新能源车辆-实验指导书

1、新能源车辆实验指导书黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院 年 8实验一 电动汽车的构造及原理一、实验目的1. 掌握纯电动汽车的构造及工作原理。2. 掌握混合动力汽车的构造及工作原理。3. 掌握燃料电池汽车的构造及工作原理。二、实验设备组成1. 纯电动汽车动力系统实训平台（带变速器）；2. 汽车油电混合动力系统解剖实验台；3. 汽车燃料电池（氢气）系统示教板。三、实验设备介绍3.1 纯电动汽车动力系统实训平台（带变速器）变速器）结构示意图如图 1 所示。示教面板移动台架图 1 纯电动汽车动力系统实训平台（带变速器）结构示意图13.1.1 实验台基本配置及参数（1）基本配置变速器总成、电动汽车控制器

2、、电池组、仪表总成和操作开关等部件组成。（2）基本参数 台架尺寸：1400 * 1000 * 1900 mm （长*宽*高）； 工作电源：单相三线220V10% 50Hz 工作环境：温度-10 相对湿度85%(25) 海拔4000m 电池组容量：72V3.1.2 实训平台功能总成、电动汽车控制器、电池组、仪表总成和操作开关等真实汽车部件，能清晰常启动、前行、后退、加速、充电等基本工况，演示了纯电动汽车动力系统的工作特点。可利用汽车专用万用表等检测仪器在相应的检测插孔上直接检测动态或静统的构造和原理，提高学习者对纯电动汽车动力系统的初步认识。3.1.3 实验台运行操作 1 和电压表 2 D档或

3、R 档，加油门车辆进行行走，N 档是空挡，当车辆行走完成之后，将 D 档或 R 档挂回N档，关闭点火开关，关闭主电源开关。 220V电源插头插入 220V电源进行充电，点火开关处于 OFF 档进行关闭，充电指示灯闪烁，当电池充满时，充电指示灯常亮，这时拔下 220V 电源插头，关闭主电源开关，充电结束。3.2 汽车油电混合动力系统解剖实验台统的结构、工作原理的学习需要。实验设备操作方便，安全可靠，易于维护。如图 2 所示。2图 2 汽车油电混合动力系统解剖实验台结构示意图3.2.1 实验台基本配置及参数（1）基本配置源、演示发光二极管。（2）基本参数 外形尺寸：1400 * 800 * 150

4、0 mm（长*宽*高； 工作电压：220V 工作温度：-40+503.2.2 实验台功能汽车油电混合动力系统解剖实验台具备如下功能：（1）混合动力系统（包括：发动机、发电机和电动机等）总成进行剖面处部件的运动情况。（2）调速控制减速电机总成带动曲轴旋转，直观展示发动机各个组成部件的工作过程。（3）气缸内装配四色LED灯，采用不同颜色动态指示气缸吸气、压缩、做功、排气的四个工作冲程，直观的展示各气缸工况变化。（4）采用不同颜色区分两大机构、五大系统的系统组成，直观展示两大机构、五大系统的结构和工作原理，并配置颜色指示标牌。（5）转动外露部分加装透明防护装置，电气部分加装漏电保护装置和电源紧急开关

5、，防止意外伤害。3（6）直观了解MG1， MG2电机运转状态，变速驱动桥内部结构组成及传动方式。（7）所有运动摩擦表面做防腐润滑处理，终身不用再注油。3.2.3 实验台运行操作1. 将实验台置于平坦的地面，锁死带锁脚轮。2. 将插头接入 220V 电源，打开点火开关至 ON档，电源指示灯亮。漏电保护开关调速开关应急开关电机开关3. 如上图所示（1）将产品的电源插入 220V交流插座。（2）插入电源之后确认紧急开关是否打开，如果没有打开，将紧急开关向开关，使发动机停止工作。4（3220V程。3.3 汽车燃料电池（氢气）系统示教板池动力汽车能量控制策略，可以动态模拟燃料电池动力汽车的启动、低速行驶

6、、运行状态。能够满足对汽车燃料电池（氢气）系统示教板的结构、工作原理的学习需要。本实验设备操作方便，安全可靠，易于维护。实验台由移动台架、示教面板两部分组成。汽车燃料电池（氢气）系统示教板结构示意图如图 3 所示。示教面板移动台架图 3 汽车燃料电池（氢气）系统示教板结构示意图3.3.1 实验台基本配置及参数（1）基本配置配备汽车燃料电池（氢气）系统组件，点火开关、工况开关、油门踏板、挡位开关、制动开关、数字转速表、电流指示表等，保证正常运转。（2）基本参数 外形尺寸：16407001720 mm（长宽高； 外接电源：交流 220V10% 50Hz5 工作电压：直流 12V； 工作温度：-40

7、+503.3.2 示教板功能汽车燃料电池（氢气）系统示教板具备如下功能：（1）展示汽车燃料电池动力汽车能量控制策略，可以动态模拟燃料电池动力汽车的启动、低速行驶、一般行驶、全速行驶、减速行驶和停车六种工况下的能量流动方向以及电动机的运行状态。（2）示教板面板上安装有点火开关、工况开关、油门踏板、挡位开关、制示，还设有一台模拟电动机用来演示电动机的工作状态。（3 220V 12V直流电源，无需蓄电池，减少充电的麻烦，12V直流电源有防短路功能。（4）启动：HV动力电池提供能量。（5）低速：燃料电池提供能量。（6）一般行驶：燃料电池提供能量。（7）全速行驶：燃料电池和 HV动力电池提供能量。（8）

8、减速行驶：在减速或踩制动踏板时，机械能转换为电能 HV 动力电池存储，并车速下降，踩油门踏板无效。（9）停车：无动力输出。（10）任何时候 12V 辅助蓄电池低于规定电量时 HV 动力电池自动给 12V辅助蓄电池充电。（11）电机加转速表并通过油门踏板控制。3.3.3 示教板运行操作汽车燃料电池（氢气）系统示教板运行操作如下：（1）进行燃料电池电动汽车动力系统启动时能量流动方向以及运行状态的认知与实训；（2）进行燃料电池电动汽车动力系统低速行驶时能量流动方向以及运行状态的认知与实训；（3）进行燃料电池电动汽车动力系统一般行驶时能量流动方向以及运行状态的认知与实训；（4）进行燃料电池电动汽车动力

9、系统全速行驶时能量流动方向以及运行状态的认知与实训；6（5）进行燃料电池电动汽车动力系统减速行驶时能量流动方向以及运行状态的认知与实训；（6）进行燃料电池电动汽车动力系统停车时能量流动方向以及运行状态的认知与实训。四、思考1. 混联式混合动力汽车相对于串联式和并联式混合动力汽车的结构上有哪些区别？2. 根据电动汽车的工作原理，分析其相对于传统内燃机汽车来说节油的原因有哪些？3. 作为电动汽车，燃料电池汽车相对纯电动汽车来说工作原理有哪些区别？7实验二一、实验目的1. 掌握电动汽车典型的动力电池的构造及特点。2. 掌握电动汽车典型的驱动电机的构造及特点。3. 熟悉电动汽车再生制动系统的工作原理。

10、二、实验设备组成1. 电动汽车动力电池单体解剖模型（磷酸铁锂电池）。2. 电动汽车永磁同步电机解剖模型。3. 电动汽车制动能量回收系统实训系统。三、实验设备介绍3.1 电动汽车动力电池单体解剖模型（磷酸铁锂电池）工作原理等教学功能。（磷酸铁锂）动力电池单体解剖模型如图 1 所示。玻璃罩电池总成台架图 1 （磷酸铁锂）动力电池单体解剖模型结构示意图83.1.1 磷酸铁锂电池简介材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，一个主要用途是用作动力电池，相对Ni-Cd 85%

11、-90%之间。而前三电池约为 80%。3.1.2 磷酸铁锂电池的优点（1）安全性能的改善磷酸铁锂晶体中的 P-O 大有改善。（2）寿命的改善的循环寿命在 300 500 2000 次以上，标准充电（5 小时率）使用，可达到 2000 次。同质量的铅酸电池是，最多也就11.5 年时间，而磷酸铁锂电 78 铅酸电池的 4 倍以上。大电流放电可大电流 2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C 充电 40 分钟内即可使电池充满，起动电流可达 2C，而铅酸电池无此性能。（3）高温性能好磷酸铁锂电热峰值可达 350-500而锰酸锂和钴酸锂只在 200左右。工作温度范围宽广（-20），有耐高温特性磷酸铁锂

12、电热峰值可达350-500，而锰酸锂和钴酸锂只在 200左右。（4）大容量具有比普通电池（铅酸等）更大的容量。5AH-1000AH（单体）。（5）无记忆效应9象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。（6）重量轻同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的 2/3池的 1/3。（7）环保该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS 认证通过），无污染，符合欧洲 ROHS 规定，为绝对的绿色环保电863随着中国加入 WTO，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池。3.1.3 磷酸铁锂电池的缺点(1)在磷酸铁

13、锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的主要原因。(2)磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂 Don Hillebrand博士谈到磷酸锂铁电池低温性能的时候，他用 terrible 来形容，他们对磷酸铁锂型锂离子电池测试结果表明表明磷酸铁锂电池在低温下(0以下)无法使电动汽车行驶。尽管小和放电截止电压很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。(3)材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。磷问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素 ，Fe 与 P 很丰富，成本也较低，但是制备上较高的制

14、备电池的成本，会使得最终单位储能电量的成本较高。(4)过程中，很难保证反应的一致性。103.1.4 磷酸铁锂电池工作原理olivine LiFePO4aluminiumfoil）与电池正极连接，左边是聚合物（polymer）的隔膜（diaphragm），它把正 Li 可以通过而电子 ）（石墨 graphite）组成的电池负极，由铜箔（copper ）与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质（electrolyte），电池由金属外壳密闭封装。LiFePO4 电池在充电时，正极中的锂离子 Li 通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子 Li 通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是

15、因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。（1）电池充电时，Li 从磷酸铁锂晶体的 010 面迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，然后嵌入石墨晶格中。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池极柱、外电路、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨铁。（2）电池放电时，Li 从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔膜，再 010 面嵌入到磷酸铁锂的晶格11内。与此同时，电池经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外锂正极，使正极的电荷达至平衡。3.1.5 磷酸铁锂电池正负极的导电问题（1）必须在电池的正负极中加

16、入导电剂，使之在电池的活性材料中形成如图所示的电镜照片所示的有效的导电网络。（2）如果将电池的离子传导能力设为 I，电子传导能力设为 E，则理论上 I=E。（3）为了保证电池在充电和放电过程中，电荷保持动态平衡：I 正极=I 电解液=I 隔膜=I电解液=I 负极，E 正极=E 正极集流体=E 极耳=E正极柱=E外电路=E负极柱=E负极耳=E负极集流体=E子动力电池设计的重要原则，但是，在实际设计过程中和实际生产过程中，如何实现上述三个等式，还需要设计一系列的实验来进行验证，建立数学模型或者建立经验公式，然后通过这些模型或者公式来进行锂离子电池的设计）。3.2 电动汽车永磁同步电机解剖模型电动汽

17、车永磁同步电机解剖模型展示电机的组成结构和各部件的相对位置及工作原理。电动汽车永磁同步电机解剖模型结构示意图如图 2 所示。玻璃罩永磁同步电机实训台架图 2 电动汽车永磁同步电机解剖模型结构示意图123.2.1 实验台基本配置及参数（1）基本配置部结构。钢架结构采用满焊焊接，金属表面采用高温喷塑处理，静电喷涂、底座带有橡胶防滑胶垫。（2）基本参数 外形尺寸：500 * 400 * 500 mm(长宽高； 型号：。3.2.2 实验台功能结构展示、工作模拟等学习要求。3.3 电动汽车制动能量回收系统实训系统靠，易于维护。系统结构示意图如图 3 所示。图 3 电动汽车制动能量回收系统实训系统结构示意

18、图133.3.1 实验台基本配置及参数（1）基本配置示教面板上安装有点火开关、工况开关、油门踏板、挡位开关、制动开关、 DC/DC 面板安装电动车仪表与电流表，真实同步显示电流等数据。（2）基本参数 外形尺寸：1500 * 600 * 1700 mm（长宽高； 动力电源：220V； 工作电压：直流 12V； 工作温度：-40+50。3.3.2 实验台功能（1）设备采用动力电池电源供电，动力电池安装车载充电器与充电口，直流电源有防短路功能。（2）能够完整展示纯电动汽车制动能量回收系统的基本原理，可动态模拟纯电动汽车制动能量回收系统在不同工况下的运行状态。（3 DC/DC 面板安装电动车仪表与电流表，真实同步显示电流等数据。（4）蓝色发光二极管代表能量输出、红色发光二极管代表加速输出、绿色踏板，绿色