新能源汽车全套课件

1、新能源汽车新能源汽车机械工业出版社目录目录第一章 总述 第一节新能源汽车的定义与分类 第二节 我国新能源汽车的现状和发展前景 第三节 我国新能源汽车的政策、法规和标准 第四节国内外新能源汽车一览第二章 电动汽车基础 第一节电动机 第二节蓄电池 第三节其他类型动力蓄电池 第四节 逆变器与变频器 第五节 空调与转向系统第三章 纯电动汽车 第一节纯电动汽车的结构及其行驶性能 第二节纯电动汽车的基础设施建设 第三节纯电动汽车车型实例第四章 混合动力汽车 第一节混合动力汽车的结构 第二节混合动力汽车分类和工作原理 第五章 燃料电池电动汽车 第一节燃料电池电动汽车的类型与基本结构 第二节燃料电池汽车的发展

2、历史及现状第六章 其他新能源汽车 第一节燃气汽车 第二节生物醇类汽车 第三节太阳能汽车第七章 电动汽车的维修与保养 第一节电动汽车的故障维修 第二节电动汽车的维护与保养 第三节 电动汽车故障维修经典实例第一章 综述在断加剧的“人、车、自然”的矛盾之下，人们开始把目光从传统的燃油汽车转向新能源汽车。我国作为能源消费大国，发展新能源汽车产业是低碳经济时代必然的选择。我国是一个世界汽车生产和销售大国，传统汽车制造业落后于国外发达国家，但是在新能源汽车研发领域，我们有成本和市场优势，在技术水平及产业化方面，我国与国外基本处于同一起跑线上。因此，新能源汽车的产业发展也将成为汽车行业的新导向。本章主要对新

3、能源汽车的定义、分类和发展以及相关的政策法规进行简单的介绍。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一、新能源汽车的定义新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。也指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源汽车（英文名称：New energy vehicles）是指采用非常规的车用燃料（即除汽油、柴油发动机之外）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。二、新能源汽车的分类1.混合动力汽车混合动力是

4、指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。2.插电式混合动力汽车（增程式、插电式）插电式混合动力汽车是可以在正常使用情况下从非车载装置中获取电能，以满足车辆具有一定的纯电动续驶里程的混合动力汽车，可分为增程式混合动力和混联插电式混合动力汽车。3.纯电动汽车电动汽车顾名思义就是由车载可充电蓄电池或其他能量储存装置提供电能、由电机驱动的汽车。（1）城市纯电动汽车（Urban Electric Vehicle,UEV）城市纯电动汽车的车速和续驶里程都较低，适合于城市短距离交通，主要车型是小型纯电动

5、汽车和城市公交车。（2）全纯电动汽车（All Electric Vehicle，AEV）全纯电动汽车装有足够容量的动力电池，车速和续驶里程基本可满足日常较远距离的行驶要求。4.燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。5.氢动力汽车氢气不含碳，燃烧后不增加大气中温室气体，而且可以通过利用太阳能、风能等可再生能源电解水得到，因此被认为是人类的终极能源。6.天然气和甲醇汽车（1）天然气汽车天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车。天然气的甲烷含量一般在90%以上，是一种很好的汽车发动机燃料。按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为：1

6、）压缩天然气（CNG）汽车。压缩天然气是指压缩到20.724.8 MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。2）液化天然气（LNG）汽车。液化天然气是指常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。3）液化石油气（LPG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。（2)甲醇汽车甲醇汽车就是以甲醇作为主要燃料的汽车，也能以汽油或汽油-甲醇混合燃料为燃料，是一种甲醇-汽油燃料灵活转换的具有节能环保科技含量的新型汽车，也可以由普通汽车改装而成。第二节 我国新能源汽

7、车的现状和发展前景一、新能源汽车的发展现状进入21世纪以来，我国汽车产业高速发展，已经成为世界汽车生产和销售大国。新能源汽车方面，通过自主研制，开发出混合动力、插电式混合动力、纯电动和燃料电池汽车等各类整车产品，形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及配套体系，产业集中度不断提高，产品技术水平明显提升，初步掌握了电动汽车整车设计、系统集成等关键技术，但在总体的技术水平与国外相比尚存在较大差距，特别是产品工程化能力亟待加强。我国新能源汽车也在快速发展，对于中国这个石油资源匮乏和环境压力大的国家来说，大力发展新能源汽车有着非常重大的现实意义和战略意义。图1-8中国新能源汽车产业发展路线全景图二

8、、新能源汽车的发展前景1、 混合动力汽车发展现状2、插电式混合动力汽车发展现状3、纯电动汽车发展现状4、燃料电池发展现状第三节 我国新能源汽车的政策、法规和标准从2009年2月国家科技部推出“十城千辆”计划开始，到2013年9月国务院及财政部、国家发展改革委、工业和信息化部已经发布了一系列的相关政策法规。电动车辆现有标准体系,自“九五”以来，组织制定并由标准化主管部门批准发布电动车辆相关的国家标准和行业标准49项。 第四节 国内、外新能源汽车一览一、美国新能源汽车1.凯迪拉克Escalade-混合动力汽车2.别克君越eAssist混合动力汽车二、德国新能源汽车1.奔驰S400混合动力汽车2.宝

9、马i8混合动力超跑车3.大众途锐混合动力汽车4.奥迪Q5混合动力汽车三、日本新能源汽车1. 雷克萨斯LS 600hL混合动力汽车2.丰田凯美瑞尊瑞混合动力汽车3.本田Insight混合动力汽车4.日产聆风纯电动汽车四、中国新能源汽车1.上汽荣威E50纯电动汽车2.比亚迪 E6纯电动汽车3.长城哈弗M3EV纯电动汽车4.沃尔沃C30纯电动汽车五、韩国新能源汽车2013现代索纳塔混合动力汽车第二章 电动汽车基础蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引起了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，是生产和消费从工业化向自动

10、化，智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。21世纪伊始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上；电动车（包括纯电动车，混合动力汽车，燃料电池电动车）概念的提出，将会是未来世界汽车工业发展的新方向。不过就当今世界科技水平来说，电动汽车的电动机、蓄电池等核心的研究更具有现实意义，应该作为新能源汽车发展新方向的第一步。第一节 电动机一、电动汽车电动机相关的概念1.电动机的定义电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。2.负载性质负载性质是指负载类型及其机械特性，是连续运

11、行的负载还是断续运行的负载，是恒定的力矩，还是变化的力矩，是恒转速运行还是变速运行等。3.负载容量负载容量是针对电动机功率和转矩的大小而确定，电机功率的选择应满足配套机械负载必需的容量，不要过大也不可以过小。二、电动汽车用电动机分类电动汽车驱动电动机种类：三、电动汽车常用的电动机电动汽车驱动电机主要包括直流电机和交流电机，目前广泛使用的交流电机有：交流感应电机、开关磁阻电机和永磁电机（包括无刷直流电机和永磁同步电机）。1.直流电动机（DCM）1）定义：直流电动机（direct current motor，DC motor）将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕

12、组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。2）特点（1）调速性能好。（2）起动力矩大。（3） 高速性能不佳。3）构造直流电动机的结构分为定子与转子两部分。2.交流感应电动机（induction motor）1）交流感应电动机定义交流感应电动机又称交流异步电动机，由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。2）特点交流感应电动机具有结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、低转矩脉动和低噪音特点。近年来被广泛应用于汽车。最大缺点是驱动电路复杂，相对于永磁电机而言，感应电机（异步电机）效率和功率密度偏低。3）工作原理异步电动机定子

13、上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中， 转子导体切割磁力线，并产生感应电动势，判断感应电动势方向。转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。3.永磁无刷电动机简介与传统的电励磁电动机相比，永磁电动机特别是稀土永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高，以及电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。4.开关磁阻电动机1）开关磁阻电动机的定义开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive ：SRD）是继变频调速系统、

14、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。2）系统特点结构简单；电动机结构简单、成本低、可用于高速运转。起动优点；起动转矩大，起动电流低。频繁起停；适用于频繁起停及正反向转换运行。性能好；可控参数多，调速性能好。效率高损耗小；效率高，损耗小。缺点：转矩脉冲大，噪音大，相对于永磁电机而言，功率密度和效率偏低。5.永磁电机 永磁电机包括反电动势为方波的无刷直流电机和反电动势为正反弦波的永磁同步电机。1）无刷直流电机无刷直流电机具有高转矩密度、高功率密度、位置检测和

15、控制方法简单、效率高优点。2）永磁同步电机永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；永磁同步电机有如下的特点:（l）高起动力矩、高过载能力（2）运行效率高、节能效果尤为明显四、电动汽车电动机的选用策略车用驱动电机应满足如下要求：1.体积小，质量轻2.在整个运行范围内的高效率。3.低速大转矩特性及宽范围恒功率特性4.良好的环境适应性和高可靠性。5.价格低第三节 蓄电池一、电池的定义与分类1、电池的定义电池（Battery）指盛有电解质溶液和金

16、属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。2、电池的记忆效应和消除方法如果电池属镍镉电池，长期不彻底充、放电，会在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象被称为电池记忆效应。3、电池的分类电池的分类有不同的方法，其分类方法大体上可分为四大类 ：1）按电解液种类分类2）按工作性质分类3）按贮存方式划分4）按电池所用正、负极材料划分图 2-6化学蓄电池的分类 3.电池主要性能指标比能量能量密度比功率功率密度寿命充放电效率自放电率按一定标准规律的放电二、电动汽车常用的蓄电池1、动力电池的定义动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电

17、池。动力电池组是电动汽车的关键装备，它储存的电能、质量和体积，对电动汽车的性能起到决定性的影响。2、动力电池的分类电动汽车的动力电池可以分为二次电池、超级电容器和飞轮电池三大类。二次电池-也称可充电电池。主要有铅酸蓄电池、镍-氢电池、锂离子电池、镍-金属氢化物电池。超级电容器-又叫电化学电容器，是新型双电层电容器，具有电容量大的特点飞轮电池-亦称飞轮储能器，利用飞轮高速旋转储存和释放电能的装置。 3、电动汽车常用的蓄电池目前，在电动汽车上使用的蓄电池主要是铅酸电池、镍氢电池（MH-Ni）和锂离子电池，如克莱斯勒ESX2采用铅酸电池，丰田Prius和本田Insight用镍氢电池，日产Tino用锂

18、离子电池。1. 铅蓄电池铅蓄电池可分为两类：注水式铅蓄电池和阀控式铅蓄电池。2.镍氢电池镍氢电池是90年代发展起来的一种新型电池。它的正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成，是一种碱性蓄电池。3. 锂离子电池锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。锂离子电池具有工作电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠和能够制造成任意形状等优点。主要集中在大容量、长寿命和安全性三个方面。三、蓄电池能量管理技术目前，蓄电池能量管理技术是混合动力汽车的关键技术之一。通常，能量管理技术决定了蓄电池的使用寿命以及充

19、放电速度等技术指标。蓄电池能量管理系统直接检测及管理电动汽车的储能电池运行全过程，包括蓄电池充放电过程管理、电池温度检测、电池电压电流检测、电量估计、单体电池故障诊断等几个方面。第四节其他类型动力蓄电池一、超级电容器超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。超级电容器（supercapacitor，ultracapacitor），又叫双电层电容器（Electrical Double-Layer Capacitor）、电化学电容器（Electrochemcial

20、Capacitor， EC），黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。1）充放电时间超级电容器可以快速充放电，峰值电流仅受其内阻限制，甚至短路也不是致命的。实际上决定于电容器单体大小，对于匹配负载，小单体可放10A，大单体可放1000A。2）优点在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；3）缺点如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；4）超级电容器与电池的比较的优点超级电容器不同于电

21、池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。5）应用前景二、飞轮电池技术飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。1、飞轮电池的能量传递模式飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机发电机和电力电子变换装置。2、飞轮电池的基本工作原理基本工作原理：飞轮电 池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来；当外界需要电能时，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载。3、

22、飞轮电池的优点飞轮电池兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点，主要表如下几个方面： （1）能量密度高（2）能量转换效率高（3）体积小、重量轻（4）工作温度范围宽（5）使用寿命长（6）低损耗、低维护4、飞轮电池的应用三、磷酸亚铁锂电池 磷酸亚铁锂（LiFeP ）为近年来新开发的锂离子电池电极材料，人们习惯称其为磷酸铁锂。作为正极活性物质使用，主要用于动力锂离子电池，凭借其良好的性能，在电动汽车上具有较好的发展前景。LiFeP 电池的工作原理是：电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中；电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔膜回到正

23、极材料中。目前磷酸铁锂正极材料具有以下的优点：（1）优良的安全性（2）对环境友好（3）耐过充性能优良（4）高的可逆容量（5）工作电压适中（6）电压平台特性好，非常平稳（7）与大多数电解液系统兼容性好，储存性能好（8）无记忆效应（9）结构稳定，循环寿命长10）可以大电流充电（11）充电时体积略有减小，与碳基负极材料配合时的体积效应好。第四节 逆变器与变频器一、逆变器及其控制技术1.逆变器的概念及工作原理逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V，50Hz正弦波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。2.逆变器的分类1）按波弦性质主要分两类，一类是正弦波逆变

24、器，另一类是方波逆变器。2）按照源流性质（1）有源逆变器（2）无源逆变器3.逆变器控制技术（1）开环和单电压环控制技术1）系统动态响应速度缓慢:2）负载适应性差:（2）电压电流双环反馈控制技术二、变频器及其控制方式1.变频器的概念及工作原理变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。2.变频器的分类目前主要分为交直交变频器和交交变频器两大类。（1）交一直一交变频器1）可控整流器调压、

25、逆变器调频方式。2)不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。3)不控整流器整流、脉宽调制型(WPM)逆变器同时实现调压调频方式。（2）交一交变频器交一交变频器可直接将电网频率交流变成频率可调交流,无需中间直流环节,从而可提高整个变频装置的变换效率。3.变频器控制方式(1)正弦脉宽调制（SPWM）控制方式(2) 电压空间矢量（SVPWM）控制方式(3) 矢量控制（VC）方式(4) 直接转矩控制（DTC）方式第五节 空调与转向系统一、电动汽车空调系统汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。（一）电动汽车空调系统研究现状（二）电动汽车空调系统分类和

26、工作原理根据电动汽车特有性质，目前电动汽车空调可采用热电（偶）空调系统和电动热泵型空调系统。1、热电（偶）电动汽车空调系统该项技术具有很多适合电动汽车使用的特点，并且与传统机械压缩式空调系统相比，热电空气调节具有以下特点:（1）热电元件工作需要直流电源；（2）改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果；（3）热电制冷片热惯性非常小，制冷时间很短，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差；（4）调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度，温度控制精度可达0.001，并且容易实现能量的连续调节；（5）在正确设计和应用条件下，其制冷效率可达90%以上，而制热效率远大于1；

27、（6）体积小、重量轻、结构紧凑，有利于减小电动汽车的整备质量;可靠性高、寿命长并且维护方便，没有转动部件，因此无振动、无摩擦、无噪声且耐冲击。2、热泵型电动汽车空调系统该热泵型空调系统是在原有燃油汽车上进行改进的，压缩机是由永磁直流无刷电机直接驱动，该系统与普通的热泵空调系统并无本质区别，由于在电动车上使用，压缩机等主要部件有其特殊性。二、电动汽车转向系统1.PRIUS汽车的电动助力转向系统（1）转向器（2）助力电动机总成（3）转矩传感器（二）电动汽车电动助力转向优点(1)更加节省能源和环保。(2)助力效果相对更好。(3)质量大大减轻(4)安全性能更好。(5)提高了转向系统的回正性能。第三章

28、纯电动汽车第一节纯电动汽车的结构及其行驶性能一、纯电动汽车的基本结构纯电动汽车的定义：纯电动汽车（BladeElectricVehicles，简称BEV）是指以车载电源（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。纯电动汽车结构可分为三个子系统，即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。（如右图所示）二、纯电动汽车的电驱动的典型结构形式根据目前普遍接受的按照动力驱动 系统的不同进行分类的典型结构形式，大体分为六种。（如右图所示） （C-离合器D-差速器G-变速器M-电动机FG-定速比减速器 GB-变速器） 电驱动的典型结构

29、形式三、纯电动汽车的动力性能1）纯电动汽车的驱动力电动汽车的电动机输出转矩M，使驱动轮与地面间产生相互作用，从而地面给车轮产生一个反向的作用力Ft，Ft汽车前进方向一致，因而Ft即为驱动力。所以有式中Ft驱动力（N）；M电动机输出转矩（Nm）；ig减速器或者变速器传动比；i0主减速器传动比；电动汽车机械传动效率；r驱动轮半径（m）。四、纯电动汽车的几个重要指标1.比功率比功率（Kw/Kg）是衡量汽车动力性能的一个综合指标，具体是指汽车发动机最大功率与汽车总质量之比。一般来讲，对同类型汽车而言，比功率越大，汽车的动力性越好。2.比能量比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh

30、/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克（重量单位），L是升（体积单位）。电池类型电池类型锂锂/ /亚硫酰氯电亚硫酰氯电池池锌空气电锌空气电池池钠硫蓄电池钠硫蓄电池镍氢蓄电池镍氢蓄电池镍镉蓄电池镍镉蓄电池比能量比能量200Wh/kg以上200Wh/kg109Wh/kg7580Wh/kg55Wh/kg简要介绍几种常见电池的比能量：五、纯电动汽车关键技术发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。六、纯电动汽车的优势及存在的问题1.纯电动汽车的优势电动汽车较少的部件意味着维修成本。现今，电机的效率在80%-95%之间

31、，而内燃机效率只有5%-25%，电动车提供了更高的效率。并且众所周知电动汽车的能源费用也是非常的小。因而总体费用减少了。2.纯电动汽车的不足电动汽车最大的不足是续驶里程短，充电时间长达数小时。目前的电动汽车续驶里程在150km左右，虽然这对于90%的上班族己足够，但传统内燃机汽车行驶里程一般在300-400km左右，此外，由于电机电池技术的限制，目前，电动车的价格昂贵，因而它还不能完全取代内燃机汽车。第二节纯电动汽车的基础设施建设一、国内基础设施建设基础1.概述（1）交流充电桩，交流充电桩是一种安装在电动车外，与交流电网连接，通过车载充电机给电动汽车电池提供交流电源的充电装置。主要技术要求1）

32、环境条件要求工作环境温度：-20+50；相对湿度：5%95%；海拔高度：1000m；抗震能力：地面水平加速度 0.3g；地面垂直加速度 0.15g；2）结构要求交流充电桩壳体应坚固；结构上须防止手轻易触及露电部分； 交流充电桩应选用厚度1.0cm以上钢组合结构，表面采用浸塑处理，并充分考虑 散热的要求。充电桩应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能；充电桩应有足够的支撑强度，应提供必要设施。3）电源要求输入电压：单相220V；输出功率：单相220V/5KW；频率：50Hz2Hz；允许电压波动范围为：单相220V15%；4）电气要求插头与插座正确连接确认成功后，带负载可分合电路方可闭合，实现对插座的供电；

33、漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧；低压配电设备及线路的保护应满足低压配电设计规范（GB/50053）中的相关规定；（2）直流充电站1）充电站配电系统配电系统为充电站的运行提供电源，它不仅提供充电所需电能，而且还要满足照明、控制设备的需要，包括变配电所有设备、配电监控系统等。2）充电站充电系统充电系统是整个充电站的核心部分，根据电能补给方式的不同，氛围地面单相充电和整车充电两种充电系统，通常情况下，充电站采用单箱充电方式为更换下来的电池进行充电。单箱充电方式有利于提高电池组的均衡性，延长电池使用寿命。3）充电站电池调度系统电池调度系统对所有的电池实时进行数量、质量和状态的额监控和管理，具备电池

34、存储、电池更换、电池重新配组、电池组均衡、电池组实际容量测试、电池故障的应急处理等功能。电池更换是电池调度系统的核心。4）充电站监控系统充电监控系统是电动汽车充电站高效安全运行的保证，它实现对整个充电站的监控、调度和管理。该系统包括充电机监控、严肃报警监视、配电监控和视频监控等。2.基础设施情况充电站采用第一次现场拼装，之后像集装箱一样可以根据需要进行整体移动。偏远公路和用电无保障地域可采用太阳能和风能等形式。 国内充电站的典型情况2008年建成的北京奥运电动公交车充电站采用电池更换方式，具有国际先进水平，是目前已建成的国际规模最大的充电站。2009年，在北京市北四环健翔桥建成了北京纯电动乘用

35、车示范充电站。2010年初建成的上海世博会充电站用于满足120辆纯电动公交车的电能补充需求。二、运营模式从目前电动汽车充电方式及服务综合体系情况来看，主要有以下三种运营模式。1）电池组租赁模式即把汽车和电池区分开来，用户不拥有电池，只需购买不含电池组的电动汽车本体，采用租赁方式到电动汽车能源供应企业租赁电池组2） 现场直接充电模式现在国际上主要有慢充、快充及速充三种技术模式的充电站3）充换结合模式其主要是在电动汽车上配备一块基本型的电池，其充电采用慢充或快充模式，而其底盘上设置一空间可以安装另一块租赁电池，其采用速换模式，可以满足电动汽车长途出行的需求。第四节纯电动汽车车型实例1.瑞麒M1-E

36、V纯电动汽车瑞麒M1-EV纯电动汽车搭载了336V功率的电驱动系统， 并配备了60Ah的高性能锂电池。此外瑞麒M1-EV还可 利用220V的民用电源进行充电，充电时间一般在6-8 小时；2.奇瑞的S18D增程电动汽车作为专为都市精英量身打造的“城市酷尚SUV”S18D配备 了自动开启的增程器，其特点是以纯电动驱动为主，配 备了8kW的增程器，可以解决在极端情况下的电动汽车 续航里程问题，达到300km的长续航里程。增程器将自 动启动并为其继续提供电能或直接驱动电机，以实现高 达数百km的续航能力。3.高尔夫blue-e-motion高尔夫Blue-e-Motion基于全球最畅销的紧凑车型之一

37、的高尔夫所打造，是大众汽车新能源汽车技术的重要 成果。高尔夫电动车的动力来源于其先进的电池系统， 该系统是由以180个锂离子电池单元组成的30个电池模 块所构成，容量为26.5千瓦时。此外，驾驶者通过自动变速器的排档或方向盘上的换 档拨片，分4级（D-D3）来调节制动能量回收系统的 强度。4.英菲尼迪LE概念车菲尼迪LE概念车基于日产聆风打造，是一款三厢造型 紧凑级车型，车头造型来源于G37车型，由于是一台 纯电动车型，其前进气格栅采用全封闭设计，英菲尼 迪的前车标后面，则是它的充电插口。动力系统是该 车最大的亮点，搭载了一台由24kW锂电池供电的电机 ，最大功率达100kW，扭矩最大达到32

38、5牛米。5.福特TransitConnect电动汽车TransitConnect电动车是福特推出的首款电动车，已于2010年年末开始向北美市场交车，不过这并不是常见的轿车，而是一款商用载货车型，最高时速可达120km/h，续驶里程为130km，拥有3.8m3的载货空间和500kg的载重能力。6.特斯拉电动汽车特斯拉Model S是特斯拉真正意义上的第一款完全自主研发的车型，也是目前特斯拉在售的唯一车型，而且市场表现还不错，之后还有望增加四驱版本车型。在外观设计上，Model S采用了一种很讨巧的方式，它坚持自己的独特路线，拥有非主流的四门轿跑造型，并且在诸如隐形门把手等细节设计上凸显了它的科技

39、感。从组成来看，Model S主要是由电池组、底盘悬架系统和车体三大部件组成。Model S的电池组提供60KWh、85KWh和85KWh Performance三个容量版本，最大输出功率分别为225kW、270kW和310kW，因此在性能上Model S的实力不容小视。第四章 混合动力汽车第一节混合动力汽车的结构一、混合动力汽车的定义混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。二、混合动力汽车的主要动力总成元件1发动机混合动力汽车可以广泛地采用四冲程内燃机（包括

40、汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。2驱动电机混合动力汽车的电机可以选择直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。3电池混合动力汽车常用的动力电池包括飞轮电池、超级电容、电化学电池、燃料电池、储能器和锌空气电池等。4.动力分配装置在并联和混联系统中，机械的动力分配装置是耦合发动机和电动机功率的关键部件。三、混合动力汽车的智能控制系统发动机和混合动力系统都分别有各自的ECU和控制软件，将它们集成在混合动力车辆中后，利用CAN总线将它们连接起来，实现信息共享和统一指挥。实现了当混合动力系统工作时，发动机按混合动力系统的指令工作。当

41、混合动力系统关闭或有故障时，发动机按油门踏板指令工作。混合动力汽车的控制系统有以下的功能：1）使混合动力汽车的动力性能能够达到或接近现在内燃机汽车的水平。2）最大限度的发挥电动机驱动的辅助作用，使混合动力汽车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能化。3）实现多能源控制，混合动力汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电动机驱动系统实现双重控制。发动机与电动机系统的动力系统应进行最有效的组合和实现最佳的匹配。4）在环保方面，达到“超低污染”的环保标准。5）操作装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要操作装置和操纵方法。 四、混合动力汽车的发动机在混合动力电动汽车上，热力发动机又被称为混合动力单

42、元。在并联混合动力电动汽车上，混合动力单元通过传动轴驱动车轮，同时电动机也承担一部分功能，因而使得混合动力单元能够采用尺寸更小、效率更高的热力发动机；在串联混合动力电动汽车上，混合动力单元驱动一台发电机产生电能，由于汽车的行驶与发动机没有直接的联系，因此混合动力单元也能够采用小型高效的发动机，且其运行工况可以固定于较小的高功率区。1. 阿特金森循环发动机的定义阿特金森循环是一种1882年由James Atkinson发明的内燃机形式。阿特金森循环发动机提高了效率，现阶段用在某些混合动力车辆上。2. 阿特金森循环发动机的工作原理阿特金森循环发动机其实并不需要在普通发动机上做太大修改，只是改变气门

43、开闭的时机。普通汽车发动机是基于所谓奥托循环的，它包括吸气、压缩、 做功和排气四个冲程。在奥托循环发动机里，在吸气行程中油气混合物被吸入汽缸，当活塞到达下死点后，进气门关闭，油气混合物被封闭在汽缸中；在压缩和做功行程中分别被压缩和点燃。这样，膨胀比就几乎等于发动机的压缩比，很难提高。与此相对照地，在阿特金森循环中，在活塞到达下死点后上升时，吸气气门仍然开放，这样有一部分混合气体被推回到进气歧管，进而提高了爆炸的膨胀比，利于提高燃油效率。3. 阿特金森循环发动机的缺点（1）独特的进气方式让低速扭矩很差（2）长活塞行程不利于高转速运转4.阿特金森循环发动机的应用第二节混合动力汽车分类和工作原理一、

44、按结构布置形式分类根据混合动力驱动模式、结构布置形式及动力传输路线分类，混合动力系统主要分为以下三类：1）串联式混合动力电动汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）；2）并联式混合动力电动汽车（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）；3）混联式混合动力电动汽车（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）。1串联式串联式混合动力汽车（SHWV）以电动机作为驱动装置，发动机作为辅助动力装置，以提高行驶里程。在市区行驶时，如果电池完全充满，则选用纯电池驱动方式。传动系统能量流

45、如图4-9所示。当电池电量较低时，发动机被启动，并将其设置在最大功率工作点上，发动机输出的功率与汽车所需功率的差值将通过发电机为电池充电。如图4-10所示。当汽车发动机提供的最大功率低于汽车所需的功率时，电池将提供这部分差额功率。如图4-11所示。在刹车或减速时，电动机起到发电机的作用，使部分动能转化为电能存储在电池里。如图4-12.2.并联式混合动力汽车（PHEV）PHEV采用发动机和电动机两套驱动系统。可采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或发动机和电动机联合驱动3种工作模式。与串联相比，PHEV的优点是并联仅用到电动机和发动机，并且发动机和电动机的最大功率较小。在起步、坡道或加速阶段，发动

46、机运转，发动机只为耦合器提供总功率的一部分，离合器闭合将扭矩输入变速箱，同时动力电池组释放电能，经逆变器将直流电转换为交流电，给动力电机供电，动力电机也将扭矩输入变速箱驱动电机转动，发动机和电机共同将动力输入变速箱、后桥从而驱动车辆加速行驶。实现“功率辅助”是目的，传动传统能量流如图4-17所示。 当车辆制动、减速、停车时，驱动桥传来的惯性扭矩，经变速箱带动电机运转，电机转换为发电机工作状态，起到发动机的作用。所发出的交流电经逆变器转换为直流电，对电池组进行充电。如图4-18所示。当电池电量较低时，发动机被启动，并将其设置在最大功率工作点上，发动机输出的功率与汽车所需功率的差值将通过发电机为电

47、池充电，如图4-19所示在市区行驶时，如果电池完全充满，则选用纯电池驱动方式，离合器分离，动力电池组释放电能，经逆变器将直流电转换为交流电，给动力电机供电，动力电机将扭矩输入变速箱、后桥，从而驱动车辆行驶。传动系统能量流如图4-20所示。在高速巡航时，由发动机驱动，此时相当于传统燃油汽车运行。当车辆采用发动机单独驱动模式运行时，发动机运转，离合器闭合，将扭矩输入电机、变速箱、后桥，从而驱动车辆行驶。如图4-21所示。3.混联式混合动力汽车的特点。 混联混合动力汽车HEV在结构上综合了SHEV和PHEV的特点。它主要偏向于并联结构，但又包含一些串联结构的特点。与SHEV相比，它增加了机械动力传输

48、路线;与PHEV相比，它增加了电能的传输路线。在高速巡航时，由发动机单独驱动。此时相当于传统燃油汽车运行。传动系统能量流如图4-24所示。在市区行驶时，如果电池完全充满，则选用纯电池驱动方式。传动系统能量流如图4-25所示。在刹车或减速时，电动机起到发动机的作用，将部分动能转化为电能存储到电池里，如图4-26所示。在起步或加速阶段，发动机只为耦合器提供总功率的一部分，剩下的功率要由电机来提供，实现“功率辅助”是目的，传动传统能量流如图4-27所示。当电池电量较低时，发动机被启动，并将其设置在最大功率工作点上，发动机输出的功率与汽车所需功率的差值将通过发电机为电池充电，如图4-28所示二、按照对

49、电能的依赖程度分类按照对电能的依赖程度分类，混合动力汽车还可分为弱混合、中混合、强混合以及外插电式混合（PlugIn Hybirid）几种1）弱混混合动力系统2）轻混合动力系统3）中混合动力系统4）完全混合动力系统5）外插电式混合动力系统6）不可外接充电型三、其它划分型式1.按照行驶模式的选择方式划分2.按照车辆用途划分3.按照与发动机混合的可再充电能量储存系统不同可以划分为。第五章燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车第一节燃料电池电动汽车的类型与基本结构一、燃料电池类型及其性能分析燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（

50、PEMFC）等。1质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、 质子交换膜和集流板组成。2碱性燃料电池碱性燃料电池的电解质为碱性的氢氧化钾（KOH），故称为碱性燃料电池。碱性燃料电池一般以石墨、镍和不锈钢作为碱性燃料电池的结构材料。碱性燃料电池按燃料性质不同，化学反应温度为80260。3磷酸燃料电池磷酸燃料电池是以磷酸为电解质，故称为磷酸燃料电池。磷酸燃料电池以磷酸（100%）为电解质。是由燃料电极、 隔板、隔膜、空气电极氧电极和冷却板组成。4熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）通常采用含锂和钾的碳酸盐为电解质，阴极为镍的氧化物，阳极为镍合金，正常工作温度为

51、650oC。在这样高的温度下，电池阴阳极电化学反应都很快，不需要使用贵金属作催化剂，通常以氧化镍为主。5固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池的电解质是固体氧化物，催化剂和电池的结构材料，也都是固体氧化物。故称为固体氧化物燃料电池。燃料电池的结构材料，用Al2O3、Ca0.1Zr0.9O2固体氧化物作为结构材料支撑管。固体氧化物燃料电池在燃烧反应过程中的温度可达8001000。可以直接使用甲醇和烃类燃料。二、燃料电池电动汽车的类型与其结构燃料电池汽车定义：燃料电池电动汽车（FCEV）是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。1燃料电池单

52、独驱动FCEV优点：（1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置；（2）系统部件少，有利于整车的轻量化；（3）较少的部件使得整体的能量传递效率高。缺点：（1）燃料电池功率大、成本高；（2）对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求；（3）不能进行制动能量回收。2燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV优点：（1）由于增加了比功率价格相对低廉得多的蓄电池组，系统对燃料电池的功率要求较纯燃料电池结构形式有很大的降低，从而大大地降低了整车成本；（2）燃料电池可以在比较好的设定的工作条件下工作，工作时燃料电池的效率较高；（3）制动能量回馈的采用可以回收汽车制动时的部分动能，该措施可能会增加整车的能量效

53、率。缺点：（1）蓄电池的使用使得整车的质量增加，动力性和经济型受到影响，这一点在能量复合型混合动力汽车上表现更为明显；（2）蓄电池充放电过程会有能量损耗；（3）系统变得复杂，系统控制和整体布置难度增加。3燃料电池与超级电容联合驱动FCEV这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只是把蓄电池换成超级电容。相对于蓄电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，比蓄电池功率密度大，在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长，但是超级电容的能量密度较小。4燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动的FCEV这种结构的优点相比燃料电池+蓄电池的结构形式的优点更加明显，尤其是在部件效率，动态特性，制动能量回馈等方

54、面。而其缺点也一样更加明显：（1）增加了超级电容，系统质量将可能增加；（2）系统更加复杂化，系统控制和整体布置的难度也随之增大。三、燃料电池电动汽车的关键技术1燃料电池系统燃料电池是燃料电池汽车发展的最关键技术之一。燃料电池技术发展趋势可用耐久性、低温启动温度、净输出比功率以及制造成本四个要素来评判。2车载储氢系统储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。目前，常见的车载储氢系统有高压储氢、低温储存液氢和金属氢化物储氢三种基本方案。3车载蓄电系统车载蓄电系统包括铅酸电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等蓄电池及电化学超级电容器。4电机及其控制技术驱动电机是燃料电池电动汽车的心脏，它正向着大功率、高转速、

55、高效率和小型化方向发展。5整车布置燃料电池汽车在整车布置上存在以下关键问题：燃料电池发动机及电机的相关布置动力电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置高压电安全系统的车身布置问题。6能源动力系统的能量管理策略能量管理策略对燃料经济性影响很大，且受到动力系统参数和行驶工况的双重影响。完成能量管理策略的工况适应性开发后，其核心问题转变为功率分配优化，四、燃料电池汽车的优势及其问题1.燃料电池汽车的独特优势1）清洁无污染2）燃料补充方便，快捷，续航力远超普通纯电动汽车。3）效能高。4）动力性能优异。2.燃料电池汽车的存在的问题（1）性能与成本问题（2）燃料供应与基础设施问题第二节 燃料电池汽车的发展历史及

56、现状一、燃料电池的发展历史燃料电池在大规模产业化之前，已经有很长的发展历史。1839年格罗夫（WillianGrove）发明了第一个燃料电池，是把封有铂电极的玻璃管浸在稀硫酸中，先由电解产生氢和氧，接着连接外部负载，这样氢和氧就发生电池反应，产生电流。20世纪30年代末，F.T.Bacon（培根）的AFC研究工作方为燃料电池创立了声名，并在60年代早期第一个应用于太空计划，其改进后被作为阿波罗登月计划的宇宙飞船用电池。Bacon电池使燃料电池由实验走向实用，具有里程碑意义。二、燃料电池电动汽车的国外发展现状国外的燃料电池技术发展比较早，20世纪六七十年代美国首先将燃料电池应用于航空航天领域，此

57、后燃料电池逐渐向民用领域发展。美国能源部组织的国家燃料电池汽车研究计划；以巴拉德动力系统公司的技术为依托，由戴姆勒克莱斯勒公司、福特汽车公司等跨国公司投资合作的燃料电池汽车项目。在1998年1月北美底特律国际汽车展上福特展出了P2000燃料电池概念车，使用了DBB公司生产的燃料电池堆，时速可达144.8km/h。1994年戴姆勒奔驰公司与Ballard合作推出了第一辆FCEV车型为NECAR1和NECAR1，采用MB190厢式车体，装载Ballard生产的50kW质子交换膜燃料电池，一次填充燃料续驶里程为130km，最高车速90km/h。1968年通用推出的Electrovan是世界上第一辆F

58、CEV。2002年推出了全新的概念车型HY-WIRE，该车采用线控驾驶技术，它的燃料电池、电机和控制器全部集成在11英寸厚的板状底盘中丰田研究FCEV始于1992年，1996推出了第一款FCEV车型RAV4FCEV，该车采用金属氢化物储氢技术，一次填充燃料续驶里程250km，最高车速100km/h。三、燃料电池电动汽车的国内研究现状我国政府也非常重视燃料电池发电技术的研究，科技部1997年将燃料电池列为“九五”重大科技攻关项目，“十五”国家重大科技专项之一的”电动汽车专项”将燃料电池汽车列为重要内容，国家投入近9亿元。“十一五”期间，国家继续支持“节能与新能源汽车”的研究，主要包括电动车重大专

59、题和能源领域中的高温燃料电池。小阅读：燃料电池电动汽车典型车型1.我国研发的燃料电池汽车2002年5月，上海燃料电池汽车动力系统公司与同济大学新能源汽车工程中心试制成功“春晖1号”燃料电池电动汽车。2004年，武汉理工大学与东风公司合作研制成功25kW燃料电池电动轿车“楚天一号”，2004年6月，由上汽集团、同济大学联合开发的我国第二代燃料电池轿车“超越2号”，随后又开发了“超越3号”和“超越4号”燃料电池汽车。2.本田FCXlarity燃料电池汽车本田FCXlarity燃料电池汽车本田独创的垂直系统单元结构（VFlow）燃料电池堆技术为核心，实现了燃料电池车所特有的独特外观设计和划时代的驾乘

60、感觉。，与上一代FCX搭载的HondaFC燃料电池箱相比，功率由86kW提高至100kW，最大扭矩达到256N3.丰田新型燃料电池混合动力车”FCHV-adv”丰田新型燃料电池混合动力车”FCHV-adv”的动力系统由燃料电池和镍氢蓄电池组成。除了提高燃料电池车性能外，还降低了系统辅助装置的能耗，并且改进了再生制动系统，使燃料效率比原FCHV提高25%。4.梅赛德斯-奔驰Citaro燃料电池公共汽车梅赛德斯-奔驰Citaro公共燃料电池汽车外形尺寸为11.952.553.7m，可乘坐70人。该车采用PEM氢燃料电池，以氢气为核心燃料，并应用600V电动机加以驱动，其输出范围可达到200千瓦（2