第8章新能源汽车及智能汽车

1、8.1 8.1 新能源汽车新能源汽车8.2 8.2 智能汽车智能汽车复习思考题思考与练习复习思考题思考与练习学习目标学习目标 了解新能源汽车的类型了解新能源汽车的类型 了解电动汽车的种类了解电动汽车的种类 了解混合动力汽车的特点了解混合动力汽车的特点 了解串联式与并联式混合动力汽车的特点了解串联式与并联式混合动力汽车的特点 了解智能汽车了解智能汽车8.1.1 电动汽车电动汽车8.1.2 太阳能汽车太阳能汽车8.1.3 醇燃料汽车醇燃料汽车8.1.4 燃气汽车燃气汽车 新能源汽车主要有电动汽车、燃气汽车、新能源汽车主要有电动汽车、燃气汽车、太阳能汽车、醇燃料汽车等。太阳能汽车、醇燃料汽车等。 8

2、.1.1 电动汽车电动汽车 现代电动汽车是全部或部分由电能驱动电现代电动汽车是全部或部分由电能驱动电动机作为动力系统的汽车，它包括纯电动汽动机作为动力系统的汽车，它包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车车、混合动力汽车和燃料电池汽车3 3种类型。种类型。 （1 1）电动汽车的组成。）电动汽车的组成。 电动汽车由电力驱动及控制系统、驱动力电动汽车由电力驱动及控制系统、驱动力传动系统等组成。传动系统等组成。 电力驱动及控制系统是汽车的核心，也是电力驱动及控制系统是汽车的核心，也是区别于内燃机汽车最大的不同点。区别于内燃机汽车最大的不同点。 电力驱动及控制系统由电源、驱动电动机电力驱动及控制系统

3、由电源、驱动电动机和电动机的调速控制装置等组成。和电动机的调速控制装置等组成。 电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。相同。1纯电动汽车纯电动汽车（2 2）电动汽车的特点。）电动汽车的特点。 无污染，噪声低。无污染，噪声低。 能源效率高，多样化。能源效率高，多样化。 结构简单，使用维护方便。结构简单，使用维护方便。 动力电源使用成本高，续驶里程短。动力电源使用成本高，续驶里程短。（1 1）混合动力汽车的组成。）混合动力汽车的组成。 混合动力汽车由小排量燃油发动机、发电混合动力汽车由小排量燃油发动机、发电机、电池组、驱动电动机、控制器和电器设机、电池组、驱动电

4、动机、控制器和电器设备等组成。备等组成。 图图8-18-1所示为混合动力汽车的基本组成。所示为混合动力汽车的基本组成。2混合动力汽车混合动力汽车（2 2）混合动力汽车的工作特点。）混合动力汽车的工作特点。 在日常行驶过程中，电脑根据实际情况在日常行驶过程中，电脑根据实际情况选择最佳油选择最佳油电工作模式工作。电工作模式工作。 在市区慢速行驶时，靠电动机提供动力，在市区慢速行驶时，靠电动机提供动力，停车等待时甚至连电动机也停止工作，不消停车等待时甚至连电动机也停止工作，不消耗动力，而电动机起动快、扭矩大的优点正耗动力，而电动机起动快、扭矩大的优点正适合城市走走停停的使用。适合城市走走停停的使用。

5、 只有在蓄电池快耗尽时发电机才会工作，只有在蓄电池快耗尽时发电机才会工作，但此时发动机只为蓄电池充电，燃油消耗特但此时发动机只为蓄电池充电，燃油消耗特别少。别少。 在高速公路巡航行驶时，系统会关闭电在高速公路巡航行驶时，系统会关闭电动机只选择发动机工作。动机只选择发动机工作。 此时发动机处于连续工作状态，燃油经此时发动机处于连续工作状态，燃油经济性最佳，加上混合动力选用的发动机是小济性最佳，加上混合动力选用的发动机是小排量，所以比一般汽油更省油。排量，所以比一般汽油更省油。 加速时电动机与发动机联合工作，加速加速时电动机与发动机联合工作，加速性能相当出色。性能相当出色。 当踩下制动踏板进行减速

6、时，系统会把当踩下制动踏板进行减速时，系统会把多余的动能转化为电能储存到蓄电池中。多余的动能转化为电能储存到蓄电池中。（3 3）混合动力汽车的优点。）混合动力汽车的优点。 发动机持续工作时间长，动力性好，而发动机持续工作时间长，动力性好，而电动机无污染、低噪声，二者可取长补短，电动机无污染、低噪声，二者可取长补短，汽车的热效率可提高汽车的热效率可提高10%10%以上，废气排放可改以上，废气排放可改善善30%30%以上。以上。 （4 4）混合动力汽车的类型。）混合动力汽车的类型。 混合动力汽车按照能量合成的形式主要混合动力汽车按照能量合成的形式主要分为串联式、并联式和混联式分为串联式、并联式和混

7、联式3 3种。种。 串联式混合动力汽车具有如下性能特点。串联式混合动力汽车具有如下性能特点。 发动机工作状态不受汽车行驶工况发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响，始终在其最佳的工作区域内稳定运的影响，始终在其最佳的工作区域内稳定运行，因此，发动机具有良好的经济性和较低行，因此，发动机具有良好的经济性和较低的排放指标。的排放指标。 由于有电池进行驱动功率由于有电池进行驱动功率“调峰调峰”，发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳定运行工况所需的功率，因此可选择功率较定运行工况所需的功率，因此可选择功率较小的发动机。小的发动机。 发动机与驱动桥之间无机械连接，发

8、动机与驱动桥之间无机械连接，因此，对发动机的转速无任何要求，发动机因此，对发动机的转速无任何要求，发动机的选择范围较大。的选择范围较大。 发动机与电动机之间无机械连接，发动机与电动机之间无机械连接，整车的结构布置自由度较大。整车的结构布置自由度较大。 发动机的输出需全部转化为电能，发动机的输出需全部转化为电能，再变成驱动汽车的机械能，需要功率足够大再变成驱动汽车的机械能，需要功率足够大的发电机和电动机。的发电机和电动机。 既要起到良好的发电机输出功率平既要起到良好的发电机输出功率平衡作用，又要避免电池出现过充电或过放电，衡作用，又要避免电池出现过充电或过放电，就需要较大的电池容量。就需要较大的

9、电池容量。 发电机将机械能量转变为电能、电发电机将机械能量转变为电能、电动机将电能转化为机械能、电池的充电和放动机将电能转化为机械能、电池的充电和放电都有能量损失，因此发动机输出的能量利电都有能量损失，因此发动机输出的能量利用率比较低。用率比较低。 发电机，电动机既可以作为电动机又可发电机，电动机既可以作为电动机又可以作为发动机使用，又称为电动机以作为发动机使用，又称为电动机发电机组。发电机组。 它是发动机和电动机以机械能迭加的方它是发动机和电动机以机械能迭加的方式驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，式驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供扭矩，可以分别独立地

10、向汽车传动系统提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动，如图驱动，如图8-38-3所示。所示。 由于没有单独的发动机，发动机可以直由于没有单独的发动机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接近传统的汽车驱动系统，得到比较广泛的应近传统的汽车驱动系统，得到比较广泛的应用。用。 并联式混合动力汽车具有如下性能特点。并联式混合动力汽车具有如下性能特点。 并联式混合动力汽车的燃油经济性并联式混合动力汽车的燃油经济性比串联式的要好。比串联式的要好。 发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，发动机通过机械传动机

11、构直接驱动汽车，无机电能量转换损失，因此发动机输出能量无机电能量转换损失，因此发动机输出能量的利用率相对较高，当汽车的行驶工况使电的利用率相对较高，当汽车的行驶工况使电动机在其最佳的工作范围内运行时，并联式动机在其最佳的工作范围内运行时，并联式的燃油经济性比串联式要好。的燃油经济性比串联式要好。 有电动机进行有电动机进行“调峰调峰”作用，发动作用，发动机的功率也可适当减小。机的功率也可适当减小。 当电动机只是作为辅助驱动系统时，当电动机只是作为辅助驱动系统时，功率可以比较小。功率可以比较小。 比较小的电池容量即可满足使用要比较小的电池容量即可满足使用要求，因为有发电机补充能量。求，因为有发电机

12、补充能量。 发动机的排污比串联式的高。发动机的排污比串联式的高。 因为并联式驱动系统的发动机运行工况因为并联式驱动系统的发动机运行工况要受汽车行驶工况的影响，因此在汽车行驶要受汽车行驶工况的影响，因此在汽车行驶工况变化较多、较大时，发动机就会比较多工况变化较多、较大时，发动机就会比较多地在其不良工况下运行。地在其不良工况下运行。 并联式驱动系统的传动结构较为复并联式驱动系统的传动结构较为复杂。杂。 由于发动机与驱动桥之间直接机械连接，由于发动机与驱动桥之间直接机械连接，需要通过变速装置来适应汽车行驶工况的变需要通过变速装置来适应汽车行驶工况的变化，此外发动机与电动机并联驱动，还需要化，此外发动

13、机与电动机并联驱动，还需要动力复合装置，因此并联式驱动系统的传动动力复合装置，因此并联式驱动系统的传动机构较为复杂。机构较为复杂。 混联式混合动力汽车。混联式混合动力汽车。 混联式混合动力汽车驱动系统由发动机、混联式混合动力汽车驱动系统由发动机、发电机、电动机、电池组、控制器等组成，发电机、电动机、电池组、控制器等组成，是串联式与并联式的综合，如图是串联式与并联式的综合，如图8-48-4所示。所示。 图图8-58-5所示为丰田公司所示为丰田公司PriusPrius混合动力轿混合动力轿车驱动系统的结构示意图，车驱动系统的结构示意图， 3燃料电池汽车燃料电池汽车 采用燃料电池作为电源的汽车称为燃料

14、采用燃料电池作为电源的汽车称为燃料电池汽车（电池汽车（Fuel Cell VehicleFuel Cell Vehicle，FCVFCV）。）。 燃料电池的发明始于燃料电池的发明始于18931893年，由英国人年，由英国人戈尔夫（戈尔夫（W.R.GroveW.R.Grove）发明，由于当时无法做）发明，由于当时无法做到提高单位体积或单位质量的发电量（比容到提高单位体积或单位质量的发电量（比容量）而没能得到实际应用。量）而没能得到实际应用。 现在的燃料电池是现在的燃料电池是100100多年后由英国人布多年后由英国人布朗士朗士贝肯（贝肯（Francis BaconFrancis Bacon）总结和

15、整理后）总结和整理后发明的，并于发明的，并于19521952年取得专利权。所以燃料年取得专利权。所以燃料电池又称贝肯电池。电池又称贝肯电池。 图图8-78-7所示为本田汽车公司开发的燃料所示为本田汽车公司开发的燃料电池汽车电池汽车FCXFCX。 燃料电池的原理：氢通过氢极（负极）燃料电池的原理：氢通过氢极（负极）接触电解液，从而分解为氢离子和电子。接触电解液，从而分解为氢离子和电子。 电子向氧极（正极）方向流动，产生出电子向氧极（正极）方向流动，产生出一个单独的电流。一个单独的电流。 氢离子通过电解液、氧极而与氧和电子氢离子通过电解液、氧极而与氧和电子结合生成水。结合生成水。 此流程不断持续，

16、同时产生电、水和热此流程不断持续，同时产生电、水和热量。量。 燃料电池汽车系统由燃料箱、燃料电池、燃料电池汽车系统由燃料箱、燃料电池、电池组、控制系统、驱动系统组成，如图电池组、控制系统、驱动系统组成，如图8-88-8所示。所示。 热效率高。热效率高。 零污染或超低污染。零污染或超低污染。 在宽广的范围内保持效率高、过载能在宽广的范围内保持效率高、过载能力强。力强。 配置灵活、机动性大。配置灵活、机动性大。 充分利用现有服务设施。充分利用现有服务设施。 辅助设备复杂。辅助设备复杂。 辅助设备重、占用体积大。辅助设备重、占用体积大。 起动时间长，系统耐震动能力需进一起动时间长，系统耐震动能力需进

17、一步提高。步提高。8.1.2 太阳能汽车太阳能汽车 太阳能汽车由于其零污染、能源用之不太阳能汽车由于其零污染、能源用之不竭，因此被人们称为竭，因此被人们称为“未来汽车未来汽车”。 和传统的汽车不同，太阳能汽车已经没和传统的汽车不同，太阳能汽车已经没有发动机、地盘、驱动、变速箱等构件，而有发动机、地盘、驱动、变速箱等构件，而是由电池板、储电池和电动机组成，车的行是由电池板、储电池和电动机组成，车的行驶只要控制流入电动机的电流就可以解决，驶只要控制流入电动机的电流就可以解决，全车主要有全车主要有3 3个技术环节，一是将太阳光转化个技术环节，一是将太阳光转化为电能；二是将电能储存起来，三是将电能为电

18、能；二是将电能储存起来，三是将电能最大限度地发挥到动力上。最大限度地发挥到动力上。 扁平状（见图扁平状（见图8-98-9）的原因：有人说太阳）的原因：有人说太阳能汽车形似能汽车形似“UFO”UFO”，这是由于太阳能汽车首，这是由于太阳能汽车首先要解决的是把太阳光转为电能，这就需要先要解决的是把太阳光转为电能，这就需要电池板和太阳光有一个大的接触面，而且太电池板和太阳光有一个大的接触面，而且太阳光越是直射，其转化率越高。阳光越是直射，其转化率越高。 有的将太阳能电池板做成活动式的，可有的将太阳能电池板做成活动式的，可以变换倾斜角度，跟踪太阳，以便采集更多以变换倾斜角度，跟踪太阳，以便采集更多的阳

19、光；有的将车身做成流线型，电池板固的阳光；有的将车身做成流线型，电池板固定在车身上，使空气助力减到最小，或者采定在车身上，使空气助力减到最小，或者采集阳光的面积最大。集阳光的面积最大。 它们各有所长，都是为了使太阳能汽车它们各有所长，都是为了使太阳能汽车开得更快、行驶里程更长。开得更快、行驶里程更长。 另外一个原因是现有的技术有限，车体另外一个原因是现有的技术有限，车体要减轻质量，这样太阳能汽车才能跑得更好。要减轻质量，这样太阳能汽车才能跑得更好。 还有一个原因是世界各地每年都要举行还有一个原因是世界各地每年都要举行规模很大的太阳能汽车赛，而每一项赛事对规模很大的太阳能汽车赛，而每一项赛事对车

20、都有不同的要求，包括它的长度、宽度，车都有不同的要求，包括它的长度、宽度，每个参赛人都要按照有关标准进行车身设计，每个参赛人都要按照有关标准进行车身设计，所以多数太阳能汽车力图做得车体轻、风阻所以多数太阳能汽车力图做得车体轻、风阻小而又有个性，这就形成了各种古怪的样子。小而又有个性，这就形成了各种古怪的样子。8.1.3 醇燃料汽车醇燃料汽车种类：种类：1甲醇燃料汽车甲醇燃料汽车2乙醇燃料汽车乙醇燃料汽车8.1.4 燃气汽车燃气汽车1 1燃气汽车的类型燃气汽车的类型 按照使用天然气燃料状态的不同，天然按照使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为液化石油气汽车、压缩天然气汽车可以分为液化石油气

21、汽车、压缩天然气汽车和液化天然气汽车。气汽车和液化天然气汽车。 按照燃料使用状况的不同，天然气汽车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（发动机只使用可分为专用燃料天然气汽车（发动机只使用天然气作为燃料）、两用燃料天然气汽车天然气作为燃料）、两用燃料天然气汽车（既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃（既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料）和双燃料天然气汽车（可以同时使用液料）和双燃料天然气汽车（可以同时使用液体燃料和天然气作为燃料）。体燃料和天然气作为燃料）。 燃气汽车的一氧化碳排放量比汽油车减少燃气汽车的一氧化碳排放量比汽油车减少90%90%以上，碳氢化合物排放减少以上，

22、碳氢化合物排放减少70%70%以上，氮以上，氮氧化合物排放减少氧化合物排放减少35%35%以上，是目前较为实用以上，是目前较为实用的低排放汽车。的低排放汽车。 压缩天然气（压缩天然气（CNGCNG）汽车燃料系统通常包）汽车燃料系统通常包括天然气气瓶、减压调压器、各类阀门和管括天然气气瓶、减压调压器、各类阀门和管件、混合器（或者天然气喷射装置）、各类件、混合器（或者天然气喷射装置）、各类电控装置等。电控装置等。2燃气汽车的结构燃气汽车的结构 特点：超级智能系统包括特点：超级智能系统包括4 4个部分，每一个部分，每一部分都含有全新的驾驶理念。部分都含有全新的驾驶理念。 第一部分是合作驾驶系统，该系

23、统将使第一部分是合作驾驶系统，该系统将使用雷达和通信方式来协调汽车之间的运动，用雷达和通信方式来协调汽车之间的运动，每位驾驶员或每部自动车辆将被给出所有相每位驾驶员或每部自动车辆将被给出所有相邻车辆的动作倾向，尤其是换道和并道的信邻车辆的动作倾向，尤其是换道和并道的信息。息。 第二部分称为超小型车辆的形状控制车第二部分称为超小型车辆的形状控制车辆系统，其主要做法是将形状互补的各种小辆系统，其主要做法是将形状互补的各种小型汽车集中起来，使道路的利用率最高，每型汽车集中起来，使道路的利用率最高，每部小车仅有部小车仅有1 12 2个座位，其体积是现代轿车个座位，其体积是现代轿车的一半，质量仅为现行轿

24、车的的一半，质量仅为现行轿车的1/31/3。 这类轿车可用电子或机械方式，每这类轿车可用电子或机械方式，每2 2辆、辆、3 3辆至多辆至多1616辆锁定在一起，辆锁定在一起，1 12 2至多至多4 44 4成排成排地在高速公路上行驶。地在高速公路上行驶。 第三部分主要是驾驶员主动帮助系统，第三部分主要是驾驶员主动帮助系统，其方式包括对老年或残疾驾驶员全方位地保其方式包括对老年或残疾驾驶员全方位地保证驾驶员驾驶一段车程。证驾驶员驾驶一段车程。 第四部分是智能交叉系统。第四部分是智能交叉系统。 当驾驶员通过十字路口时，该系统能提当驾驶员通过十字路口时，该系统能提供更多的信息，其中包括十字路口的交通

25、状供更多的信息，其中包括十字路口的交通状况。况。 该系统还具有该系统还具有“导向灯光导向灯光”功能，十字功能，十字路口路面上的灯光可指示每辆车通过路口后路口路面上的灯光可指示每辆车通过路口后的行驶方向。的行驶方向。1 1简述新能源汽车的种类及特点。简述新能源汽车的种类及特点。电动汽车电动汽车太阳能汽车太阳能汽车醇类燃料汽车醇类燃料汽车燃气汽车燃气汽车智能汽车智能汽车1 1纯电动汽车纯电动汽车2 2混合动力汽车混合动力汽车3 3燃料电池汽车燃料电池汽车2电动汽车有哪几种？电动汽车有哪几种？ （2 2）混合动力汽车的工作特点。）混合动力汽车的工作特点。 在日常行驶过程中，电脑根据实际情况在日常行驶

26、过程中，电脑根据实际情况选择最佳油选择最佳油电工作模式工作。电工作模式工作。 在市区慢速行驶时，靠电动机提供动力，在市区慢速行驶时，靠电动机提供动力，停车等待时甚至连电动机也停止工作，不消停车等待时甚至连电动机也停止工作，不消耗动力，而电动机起动快、扭矩大的优点正耗动力，而电动机起动快、扭矩大的优点正适合城市走走停停的使用。适合城市走走停停的使用。 只有在蓄电池快耗尽时发电机才会工作，只有在蓄电池快耗尽时发电机才会工作，但此时发动机只为蓄电池充电，燃油消耗特但此时发动机只为蓄电池充电，燃油消耗特别少。别少。3混合动力汽车有何优点混合动力汽车有何优点? 在高速公路巡航行驶时，系统会关闭电在高速公

27、路巡航行驶时，系统会关闭电动机只选择发动机工作。动机只选择发动机工作。 此时发动机处于连续工作状态，燃油经此时发动机处于连续工作状态，燃油经济性最佳，加上混合动力选用的发动机是小济性最佳，加上混合动力选用的发动机是小排量，所以比一般汽油更省油。排量，所以比一般汽油更省油。 加速时电动机与发动机联合工作，加速加速时电动机与发动机联合工作，加速性能相当出色。性能相当出色。 当踩下制动踏板进行减速时，系统会把当踩下制动踏板进行减速时，系统会把多余的动能转化为电能储存到蓄电池中。多余的动能转化为电能储存到蓄电池中。（3 3）混合动力汽车的优点。）混合动力汽车的优点。 发动机持续工作时间长，动力性好，而发动机持续工作时间