《能源汽車技術(shù)》PPT課件.ppt

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1、2020/8/10,新能源汽車,2020/8/10,新能源汽車,隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源與環(huán)境已經(jīng)成為人類發(fā)展和生存的重大問題。 內(nèi)燃機(jī)汽車使用的燃料均為一次性能源，開發(fā)使用后便不可再生。 隨著全球能源消耗的增加，地球的礦物能源已面臨枯竭。 環(huán)境問題也日益突出，在世界各地的大、中城市，大氣污染物中約4070來自內(nèi)燃機(jī)汽車的尾氣排放。中國大城市的污染狀況目前是全世界最為嚴(yán)重的，全世界空氣污染最嚴(yán)重的20個城市中，有10個在中國。而中國華北、華東的大城市調(diào)查中，大氣污染的70來自于汽車的尾氣排放?；谶@些原因，新能源汽車就成為解決能源與環(huán)境問題的一個選擇。,2020/8/10,新能源汽車,按照

2、使用能源的來源劃分，新能源汽車的技術(shù)可分為五類。 一是基于傳統(tǒng)石油燃料的節(jié)能環(huán)保汽車，如先進(jìn) 柴油車和混合動力汽車。 二是基于天然氣和石油伴生品的燃?xì)馄嚒?三是燃料電池、氫動力汽車 四是純電動汽車。 五是太陽能動力汽車。,2020/8/10,定義 GB定義“由兩種和兩種以上的儲能器、能源或轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動能源，其中至少有一種能提供電能的車輛稱為混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle,簡稱HEV）”，該定義稱為廣義的定義方式。,混合動力汽車,2020/8/10,混合動力汽車的組合形式,混合動力汽車,2020/8/10,混合動力電動汽車的工作原理,視頻,2020/8/1

3、0,混合動力汽車,混合動力汽車將是短期和中期新能源汽車發(fā)展的主導(dǎo)力量, 燃料電池汽車則是長期發(fā)展的重點(diǎn)。,結(jié)構(gòu)形式主要有并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)三種。 并聯(lián)結(jié)構(gòu)：將內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)在汽車上并聯(lián)起來 可以提供三種驅(qū)動模式:內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動；電動機(jī)直接驅(qū)動；內(nèi)燃機(jī)電動機(jī)同時驅(qū)動。 特點(diǎn)：能量利用率較高 驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)工況要受汽車行駛工況的影響,因此不適于汽車行駛工況變化較多的場合。該驅(qū)動系統(tǒng)最適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定行駛的工況。,2020/8/10,混合動力汽車（并聯(lián)式）,2020/8/10,串聯(lián)結(jié)構(gòu),電動機(jī)的驅(qū)動可以由電池完成,也可以是由內(nèi)燃機(jī)完成,但不管由什么完成,電動機(jī)都是驅(qū)動汽車行駛

4、的最終部件 內(nèi)燃機(jī)是起輔助作用的，蓄電池通過控制器驅(qū)動電動機(jī)則是起主要作用 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動機(jī)不受汽車行駛工況的影響,始終在其最佳的工作區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行 串聯(lián)式混合動力電動汽車特別適用于在市內(nèi)低速運(yùn)行的工況。在繁華的市區(qū)汽車在起步和低速時還可以關(guān)閉原動機(jī),只利用電池進(jìn)行功率輸出,使汽車達(dá)到零排放的要求,2020/8/10,將內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)串聯(lián)起來,同時也將蓄電池和電動機(jī)串聯(lián)起來。,2020/8/10,混聯(lián)結(jié)構(gòu),混聯(lián)結(jié)構(gòu)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動輸送給驅(qū)動橋,另一部分則驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。 在汽車低速行駛時,驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作;當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時,則以并聯(lián)工作方

5、式為主,2020/8/10,目前，混合動力汽車分為傳統(tǒng)的油電混合動力和插電式混合動力，這兩者有著很大的不同。 豐田品牌和雷克薩斯品牌有多款這類車型 多用傳統(tǒng)混合動力 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)油、實(shí)用價值較高。特別是深度混合動力車型，城市油耗可以比同等級別汽油車低50%。這種技術(shù)對電池依賴性不大，因此可以得到廣泛應(yīng)用，在日本和北美，它的普及率很高。 缺點(diǎn)：能源仍來自石油。無論多好的混合動力技術(shù)，它的能量仍來自燃油，它只不過相當(dāng)于把內(nèi)燃機(jī)效率提高了而已，因此在節(jié)能本質(zhì)上與前面說的柴油機(jī)沒有區(qū)別，另外，從能量轉(zhuǎn)換的角度講長距離高速行駛基本不能省油。由于屬于新技術(shù)，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的成本要明顯高于內(nèi)燃機(jī)，影響其普及,

6、2020/8/10,1傳統(tǒng)油電混合動力,2020/8/10,插電式混合動力,插電式混合動力與傳統(tǒng)的油電混合有著很大的不同。這種技術(shù)本質(zhì)上可以看作是電動車，它絕大多數(shù)情況下是靠電力驅(qū)動的，但同時它配備了一臺功率較小的內(nèi)燃機(jī)，可以解決電動車?yán)m(xù)航里程不足的問題。 優(yōu)點(diǎn)：短途使用零油耗、零排放、續(xù)航不成問題。其采用的電池類型和容量都不是傳統(tǒng)混合動力車型可比的，大多數(shù)這類車型的理論行駛里程在100公里左右，實(shí)際使用里程也能有50公里左右，滿足日常上下班沒有問題。 缺點(diǎn)：仍需兩套系統(tǒng)，電池容量大，成本高。與純電動車一樣，插電式混合動力仍需采用大量的電池，其電池容量比傳統(tǒng)的混合動力車型要大得多，這種成本是硬

7、性的，除非電池技術(shù)有突破，否則無法解決。另外與純電動車相比，它還得加入內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步增加了成本。,2020/8/10,,2020/8/10,拓展 按混合強(qiáng)度分： 弱混、中混、強(qiáng)混 按混合燃料分： 油電混合、油液混合 按混合位置分： 變速箱前置、變速箱后置,混合動力汽車,2020/8/10,混合動力汽車的優(yōu)點(diǎn),較之純電動汽車，混合動力汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn) ： (1) 由于有原動機(jī)作為輔助動力，蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可減少，因此汽車自身重量可以減小； (2) 汽車的續(xù)駛里程和動力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的水平； (3) 借助原動機(jī)的動力，可帶動空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其他輔助電器，無需消耗蓄電池組有限的電能

8、，從而保證了駕車和乘坐的舒適性。,2020/8/10,較之內(nèi)燃機(jī)汽車，混合動力汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn)： (1) 可使原動機(jī)在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，避免或減少了發(fā)動機(jī)變工況下的不良運(yùn)行，使得發(fā)動機(jī)的排污和油耗大為降低； (2) 在人口密集的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等地可用純電動方式驅(qū)動車輛，實(shí)現(xiàn)零排放； (3) 可通過電動機(jī)提供動力，因此可配備功率較小的發(fā)動機(jī)，并可通過電動機(jī)回收汽車減速和制動時的能量，進(jìn)一步降低汽車的能量消耗和排污。,混合動力汽車的優(yōu)點(diǎn),2020/8/10,混合動力汽車,2020/8/10,混合動力汽車類型的比較,2020/8/10,不同類型混合動力汽車的特點(diǎn),2020/8/10,混合動力

9、汽車關(guān)鍵技術(shù),混合動力汽車以先進(jìn)的控制技術(shù)為紐帶，是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車的一種過渡性車型，其關(guān)鍵技術(shù)涵蓋機(jī)電工程、電力電子、電化學(xué)、控制工程、汽車電子和車輛工程等多學(xué)科。混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括驅(qū)動電動機(jī)及其控制技術(shù)、動力電池及其管理系統(tǒng)、整車能量管理控制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)匹配、再生制動能量回收系統(tǒng)、先進(jìn)車輛控制技術(shù)等。,2020/8/10,混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù),（1）驅(qū)動電動機(jī)及其控制技術(shù) 電動機(jī)是電動汽車的心臟，重要性與發(fā)動機(jī)等同。 要求：能量密度高、體積小、重量輕、效率高。 研發(fā)主要集中在交流感應(yīng)電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)上 高速、勻速行駛工況，采用感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動 經(jīng)常起動、停車、低速

10、運(yùn)行的城市工況，永磁同步電動機(jī)驅(qū)動效率較高 控制技術(shù)包括大功率電子器件、轉(zhuǎn)換器、微處理器以及電動機(jī)控制算法等,2020/8/10,混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù),（2）動力電池及其管理系統(tǒng) 動力電池是混合動力汽車的基本組成單元，其性能直接影響驅(qū)動電動機(jī)的性能從而影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。它起著向電動機(jī)供能以及向動力傳動系輸出峰值功率的作用，其另外一個作用是吸收制動再生能量并將其存儲起來。 能量回收制動(Regenerative breaking)對提高混合動力汽車的總效率是非常有意義的 。,2020/8/10,常見儲能裝置特性圖,2020/8/10,混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù),（3）整車能量管理控制系統(tǒng)

11、 主要功能是進(jìn)行整車功率控制和工作模式的切換控制，整車能量控制系統(tǒng)如同混合動力汽車的大腦，指揮各個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到效率、排放和動力性的最佳匹配，同時兼顧車輛行駛的平順性。 根據(jù)駕駛員的操作，如加速踏板、制動踏板、變速桿的操作等，判斷駕駛員的意圖，在滿足駕駛員需求的前提下，分配電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、電池等動力部件的功率輸出，實(shí)現(xiàn)能量利用率的最優(yōu)管理，使有限的燃油發(fā)揮最大的功效。 能量控制還需考慮其他車載電氣附件和機(jī)械附件的能量消耗，如空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向、制動助力能耗，以綜合考慮整車的能量使用。,2020/8/10,混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù),（4）動力傳動系統(tǒng)匹配 混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合

12、動力汽車設(shè)計(jì)的一個重要內(nèi)容，直接影響混合動力汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能。它包括合理的選擇和匹配發(fā)動機(jī)功率、動力電池容量和電動機(jī)的功率等，以確定車輛的混合度，來組成性能最優(yōu)的混合驅(qū)動系統(tǒng)。,2020/8/10,混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù),（5）能量再生制動回收系統(tǒng) 能量再生制動回收是混合動力汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性的又一重要途徑，由于制動關(guān)系到行車安全性，如何在最大限度回收制動時的車輛動能與保證安全的制動距離和車輛行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是再生制動回收系統(tǒng)需要解決的難題之一，再生制動回收系統(tǒng)與車輛防抱死制動系統(tǒng)的結(jié)合可以完美地解決這一難題。,2020/8/10,混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù),（6）先進(jìn)車輛控制技術(shù)在混

13、合動力汽車上的應(yīng)用 傳統(tǒng)汽車的車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)與混合動力控制系統(tǒng)以及制動能量回收控制的結(jié)合，將是混合動力汽車控制技術(shù)的下一個研究熱點(diǎn)。 混合動力汽車的再生制動系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的ABS系統(tǒng)的結(jié)合 傳統(tǒng)汽車的控制技術(shù)與現(xiàn)代電動汽車控制技術(shù)的融匯集成，將使未來的混合動力汽車更加節(jié)能、舒適和安全。,2020/8/10,二、燃料電池汽車,,2020/8/10,燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它平時將燃料（如氫氣、甲醇等）和氧化劑（如氧氣）分別作為電池兩極的活性物質(zhì)保存在電池的本體之外，當(dāng)使用時連續(xù)通入電池體內(nèi)，使電池發(fā)電。燃料電池本體由質(zhì)子交換膜，膜電極

14、，集流板三部分組成。,二、燃料電池汽車,2020/8/10,燃料電池汽車,,2020/8/10,燃料電池汽車的工作原理,2020/8/10,優(yōu)越性: 能量轉(zhuǎn)換效率高; 高可靠性;良好的環(huán)境效益。燃料電池汽車所使用的燃料包括氫、甲醇、汽油和柴油。,2020/8/10,,以 “氫”作為能量來源 優(yōu)點(diǎn)：無需石油、真正零排放。氫氣不來自石油，因此它可以徹底擺脫對石油的依賴，排放物是純水，行駛時不產(chǎn)生任何污染物，理論上可以實(shí)現(xiàn)零排放。 缺點(diǎn)：存在氫氣來源、存儲，安全使用和成本問題。氫燃料電池成本過高，而且氫燃料的存儲和運(yùn)輸按照目前的技術(shù)條件來說非常困難，氫氣很不穩(wěn)定，存儲問題至今沒有徹底解決，因?yàn)闅浞肿?/p>

15、非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸。另外最致命的問題，目前氫氣的提取技術(shù)需要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低地球二氧化碳的排放。,2020/8/10,三、天然氣汽車,天然氣汽車的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了，國內(nèi)汽車廠家早在上世紀(jì)80年代末就開始這方面的研究應(yīng)用。這類車輛有兩種，一種是僅使用天然氣作為“單一燃料”動力行駛的汽車，而同時可以使用天然氣和汽油這兩種燃料的汽車稱為“雙燃料”汽車。駕駛雙燃料汽車時，駕駛員可以在駕駛中安全地轉(zhuǎn)換所使用的燃料。 與汽油動力汽車相比，天然氣汽車可以減少多達(dá) 93%的一氧化碳排放量、減少33%的氮氧化物

16、和50%活性烴氣的排放量。在顆粒物排放的評測中，天然氣汽車的效果更為明顯,2020/8/10,天然氣汽車,優(yōu)點(diǎn) 天然氣的費(fèi)用比汽油低，有較高的經(jīng)濟(jì)效益 天然氣汽車的燃料費(fèi)用大約是汽油車或柴油車的一半 有較好的環(huán)保效益，這是它最大的優(yōu)勢 就汽車發(fā)動機(jī)而言，天然氣容易擴(kuò)散，在發(fā)動機(jī)中容易和空氣均勻混合，燃燒比較完全、干凈，不容易產(chǎn)生積碳，抗爆性能好，不會稀釋潤滑油，因而使發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的零件磨損大大減少，使發(fā)動機(jī)的壽命和潤滑油的使用期限大幅度增長。這些都會降低汽車的保養(yǎng)和運(yùn)行費(fèi)用，提高汽車使用的經(jīng)濟(jì)性。,2020/8/10,,缺點(diǎn) 由于天然氣燃料的能量密度低，天然氣汽車攜帶的燃料量較少，一般行駛

17、距離較汽油車短 天然氣是氣態(tài)燃料，不容易儲存和攜帶 ，形成一定加氣站的網(wǎng)絡(luò)，投資較大 對減少二氧化碳的排放沒有任何益處，仍然無法從根本上降低地球二氧化碳的排放 ； 天然氣與汽油一樣，都是礦物燃料，不能將其視為可再生資源,2020/8/10,三種燃料比較,,2020/8/10,四、電動汽車 電動汽車與普通燃油汽車的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下三個方面：,1 控制系統(tǒng),2020/8/10,電動汽車控制系統(tǒng)的基本功能就是實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)的控制，對于不同的電機(jī)，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也有所不同。,2020/8/10,2 驅(qū)動系統(tǒng),驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它主要由電動機(jī)和減速器構(gòu)成，其主要功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并將能

18、量傳遞到車輪使車輛行駛。目前，電動汽車常用的驅(qū)動電機(jī)有：交流異步電動機(jī)，永磁無刷電機(jī)，直流永磁有刷電機(jī)，直流它勵電機(jī)，直流串勵電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)等。目前比較流行的電機(jī)有：交流異步電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)和直流永磁有刷電動機(jī)。,2020/8/10,3 電池組,電池組是電動汽車的能源，電池性能的優(yōu)劣直接影響電動汽車的行駛性能，目前電動汽車廣泛應(yīng)用的電池有：鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池，鎳鎘蓄電池、鋰電池等。 其中鎳氫蓄電池性能最優(yōu)，但價格昂貴；鉛酸蓄電池性能最差，但價格低廉，目前為電動汽車廣泛應(yīng)用。,2020/8/10,純電動汽車,,2020/8/10,三大核心問題,它的三大核心無非就是存儲電的電池和將

19、電能轉(zhuǎn)換為動能的電動機(jī)，以及電控系統(tǒng)，簡稱“三電” ； 另一方面在于需要大量資金布點(diǎn)汽車充電站，而后者是當(dāng)前影響其普及的最主要的原因，需要國家政策支持 可擺脫對石油依賴、使用區(qū)域零排放。 缺點(diǎn)：蓄電池的重量、體積、容量、充電速度、穩(wěn)定性、成本6個方面極難兼顧。 比亞迪 E6值得一提，它充分凸顯了比亞迪在電池方面的優(yōu)勢。廠家給出的理論續(xù)航里程是60公里/小時，勻速工況下可行駛 400公里，是目前續(xù)航里程最長的電動車。,2020/8/10,太陽能汽車,,2020/8/10,,太陽能技術(shù)其實(shí)也是一種電力驅(qū)動，只不過將車輛自充電的能力進(jìn)一步延伸為來自太陽能，只要把太陽能光電板暴露在陽光下，就能將太陽能

20、轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動車輛。 優(yōu)點(diǎn)：有陽光的地方就能補(bǔ)充電能，行駛時不產(chǎn)生任何污染物，也是真正能做到零排放。 缺點(diǎn)：為了增加收光面積，汽車外形大多不符合空氣動力特性，使得汽車行駛性能受到影響，而且目前太陽能電池電能轉(zhuǎn)化效率仍然較低，受天氣及云層的影響也比較大。另外，普通太陽能電池組所提供的動力及續(xù)航能力很難達(dá)到需求(一般低于50km)，而采用高科技研發(fā)的太陽能電池組又面臨造價高的難題，離實(shí)用還有很長的路要走。,2020/8/10,發(fā)展方向,新動向：插電式混合動力和純電動 國務(wù)院批準(zhǔn)汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃全文已經(jīng)下發(fā)?！耙?guī)劃”為未來3年我國汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供了行動綱領(lǐng)和政策保證。其中，將純電動和充電式混合動力車作為突破口，成為規(guī)劃特色之一 特別是純電動和充電式混合動力汽車方面處于領(lǐng)先地位 今年一月份，國家電網(wǎng)宣布，計(jì)劃今年內(nèi)在全國 27個城市開建電動汽車充電站，深圳和上海的充電站已投入使用,