汽车概论（第2版）课件 第4章 新能源汽车认知

第4章新能源汽车认知4.1纯电动汽车4.2混合动力电动汽车4.3燃油电池电动汽车4.4代用燃料汽车4.1

纯电动汽车4.1.1纯电动汽车的组成与原理4.1.2纯电动汽车的特点纯电动汽车（BatteryElectricVehicle，简称BEV或EV），是指以单一动力电池作为储能动力源，用电机驱动汽车行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。从外形上看，纯电动汽车与传统的燃油汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源和驱动系统。纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的内燃机，动力电池相当于原来的油箱，动力电池容量越大，汽车的续驶能力越好。纯电动汽车主要由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。4.1

纯电动汽车4.1.1纯电动汽车的组成与原理纯电动汽车的结构组成4.1

纯电动汽车4.1.1纯电动汽车的组成与原理4.1.2蓄电池电动汽车的特点：（1）环境污染小（2）结构简单且维修方便（3）能量转换效率高（4）动力电池使用成本高，续驶里程短4.1

纯电动汽车4.2

混合动力电动汽车混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle，简称HEV）是指由两种或两种以上的储能器、能源或转换器做驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆。。混合动力电动汽车的分类方式有三种，一种是根据结构形式区分，另一种是根据是否能外接充电电源区分，还有一种是根据混合度的不同分类。4.2

混合动力电动汽车串联式混合动力系统并联式混合动力系统混联式混合动力系统1.根据结构形式分类串联式混合动力系统串联式混合动力系统结构图串联式混合动力城市客车串联式混合动力系统的发动机的作用不是驱动车辆，而是带动发电机给蓄电池充电。电能被储存于蓄电池或传给电动机以驱动车轮。负荷小时，由蓄电池驱动电动机带动车轮转动；负荷大时，由发动机带动发电机发电驱动电动机；车辆制动或减速时，电动机将驱动轮的动能转化为电能，并通过逆变器给蓄电池充电。并联式混合动力系统并联式混合动力系统结构图本田思域混合动力电动汽车并联式混合动力汽车是指车辆的驱动力由电动机和发动机同时或单独供给的混合动力汽车。其特点是可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。混联式混合动力系统混联式混合动力系统结构图普锐斯混合动力电动汽车混联式混合动力汽车是指具备串联式和并联式两种结构的混合动力汽车，是现在使用比较广泛的混合动力系统。4.2

混合动力电动汽车根据在混合动力系统中，电动机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为四类，即微混合型混合动力汽车（混合度在10%以下）、轻度混合（弱混合）型混合动力汽车（混合度在20%以下）、中度混合型混合动力汽车（混合度可达30%）和重度（完全）混合型混合动力汽车（混合度可达到甚至超过50%）。2.根据混合度的不同分类4.2

混合动力电动汽车可分为插电式混合动力汽车和非插电式混合动力汽车。插电式混合动力汽车（简称PHEV）既有传统燃油车的发动机、变速器、传动系统、油路、燃油箱，也有电动车的高压动力电池、电机、控制电路，并且有充电接口，既可充电，也可加油，使用方便。非插电式混合动力汽车既有传统汽车的发动机、变速器、传动系统、油路、燃油箱，也有电动车的高压动力电池、电机、控制电路，但动力电池容量比较小，没有充电接口，只能加燃油。3.根据是否能外接充电电源分类4.2

混合动力电动汽车3.根据是否能外接充电电源分类4.3

燃料电池电动汽车4.3.1燃料电池的工作原理燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂的化学能高效地转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池原理图4.3

燃料电池电动汽车4.3.1燃料电池的工作原理燃料电池的单体电池由阳极、阴极和电解质膜构成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。其基本工作原理是：气体燃料被连续不断地供入阳极，空气（氧气）被连续不断地供入阴极，并在阴、阳极处发生电化学反应，从而产生电能。只要不断给阳极供应氢气，并及时将水蒸气带走，燃料电池就可以不断地提供电能。4.3.2燃料电池电动汽车的结构原理按照驱动形式不同，燃料电池汽车可分为纯燃料电池驱动和混合驱动两种类型。图4-11为纯燃料电池驱动的电动汽车结构原理图。从汽车通风口进入的空气中的氧气与从高压储氢罐输送来的氢气在燃料电池堆栈中发生化学反应，产生电流和水蒸气。水蒸气被排出车体。燃料电池输出的电流经过专用的大功率动力DC/DC转换器，将直流电转换为稳压的直流电流，再经过DC/AC逆变器转换为交流电输送给驱动电动机，驱动电动机再驱动车辆前进。4.3

燃料电池电动汽车4.3.2燃料电池电动汽车的结构原理4.3

燃料电池电动汽车4.3.2燃料电池电动汽车的结构原理由于纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担，因此其要求燃料电池具有较大的功率，燃料电池系统应具有较高的动态性能和可靠性。此外，单一动力源燃料电池电动汽车不能进行制动能量回收。基于这些不利因素，目前的燃料电池汽车主要采用混合驱动形式，即在燃料电池基础上，增加一组蓄电池或超级电容作为另一个动力源。根据混合驱动式燃料电池汽车中燃料电池和蓄电池的关系，可将燃料电池汽车的动力系统归纳为并联式和串联式两种，如图4-12所示。4.3

燃料电池电动汽车4.3.2燃料电池电动汽车的结构原理4.3

燃料电池电动汽车4.3.3燃料电池电动汽车的特点（1）能量转化效率高（2）低排放（3）续驶里程长（4）成本高，辅助设备复杂目前，燃料电池在汽车上的应用已取得了重大进展。但要开展大面积的商业运营，还必须解决燃料电池汽车的成本、可靠性、加氢基础设施建设以及氢气的来源等问题。4.3

燃料电池电动汽车4.4

代用燃料汽车4.4.1氢燃料汽车4.4.2天然气汽车4.4.3液化石油气汽车4.4.4生物燃料汽车代用燃料汽车（AlternativeFuelVehicle，简称AFV）所用的代用燃料分液体和气体两大类，气体代用燃料主要有氢气、二甲醚、液化石油气和天然气；液体代用燃料主要有甲醇、乙醇、生物柴油等。4.4.1

氢燃料汽车1.氢燃料发动机的类型

纯氢作为发动机燃料

氢/汽油双燃料发动机

氢-汽油混合燃料发动机4.4.1

氢燃料汽车2.氢燃料汽车的特点

燃料来源多样性和接近零排放是氢燃料汽车突出的优点。氢燃料的缺点是燃烧效率低，氢燃料发动机容易出现早燃、回火、敲缸、负荷高以及NOx排放偏高等情况。4.4.1

氢燃料汽车3.氢燃料汽车研发现状（1）宝马氢燃料汽车宝马氢动力赛车H2R宝马Hydrogen74.4.1

氢燃料汽车3.氢燃料汽车研发现状（2）马自达氢燃料汽车马自达RX-8HydrogenRE车型4.4.2

天然气汽车1.天然气汽车的分类（1）压缩天然气汽车大众途安TSIEcoFuel新爱丽舍CNG4.4.2

天然气汽车1.天然气汽车的分类（2）液化天然气汽车将天然气低温液化并储存在车载绝热储气罐中作为燃料的汽车称为液化天然气汽车（简称LNG汽车）。液化天然气客车单燃料天然气汽车两用燃料天然气汽车双燃料天然气汽车4.4.2

天然气汽车2.天然气汽车的优点（1）经济性好（2）排放污染小（3）噪声低（4）发动机使用寿命长4.4.2

天然气汽车3.天然气汽车存在的问题（1）汽车动力性下降（2）续驶里程短（3）供气系统建设成本高、难度大（4）储气瓶占用空间较大4.4.3

液化石油气汽车液化石油气（LPG）是一种在大气温度条件下，只要稍加压力便成为液态的碳氢化合物的混合物。将石油气在低压状态以液态储存在车载储气瓶中作为燃料的汽车称为LPG汽车。1.液化石油气汽车的优点（1）排放污染小（2）使用性能好（3）经济性好（4）安全性好4.4.3

液化石油气汽车2.液化石油气汽车的缺点与燃油汽车相比，改装后的液化石油气汽车动力性有所下降。由于我国液化石油气加气站较少，因而LPG在车辆方面的运用仅仅是有政府扶持的公交车。4.4.4

生物燃料汽车生物燃料（bio-fuel）就是由生物原料生产的燃料，这些生物原料包括农林产品或其副产品、工业废弃物、生活垃圾等。农业和林业生产的碳水化合物是目前主要的生物原料。1.生物燃料的优点是一种可再生燃料原料来源丰富推广方便是一种环保燃料4.4.4

生物燃料汽车2.乙醇汽车乙醇俗称酒精，它以玉米、小麦、薯类、糖或植物等为原料，经发酵、蒸馏而制成。将乙醇进一步脱水再经过不同形式的变性处理后成为燃料乙醇。乙醇汽车的燃料应用方式主要有以下几种：第一种是掺烧，指乙醇和汽油掺合应用。第二种是纯烧，即单烧乙醇，可用E100%表示，目前应用并不多，属于试行阶段。第三种是变性燃料乙醇，指乙醇脱水后，再添加变性剂而生成的乙醇，这目前也处于试验应用阶段。第四种是灵活燃料，指燃料既可用汽油，又可以使用乙醇与汽油比例混合的燃料，并随时可以切换。4.4.4

生物燃料汽车3.生物柴油生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可替代石化柴油的再生性柴油燃料。4.4.4

生物燃料汽车3.生物柴油作为一种可再生燃料，生物柴油具有以下特点：首先，它以可再生的动物及植物脂肪酸单酯为原料，可降低对石化燃料的依赖，包括自产和进口；其次，生物柴油非常环保，使用生物柴油的汽车所排放的有害物质仅为传统柴油汽车的10%，颗粒物为普通柴油的20%；最后，生物柴油可用于现在普通的柴油发动机，可按任意比例与普通柴油掺用，在普通的加油站就可以获得。4.4.4

生物燃料汽车4.太阳柴油太阳柴油是德国Choren公司的一个注册商标，是该公司将生物质转化为液体燃料的一种技术，通过边角木料、秸秆或稻草为原料来生产生物燃料。太阳柴油具有以下优点：具有高十六烷值；没有