新能源汽车结构与工况实训指导书

1《能源汽车应用技术》课程——能源汽车构造与工况实训指导书一、试验目的与要求通过试验，学生应了解生疏以氢为燃料的燃料电池汽车动力电池的根本构成和工作原理；通过试验，学生应把握油-电混合动力汽沁能源汽车车动力总成及其主要部件的构造与功能；通过试验，学生应了解油-电混合动力汽车运行工况，分析汽油机子系统和电机子系统自动交替工作的运行状态，总结其特点。二、试验的主要仪器设备2007版PSHEV油-1台；NJLGPE-021 图1丰田普瑞斯油-电混合动力汽车 图2燃料电池仿真实训系统平台PRIUS2007PSHEV1台。根本参数：装有THS动力系统(ToyotaHybridSystem)；1.5L51.5kW500V永磁无刷电机功率33kW；电动/发电机为永磁沟通同步电机；201V镍-氢动力电池重75kg2501.2V1240kg160km/h3.61L/100km。质子交换膜燃料电池仿真实训系统以空冷型百瓦级PEMFC为测控对象，承受LabVIEW作条件。实训系统包括：风冷型质子交换膜燃料电池堆、供气单元、电力电子转换单元、掌握单元、负载试验单元、系统掌握分析软件六局部。三、根底学问〔型车载动力装置有技术、构造的汽车。能源汽车包括混合动力汽车HEV、纯电动汽车BE，包括太阳能汽车、燃料电池电动汽车FCE、氢发动机汽车、其他能源〔甲醚〕汽车等各类别产品。质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池，简称PEMFC高等特点，使得它成为目前全球进展最快速的一种燃料电池。PEMFC3图3质子交换膜燃料电池单电池构造原理图 图4质子交换膜燃料电池电堆双极板常用的材料有石墨板和改性金属板,在双击板的两侧分别加工有燃料和氧化剂的成物。另外，双击板还具有传输电流和阻气作用。集中电极分为两局部，集中层和催化层(PTFE)，使其具有多化剂Pt/C(或其它形式的催化剂)和(或)疏水性的PTEF化学反响的场所。膜是电池的关键部件，目前主要承受全氟磺酸型质子交换膜(Nafion膜)。其主要担当水合H+的传输。并隔离阴阳极的燃料和氧化剂。单电池输出功率取决于单电池的输出电压和工作电流。由于单电池往往功率较小，无同负载的需要。电堆功率的大小由单电池的个数和功率打算。图4PEMFC55质子交换膜燃料电池的工作原理图燃料H和氧化剂OH和氧化剂分别通过阳极和阴2 2 2极集中层到达各自的催化层，阳极H在催化剂的作用下发生电极反响：2H 2H2eHeat2生成的H+穿过电解质膜到达阴极，同时产生的电子经过外电路也到达阴极。此时阴极的氧化剂同样在Pt催化剂作用下和H+阴极反响式为：

2H2e1

12O2H2OHeat总化学反响为： H O2 2 2

HOHeat+Electricalenergy2PEMFC可在室温条件下运行，并启动快速。能量转化效率高。效率高达50%-60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%-852-3无污染，可实现零排放。工作过程的唯一产物是水。运行噪声低，牢靠性高。无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流淌。本钱高(目前主要表现为材料价格昂贵)。混合动力汽车混合动力是指那些承受传统燃料的，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。依据燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。进展也很快。混合动力汽车的优点是：、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率缺乏时，由电池来补充和一般汽车一样。由于有了电池，可以格外便利地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长使用寿命，降低本钱。混合动力汽车的缺点:长距离高速行驶根本不能省油。一体化构造进展，即集成化混合动力总成系统。混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。串联式动力由发动机、发电机和电动机三局部动力总成组成，它们之间用串联方式组成SHEV带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式构造适用于城市内频繁机的效率，削减了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与一般汽车差不多，得到比较广泛的应用。为主动力源。该构造的优点是掌握便利，缺点是构造比较简单。四、试验的内容与方法、步骤丰田油-电混合动力汽车试验内容丰田混联式油-电混合动力汽车动力总成的及其主要部件的构造与功能。MG1高压电池发动机变频器MG2行星齿轮组45①THSII构造-发动机

6丰田普瑞斯THSII1NZ-FXE/4161.5②THSII构造-驱动桥500V电动机，发电机,行星齿轮,减速齿轮和主减速齿轮。使用连续变速传动装置，到达操作的平滑性和安静性。图7THSII构造-发动机 图8THSII构造-驱动桥图9 THSII图9 THSII构造-HV电池

图10 THSII构造-变频器201.6V直流HV全封闭的镍－氢(Ni-MH)蓄电池以减轻重量，安装位于后备箱内后排座位下。④THSII变频作用：直流200V500V；直流-直流转换：直流200V12V；A/C变频器：DCACA/C压缩机。观看混联式油-电混合动力汽车根本运行工况混联式油-“READY”灯点亮时，才可行驶；为了改善燃油经济性，当车辆停顿时，发动机停机；车辆起动后，发动机的起动由系统自动掌握。油-电混合动力汽车的几种典型运行工况：①发动机为动力电池充电：动力电池容量低于额定值时，发动机自动为动力电池充电。值时，“电动/发电机”处于电动机状态，启动发动机；发动机启动后，“电动/发电机”处于发电机状态，向动力电池充电。③正常时速行驶：汽车由发动机驱动。-驱动电机混合驱动。发动机动力传递路线是：发动机→THS混合动力系统→车轮；动力电池动力传递路线是：动力电池→电流转换器→驱动电机→THS混合动力系统→-驱动电机的动力在THS混合动力系统上混合。由教师驾驶车辆行驶，模拟混联式油-电混合动力汽车三种根本运行工况，学生观看并思考。①发动机为动力电池充电工况演示②驱动电机驱动低速行驶工况演示③油-电混合动力驱动低速行驶工况演示图11充电工况演示 图12电机驱动低速行驶工况演示氢燃料电池试验内容

14所示，平台中的设备主要包括：两级减压阀，减压1个，功率表〔可选作电压表和电流表〕312个，变阻器和LED1燃料电池仿真实训系统燃料电池仿真实训系统供气局部保严易持谨燃通燃气风火体燃料电池堆气体流量计压力表减压阀电源局部负载局部电源开关阻电护保负载开关1负载开关2电流表〔A〕电流表〔A〕电源〔+〕DCDC/DC输出〔+〕电源〔-〕DCDC/DC输出〔-〕电力电子变换变阻器LED灯 直流电机旋钮上位机显示直流可编程电子负载图14 燃料电池发电系统实训平台①展现燃料电池的工作原理，系统包括：一个PEM燃料电池，一个流量计显示氢气流速功率，电堆温度，输出电压，负载电流。②计算机实时纪录不同的特性曲线，如V-I、P-I、P-V的动态变化曲线，检测曲线上不同参数及各种参数间的作用。况，并可以检验试验过程中的不同参数。④可以设定负载的动态变化过程并检测相应的性能参数。由教师操作，燃料电池系统的

燃料电池工作载变化后，记录各项参数的变并思考分析。图15 燃料电池发电系统实训平台数据采集五、试验报告要求通过