新能源汽車技術概論李艷菲主編新能源汽車技術概論機械工業(yè)出版社2019年7月主要參考書1主要內(nèi)容第一章

汽車與能源第二章

新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展第三章

新能源汽車類型第四章

電動汽車儲能裝置第五章

電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)第六章

純電動汽車第七章

燃料電池電動汽車第八章

混合動力電動汽車第九章

其他新能源汽車

第一章

汽車與能源

回顧石油時代前的汽車能源讓我們想起1769年法國陸軍工程師古諾（Cournot，1725-1804年）研制出了世界上第一輛蒸汽機驅(qū)動的三輪車，利用裝在車前部的一個鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動氣缸中的活塞來驅(qū)動前輪運行。雖然這臺車輛的速度只有3.5公里/小時，而且運行時隆隆作響、滾滾濃煙，但是正是它的出現(xiàn)標志著人類以能源機械力代替人力、畜力等驅(qū)動車輛時代的開始。1．1認識能源1834年美國托馬斯達文波特（ThomasDavenport）制造出第一輛直流電機驅(qū)動的電動三輪車。但是沒有使用可再次充電的蓄電池，只能行駛一小段距離，因為當時還沒有蓄電池技術。

直到1859年鉛酸可充電電池問世后，1881年法國工程師古斯塔夫·特魯夫發(fā)明了用鉛酸電池為動力的電動車，世界第一輛真正的電動車才正式問世。19世紀中葉，波蘭藥劑師盧卡西維茨（JanJózefIgnacyLukasiewicz，1822～1882年）發(fā)現(xiàn)了使用更易獲得的石油提取煤油的方法，并于1854年首次挖掘世界上第一口油井。由于常規(guī)石油的經(jīng)濟價值最高，能源很快進入石油時代，汽車燃料也隨之進入燃油汽車階段。1886年，卡爾本茨發(fā)明單缸汽油發(fā)動機汽車，這一天也被確認為汽車誕生日。1．1．1能源的定義人類的一切活動都離不開能或能量。能量是物質(zhì)運動的一般量度。核聚變和核裂變、放射性源以及天體間的引力，是世界上一切能源的初始能源。太陽的熱核反應釋放出具大的能量，地球大氣層所接受的輻射能為地球提供取之不盡的能源。能量有熱能、機械能、電能和核能等多種形式。能源是可以直接或通過轉(zhuǎn)換提供人類所需有用能的資源。

能源有哪些？全球范圍內(nèi)，地球為人類提供的能源主要包括化石燃料（煤、石油、天然氣等）、水能、生物能、風能、太陽能、潮汐能、地熱能、核能等1．1．2能源的分類1．按能源在自然界存在的方式1)一次能源(初級能源)2)二次能源(次級能源)2．按能源被利用的情況1)常規(guī)能源2)新能源2)新能源1．1．2能源的分類3．按能源能否得到補充(能源的再生性)1)可再生能源2)非再生能源4.按對環(huán)境的影響1)清潔型能源2)非清潔型能源

一次能源如煤、石油等是現(xiàn)代工業(yè)和交通的最基本的重要能源，世界各國的經(jīng)濟和社會發(fā)展，汽車交通工業(yè)等都離不開石油。1．2能源需求與環(huán)境問題環(huán)境問題圖2：世界主要國家CO2排放比例能源大量消耗帶來溫室氣體排放問題，是造成氣候變化主要原因。圖3：各國汽車減排目標各國紛紛制訂標準，降低汽車排放中二氧化碳對環(huán)境的影響。

目前中國已經(jīng)是世界能源主要進口國，據(jù)最新報道2018年以來進口仍保持較快的增長，使得我國進口來源國達到32個預計到2035年我國的能源消耗占全世界的比例將超過美國，巨大的消費也在促進著能源轉(zhuǎn)型。本章課程結束同學們再見！

第二章

新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展2．1國際新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展2．1．1．美國新能源汽車發(fā)展與行動1.政府對新能源汽車重視程度高

在美國，新能源汽車被稱為可替代燃料汽車，具體包括生物柴油、壓縮天然氣（CNG）、動力電池、乙醇（E85）、混合動力、氫燃料、液化石油氣（LPG）等。美國新能源汽車自推出市場以來一直保持穩(wěn)步增長，尤其近幾年發(fā)展迅猛，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展2.法規(guī)先行，引導和規(guī)范行業(yè)發(fā)展。3.運用稅收政策鼓勵產(chǎn)業(yè)發(fā)展，引導消費需求。4.投入專項資金，支持研發(fā)創(chuàng)新。5.興建基礎設施與新能源汽車產(chǎn)業(yè)相配套。

經(jīng)美國政府大力推動的效應是，涌現(xiàn)了一批全球有影響的新能源汽車的制造企業(yè)和品牌，如通用的純電動車型BoltEV；插電式混合動力汽車雪佛蘭Volt等。值得一提的特斯拉，成為全球最大的新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)之一，在技術創(chuàng)新、產(chǎn)品設計等方面處于全球領先地位，生產(chǎn)ModelS、ModelX以及Model3等該公司系列車型；特斯拉系列產(chǎn)品2．1．3.日本新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀

在日本政府的積極扶持下，日本主要汽車生產(chǎn)廠家也無一例外的提出自己的新能源汽車戰(zhàn)略。豐田公司宣布在未來幾年里，將混合動力車型增加到10種；

圖2-2豐田普銳斯Prime混合動力汽車2．2中國新能源汽車的發(fā)展

在21世紀初，科技部就將新能源汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化作為國家高新技術研究發(fā)展計劃（863）的重點項目，至今已經(jīng)連續(xù)執(zhí)行了三個項目計劃周期。

在國家政策指導下，各地區(qū)加快推進“國六”排放標準。

“國六”排放標準與新能源汽車相關政策前后銜接，對我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成持續(xù)的推動力。

“國六”排放標準與新能源汽車相關政策前后銜接，對我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成持續(xù)的推動力。

中國汽車工程學會制定了《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》。本項技術路線圖描繪了我國汽車產(chǎn)業(yè)技術未來15年發(fā)展藍圖。

我國新能源汽車的發(fā)展藍圖目前已經(jīng)建有現(xiàn)代化新能源汽車知名制造企業(yè)幾十個。如：1北京新能源汽車有限公司2比亞迪3長城汽車4長安汽車5吉利6安凱汽車股份有限公司7安徽江淮汽車股份有限公司8.阿爾特汽車技術股份有限公司9奇瑞新能源2018年中國國家科技部推動建設成立了國家新能源汽車技術創(chuàng)新中心，也是汽車行業(yè)首個國家技術創(chuàng)新中心。

國家新能源汽車技術創(chuàng)新中心通過聚集“高精尖”人才，以打造一個世界級新能源汽車技術創(chuàng)新高地（策源地）為總體目標，力爭打造一個“中心”、兩個“高地”、三個“平臺”（即：具有全球影響力的新能源汽車共性、前沿關鍵技術的集成創(chuàng)新中心。引領全球的新能源汽車研發(fā)、制造、服務的技術、標準、模式的輸出高地；新能源汽車高端創(chuàng)新人才集聚高地。國際一流的新能源汽車科研成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化平臺；面向全球的新能源汽車學術交流、專業(yè)咨詢、高端人才培養(yǎng)與交流平臺；立足北京、面向全球的專注于新能源汽車科研轉(zhuǎn)化的金融創(chuàng)投平臺）。2．3汽車應用新能源的要求2．3．1來源豐富2．3．2污染小2．3．3能量密度高2．3．4經(jīng)濟3．3．5使用性能好2．4汽車新能源分析方法2．4．1新能源來源與應用評價2．4．2新能源凈化性能考評2．4．3能量密度考評2．4．4經(jīng)濟性考評2．4．5使用性能考評

第三章

新能源汽車類型3．1電能與電動汽車3．1．1電能用作汽車能源的主要優(yōu)點1．來源非常豐富2．運行零污染而且噪聲小3．結構簡單，維修方便4．能源效率高3．1．2電能用作汽車能源的主要問題1．能量密度低2．充電時間長3．成本高3．1．3電能在汽車上的應用前景3．2電動汽車的定義、類型

是指由車載電源提供全部或部分動力，用電動機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)等各項要求的汽車。

電動汽車通常被分為純電動汽車(ElectricVehicle，EV)、混合動力電動汽車(HybridElectricVehicle，HEV)和燃料電池電動汽車(FuelCellElectricVehicle。FCEV)三大類。3．3電動汽車的構造特點3．3．1電源供給系統(tǒng)

電動汽車的電源供給系統(tǒng)主要由儲能裝置、變換裝置和電源饋電線路組成。

對于純電動汽車，儲能裝置主要有各種蓄電池所組成的電源組件，有的還配有超級電容或飛輪儲能裝置作輔助電源。蓄電池一般充滿電后再安裝，車上配有充電裝置，可以在車上充電。對于以燃料電池為動力的電動汽車，要有供電池發(fā)電所需的燃料儲備裝置，燃料電池的類型不同，供給的燃料不同。如純氫燃料電池須配有儲氫罐，富氫型燃料電池則要有富氫燃料供給和重整裝置等。3．3．2驅(qū)動系統(tǒng)

按照電動汽車選用的電源動力組合來分類，可分為純電動汽車動力線路、燃料電池汽車動力線路和混合動力汽車動力線路三類，每類又根據(jù)選用的電動機的不同，細分為多種。

1．純電動汽車的動力線路．

圖3．4純電動汽車動力線路類型

按照純電動汽車動力線路可分為常規(guī)型、無變速器型、無差速器型和電動輪型四種(見圖3．4)。2．燃料電池電動汽車的動力線路．

圖3．5燃料電池動力系統(tǒng)示意圖

一般來說，燃料電動汽車由儲料裝置、重整裝置、燃料電池發(fā)電站、控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、發(fā)電機、饋電線路、信號線路等組成(見圖3．5、圖3．6和圖3．7)。3．混合動力電動汽車的動力線路．

混合動力電動汽車是指內(nèi)燃機+電動力的組合形式動力線路有串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型三種方式。4．

能量轉(zhuǎn)換方式

無論采用何種動力傳遞方式，電動汽車都需要通過電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能而對汽車做功。

適宜車用的電動機主要包括直流電動機、交流異步電動機、交流同步電動機、永磁電動機、開關磁阻電動機和超導型電動機等，它們分別適合不同類型、不同用途的電動汽車選用。3．3．3管理系統(tǒng)主要包括：能源管理系統(tǒng)、能量回收利用系統(tǒng)、能量供給系統(tǒng)等組成部分。

國內(nèi)部分純電動汽車國內(nèi)部分燃料電池汽車我國研制的“超越”系列、“上海牌”、“帕薩特”、“奔騰”、“志翔”等燃料電池汽車經(jīng)受住了大規(guī)模、高溫、大強度示范考核，成功服務于2008北京奧運會和2010年上海世博會。本章課程結束同學們再見！

第四章

電動汽車儲能裝置4．1動力電池概述4．1．1電池的種類4．1．2化學電池的組成4．1．3動力電池的基本術語1．電池的放電制度2．電池的容量3．電池的開路電壓4．電池的內(nèi)阻5．電池的工作電壓、放電終止電壓和放電曲線6．電池的能量7．能量密度、電池的功率與功率密度9．電池的壽命10．電池的溫度特性11．成本新能源汽車對動力電池的要求1.比能量高。為保證電動汽車的續(xù)駛里程，電動汽車的動力電池須盡可能儲存多的能量，同時電動汽車的重量不能過大，電池的安裝空間也受整車分布限制，因此動力電池必須有足夠的比能量。2.比功率大。為滿足電動汽車在加速、上坡、負載等行駛條件下的動力要求，電池必須具備大的比功率。3.連續(xù)放電率高，自放電率低，電池能夠適應快速放電的要求。自放電率低，以保證電池能夠長期存放。4.充電技術成熟，時間短，充電技術通用性強。能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電。新能源汽車對動力電池的要求5.適應車輛運行環(huán)境。電池除能在常溫條件下正常穩(wěn)定地工作，不受環(huán)境溫度影響，不需要特殊的加熱、保溫系統(tǒng)。能夠適應電動汽車行駛過程中的振動。6.安全可靠。電池應干燥、潔凈，電解質(zhì)不會滲漏腐蝕接線柱、外殼。不會引起自燃或燃燒，在發(fā)生碰撞等事故時，不會對乘員造成傷害。廢電池能夠回收處理及再生利用，電池中的有害重金屬能夠集中回收處理。電池組可采用機械裝置進行整體拆解、更換，線路連接方便。7.長壽命、免維護。電池的循環(huán)壽命不低于1000次，在使用壽命限定期間內(nèi)，不需要進行維護與修理。常用電動汽車動力電池常用的車用動力電池主要包括鉛酸電池、鎳氫電池和鋰電池等。鉛酸電池廣泛應用于內(nèi)燃機汽車的低壓供電電源，是一種成熟的汽車電池，但存在比能量低、質(zhì)量和體積太、續(xù)駛里程短、使用壽命短、污染嚴重等問題，制約了其在電動汽車上的應用。鎳氫電池因其能量密度高、無鎘污染、可大電流快速充放電等優(yōu)點，能夠滿足電動汽車對動力電池的要求，因此鎳氫電池目前被成熟地應用到商業(yè)化的電動汽車，如豐田Prius。鋰離子電池是目前新能源汽車研究的熱點，它具備能量密度高、能量效率高、自放電率小、循環(huán)使用壽命長、可實現(xiàn)大電流充放電、無污染等優(yōu)點。各種動力電池4．2鉛酸蓄電池4．2．1鉛酸蓄電池的型號4．2．2鉛酸蓄電池的工作原理4．2．3鉛酸蓄電池的構造4．2．4鉛酸蓄電池的特性

鉛酸蓄電池的工作特性1.放電特性(1)概念在恒流放電過程中，蓄電池的端電壓和電解液相對密度隨時間而變化的規(guī)律。

鉛酸蓄電池的工作特性(1)概念：在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓與電解液相對密度隨時間而變化的規(guī)律。注意：充電電源必須采用直流電源，以一定的電流強度向一只完全放電的蓄電地進行充電。2.充電特性4.3鎳氫（MH/Ni）電池鎳氫電池具有長期過放電和過充電保護能力，但壽命不如鎳鎘電池。鎳氫電池已在20世紀90年代逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。鎳氫（MH/Ni）電池采用鎳的氧化物作為正極，儲氫金屬作為負極，電解液通常選用KOH溶液。由Ni(OH)2正極材料和儲氫合金負極材料組成電池的反應式：常用電動汽車動力電池常用電動汽車動力電池4.4.鋰離子電池鋰離子電池以碳為負極，以含鋰的化合物為正極。鋰電池的種類繁多，常見的有色鋰離子電他、高溫鋰熔直鹽電池、鋰聚合物電池和但聚合物固體電解質(zhì)電池等，鋰離子電池比能量的理論值為570Wh/Kg，它目前達到的性能指標是：比能量為100Wh/Kg，比功率200W/Kg，循環(huán)使用壽命為1200次，充電時間2-4h。目前市場主流為：磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池以LiFeO4為例，其化學反應方程式如下：常用電動汽車動力電池鋰電池工作原理示意圖4.5飛輪電池當飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時，它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉(zhuǎn)換成電能的。飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池的局限，用物理方法實現(xiàn)儲能。4.5飛輪電池飛輪電池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動下，電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速從而增大其功能；放電時，電機則以發(fā)電機狀態(tài)運轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機械能(動能)到電能的轉(zhuǎn)換。據(jù)稱，飛輪電池比能量可達5KW/Kg，比功率達20KW/Kg，使用壽命長達25年，可供電動汽車行駛500萬公里。

典型的飛輪儲能裝置由飛輪組件(包括轉(zhuǎn)子、支承軸承、殼)、電子控制設備(主要是電子電路控制器)、輔助運行系統(tǒng)等部分組成。（圖4-33）圖4-33飛輪儲能裝置的結構4.6超級電容超級電容（Super-capacitors，ultra-capacitor），又名電化學電容器(ElectrochemicalCapacitors)，雙電層電容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容，是從上世紀七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲能的一種電化學元件。超級電容突出優(yōu)點是功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種。超級電容可以彌補現(xiàn)階段鋰離子電池在功率密度等方面的不足。目前，它已經(jīng)應用于軍事、新能源汽車以及各種機電設備中。超級電容超級電容結構超級電容汽車上海世博園運行的超級電容客車本章課程結束同學們再見！

第五章

電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)1.電機驅(qū)動系統(tǒng)的作用與組成電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的核心技術之一，它的主要任務是按駕駛員的駕駛意圖，將動力電池的化學能高效地轉(zhuǎn)化為機械能，經(jīng)過變速器、驅(qū)動軸等機構驅(qū)動車輪。電動機驅(qū)動系統(tǒng)主要有電動機、功率器件和控制系統(tǒng)組成。1.電機驅(qū)動系統(tǒng)的作用與組成電機驅(qū)動系統(tǒng)基本組成框圖2.電機的基本概念1.電機電機，是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的電磁裝置。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為車用電器或各種機械的動力源。通常指電動機與發(fā)電機。2.電機的關鍵參數(shù)：轉(zhuǎn)速

：額定轉(zhuǎn)速：是指在額定功率下電機的轉(zhuǎn)速。單位為

。電機轉(zhuǎn)矩

：電機扭矩即電動機的輸出扭矩，為電動機的基本參數(shù)之一。常用單位為NM。功率

：額定功率是指電機在額定電壓額定環(huán)境等條件下電機軸上的輸出功率。常用單位是Kw。2.電機的基本概念效率

：效率指的電機有效輸出功率與總功率之率，不同類型電機效率曲線不同。對于電動汽車而言，電機的效率可以表示為：3.新能源汽車對電機的要求1.高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。2.轉(zhuǎn)速高。電動汽車所采用的感應電動機的轉(zhuǎn)速可以達到8000-12000r/min，高轉(zhuǎn)速電動機的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車的裝備質(zhì)量。3.質(zhì)量輕，體積小。電動機可通過采用鋁合金外殼等途徑降低電動機的質(zhì)量，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)的材料等也盡可能選用輕質(zhì)材料。4.電動機應具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，以滿足啟動、加速、行駛、減速、制動所需的功率與轉(zhuǎn)矩。能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電。3.新能源汽車對電機的要求5.電動汽車驅(qū)動電動機需要有4至5倍的過載，以滿足短時加速行駛與最大爬坡度的要求，而工業(yè)驅(qū)動電動機只要求有2倍的過載就可以了。6.電動汽車驅(qū)動電動機應具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能，以滿足多部電動機協(xié)調(diào)運行，而工業(yè)驅(qū)動電動機只要求滿足某一種特定的性能。7.電動機應具有高效率、低損耗，并在車輛減速時，可進行制動能量回收。8.電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應達到有關的標準和規(guī)定。9.電機能夠在惡劣條件下可靠工作。電動機應具有高的可靠性、耐溫和耐潮性，并在運行時噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。10.結構簡單，適合大批量生產(chǎn)，使用維修方便，價格便宜等。4.不同類型的電機1.直流電動機有刷直流電動機的主要優(yōu)點是控制簡單、技術成熟。具有交流電機不可比擬的優(yōu)良控制特性。由于存在電刷和機械換向器，不但限制了電機過載能力與速度的進一步提高，而且如果長時間運行，勢必要經(jīng)常維護和更換電刷和換向器。由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進一步提高。鑒于直流電動機存在以上缺陷，在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機。4.不同類型的電機2.交流三相感應電動機交流三相感應電動機是應用得最廣泛的電動機。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結構簡單，運行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應電動機的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達到12000～15000r/min。可采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應性好，井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動。與同樣功率的直流電動機相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價格便宜，維修方便。4.不同類型的電機2.交流三相感應電動機異步電機工作原理圖籠型三相異步電動機的結構4.不同類型的電機3.永磁無刷直流電動機永磁無刷直流電動機是一種高性能的電動機。具有直流電動機特性的無刷直流電動機，反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波，所以又稱為矩形波同步電動機。它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達幾十萬轉(zhuǎn)運行。永磁無刷直流電動機機系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應用前景。4.不同類型的電機3.永磁無刷直流電動機永磁無刷直流電動機的工作原理是利用電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅(qū)動逆變器的功率開關器件，使電樞繞組依次通電，從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時，隨著電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號，以不斷的改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導體中的電流方向保持不變，這樣電動機就旋轉(zhuǎn)起來了。永磁無刷直流電動機的工作原理示意圖4.不同類型的電機4.永磁同步電動機永磁同步電動機實際上是一種凸極式電動機，一般其在定子結構上采用與三相交流電動機相似的三相對稱繞組，交流電源通過交—直—交電壓型逆變器或直—交電壓電壓型逆變器，調(diào)制為電壓可變化的三相正弦波電壓，輸入永磁同步電動機三相對稱繞組后，產(chǎn)生三相對稱的三相電流，在正弦波定子電流和正弦波反電動勢的作用下，氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。4.不同類型的電機4.永磁同步電動機定子鐵芯與繞組裝在機座里的定子4.不同類型的電機4.永磁同步電動機——工作原理4.不同類型的電機4.永磁同步電動機三相永磁同步電動機工作原理示意圖永磁同步電動機的結構示意圖4.不同類型的電機5.開關磁阻電動機開關磁阻電動機是一種新型電動機，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點：它的結構比其它任何一種電動機都要簡單，在電動機的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部較短，沒有相間跨接線，維護修理容易。開關磁阻電動機具有高度的非線性特性，因此，它的驅(qū)動系統(tǒng)較為復雜。它的控制系統(tǒng)包括功率變換器。但近年來的研究表明，采用合理的設計、制造和控制技術，開關磁阻電動機的噪聲完全可以得到良好的抑制。4.不同類型的電機5.開關磁阻電動機開關磁阻電動機的工作原理示意圖4.不同類型的電機6.電動汽車采用的各種驅(qū)動電動機性能比較目前交流電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機以及它們的控制裝置，成本還比較高，形成批量生產(chǎn)以后，這些電動機和單元控制裝置的價格會迅速降低，將能夠滿足經(jīng)濟效益的要求，并使電動汽車整車價格降低。5.新能源汽車電機的發(fā)展直流電機的效率和轉(zhuǎn)速相對較低，其換向器維護困難，直流電機價格高、體積和重量大。隨著控制理論和電力電了技術的發(fā)展，直流驅(qū)動系統(tǒng)與其它驅(qū)動系統(tǒng)相比，己大大處于劣勢。因此，目前國外各大公司研制的電動車電氣驅(qū)動系統(tǒng)己逐漸淘汰了直流驅(qū)動系統(tǒng)。20世紀90年代后，交流電機驅(qū)動系統(tǒng)的研制和開發(fā)有了新的突破。相比直流電機，交流電機體積小、質(zhì)量輕、效率高、調(diào)速范圍寬、可靠性高、價格便宜、維修簡單方便，在電動汽車上得到了廣泛應用。交流電機包括異步電機、永磁電機以及開關磁阻電機。

5.新能源汽車電機的發(fā)展

美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電動機，如Chrysler公司生產(chǎn)的EpicVan；Ford公司生產(chǎn)的RangerEV，通用汽車公司生產(chǎn)的IMPACT和EH電動汽車。國內(nèi)也采用感應電動機作為電動汽車的驅(qū)動電機也比較多，如勝利SL6700DD電動客車，鄭州華聯(lián)ZK6820HG-1電動輕型客車。但其最大缺點是驅(qū)動電路復雜，相對永磁電機而言，其效率和功率密度偏低，因此有被其它新型永磁電機逐步取代的趨勢。

5.新能源汽車電機的發(fā)展永磁電機包括永磁無刷直流電機和永磁無刷同步電機兩種。永磁無刷直流電機是在直流電機的基礎上不再用電刷和換向器，起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強，非常適合電動車的運行特性。隨著稀土永磁材料的開發(fā)和應用，永磁無刷電機的性能有了很大的提高，是未來最有發(fā)展前景的驅(qū)動電機之一。開關磁阻電機(SRM)是英國于1983年首次正式推出的，經(jīng)過多年的研制開發(fā)，己成為現(xiàn)代電動汽車交流驅(qū)動的又一個新支，它具有可控相數(shù)多、實現(xiàn)四象限控制方便、成本低。總之，電動汽車驅(qū)動電機總的發(fā)展趨勢是由通用走向?qū)Ｓ茫芍绷髯呦蚪涣鳎浑姍C的功率密度、可靠性及耐久性不斷提高；驅(qū)動控制系統(tǒng)向集成化與一體化發(fā)展。逆變器逆變器（inverter）是把直流電能（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變成交流電。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。變頻器變頻器（Varizble-frequencyDrive,VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電動機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。普銳斯動力控制單元的組成結構示意圖以普銳斯油電混合動力系統(tǒng)為例，系統(tǒng)中安裝有由變頻器、可變電壓系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器組成的動力控制單元。變頻器普銳斯電動汽車帶轉(zhuǎn)換器的變頻器總成示意圖電動汽車的控制系統(tǒng)

1.整車控制器VCUVCU是實現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元。

VCU功能：通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖通過監(jiān)測車輛狀態(tài)（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，向動力系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運行狀態(tài)控制指令，同時控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式VCU具有整車系統(tǒng)故障診斷保護與存儲功能。1.整車控制器VCUVCU包括外殼、硬件電路、底層軟件和應用層軟件，硬件電路、底層軟件和應用層軟件是VCU的關鍵核心技術。2.電機控制器MCU電機控制器，簡稱MCU，是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動車輛行駛。實現(xiàn)把動力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動電機本體輸出機械能。同時，MCU具有電機系統(tǒng)故障診斷保護和存儲功能，當診斷出異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給整車控制器。MCU會將電機控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息發(fā)送給整車控制器。電機控制系統(tǒng)使用了電流、電壓、溫度傳感器來提供電機的工作信息。2.電機控制器MCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路、底層軟件和控制算法軟件組成。3.電源管理系統(tǒng)BMS電池管理系統(tǒng),是電池保護和管理的核心部件，在動力電池系統(tǒng)中，它的作用就相當于人的大腦。它不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長使用壽命，作為電池和整車控制器以及駕駛者溝通的橋梁，通過控制接觸器控制動力電池組的充放電，并向VCU上報動力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)及故障信息。實驗證明，配備完善電源管理系統(tǒng)的電池組，其循環(huán)壽命是不配管理系統(tǒng)電池組的3倍以上。3.電源管理系統(tǒng)BMS電池包的結構組成4.制動能量回饋系統(tǒng)制動能量回饋，又稱回饋制動或再生制動，在電動汽車一般采取電能式再生制動能量回收方法，是指在減速或制動過程中，驅(qū)動電機工作于發(fā)電狀態(tài)，將車輛的部分動能轉(zhuǎn)化為電能儲存于儲能裝置中（如各種蓄電池、超級電容和超高速飛輪），同時施加電機回饋轉(zhuǎn)矩于驅(qū)動軸，對車輛進行制動。回饋技術的應用一方面增加了電驅(qū)動車輛一次充電的續(xù)駛里程，另一方面減少了傳統(tǒng)制動器的磨損，同時還改善了整車動力學的控制性能。4.制動能量回饋系統(tǒng)再生制動系統(tǒng)由驅(qū)動輪、主減速器、變速器、電動機、AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、能量儲存系統(tǒng)以及控制器組成。本章課程結束同學們再見！

第六章

純電動汽車主要內(nèi)容1.純電動汽車概述2.純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)3.純電動汽車的結構原理4.純電動汽車的實例純電動汽車也稱為電池電動汽車，其動力系統(tǒng)主要由動力蓄電池、電動機組成，從電網(wǎng)取電(或更換蓄電池)獲得電力，并通過動力蓄電池向電動機提供電能來驅(qū)動汽車。在應用范圍方面，純電動汽車主要用于特定區(qū)域、特定路線，如零排放公交車、游覽車、社區(qū)公交“微循環(huán)”車，以及特種行業(yè)的工程用車等。它是涉及到機械、動力學、電化學、電機學、微電子與計算機控制等多種學科的高科技產(chǎn)品。一、概述

電動汽車最重要的動力驅(qū)動系統(tǒng)由電纜傳遞，因此電動車的各部件可靈活布置。按用途分類運輸用電動汽車專用電動汽車按儲能裝置分類鉛酸蓄電池鋰離子蓄電池鎳氫蓄電池鈉硫蓄電池等按驅(qū)動電動機分類直流電動機驅(qū)動交流電動機驅(qū)動永磁無刷電動機驅(qū)動開關磁阻電動機驅(qū)動純電動汽車的分類二、純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)

M電動機；T傳動裝置；D差速器；G減速器；RM相互相反電動機圖6-3電動汽車使用的動力傳動系統(tǒng)純電動汽車結構可分為三個子系統(tǒng)，即車載電源模塊、電力驅(qū)動主模塊和輔助控制模塊。三.純電動汽車的結構原理車載電源模塊

車載電源模塊主要由蓄電池電源、能源管理系統(tǒng)和充電控制器三部分組成。1、蓄電池電源。蓄電池是純電動汽車的唯一能源，它除了供給汽車驅(qū)動行駛所需的電能外，也是供應汽車上各種輔助裝置的工作電源。蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯(lián)的方式組合成所要求的電壓等級，為滿足要求，可以用多個12V或24V的蓄電池串聯(lián)成96～384V高壓直流電池組，再通過DC/DC轉(zhuǎn)換器供給所需的不同電壓。純電動汽車的結構與原理車載電源模塊

2、能源管理系統(tǒng)。能源管理系統(tǒng)的主要功能是在汽車行駛中進行能源分配，協(xié)調(diào)各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系統(tǒng)與電力驅(qū)動主模塊的中央控制單元配合一起控制發(fā)電回饋，使在電動汽車降速制動和下坡滑行時進行能量回收，從而有效地利用能源，提高電動汽車的續(xù)程能力。能源管理系統(tǒng)還需與充電控制器一同控制充電。純電動汽車的結構與原理車載電源模塊

3、充電控制器。充電控制器是把電網(wǎng)供電制式轉(zhuǎn)換為對蓄電池充電要求的制式，即把交流電轉(zhuǎn)換為相應電壓的直流電，并按要求控制其充電電流。充電器開始時為恒流充電階段。當電池電壓上升到一定值時，充電器進入恒壓充電階段，輸出電壓維持在相應值，充電器進入恒壓充電階段后，電流逐漸減小。當充電電流減小到一定值時，充電器進入涓流充電階段。還有采用脈沖式電流進行快速充電。純電動汽車的結構與原理電力驅(qū)動主模塊

電力驅(qū)動主模塊主要由中央控制單元、驅(qū)動控制器、電動機、機械傳動裝置等組成。由于加速踏板、制動踏板等操縱裝置對于汽車駕駛員來說，是十分熟悉和習慣使用的操縱裝置。為適應駕駛員的傳統(tǒng)操縱習慣，電動汽車仍保留了加速踏板、制動踏板及有關操縱手柄或按鈕等。不過在電動汽車上是將加速踏板、制動踏板的機械位移量轉(zhuǎn)換為相應的電信號，輸入到中央控制單元來對汽車的行駛實行控制。純電動汽車的結構與原理電力驅(qū)動主模塊1、中央控制單元。中央控制單元不僅是電力驅(qū)動主模塊的控制中心，也要對整輛電動汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。它根據(jù)加速踏板與制動踏板的輸入信號，向驅(qū)動控制器發(fā)出相應的控制指令，對電動機進行起動、加速、降速、制動控制。在電動汽車降速和下坡滑行時，中央控制器配合車載電源模塊的能源管理系統(tǒng)進行發(fā)電回饋，即使蓄電池反向充電。對于與汽車行駛狀況有關的速度、功率、電壓信息還需傳輸?shù)捷o助模塊加以顯示。純電動汽車的結構與原理電力驅(qū)動主模塊2、驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器功能是按中央控制單元的指令和電動機的速度、電流反饋。信號，對電動機的速度、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進行控制。驅(qū)動控制器與電動機必須配套使用，目前對電動機的調(diào)速主要采用調(diào)壓、調(diào)頻等方式，這主要取決于所選用的驅(qū)動電動機類型。純電動汽車的結構與原理電力驅(qū)動主模塊3、電機。電機在電動汽車中被要求承擔著電動和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時發(fā)揮其主要的電動機功能，將電能轉(zhuǎn)化為機械旋轉(zhuǎn)能；而在降速和下坡滑行時又被要求進行發(fā)電，將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。電機與驅(qū)動控制器所組成的驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中最為關鍵的部件，電動汽車的運行性能主要取決于驅(qū)動系統(tǒng)的類型和性能，它直接影響著車輛的各項性能指標。純電動汽車的結構與原理電力驅(qū)動主模塊4、機械傳動裝置。電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動軸，從而帶動汽車車輪行駛。由于電動機本身就具有較好的調(diào)速特性，其變速機構可被大大簡化，較多的是為放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩僅采用一種固定的減速裝置。又因為電動機可帶負載直接起動，即省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的離合器。并由于電動機可以容易地實現(xiàn)正反向旋轉(zhuǎn)，所以也無需通過變速器中的倒檔齒輪組來實現(xiàn)倒車。純電動汽車的結構與原理輔助模塊

輔助模塊包括輔助動力源、動力轉(zhuǎn)向單元、駕駛室顯示操縱臺和各種輔助裝置等。各個裝置的功能與傳統(tǒng)汽車上的基本類同，其結構原理按電動汽車的特點有所區(qū)別。1、輔助動力源。輔助動力源是供給電動汽車其他各種輔助裝置所需的動力電源，一般為12V或24V的直流低壓電源，它主要給動力轉(zhuǎn)向、制動力調(diào)節(jié)控制、照明、空調(diào)、電動窗門等各種輔助裝置提供所需的能源。純電動汽車的結構與原理輔助模塊

2、動力轉(zhuǎn)向單元。轉(zhuǎn)向裝置是為實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設置的，它由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向機構和轉(zhuǎn)向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機構使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。為提高駕駛員的操控性，現(xiàn)代汽車都采用了動力轉(zhuǎn)向，較理想的是采用電子控制動力轉(zhuǎn)向系EPS。電子控制動力轉(zhuǎn)向系主要有電控液力轉(zhuǎn)向系和電控電動轉(zhuǎn)向系兩類，對于純電動汽車較適于選用電控電動轉(zhuǎn)向系。純電動汽車的結構與原理輔助模塊

3、駕駛室顯示操縱臺。它類同于傳統(tǒng)汽車駕駛室的儀表盤，不過其功能根據(jù)電動汽車驅(qū)動的控制特點有所增減，其信息指示更多地選用數(shù)字或液晶屏幕顯示。它與前述電力驅(qū)動主模塊中的中央控制單元結合，用計算機進行控制。純電動汽車的結構與原理輔助模塊

4、輔助裝置。電動汽車的輔助裝置主要有照明、各種聲光信號裝置、車載音響設備、空調(diào)、刮水器、風窗除霜清洗器、電動門窗、電控玻璃升降器、電控后視鏡調(diào)節(jié)器、電動座椅調(diào)節(jié)器、車身安全防護裝置控制器等。它們主要是為提高汽車的操控性、舒適性、安全性而設置的，有些是必要的，有些是可選用的。純電動汽車的結構與原理汽車底盤

汽車底盤是整個汽車的基體，不僅起著支承蓄電池、電動機、驅(qū)動控制器、汽車車身、空調(diào)及各種輔助裝置的作用，同時也將電動機的動力進行傳遞和分配，并按駕駛員的意志（加速、減速、轉(zhuǎn)向、制動等）行駛。按傳統(tǒng)汽車的歸類或敘述習慣，汽車底盤應包括傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四大系統(tǒng)。純電動汽車的結構與原理

根據(jù)從制動踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器的通斷。純電動汽車的結構原理

當電動汽車制動時，再生制動的動能被電源吸收，此時功率流的方向要反向。純電動汽車的結構原理純電動汽車的驅(qū)動模式和反饋制動模式

反饋制動是在車輛減速時，由于有控制單元控制，動力電池組不向驅(qū)動電動機提供電能，在車輛傳動系統(tǒng)的反拖下，電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機并發(fā)電，將電能通過電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流電，向動力電池組充電，此時，純電動汽車實現(xiàn)反饋制動。液壓制動系統(tǒng)包括ABS，是用液壓泵操縱的常規(guī)制動系統(tǒng)。在液壓制動系統(tǒng)中，裝有由電動機驅(qū)動的真空泵，作為液壓制動的助力源。當車輛在緊急制動時，用液壓制動系統(tǒng)制動，保證制動的快速和安全。即使在緊急制動時，也還存在反饋制動的發(fā)電功能。

在液壓制動系統(tǒng)中，裝有由電動機驅(qū)動的真空泵，作為液壓制動的助力源。當車輛在緊急制動時，用液壓制動系統(tǒng)制動，保證制動的快速和安全。即使在緊急制動時，也還存在反饋制動的發(fā)電功能。圖6．10反饋制動與ABS的控制裝置輔助動力供給系統(tǒng)供給動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其它輔助裝置提供動力。除了從制動踏板和加速踏板給電動汽車輸入信號外，轉(zhuǎn)向盤輸入也是一個很重要的輸入信號，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的角位置來決定汽車靈活地轉(zhuǎn)向。純電動汽車的結構原理四、純電動汽車的實例比亞迪E6比亞迪E6采用電力驅(qū)動，其動力電池和起動電池均采用比亞迪自主研發(fā)生產(chǎn)的ET-POWER鐵電池（以磷酸鋰鈷鐵電池為動力源），同時裝配了終身免維護的永磁電動機，它是一款純電動四驅(qū)轎車。目前，比亞迪E6已通過國家強制碰撞試，比亞迪做了大量測試，包括8～10萬公里道路耐久試驗，以及在軟件控制等方面都有了很大的改進。比亞迪E6及ET-POWER鐵電池北汽ＥＶ２００純電動汽車北汽ＥＶ２００電動汽車的長、寬、高分別為４０２５ｍｍ、１７２０ｍｍ、１５０３ｍｍ，軸距達到２５００ｍｍ，整車質(zhì)量為１２９０ｋｇ。電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動機外，車體本身也包含很多高新技術，有些節(jié)能措施比提高電池儲能能力還易于實現(xiàn)。汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。

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第七章

燃料電池電動汽車主要內(nèi)容1.燃料電池電動汽車概述2.燃料電池系統(tǒng)3.燃料電池電動汽車的發(fā)動機系統(tǒng)4.供氫、能量管理什么是燃料電池汽車？燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產(chǎn)生電流，依靠電機驅(qū)動的汽車。其核心部件是燃料電池，燃料電池是一種能夠持續(xù)的通過發(fā)生在陽極和陰極的氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池與常規(guī)電池的區(qū)別在于，它工作時需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，只要持續(xù)供應，燃料電池就會不斷提供電能。燃料電池電動汽車實質(zhì)上是電動汽車的一種，在車身、動力傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面，燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同，主要區(qū)別在于動力電池的工作原理不同。一、概述燃料電池汽車特點與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車具有以下優(yōu)點：1）燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率極高。2）零排放或近似零排放。3）車輛性能接近內(nèi)燃機汽車。4）結構簡單、運行平穩(wěn)

燃料電池與內(nèi)燃機效率對比燃料電池汽車有哪些優(yōu)缺點？雖然氫燃料電池汽車在環(huán)保方面有很大的優(yōu)勢，但是它還處于發(fā)展的初級階段。如限制其發(fā)展的主要因素有：1）生產(chǎn)成本高目前，不論是液態(tài)氫、氣態(tài)氫、儲氫金屬儲存的氫，還有碳水化合物經(jīng)過重整后轉(zhuǎn)換的氫是燃料電池的唯一燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲存、保管、運輸和灌裝或重整，都比較復雜，對安全性要求很高。燃料電池的燃料的生產(chǎn)、運輸、儲存等成本較高。2）使用配套不足由于氫燃料的生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)榷即嬖谝欢ǖ陌踩[患，因此加氫站等基礎網(wǎng)絡設施建設相對落后，這制約著燃料電池汽車的推廣。3）需要配備輔助電池系統(tǒng)

燃料電池可以持續(xù)發(fā)電，但不能充電和回收再生制動的反饋能量。通常在燃料電池汽車上須增加輔助電池，來儲存燃料電池富裕的電能和在燃料電池汽車減速時接受再生制動時的能量。燃料電池電動汽車基本機構

純?nèi)剂想姵仉妱悠囍挥腥剂想姵匾粋€動力源，汽車的所有功率負荷都由燃料電池承擔。其主要缺點有：燃料電池的功率大，成本昂貴。

圖7.1是采用“燃料電池+蓄電池”(FC+B)混合驅(qū)動形式的燃料電池電動汽車的動力系統(tǒng)結構。圖7.1

基于這些不利因素，目前的燃料電池電動汽車主要采用的是混合驅(qū)動形式，即在燃料電池的基礎上，增加了一組電池或超級電容作為另一動力源。燃料電池汽車有哪些結構類型？燃料電池汽車的結構多種多樣，通常按動力源的組成進行分類。燃料電池汽車的動力源通常包括燃料電池系統(tǒng)（FuelCell）、蓄電池（Battery）、超級電容（Capacitor）。

①純?nèi)剂想姵仳?qū)動（PureFuelCell，PFC）的燃料電池電動汽車；PFC汽車結構原理圖純?nèi)剂想姵仉妱悠囍挥腥剂想姵匾粋€動力源，汽車的所有功率負荷都由燃料電池承擔。但由于燃料電池無法實現(xiàn)充電，因此無法實現(xiàn)電動汽車的制動能量回收。②燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+B）的FCEV；在該動力系統(tǒng)結構中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動電機提供能量，驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能傳給傳動系，從而驅(qū)動汽車前進；在汽車制動時，驅(qū)動電機變成發(fā)電機，蓄電池將儲存回饋的能量。FC+B電動汽車結構原理圖③燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+C）的FCEV；這種結構形式與燃料電池+蓄電池結構相似，只是把蓄電池換成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動能量方面比蓄電池有優(yōu)勢，循環(huán)壽命長，但是超級電容的能量密度較小。④燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+C）的FCEV燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅(qū)動電機提供能量，驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能傳給傳動系，驅(qū)動汽車前進；在汽車制動時，驅(qū)動電機變成發(fā)電機，蓄電池和超級電容將儲存回饋的能量。FC+B+C電動汽車

它通常包括燃料電池系統(tǒng)、電機、蓄電池（超級電容）等功能部件組成。燃料電池電動汽車實質(zhì)上是電動汽車的一種，在車身、動力傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面，燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同，主要區(qū)別在于動力電池的工作原理不同。典型燃料電池汽車結構二、燃料電池系統(tǒng)圖7．3典型的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)示意圖三、燃料電池的發(fā)動機系統(tǒng)以氫氣為燃料的燃料電池電動汽車的發(fā)動機系統(tǒng)1）氫燃料電池發(fā)動機1）氫氣供應、管理和回收2）氧氣供應和管理系統(tǒng)3）水循環(huán)系統(tǒng)

4）電力管理系統(tǒng)

氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)

燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)DC/DC變換器

DC/DC變換器的基本功能：（1）當輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時，能輸出負載要求的變化范圍的直流電壓。（2）輸出負載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直流負載電流，并且能夠允許在足夠?qū)挼呢撦d變化范圍的情況下設備能正常運行。（3）變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便提高能源的利用率；（4）為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應具有升壓功能；（5）由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運行進行穩(wěn)壓，為了給驅(qū)動器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動態(tài)調(diào)節(jié)能力；驅(qū)動電機

DC/DC變換器的基本功能：（1）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)采用換向器和電刷，保證了勵磁磁動勢與電樞磁動勢的嚴格正交，易于控制。但直流電機結構復雜，其高速性能和可靠性受換向器和電刷的影響較大。（2）交流電機堅固耐用、結構簡單、技術成熟、免維護、成本低，尤其適合惡劣的工作環(huán)境。其缺點在于損耗大、效率低、功率因數(shù)低，進而導致控制器容量增加，成本上升。燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)

1氫燃料的制備方法、儲存和輸配2燃料電池電動汽車車上供氫系統(tǒng)1）高壓儲氫；液態(tài)儲氫；金屬儲氫；活性炭吸附儲氫；碳納米材料儲氫2）氫氣泄漏檢測與控制措施四、供氫系統(tǒng)、能量管理圖7．10燃料電池氫氣分系統(tǒng)外漏測試原理圖

3能量管理傳統(tǒng)內(nèi)燃機混合動力汽車合成了內(nèi)燃機與電動機的驅(qū)動力，在兩個動力源之間進行動力分配。在燃料電池混合動力電動汽車(FCHEV)中則是電與電的合成，即要進行的是功率分配。燃料電池混合動力電動汽車的電動機、電池以及燃料電池之間存在復雜的功率輸入、輸出關系。目前按它們之間分配的控制策略來分，可分為兩種控制模式：功率跟隨模式開關模式。四、供氫系統(tǒng)、能量管理圖7-142017款本田FCXClarity燃料電池車五、

典型的氫燃料電池汽車Honda

FCX

Clarity動力系統(tǒng)結構主要由動力控制單元（Power

Control

Unit），燃料儲氣罐（Hydrogen

Storage

Tank），驅(qū)動電機（Electric

Motor），燃料電池堆（Fuel

Cell

Stack

），高功率的鋰離子電池（High-Output

Battery）等五部分組成。Honda

FCX

Clarity主要動力部件的整車布置圖本章課程結束同學們再見！

第八章

混合動力電動汽車主要內(nèi)容1.混合動力電動汽車概述2.混合動力電動汽車分類3.混合動力電動汽車的能量管理技術4.混合動力電動汽車實例什么是混合動力汽車？由于實用的混合動力汽車是由內(nèi)燃機和電動機兩種動力混合作為輸出，因此稱為油電混合汽車，本書的“混合動力汽車”特指油電混合動力汽車。從能量源來看，“油”可以代表汽油、柴油，甚至是天然氣，“電”是以蓄電池、電容、儲能飛輪三種形式儲能，但三者儲存的能量都是由內(nèi)燃機帶動的發(fā)電機發(fā)出的，即此時“電也是油”。參考國際能源組織(IEA)的有關文獻，其對混合動力車輛作出定義，認為能量與功率傳送路線具有如下特點的車輛稱為混合動力車輛：一、概述什么是混合動力汽車？(1)傳送到車輪推進車輛運動的能量，至少來自兩種不同的能量轉(zhuǎn)換裝置(例如內(nèi)燃機、燃氣渦輪、斯特林發(fā)動機、電動機、液壓馬達、燃料電池)。(2)這些轉(zhuǎn)換裝置至少要從兩種不同的能量儲存裝置(例如燃油箱、蓄電池、飛輪、超級電容、高壓儲氫罐等)吸取能量。(3)從儲能裝置流向車輪的這些通道，至少有一條是可逆的(既可放出能量，也可吸收能量)，并至少還有一條是不可逆的。(4)可逆的儲能裝置供應的是電能。一、概述混合動力汽車設備1．發(fā)動機

采用汽油機、柴油機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃氣輪機和斯特林發(fā)動機等發(fā)動機2．起動機——發(fā)電機一體機起動機——發(fā)電機一體化(ISG)的作用為：(1)起動時作為發(fā)動機的起動機，帶動發(fā)動機起動；(2)運轉(zhuǎn)時被發(fā)動機帶動，作為發(fā)電機，可以為蓄電池組充電，為驅(qū)動電動機提供電力；(3)在某些混合動力電動汽車上，ISG還參與車輛的驅(qū)動，為車輛加速或爬坡提供輔助動力；(4)在車輛制動時作為發(fā)電機，回收制動反饋的能量。發(fā)動機的動力與ISG的動力“混合”是混合動力電動汽車動力“混合”的一種形式。3．驅(qū)動電動機驅(qū)動電動機是混合動力電動汽車的輔助動力源。4．輔助電源用不同的蓄電池和超級電容等作為輔助電源5．混合動力電動汽車的動力混合形式一、概述可以將混合動力電動汽車分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三類，三種驅(qū)動方式結構圖如下圖所示。１.根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)能量流和功率流的配置結構關系分類二、分類(1)串聯(lián)式混合動力電動汽車指車輛的驅(qū)動力只來源于電動機。特點是發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，其電能通過傳輸線路及控制器直接輸送到電動機，由電動機產(chǎn)生驅(qū)動力矩驅(qū)動汽車。(2)并聯(lián)式混合動力電動汽車車輛的驅(qū)動力由電動機和發(fā)動機同時或單獨供給的混合動力汽車。特點是可以單獨使用發(fā)動機或電動機作為動力源，也可以同時使用電動機和發(fā)動機作為動力源驅(qū)動汽車行駛。(3)混聯(lián)式混合動力電動汽車發(fā)動機輸出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機輸出的電能輸送給電動機或電池，電動機產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩通過動力合成裝置傳送給驅(qū)動橋。三、能量管理控制整車能量管理控制系統(tǒng)儲能單元能量管理單元混合動力系統(tǒng)中央控制單元整車能量控制系統(tǒng)如同混合動力電動汽車的大腦，指揮各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，以達到效率、排放和動力性的最佳，同時兼顧行駛車輛的平順性。

能量管理策略的目標，就是使燃油能量轉(zhuǎn)換效率盡可能高，整車能量控制必須通過有效地控制混合動力系統(tǒng)的工作才能實現(xiàn)，此外，能量控制還需考慮其他車載電氣附件和機械附件的能量消耗.

能量管理是混合動力電動汽車的核心，其功能在于，當滿足汽車基本技術性能（動力性、平順性等）、成本等要求的前提下，根據(jù)各部件特性及汽車的行駛工況，實現(xiàn)能量在能源轉(zhuǎn)換（發(fā)動機、電動機、儲能裝置、功率變換裝置、動力傳遞裝置、發(fā)電機等）之間的最佳線路流動，使整車的能源利用率達到最優(yōu)，提高整車的燃油經(jīng)濟性。混合動力電動汽車的能量轉(zhuǎn)換裝置包括發(fā)電裝置（發(fā)動機/發(fā)電機）、動力電池、功率變換裝置、動力傳遞裝置、充放電裝置等。能量傳統(tǒng)路線通常有四類：由發(fā)電裝置到車輪；由動力電池到車輪；由發(fā)電裝置到能量儲存裝置，再到車輪；由車輪到能量儲存裝置（能量回收）。四、混合動力電動車實例最具代表的車型是豐田公司生產(chǎn)的普銳斯。豐田Prius的結構原理Prius整車動力部件布置圖

第二代豐田普銳斯搭載的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，如圖8—6所示，集合了各式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢、發(fā)動機和發(fā)電機可根據(jù)行駛狀況共同驅(qū)動或分開單獨使用；停駛時自動停止發(fā)動機，減少能量浪費；更有效地控制發(fā)動機和電動機，加速反應快捷而順暢。圖8—6普銳斯混聯(lián)混和動力系統(tǒng)普銳斯工作原理圖8．8Prius汽車的動作原理本章課程結束同學們再見！

第九章

其他新能源汽車主要內(nèi)容9．1氣體代用燃料汽車9．2液體代用燃料汽車9．3太陽能汽車9．4空氣動力汽車

汽車傳統(tǒng)燃料通常指的是汽油和柴油，其實天然氣、煤氣等氣體燃料很早就已經(jīng)在汽車中作為燃料使用了，目前使用的氣體燃料主要包括天然氣、石油氣和氫氣等。氣體燃料汽車又叫燃氣汽車是指裝備有天然氣、煤氣或石油氣、氫氣等為燃料的發(fā)動機的汽車。9．1氣體代用燃料汽車9．1．1天然氣汽車天然氣汽車是以天然氣作為燃料的汽車。按照天然氣的化學成分和形態(tài)，可分為壓縮天然氣（CNG）汽車、液化天然氣（LNG）汽車和液化石油氣（LPG）汽車三種。目前推廣應用的比較廣泛的是CNG汽車與LPG汽車，比如應用在出租車和公交車上。按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車可分為：專用燃料天然氣汽車、兩用燃料天然氣汽車。9．1．2汽車用天然氣壓縮天然氣（CompressedNaturalGas，CNG）是指壓縮到

的天然氣，儲存在車載高壓氣瓶中。壓縮天然氣（CNG）是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷。液化天然氣（LiquidNaturalGas，LNG）是指常壓下、溫度為

的液體天然氣，儲存于車載絕熱氣瓶中。液化天然氣（LNG）燃點高、安全性能強，適于長途運輸和儲存。液化石油氣（LiquidPetrolGas，LPG）是一種在常溫常壓下為氣態(tài)的烴類混合物，比空氣重，有較高的辛烷值，具有混合均勻、燃燒充分、不積碳、不稀釋潤滑油等優(yōu)點，能夠延長發(fā)動機使用壽命，而且一次載氣量大、行駛里程長。9．1．3天然氣汽車的類型(一)按儲存天然氣的壓力和形態(tài)壓縮天然氣汽車(CNGV)常壓天然氣汽車(NNGV)液化天然氣汽車(LNGV)吸附天然氣汽車(ANGV)(二)按燃料的組成與應用單燃料（CNG）汽車CNG-汽油兩用燃料汽車CNG-柴油雙燃料汽車(三)按燃料供給的控制方式

機械控制式天然氣汽車機電聯(lián)合控制式天然氣汽車電控式天然氣汽車（開環(huán)和閉環(huán)）9．1．4天然氣汽車發(fā)動機的結構原理1CNG汽車結構控制系統(tǒng)中油氣燃料轉(zhuǎn)換開關控制高壓電磁閥與汽油電磁閥的流通量，由此調(diào)節(jié)汽油與天然氣的供給比例，從而實現(xiàn)CNG車輛以最佳工況運行。當使用天然氣作為燃料時，儲氣瓶內(nèi)

的CNG經(jīng)管道進入過濾器去除雜質(zhì)后，進入減壓器逐步減壓到常壓后，進入混合器，與來自空氣濾清器的空氣混合后，再經(jīng)由化油器通道進入氣缸燃料。當使用汽油時，汽油電磁閥打開，汽油通過該閥進入化油器，進而被吸入到汽缸內(nèi)進行燃燒。CNG汽車動力系統(tǒng)工作原理圖天然氣汽車實例1CNG汽車實例東風雪鐵龍愛麗舍CNG雙燃料車（C-Elysee），是國內(nèi)第一家燃氣供給系統(tǒng)采用原廠流水線一體化設計制造非線外改裝的CNG雙燃料車。愛麗舍CNG雙燃料車動力系統(tǒng)布置1CNG汽車實例愛麗舍CNG雙燃料車動力系統(tǒng)結構實例圖愛麗舍CNG雙燃料車采用了組合儀表盤，嵌入油氣轉(zhuǎn)換開關，能夠方便實現(xiàn)油氣切換。組合儀表依照國家標準，為駕駛員提供汽車車速、汽油、CNG等信息。2LPG汽車實例PoloBiFuel雙燃料車福特公司LPG清潔型能源Falcon車型9．1．5氫能發(fā)動機汽車1.氫能發(fā)動機汽車基本結構原理

目前車用氫能主要有兩種方案：一種是燃料電池，它是通過氫的離子化轉(zhuǎn)化成電能；一種是氫內(nèi)燃機，它通過氫的燃燒使化學能轉(zhuǎn)化為機械能。

氫燃料內(nèi)燃機工作原理和點燃式內(nèi)燃機相同．只需在結構上對傳統(tǒng)內(nèi)燃機做局部(如供氫系統(tǒng)、噴氫系統(tǒng)等)修改即可。圖9—21典型的液氫汽車供氫系統(tǒng)典型車型(1)7系氫發(fā)動機轎車(2)H2R氫燃料研究車圖9—24H2R氫燃料研究車醇類燃料汽車

一、醇類燃料汽車概述醇燃料------指甲醇(CH3OH)及乙醇（C2H5OH)甲醇

又名（木精)

生產(chǎn)原料：煤、木材、天然石油氣、城市垃圾、海藻。各國主要用煤生產(chǎn)乙醇（酒精）乙醇的原料：主要是含糖、含淀粉的農(nóng)作物，如甜菜、甘蔗、玉米、草桿等。醇類燃料可以和汽油或柴油按一定的比例配制而成混合燃料，也可以直接采用醇類燃料作為發(fā)動機的燃料甲醇和乙醇都屬有機化合物，是無色透明、易揮發(fā)的可燃液體。與汽油相比，熱值低、汽化潛熱大、抗暴性好、含氧量高等，另外，醇類燃料吸水性強、化學活性高