电动汽车、交流电机驱动的电动汽车、双电机驱动的电动汽车、电动轮电动汽车等类型。一、纯电动汽车分类

纯电动汽车的结构主要由电驱动系统、机械系统、信息系统和辅助系统等部分组成。除了电驱动系统和机械系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或省去了。所以电驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，也是纯电动汽车的核心。二、纯电动汽车的基本结构和工作原理

（一）电驱动系统电驱动系统是纯电动汽车的核心，也是区别于传统汽车的最大不同点。如图2-9所示，电驱动系统由动力电池系统、电机驱动系统、电控系统等组成。包含的部件有动力蓄电池组、驱动电机、电机控制器、传动装置等。该系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池中。二、纯电动汽车的基本结构和工作原理图2-9电驱动系统

（二）机械系统1.组成机械系统由底盘和车身、驱动装置、变速器以及电池箱体等组成。2.特点（1）纯电动汽车车身造型设计特别重视流线型，以降低空气阻力系数。（2）由于动力蓄电池组的质量大，为减轻整车质量，一般采用轻质材料制造车身和底盘部分总成。（3）动力蓄电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足够的空间存放动力蓄电池组，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力蓄电池组的整体机械化装卸。如图2-10为特斯拉轿车底盘，有足够的空间存放动力蓄电池组。二、纯电动汽车的基本结构和工作原理

（二）机械系统2.特点二、纯电动汽车的基本结构和工作原理图2-10特斯拉轿车底盘

（三）信息系统信息系统用于处理驾驶者的意图，并监控汽车运行及电源、电机、控制器和充电器的状态。主要作用：将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入至中央控制单元，通过动力控制单元控制驱动电机运转；计算动力蓄电池组剩余电量和剩余续驶里程；对整车低压系统的电子、电器装置进行控制；采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力蓄电池组、功率转换器、驱动电机系统进行监控并及时反馈信息和报警。图2-11为特斯拉轿车仪表台。二、纯电动汽车的基本结构和工作原理图2-11特斯拉轿车仪表台

（四）辅助系统如图2-12所示，纯电动汽车辅助系统主要包括辅助动力源、空调器、动力转向系统、刮水器、照明和除霜装置等。辅助动力源主要由辅助电源和DC/DC转换器组成，其功用是向动力转向系统、空调及其他辅助设备提供电力。二、纯电动汽车的基本结构和工作原理图2-12电动汽车辅助系统

（一）纯电动汽车的优点纯电动汽车的优点，如图2-13所示。三、纯电动汽车的优缺点图2-13纯电动汽车优点

（一）纯电动汽车的优点1.无污染、噪声小纯电动汽车无燃油汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。众所周知，燃油汽车废气中的CO、HC及NOx、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机产生的噪声也较内燃机小得多。2.使用成本低相对于混合动力汽车和燃料电池电动汽车，纯电动汽车用电机代替内燃机，噪声低、无污染，电机、油料及传动系统少占的空间和质量可用以补偿电池的需求；且因使用单一的电能源，电控系统相比混合动力电动汽车大为简化，降低了成本，也可补偿电池的部分价格。三、纯电动汽车的优缺点

（一）纯电动汽车的优点3.结构简单，维修方便纯电动汽车较燃油汽车结构简单，运转、传动部件少，维修工作量小。当采用交流感应电机时，电机无须维护，更重要的是电动汽车易操纵。4.能量转换效率高可回收制动、下坡时的能量，提高能量的利用效率。研究表明，电动汽车的能源效率已超过燃油汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有研究表明，同样的原油经过粗炼→发电→充入电池→驱动汽车，比经过精炼→汽油→发动机驱动汽车其能量利用效率高。因此有利于节约能源和减少CO2的排量。三、纯电动汽车的优缺点

（二）纯电动汽车的缺点1.续驶里程短一般国内的纯电动汽车的续驶里程多为200km左右，再加上天气、路况、电池等方面因素，实际的续驶里程也就100km出头。以最常见的北汽E150EV电动车为例，厂家标定的续驶里程为150km，经过实际体验，它平均的续驶里程在120km左右。2.充电时间长一般正常的充电时间为8h左右，快速充电也得需要1~2h。3.配套设施不完善目前，国内的充电站还比较少。还需要一段比较长的时间建设配套基础设施。三、纯电动汽车的优缺点

课题二

活塞连杆组故障诊断与修复混合动力电动汽车

混合动力电动汽车分类方法较多，这里主要介绍以下三种分类方法。1.按照动力系统结构形式划分根据混合动力电动汽车零部件的种类、数量和连接关系，可以将其分为串联式混合动力电动汽车（SHEV）、并联式混合动力电动汽车（PHEV）和混联式混合动力电动汽车（CHEV）。（1）串联式混合动力电动汽车。是指车辆的驱动力只来源于电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，电能通过电机控制器输送给电机，由电机驱动汽车行驶。另外，动力电池也可以单独向电机提供电能驱动汽车行驶。（2）并联式混合动力电动汽车。是指车辆的驱动力由电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机作为动力源，也可以同时使用电机和发动机作为动力驱动汽车行驶。二、混合动力电动汽车分类

1.按照动力系统结构形式划分（3）混联式混合动力电动汽车。是指同时具备串联式和并联式驱动方式的混合动力电动汽车。它的结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。根据动力组合方式的不同可分为动力耦合器动力组合式和驱动轮动力组合式两种。二、混合动力电动汽车分类

2.按照混合度划分按照电机的输出功率在整个系统输出功率所占的比重，也就是常说的混合度的不同，可以将其分为微混合型、轻度混合型、中度混合型和重度混合型混合型动力电动汽车。（1）微混合型，也称“起—停混合”。微混合型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。只具备停车怠速停机功能的混合动力电动汽车，是一种典型的微混合模式。一般情况下，微混合型动力电动汽车的混合度小于等于5%。如风神S30BSG（图2-14）、奇瑞A5BSG（图2-15）。二、混合动力电动汽车分类

2.按照混合度划分（1）微混合型，也称“起—停混合”。

二、混合动力电动汽车分类图2-14风神S30BSG图2-15奇瑞A5BSG

2.按照混合度划分（2）轻混合型，也称弱混。轻度混合型混合动力电动汽车是以发动机为主要动力源，电机作为辅助动力，在车辆加速和爬坡时，电机可向车辆行驶系统提供辅助驱动力矩，但不能单独驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。一般情况下，轻混合型混合动力电动汽车的混合度为5%~15%，如奇瑞旗云3ISG（图2-16）。二、混合动力电动汽车分类图2-16奇瑞旗云3ISG

2.按照混合度划分（3）中度混合型。中度混合型混合动力电动汽车是以发动机和（或）电机为动力源的混合动力电动汽车。与轻度混合动力系统不同的是中混合动力系统采集的是高压电机。这种系统的混合度较高一般在15%~40%，如本田思域混合动力版。（4）重度混合型，也称强混。重度混合型混合动力电动汽车是指混合度更高的混合动力系统，采用了高功率、高压起动电机，混合程度更高。一般情况下，强混的混合度超过40%，如丰田普锐斯。3.按照车辆用途划分可以分为混合动力电动乘用车、混合动力电动客车和混合动力电动载货车。二、混合动力电动汽车分类

1.串联式混合动力电动汽车如图2-17所示，串联式混合动力电动汽车由发动机、发电机和驱动电机三大动力总成组成，以串联方式组成其动力单元系统。发动机仅用于带动发电机，发电机发出的电能通过电动机控制器直接输送到驱动电机，由驱动电动机驱动汽车行驶。发电机发出的部分电能向蓄电池充电，来延长混合动力电动汽车的行驶里程。另外，蓄电池还可以单独向驱动电机提供电能来驱动电动汽车，使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶。三、混合动力电动汽车的基本结构与原理

1.串联式混合动力电动汽车

三、混合动力电动汽车的基本结构与原理图2-17串联式混合动力电动汽车

1.串联式混合动力电动汽车在串联式混合动力电动汽车上，由发动机带动发电机所产生的电能和电池输出的电能，共同输出到驱动电机来驱动汽车行驶，电驱动是唯一的驱动模式。动力流程图如图2-18所示。只有电机直接与驱动桥相连接（这一点与纯电动汽车相同），而发动机与发电机直接连联产生电能，来驱动电机或者给蓄电池充电。汽车行驶时的驱动力由驱动电机来提供，它将储存在蓄电池中的电能转化为车轮上的机械能。当蓄电池的荷电状态（StateofCharge，SOC）降到一个预定值时，发动机即开始对蓄电池进行充电。发动机与驱动系统没有机械连接，这种方式可以很大程度地减少发动机所受到的车辆的瞬态响应。瞬态响应的减少可以使发动机进行最优的喷油和点火控制，使其在最佳工况点附近工作。三、混合动力电动汽车的基本结构与原理

1.串联式混合动力电动汽车

三、混合动力电动汽车的基本结构与原理图2-18串联式混合动力汽车动力流程图

2.并联式混合动力汽车如图2-19所示，并联式混合动力电动汽车主要由发动机、驱动电机两大动力总成组成，有多种组合形式，可以根据使用要求选用。两大动力总成的功率可以互相叠加，发动机功率和电机功率约为电动汽车所需最大驱动功率的0.5~1倍，因此可以采用小功率的发动机与电机，使得整个动力系统的装配尺寸、质量都较小，造价也更低，续驶里程也可以比串联式混合动力电动汽车的长一些，其特点更加趋近于燃油汽车。并联式混合动力驱动系统通常应用在小型混合动力电动汽车上。三、混合动力电动汽车的基本结构与原理

2.并联式混合动力汽车

三、混合动力电动汽车的基本结构与原理图2-19并联式混合动力汽车系统结构

2.并联式混合动力汽车并联式驱动系统的动力流程如图2-20所示，发动机和驱动电机通过某种变速装置同时与驱动桥直接连接。电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。当车辆在较小的路面载荷下工作时，传统车辆的发动机的燃油经济性比较差，而并联式混合动力汽车的发动机此时可以被关闭掉而只用驱动电机来驱动汽车，或者增加发动机的负荷使驱动电机作为发电机，给蓄电池充电以备后用（即一边驱动汽车，一边充电）。由于并联式混合动力电动汽车在稳定的高速下发动机具有比较高的效率和相对较小的质量，所以它在高速公路上行驶具有比较好的燃油经济性。三、混合动力电动汽车的基本结构与原理

2.并联式混合动力汽车

三、混合动力电动汽车的基本结构与原理图2-20并联式混合动力汽车动力流程图

3.混联式混合动力汽车系统混联式混合动力汽车系统机构如图2-21所示。三、混合动力电动汽车的基本结构与原理图2-21混联式混合动力汽车系统机构

3.混联式混合动力汽车系统混联式混合动力电动汽车综合了串联式和并联式混合动力电动汽车的结构组成，主要由发动机、发电机和驱动电机三大动力总成组成。发动机基本保持稳运高效、节能的运转，发电机和电池供给驱动电机电能以驱动电动汽车行驶。图2-22为混联式混合动力汽车动力流程图。三、混合动力电动汽车的基本结构与原理图2-22混联式混合动力汽车动力流程图

混合动力电动汽车是将发动机、驱动电机、能力储存装置等组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥燃油汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，混合动力电动汽车是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。1.与纯电动汽车比较混合动力电动汽车具有如下优点：（1）由于发动机作为辅助动力，蓄电池的数量和质量可减少，因此汽车自身质量可以减小。（2）续驶里程和动力性可达到燃油汽车的水平。（3）借助发动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，不用消耗电池组的有限电能，从而保证了驾驶和乘坐的舒适性。四、混合动力电动汽车的优点

2.与燃油汽车比较混合动力电动汽车有如下优点：（1）可使发动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机在变工况下的不良运行，使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）可通过电机提供动力，以此可配备功率较小的发动机，并可通过电机回收减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。四、混合动力电动汽车的优点

课题三

活塞连杆组故障诊断与修复增程式电动汽车

增程式电动汽车（RangeExtendedElectricVehicle，REEV），是一种在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能，而当车载可充电储能系统无法满足续驶里程要求时，打开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。其动力系统主要由蓄电池和小型发动机组组成。在日常行驶时，增程式电动汽车类似于纯电动汽车，发动机完全关闭，处于纯电动模式，该模式完全可以满足城市日常上下班的行驶需求，而在蓄电池荷电状态（SOC）达到较低水平时，起动发动机作为主动力源，补充车辆行驶所需的电能，多余的电能给动力电池进行充电。一、增程式电动汽车的定义

图2-23为一款增程式电动汽车动力传动系统机构图，其中粗线表示机械连接，细线表示电器连接，虚线为CAN总线连接。二、增程式电动汽车的基本结构图2-23增程式电动汽车动力传动系统机构图

增程式电动汽车动力传动系统由电驱动系统、发动机/发电机系统、功率分配装置、动力电池等组成。电动驱动系统是由驱动电机及牵引力驱动控制装置组成，发动机到驱动电机之间没有机械连接，而是首先通过发电装置，将燃油的化学能转化为三相交流电，然后发电机驱动控制器将交流电转化为直流电，并通过发电机驱动控制装置到达功率分配装置，根据工况需要做主要出牵引力驱动控制的功率分配。发动机作为主要动力源时的动力传输为：（1）在需求里程比较大的时候，功率分配装置会直接将电能传递给驱动力控制装置，驱动车辆行驶。（2）在增程模式下如果增程模块提供的电能有剩余，则多余的电能将为蓄电池充电，蓄电池的增程模式下，起到平衡系统的充电和放电作用，稳定系统电压。二、增程式电动汽车的基本结构

（3）停车时，可以通过外接充电装置为蓄电池充电。各个系统之间的数据传输可由CAN总线完成，实现控制单元之间的信息传递和命令执行，根据驾驶人施加给加速踏板或者制动踏板的位置指令，获取需求功率信息，传递给主控制器，主控制器根据目前行驶状况和车辆的状态进行判断，确定当前REEV的运行模式，将控制指令传递给部件控制器，如牵引力驱动控制器、电池管理系统、发动机驱动控制器。发动机、发电机和发电机驱动控制装置共同组成了一个增程器系统，增程器是增程式电动汽车驱动系统的关键组件，发动机/发电机系统与驱动车轮在机械上是分离的，发动机的转速和转矩与车速和牵引转矩的需求无关，因此，可控制发动机运行在其转速—转矩平面上的任一点。二、增程式电动汽车的基本结构

（3）停车时，可以通过外接充电装置为蓄电池充电。增程器只能提供电能，电能用来驱动电机或者动力电池充电，增加电动汽车的续驶里程，发动机到驱动电机之间的动力传动路线没有机械连接，可以直接将电能用于驱动车辆，不经过蓄电池的充放电过程，降低了从增程系统到动力蓄电池的能量传递损失。二、增程式电动汽车的基本结构

增程式电动汽车的动力系统在组成上与串联插电式混合动力汽车的动力系统相似。区别在与增程式电动汽车的能量传递路线体现出两种动力系统，但是只有一种驱动方式，即电动机驱动。1.纯电动模式第一种工作模式为纯电动模式，能量传递路线如图2-24所示，发动机和发电机无关，电池作为唯一的动力源，这种工作模式与纯电动汽车一样。不同之处在于增程式的纯电动续驶里程可以设置的相对较小，不必装备大量的蓄电池组，电池的电量能够满足车辆起步、加速、爬坡、怠速，以及驱动汽车空调等附件。三、增程式电动汽车工作原理

1.纯电动模式

三、增程式电动汽车工作原理图2-24纯电动模式能量传递路线

2.增程模式第二种工作模式为增程模式，能量传递路线如图2-25所示。在电池的电达到预设的电量最低值时，增程器系统启动，发动机运行在最佳的状态，使发电机发电，电能一部分用于驱动车辆行驶，多余的部分为蓄电池充电。增程模式的发动机可以有多种工作方式，根据控制策略的不同，可以选择发动机恒功率模式、功率跟随模式、恒功率与功率跟随模式结合，此外，还有智能控制策略和优化算法控制策略等复杂控制策略模式。当车辆停止的时候，可以利用市电为蓄电池充电。三、增程式电动汽车工作原理

2.增程模式

三、增程式电动汽车工作原理图2-25增程模式能量传递路线图

增程式电动汽车是一种可增加续驶里程的纯电动汽车，兼有混合动力电动汽车和纯电动汽车的特征，是现阶段解决新能源汽车技术问题最切实可行的办法。增程式纯电动汽车的特点如下：（1）增程式电动汽车相比于内燃机汽车，功率小、噪声低、可靠性高，且能够保持在发动机高效区运行，且由于动力系统构型简单，能量转换效率大幅提高，燃油消耗和有害排放也大幅降低。（2）相比于传统混合动力汽车，增程式电动汽车的电池组容量比较大，车辆可在较长距离内以纯电动模式行驶，能提供足够的电功率使电机驱动车辆起动、加速和爬坡，避免了传统燃油汽车起动时发动机过载运行模式；另外，电机能够有效回收车辆制动和下坡的能量，有利于延长电池的寿命，因而具有较好的续驶里程。四、增程式电动汽车的特点

（3）增程式电动汽车可以通过车载发电机组随时对车辆进行充电，因此，其车载动力电池只需配置同级别纯电动车电池用量的30%~40%，其生产及使用成本大幅下降；增程单元和动力电池组共同工作时，动力电池组的充放电倍率大大降低，这样有利于延长电池寿命和使用周期，车辆制造和使用成本也因此得以大幅降低。此外，对于纯电动汽车来说，空调用电是一个很大的负担，据有关研究表明：开空调会使续驶里程减少1/3，而增程式电动汽车则可通过发电机组给空调提供动力，降低了电池能耗，车辆续驶里程得以增加。（4）增程式电动汽车充电所需时间少，因此可以利用小功率充电桩或家庭用电进行充电，而且还可以利用晚间“谷电”和休整间隙充电，免去新辟充电站或换电站等供电设施的建设。四、增程式电动汽车的特点

课题四

活塞连杆组故障诊断与修复插电式混合动力电动汽车

插电式混合动力汽车是由电驱动和另外一个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的汽车（主要是发动机和电动机混联），其电池的容量很大，能够以纯电动模式行驶较长里程，并且具备充电插口，可以通过外部设备向电池充电。与雷克萨斯RX450h这种非插电的混合动力汽车相比，插电式混合动力汽车电池容量更大，可以支持的续驶里程更长。如果每次都是短途行驶，有较好的充电条件，插电式混合动力汽车可不用加油，当作纯电动车使用，具有电动车的优点。与特斯拉ModelS这种纯电动车相比，插电式混合动力汽车电池容量要小很多，但是带有传统燃油汽车的发动机、变速器、传动系统、油路和油箱。在无法充电的时候，只要有加油站就可以一直行驶下去，行驶里程不受充电条件的制约，又具有燃油汽车的优势。一、插电式混合动力汽车的概念

插电式混合动力汽车根据结构不同，可以分为三类，分别是增程式插电混合动力汽车、并联式插电动力混合汽车和混联式插电混合动力汽车。（一）增程式插电混合动力汽车这一类插电混合动力汽车，严格来说仍然是电动汽车。车内只有一套电力驱动系统，包括驱动电机、控制电路、电池。增程式插电混合动力车的电动机直接驱动车轮，发动机则用来于驱动发电机给电池进行充电。因为发动机并不直接驱动车轮，所以不需要变速器。这相当于在普通的电动车上装载了一台汽油/柴油发电机。增程式插电混合动力汽车结构如图2-26所示。二、插电式混合动力汽车的分类

（一）增程式插电混合动力汽车

二、插电式混合动力汽车的分类图2-26增程式插电混合动力汽车结构

（一）增程式插电混合动力汽车1.这种模式的优点（1）具有电动车的噪声小、起步转矩大的优点。可以当纯电动车使用，在充电方便的条件下只充电、不加油，使用成本较低。（2）相比其他插电混合动力模式，增程式插电混合动力可以不用变速器，成本略有降低。由于带有发动机发电，只要有加油站就可以一直行驶，在不方便充电的地方不会被迫拖车，解决了基础设施不足的问题。（3）因为发动机不直接驱动车轮，发动机转速和车轮转速、汽车速度没有直接关系，通过控制系统优化，可以让发动机一直工作在最佳转速，即使在充电不便、市内堵车路况下油耗也比较低，发动机噪声也可以控制的非常小。二、插电式混合动力汽车的分类

（一）增程式插电混合动力汽车2.这种模式的缺点（1）由于发动机和发电机并不直接驱动车轮，造成了这部分功率的浪费，而发动机和发电机带来的质量并不减少。譬如：一辆增程式插电混合动力汽车发动机功率50kW，发电机功率50kW，电动机功率100kW，整车携带了总功率200kW发动机和电机，但是能驱动车轮的功率只有100kW。（2）在高速路况下，油耗反而偏高。这是因为高速路况下，如果发动机直接驱动车轮，可以一直工作在最佳工作模式，而增程式插电混合动力多了一个转换过程，转换本身要消耗能量，造成油耗反而偏高。这一类的代表车型有宝马i3（可选装增程模块）（图2-27）、雪佛兰沃蓝达（有隐藏的直接驱动模式）（图2-28）、Fisker卡玛和奥迪A1e-tron。二、插电式混合动力汽车的分类

（一）增程式插电混合动力汽车2.这种模式的缺点二、插电式混合动力汽车的分类图2-27宝马i3图2-28雪佛兰沃蓝达

（二）并联式插电混合动力汽车这一类插电混合动力车内有两套驱动系统，大多是在传统燃油车的基础上增加电机、电池、电控而成，电机与发动机共同驱动车轮。车内只有一台电机，驱动车轮的时候充当电动机，不驱动车轮给电池充电的时候充当发电机。并联式插电混合动力汽车结构如图2-29所示。二、插电式混合动力汽车的分类图2-29并联式插电混合动力汽车结构

（二）并联式插电混合动力汽车1.这种模式的优点（1）电机、发动机共同驱动车轮，没有功率浪费的问题，譬如电动机50kW，发动机100kW，只要传动系统能承受，整车功率就是150kW。（2）在纯电动模式下，同样有电动车噪声小、使用成本低的优点。（3）在混合动力模式下，有非常好的起步转矩，加速性能出色。（4）因为只是在变速器上（分变速器输入端和输出端两种增加方法）增加了一台电机，在传统燃油车基础上改动较小，成本也比较低。二、插电式混合动力汽车的分类

（二）并联式插电混合动力汽车2.这种模式的缺点（1）在混合动力模式下，发动机不能保证一直在最佳转速下工作，油耗比较高。只有在堵车时因为可以自带发动机启停功能油耗才会低。（2）因为只有一台电机，不能同时发电和驱动车轮，所以发动机与电机共同驱动车轮的工况不能持久。持续加速时，电池的能量会很快耗尽，转成发动机单独驱动模式。这一类的代表车型：奔驰S500插电版、比亚迪秦（图2-30）。二、插电式混合动力汽车的分类图2-30比亚迪秦

（三）混联式插电混合动力与并联式插电混合动力一样，这种模式也有两套驱动系统，但不同的是，混联式有两个电机。一个电机仅用于直接驱动车轮，还有一个电机具有双重角色：当需要极限性能的时候，充当电动机直接驱动车轮，整车功率就是发动机与两个电机的功率之和；当电力不足的时候，就充当发电机，给电池充电。1.这种模式的优点（1）在纯电模式下具有电动车噪声小、使用成本低的优点。（2）在增程模式下，没有“里程焦虑”，而且发动机可以一直控制在最佳转速，油耗低，噪声小，振动小。（3）在并联模式下，两台电机，一台发动机可以一起工作，三者功率加起来具有非常好的起步和加速性能，是一种比较完美的组合。二、插电式混合动力汽车的分类

（三）混联式插电混合动力2.这种模式的缺点（1）两台电机、发动机、变速器一个都不能少，配套的控制电路、电池、传动系统、油路也不能少，总体成本要高于其他类型的插电式混合动力，车的总质量也较大。（2）因为要控制两个电机和一台发动机，还有不同的工作模式，控制系统也要相对复杂，这也会提高成本。混联式插电混合动力，分为两类。一类是前置，代表车型是丰田普锐斯插电版（图2-31）、丰田普锐斯（图2-32）和比亚迪F3DM（图2-33）。二、插电式混合动力汽车的分类

（三）混联式插电混合动力2.这种模式的缺点二、插电式混合动力汽车的分类图2-32丰田普锐斯图2-31丰田普锐斯插电版图2-33比亚迪F3DM

（三）混联式插电混合动力2.这种模式的缺点这类车的两台电机和一台发动机都在汽车前部，通过动力分配，离合器，控制不同的工作状态。丰田采用的是ECVT行星齿轮做动力分配，很好地兼顾了性能与节能。比亚迪F3DM采用了简单的共轴离合模式，没有变速器，通过离合器控制不同工作状态，也可以达到不同状态切换的目的，但是共轴模式决定了比亚迪F3DM的发动机转速与车辆行驶速度直接相关，并联模式下，发动机噪声比较大，只是一种当时技术条件下的过渡，很快就被比亚迪其他模式所淘汰。混联式插电混合动力另一种模式是前后置，简单说，就是把兼职的电机与发动机放到一起，另外的驱动电机单独放置。这种模式的代表是保时捷918（图2-34、图2-35），宝马i8（图2-36），比亚迪唐（图2-37）等。二、插电式混合动力汽车的分类

（三）混联式插电混合动力2.这种模式的缺点二、插电式混合动力汽车的分类图2-34保时捷918Spyder布置图图2-35保时捷918Spyder外形图

（三）混联式插电混合动力2.这种模式的缺点二、插电式混合动力汽车的分类图2-36宝马i8图2-37比亚迪唐

（三）混联式插电混合动力2.这种模式的缺点这种模式的优点除了混联式插电混合动力都有的几个优点以外，还有一个好处是可以在前轮驱动、后轮驱动、四轮驱动三种模式下切换。追求极限性能的时候，四轮驱动，可以有极限的加速性能。高速行驶时，车辆重心后移，后轮驱动可以有更高的效率，达到省电（省油）的目的。在低速行驶时，前轮驱动有更高的效率，就可以切换前轮驱动。这种模式的驱动电机甚至可以是两个，分别驱动左右车轮，达到左右转矩分配的目的，在过弯道时可以有更出色的性能。二、插电式混合动力汽车的分类

插电式混合动力汽车的特征是行驶动力主要来自电池，发动机只是作为后备动力源，在电池电量耗尽时才启用。也就是说插电式混合动力汽车主要适合城市道路，在日常使用过程中，它可以当作一台纯电动汽车来使用，只要单次使用不超过电池可提供的续驶里程（如HEV30、PHEV40、PHEV50，一般可以满足50km以上），它就可以做到零排放和零油耗。1.插电式混合动力汽车具有的优点（1）插电式混合动力汽车有纯电动车的全部优点，可以利用晚间低谷电对电池充电，改善电厂的机组效率，节约能源。（2）减少温室气体和各种有害物的排放；降低对石油燃料的依赖，减少石油进口，增加国家能源的安全。（3）如果是在城市内行驶，距离较短，可使用纯电动模式，不消耗燃油；如果长途旅行，距离较长，可使用混合驱动模式，增加续驶里程。（4）可以利用外部电网对车载电池组充电。三、插电式混合动力汽车的优缺点

2.插电式混合动力汽车存在的缺点（1）根据特定需求确定纯电动里程，同时影响电池大小的选择。（2）纯电行驶对电池要求较高，如电池要有足够的能量密度和功率密度，较长的循环寿命，放电及充电性能要求均高。（3）有充电设施的要求，包括充电站的建设等。三、插电式混合动力汽车的优缺点

课题五

活塞连杆组故障诊断与修复燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能获得的。甲醇、天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会产生极少的CO2和NOx。

采用燃料电池作为电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle，FCEV）。燃料电池电动汽车一般以质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为车载能量源。燃料电池电动汽车有三种分类方式：（1）按照燃料特点分：可分为直接燃料电池电动汽车和重整燃料电池电动汽车。（2）按照燃料氢的存储方式分：可分为压缩氢燃料电池电动汽车、液氢燃料电池电动汽车和合金（碳纳米管）吸附氢燃料电池电动汽车。（3）按“多电源”的配置分：可分为纯燃料电池驱动（PFC）式、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）式、燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）式及燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）式。一、燃料电池电动汽车的类型

1.燃料电池电动汽车的优点与传统燃油汽车、纯电动汽车技术相比，燃料电池电动汽车具有以下优点：（1）零排放或近似零排放，绿色环保。燃料电池电动汽车在本质上是一种零排放汽车，燃料电池没有燃烧过程，若以纯氢作燃料，通过电化学的方法，将氢和氧结合，生成物是清洁的水；采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池的燃料，生成物除水之外还可能有少量的CO2，但其排放量比发动机要少得多，且没有其他污染排放（如NOx、SOx、HC或微粒）问题，接近零排放。（2）能量转换效率高，节约能源。燃料电池的能量转换效率极高。燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100%，实际效率已达60%~80%，是普通发动机热效率的2~3倍（汽油机和柴油机汽车整车效率分别为16%~18%和22%~24%）。因此，从节约能源的角度来看，燃料电池汽车明显优于使用普通发动机汽车。二、燃料电池电动汽车的优缺点

1.燃料电池电动汽车的优点（3）燃料多样化，优化了能源消耗结构。燃料电池所使用的氢燃料来源广泛，自然界中，氢能大量存储在水中，可采用水分解制氢，也可以从可再生能源获得，可取自天然气、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及可再生能源。燃料电池不依赖石油燃料，各种可再生能源可以转化为氢能加以有效利用，减少了对石油资源的依赖，优化了交通能源的构成。（4）续驶里程长，性能优于其他电池的电动汽车。采用燃料电池发电系统作为能量源，克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶能力及动力性已经接近于传统燃油汽车。（5）过载能力强。燃料电池除了在较宽的工作范周内具有较高的工作效率外，其短时过载能力可达额定功率的200%或更大，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。（6）运行平稳、噪声低。燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件，因此与燃油汽车相比，没有发动机的轰鸣，运行过程中噪声和振动都较小。二、燃料电池电动汽车的优缺点

2.燃料电池电动汽车的缺点汽车业界普遍认同的一个观点是，燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池电动汽车的几个制约因素考虑进来，则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时间尚不具备商业化的条件，燃料电池电动汽车的主要缺点如下：（1）燃料电池电动汽车的制造成本和使用成本过高。制约燃料电池汽车推广应用的最大因素之一是燃料电池的生产成本一直居高不下。如何降低燃料电池的生产成本成为燃料电池电动汽车实用化的关键。从市场经济学角度讲，高成本很难完成市场化推广，而无法实现市场化就不可能大规模批量生产，进而成本就无法降下来，最终导致成本与销售的恶性循环。二、燃料电池电动汽车的优缺点

2.燃料电池电动汽车的缺点（2）起动时间长，系统抗振能力较差。采用氢气为燃料的FCEV起动时间一般需要超过3min，而采用甲醇或者汽油重整技术的FCEV则长达10min，比起燃油汽车起动的时间长得多，影响其机动性能。此外，当FCEV受到振动或者冲击时，各种管道的连接和密封的可靠性不高，易造成泄漏，降低效率，严重时会引发安全事故。（3）经济且无污染地获取纯氢燃料还存在技术难点。通过重整或改质技术转化传统的化石燃料获取纯氢天然气，不仅要消耗大量的能量，而且并没有从根本上摆脱对化石能的依赖，也没有从根本上消除对环境的污染。二、燃料电池电动汽车的优缺点

2.燃料电池电动汽车的缺点（4）氢燃料电池汽车燃料的供应还有大量的技术问题有待解决。通常氢能以三种状态存储和运输：高压气态、液态和氢化物形态。用常用的压缩气体罐储存的氢，只能供燃料电池汽车行驶150km，续驶里程太短，还不如蓄电池驱动的汽车。综上所述，相比纯电动汽车，氢燃料电池汽车技术门槛高，需要巨额投入，而我们技术和产业基础薄弱，资金和技术力量投入严重不足，技术链不完善，产业化能力较弱，发展的趋势还是纯电动汽车。二、燃料电池电动汽车的优缺点

燃料电池电动汽车与普通燃油汽车相比，最大的区别在于其动力系统。燃料电池电动汽车动力系统的基本组成部分包括燃料电池系统、辅助蓄能装置、驱动电机及电子控制系统。燃料电池系统，是燃料电池电动汽车的动力源，也称燃料电池发动机。单独的燃料电池堆是不能完成发电任务并应用于汽车的，通常，燃料电池的运行需要一系列辅助设备与之共同构成燃料电池发电系统，即它必须和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成为燃料电池发电系统，简称燃料电池系统（FuelCellSystem，FCS），才能对外输出功率。三、燃料电池电动汽车的组成及工作原理

燃料电池电动汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来供给电动机工作，由电动机驱动汽车中的机械传动结构，进而驱动汽车的前桥（或后桥）等行走机械机构工作，使得电动汽车行驶。燃料电池的反应结果会产生极少的CO2和NOx，副产品主要产生水，因此被称为绿色新型环保汽车。燃料电池电动汽车其核心部件是燃料电池。此外，还配备了氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、水循环及反应物生成处理系统等，用以确保燃料电池堆正常工作。如图2-38所示为某一汽车的氢燃料汽车构造及其原理图。三、燃