畢業(yè)論文國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)05783

1、摘 要：當(dāng)今世界節(jié)能和環(huán)保日益引起關(guān)注，因此電動(dòng)汽車正在加速發(fā)展，本文綜合論述了純電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)、主要構(gòu)造和原理、存在的問題。并對(duì)它們的未來的發(fā)展趨勢(shì)作了展望。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 挑戰(zhàn) 主要構(gòu)造和原理 存在的問題 發(fā)展趨勢(shì)1 引言汽車自誕生起已有100多年的歷史，其發(fā)展速度不斷的加快，與人們的聯(lián)系越來越緊密。汽車已不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的代步的運(yùn)輸工具，已成為許多人的生活必需品和文化生活的一部分，甚至成為一些人的流動(dòng)辦公室。汽車的普及程度和技術(shù)水平已成為一個(gè)國(guó)家或地區(qū)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志。    汽車已成為當(dāng)今人類社會(huì)不可缺少的交通工具，它對(duì)人類的進(jìn)步產(chǎn)生了不可替代的巨大

2、推動(dòng)作用。但同時(shí)也面臨著來自環(huán)境保護(hù)、能源短缺、道路交通事故等方面越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并帶來了一系列的負(fù)面效應(yīng)。汽車在其生命的全周期內(nèi)對(duì)公共環(huán)境和公眾健康甚至生命產(chǎn)生了一系列的危害，此即汽車的環(huán)境危害。汽車的環(huán)境危害包括汽車雜生產(chǎn)過程中、使用中和報(bào)廢后的環(huán)境大氣污染（包括溫室氣體、臭氧層破壞和空氣污染）、水質(zhì)污染、廢棄物、環(huán)境噪聲、電波對(duì)人體的危害及對(duì)用電器的干擾等。汽車的環(huán)境大氣污染包括兩層含義：其一是汽車排放的二氧化碳、硫化物、氮氧化物等使溫室效應(yīng)加劇、臭氧層破壞和形成酸雨等大氣環(huán)境問題；其二是汽車尾氣排放的各種化合物和臭味氣體等造成的局部空氣污染（特別是城市空氣污染），進(jìn)而對(duì)人類和動(dòng)植物產(chǎn)

3、生危害，嚴(yán)重威脅著人類的身體健康。    隨著人民生活水平的提高，人類對(duì)生存環(huán)境的要求也越來越高，降低汽車的有害排放物的呼聲與日俱增，在美國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了部分汽車零排量的法規(guī)，在我國(guó)也正在籌劃實(shí)施用于北京2008年的“零排放”車隊(duì)。因此，就目前的情況來看，環(huán)境公害是汽車行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。    汽車面臨的挑戰(zhàn)之二就是能源供應(yīng)問題。從人類對(duì)可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)的出發(fā)，人類應(yīng)設(shè)法減少對(duì)有限的石油資源的消耗，并且應(yīng)積極研究石油枯竭后汽車的能源問題。目前時(shí)間范圍內(nèi)使用的主要能源有石油、煤、天然氣、核能（原子能）、水能、風(fēng)能以及可再生資源等。雖然每年

4、都有新的油田、氣田的發(fā)現(xiàn)，但是這些資源都是有限的，總有一天會(huì)消耗殆盡。    我國(guó)面臨的形式也十分嚴(yán)峻，國(guó)內(nèi)的石油儲(chǔ)藏量和開采量相當(dāng)有限，隨著汽車保有量的增加，石油需求越來越多，目前已不能自給，不足部分主要通過進(jìn)口來滿足，而且每年成遞增趨勢(shì)。 由于電動(dòng)汽車具有突出的環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，使得電動(dòng)汽車的開發(fā)和研究成為各國(guó)開發(fā)綠色汽車的主流。電動(dòng)汽車使用的能源是可以用與發(fā)電的一切能源。因此使用電動(dòng)汽車可以擺脫汽車對(duì)化石燃料的依賴，改善能源結(jié)構(gòu)，使能源供給多樣化，使能源的供給有保障。電動(dòng)汽車在解決道路交通事故方面和傳統(tǒng)汽車相比也具有一定優(yōu)勢(shì)。因此，開發(fā)電動(dòng)汽車是迎接汽車面臨挑

5、戰(zhàn)的重要對(duì)策之一。2 我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展情況2.1 我國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展概況與世界其他國(guó)家一樣，電動(dòng)汽車研發(fā)工作在我國(guó)也正在如火如荼的進(jìn)行著。"十五"期間，國(guó)家從維護(hù)我國(guó)能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮，設(shè)立"電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)"，通過組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中國(guó)家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。為此，從2001年10月起，國(guó)家共計(jì)撥款8.8億元作為這一重大科技專項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)。  我國(guó)電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)實(shí)施4年來，經(jīng)過200多家企業(yè)、高校和科研院所的200

6、0多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得重要進(jìn)展：燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車，燃料電池轎車?yán)塾?jì)運(yùn)行4000km，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行8000km；混合動(dòng)力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過14萬km；純 電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過國(guó)家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。2.2 我國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展模式     燃料電池汽車：均采用電-電混合驅(qū)動(dòng)方案，在整車操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到較大提高。2004年5月在北京召開的世界氫能大會(huì)上，我國(guó)自主研發(fā)的燃料電池轎車和客車樣車與世界領(lǐng)先的奔馳公司樣車同堂展示，引起了世界的驚贊。在10月舉行的必

7、比登世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上，我國(guó)自主研發(fā)的燃料電池轎車在7個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)中獲得5個(gè)a(在高速蛇行障礙賽、噪音、排放、能耗、溫室氣體減排5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)方面的最高等級(jí))的好成績(jī)，燃料電池城市客車也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績(jī)。    混合動(dòng)力汽車：一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞等汽車公司對(duì)此都投入了較大的人力、物力。各車型均已完成功能樣車開發(fā)。2003年11月8日，湖北省啟動(dòng)武漢電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范運(yùn)行工作，先后投yk6輛由東風(fēng)電動(dòng)車輛股份有限公司研制的混合動(dòng)力客車，已累計(jì)運(yùn)行14萬km，載客15萬人次；混合動(dòng)力轎車按ece城市工況與基本車型進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)顯示，其燃料

8、經(jīng)濟(jì)性提高40%左右，達(dá)到了節(jié)油的目的。長(zhǎng)安汽車公司采用同軸isg輕度混合方案，成功開發(fā)了第二輪功能樣車和第三輪性能樣車，并在國(guó)內(nèi)率先開展了混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)。經(jīng)過國(guó)家檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，動(dòng)力性能接近參考車的水平，綜合油耗降低17%，排放達(dá)到歐標(biāo)準(zhǔn)。    純電動(dòng)汽車：目前純電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過國(guó)家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。天津清源電動(dòng)車輛有限公司等單位研發(fā)的純電動(dòng)轎車，其整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)已超過法國(guó)雪鐵龍公司贈(zèng)送的純電動(dòng)轎車和箱式貨車，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。北京理工大學(xué)等單

9、位初步完成了北京理工科凌電動(dòng)車輛股份有限公司密云電動(dòng)車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè)，并于2003年12月30日順利通過北京市公共交通總公司組織的示范運(yùn)行車組驗(yàn)收。小批量研發(fā)生產(chǎn)的4種車型、近40輛公交車即將投入北京市奧運(yùn)電動(dòng)示范車隊(duì)的示范運(yùn)行。2.3 國(guó)外主要國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展情況世界各國(guó)著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動(dòng)汽車，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破。     第一，日本：一直以來，出于對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來世界市場(chǎng)的考慮，日本十分重視電動(dòng)汽車的研制與開發(fā)。從目前世界范圍內(nèi)的整個(gè)形勢(shì)來看，日本是電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個(gè)國(guó)

10、家之一，特別是在混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面， 日本居世界領(lǐng)先地位。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動(dòng)力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月，豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車prius。該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個(gè)國(guó)家上市銷售。目前推出的產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進(jìn)后的第二代產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝更為成熟。根據(jù)豐田汽車公司的測(cè)試，prius轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節(jié)油44.4%；在市郊節(jié)油29.7%，綜合節(jié)油40.5%。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，豐田汽車公司已占有全球混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)90

11、%的份額。2004年9月15日，一汽集團(tuán)與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動(dòng)力汽車合作項(xiàng)目簽字儀式，宣布雙方在2005年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田prius混合動(dòng)力轎車。prius混合動(dòng)力轎車將在同年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。 繼prius混合動(dòng)力轎車之后，豐田汽車公司還推出了estima混合動(dòng)力汽車和搭載軟混合動(dòng)力系統(tǒng)的crown轎車。豐田汽車公司在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。此外，本田汽車公司開發(fā)的insight混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也已投放市場(chǎng)，供不應(yīng)求。2002年4月，本田汽車公司在美國(guó)市場(chǎng)上投放了civic混合動(dòng)力汽車。日產(chǎn)汽車公司近日宣布，將于2006年向美國(guó)市場(chǎng)銷

12、售altima牌混合動(dòng)力汽車，這是其于2002年與豐田汽車公司簽署聯(lián)合生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車協(xié)議的第一個(gè)產(chǎn)品。    第二，美國(guó)：美國(guó)的汽車公司在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少，三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過純電動(dòng)汽車，而混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)汽車目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動(dòng)力電動(dòng)汽車在美國(guó)市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。    美國(guó)能源部與三大汽車公司于1993年簽訂了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開發(fā)合同，其中通用汽車公司投入1.48億美元，福特汽車公司投入1.38億美元，克萊斯勒汽車公司投入8480萬美元，進(jìn)行為期5年的研

13、制開發(fā)工作，并于1998年北美國(guó)際汽車展上展出了樣車。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出三款混合動(dòng)力概念車gm 3 電動(dòng)汽車的構(gòu)造與原理電動(dòng)汽車的分類，如圖31所示。電動(dòng)汽車類型純電動(dòng)汽車車混合動(dòng)力汽車燃料電池汽車鉛酸蓄電池 鈉硫電池 鎳鋅電池 空氣電池鋰離子電池內(nèi)燃機(jī)+電池燃料電池蓄電池燃料電池電容+太陽(yáng)能蓄電池+電容（飛輪）蓄電池 燃料電池 儲(chǔ)能器 電容 飛輪 h2燃料電池 甲醇燃料電池重燃料電池 圖313.1 純電動(dòng)汽車（ev）3.1.1 ev概述    采用電能作為能源的電動(dòng)車輛，已有100多年的歷史，現(xiàn)在已具有多種多樣的電動(dòng)車輛。電動(dòng)汽車與普通汽車的主要區(qū)別是動(dòng)力源的

14、改變，ev用蓄電池電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。ev是一種最好的“零污染”或“超低污染”的車輛。它沒有噪聲和振動(dòng)，操作性良好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)汽車，是當(dāng)前開發(fā)和研制取代內(nèi)燃機(jī)的首選車型。3.1.2 ev的基本組成部分   1） 車載電源的發(fā)展   第一代的ev電池都是鉛酸蓄電池。由于鉛酸電池的比能量和比功率不能滿足ev動(dòng)力性能的需求，后來進(jìn)一步發(fā)展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，是鉛酸電池的比能量有所提高，目前仍然能夠作為ev的電源。   第二代的高能電池有鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋅空電池和鋁空氣電池等。第二代的比能量和比功率都比鉛酸電池高，大大的提高了

15、ev的動(dòng)力性和續(xù)駛里程。但是二代電池中的活性物質(zhì)在使用一定期限后，會(huì)老化變質(zhì)以至于賞識(shí)充電和放電的功能而報(bào)廢，從而增加了ev的成本。   第三代電池是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，能量轉(zhuǎn)換率高，比能量和比功率高，并且燃料電池能量裝化過程可以連續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)過程能夠有效地控制，是較理想的電動(dòng)汽車電池，一些關(guān)鍵技術(shù)正在不斷地突破，并且在使用上能夠取得了良好的效果。 2）動(dòng)力電池組的組成和布置形式   純電動(dòng)汽車唯一的動(dòng)力源一般是由多個(gè)12v或24v的電池串聯(lián)形成的動(dòng)力電池組，動(dòng)力電池組一般是電壓為155v400v的高壓直流電源。為

16、了便于向一些低壓用電設(shè)備供電，動(dòng)力電池組還有dc/dc轉(zhuǎn)換器。   動(dòng)力電池組采用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式進(jìn)行組合，在ev上占據(jù)很大一部分有效的裝載空間，在布置上有相當(dāng)?shù)碾y度，通常有“集中”布置和“分散”布置兩種形式。3.1.2 電池組的管理系統(tǒng)   動(dòng)力電池組的管理系統(tǒng)包括對(duì)動(dòng)力電池組的充電和放電時(shí)的電流、電壓、放電深度、再生制動(dòng)反饋的電流、電池的自放電率、電池的溫度等進(jìn)行控制。因?yàn)閭€(gè)別蓄電池性能變化后，影響到整個(gè)動(dòng)力電池組的性能，用蓄電池管理系統(tǒng)來對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池組和對(duì)動(dòng)力電池組中的每個(gè)單體電池進(jìn)行監(jiān)控，保持各個(gè)電池間的一致性，還要建立動(dòng)力電池組維護(hù)系統(tǒng)，來

17、保證ev的正常運(yùn)行。1） 電池組管理系統(tǒng)組成   ev上動(dòng)力電池組是它的主要電源，ev全靠動(dòng)力電池組提供電源。根據(jù)電動(dòng)汽車所采用的電池的類型和動(dòng)力電池組的組合方法，電池組管理系統(tǒng)主要包括：a熱管理系統(tǒng)；b電池管理系統(tǒng)；c電線線路管理系統(tǒng)，如圖所示。2） 動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)的功能和作用   動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)要承擔(dān)動(dòng)力電池組的全面管理，一方面保證動(dòng)力電池組的正常運(yùn)作，顯示動(dòng)力電池組的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并及時(shí)報(bào)警，使駕駛員隨時(shí)都能掌握動(dòng)力電池組的情況。另一方面要對(duì)人身和車輛進(jìn)行安全保護(hù)，避免因電池引起的各種事故。電池管理系統(tǒng) 熱管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng) 線路管理系統(tǒng) 電

18、池組組合方式 電池組分組和支架布置 通風(fēng)管道系統(tǒng)和風(fēng)扇 溫度管理ecu及溫度傳感器熱能的管理和應(yīng)用 電池組電壓測(cè)試 電池組電流測(cè)試 電池組和單元電池的溫度測(cè)試soc計(jì)算及顯示技術(shù) 電池組剩余電量顯示 車輛在線可行駛里程顯示自動(dòng)診斷系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)安全防護(hù)系統(tǒng) 動(dòng)力電池組分組及連接 動(dòng)力電線束 手動(dòng)或自動(dòng)斷電器 傳感器的類型 傳感器的電線束 圖3-2 電池組管理系統(tǒng)組成3.1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)    驅(qū)動(dòng)電機(jī)是ev的動(dòng)力裝置，這也是ev與內(nèi)燃機(jī)汽車的根本區(qū)別之處?，F(xiàn)代ev所采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要是交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)、和開關(guān)阻尼電動(dòng)機(jī)等。    ev驅(qū)動(dòng)系

19、統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)操縱系統(tǒng)共同組成，隨著ev結(jié)構(gòu)形式不同，采用了不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。ev的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。    ev的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總布置形式有以下幾種，其特征如表2-1 所示：1） 傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式    2） 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)    3） 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)    4） 輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 表3-1 ev的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體布置形式、結(jié)構(gòu)模型、特征項(xiàng)目 結(jié)構(gòu)模型 特征 傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式 1.電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)；2.仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動(dòng)軸

20、和驅(qū)動(dòng)橋等總成；3.有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置、（f-f），電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋后置（f-r）等各種驅(qū)動(dòng)模式；4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1.在電動(dòng)機(jī)端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動(dòng)總成，形成電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；2.有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置、（f-f），電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋后置（f-r）、驅(qū)動(dòng)橋后置（r-r）等驅(qū)動(dòng)模式；3.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，安裝方便電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1.在電動(dòng)機(jī)端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動(dòng)總成，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)空心軸，有一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的半軸從電動(dòng)機(jī)空心軸中通過；2.有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置、（f-f），電動(dòng)機(jī)前置、

21、驅(qū)動(dòng)橋后置（f-r）、驅(qū)動(dòng)橋后置（r-r）等驅(qū)動(dòng)模式；3.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，可以作為驅(qū)動(dòng)橋布置在車架下面輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1.電動(dòng)機(jī)裝在車輪輪轂中，可以有4×2和4×4兩種布置方式，各個(gè)車輪之間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)或差速轉(zhuǎn)動(dòng)由中央控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制；2.4×2布置方式有雙前輪驅(qū)動(dòng)模式和雙后輪驅(qū)動(dòng)模式；3.4×4布置方式可以實(shí)現(xiàn)4輪驅(qū)動(dòng)模式;4.能騰出大量有效空間，便于布置3.2 燃料電池電動(dòng)汽車3.2.1 燃料電池電動(dòng)汽車的構(gòu)成    燃料電池電動(dòng)汽車的外形和內(nèi)部空間與普通內(nèi)燃機(jī)汽車幾乎沒什么差別，特別是燃

22、料電池電動(dòng)轎車與普通內(nèi)燃機(jī)轎車的外形無任何區(qū)別。單憑外形是無法區(qū)分燃料電池汽車與普通內(nèi)燃機(jī)汽車的。燃料電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車不同之處在于動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力控制單元、電動(dòng)機(jī)、電池組、燃料箱、儲(chǔ)能裝置及燃料加入口等組成。      燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)組成是很復(fù)雜的，主要組成為燃料系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、控制器、燃料電池組、蓄電池、dc/dc轉(zhuǎn)換器、dc/ac逆變器、電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)齒輪等。3.2.2 燃料電池電動(dòng)汽車的種類    雖然燃料電池汽車的歷史并不長(zhǎng)，但由于燃料電池汽車具有突出的

23、環(huán)保、節(jié)能優(yōu)勢(shì)，各種各樣結(jié)構(gòu)的燃料電池汽車不斷問世。為了便與區(qū)分各種燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)燃料電池汽車進(jìn)行科學(xué)的分類是十分必要的，目前常見的方法有三種。     1） 是根據(jù)汽車是否帶有儲(chǔ)能設(shè)備（如蓄電池、飛輪等）分類，據(jù)此可把燃料電池汽車分為純?nèi)剂想姵仄嚭突旌希◤?fù)合）式燃料電池汽車。    2） 根據(jù)燃料特點(diǎn)把燃料電池汽車分為直接燃料電池汽車和重整燃料電池汽車。    3） 分句燃料氫的儲(chǔ)存方式的不同可以把燃料電池汽車分為壓縮氫燃料電池汽車、液氫燃料電池汽車和合金吸附氫燃料電池汽車三種。3.2.3

24、 燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理    由燃料電池組出發(fā)的電流經(jīng)dc/dc逆變器后進(jìn)入電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛或經(jīng)dc/dc轉(zhuǎn)換器向蓄電池充電，當(dāng)汽車行駛時(shí)需要的動(dòng)力超過電池的發(fā)電能力時(shí)，蓄電池也參與工作，其電流經(jīng)過dc/dc轉(zhuǎn)換器進(jìn)入電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。如圖3-3所示圖3-3 燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理3.2.4 燃料電池電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)形式   驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是燃料電池汽車的心臟，它的主要功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并通過傳統(tǒng)系統(tǒng)將能量傳動(dòng)到車輪驅(qū)動(dòng)車輛行駛。   其基本構(gòu)成有兩個(gè)部分：電機(jī)及控制器。電機(jī)由控制器控制，是一

25、個(gè)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。控制器的作用是將動(dòng)力源的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電機(jī)運(yùn)行的另一種形式的電能，所以控制器本質(zhì)上是一個(gè)電能變換控制裝置。    目前，燃料電池可以采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 3.3 混合動(dòng)力汽車（hev）3.3.1 概述     混合動(dòng)力汽車指攜帶有不同動(dòng)力源的，可根據(jù)汽車行駛需要，同時(shí)或分別使用不同的動(dòng)力源而行駛的汽車。目前已研制成功并投入運(yùn)行的混合動(dòng)力汽車主要有液壓蓄能式混合動(dòng)力汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車兩類   

26、60; 由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的組合動(dòng)力作為能源的汽車稱為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車hev。3.3.2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的種類及主要組成    hev的組成     hev一般由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器和控制裝置等組成。     1） 發(fā)動(dòng)機(jī)。采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)可組成不同的hev。采用的發(fā)動(dòng)機(jī)有四沖程內(nèi)燃機(jī)、二沖程內(nèi)燃機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。一般采用四沖程內(nèi)燃機(jī)比較普遍。     2） 電動(dòng)機(jī)。采用不同的電動(dòng)機(jī)可組成不同的hev。采

27、用的電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。     3） 電池。儲(chǔ)能裝置是hev的輔助能源，只有在hev用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)使用，hev可選用不同的蓄電池、燃料電池儲(chǔ)能器等。 2.hev的分類     根據(jù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋的多少可把hev分為單軸驅(qū)動(dòng)、雙軸驅(qū)動(dòng)或多軸驅(qū)動(dòng)hev三種。根據(jù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)有不同的分類方法，可把混合動(dòng)力電動(dòng)汽車區(qū)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式。3.3.3串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車    結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 串聯(lián)式

28、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意圖見圖3-4。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其電能通過電動(dòng)機(jī)控制器直接輸送到電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車。在發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋之間通過電能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，因此更像是電傳動(dòng)汽車。電池通過控制器串接在發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間，其功能相當(dāng)于發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的“水庫(kù)”，起功率平衡作用，即：當(dāng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率大于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)，如汽車減速滑行、低速行駛或短時(shí)停車時(shí)，控制器控制發(fā)電機(jī)向電池充電；而當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率低于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)，如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡時(shí)，就由電池向電動(dòng)機(jī)提供不足部分的電能。 圖3-4 串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意圖 2.性能特點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率是以汽車某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行工況所

29、需的功率而選定的。當(dāng)汽車運(yùn)行工況變化，電動(dòng)機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)功率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不一致時(shí)，由控制器控制發(fā)電機(jī)向電池充電或使電池向電動(dòng)機(jī)放電，電池充電和放電電流的大小則由控制器根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的變化情況進(jìn)行控制。這樣的結(jié)構(gòu)形式和控制方式使串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具有如下性能特點(diǎn):發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不受汽車行駛工況的影響，始終在其最佳的工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，因此發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和低排放指標(biāo)；由于有電池進(jìn)行驅(qū)動(dòng)功率的“調(diào)峰”，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率只需滿足汽車在某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行工況所需的功率，因此可選擇功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋之間無機(jī)械連接，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無任何要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇范圍較大；發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)之

30、間無機(jī)械連接，整車的結(jié)構(gòu)布置自由度較大；發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出需全部轉(zhuǎn)化為電能，再變?yōu)轵?qū)動(dòng)汽車的機(jī)械能，需要功率足夠大的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)；要起到良好的發(fā)電機(jī)輸出功率平衡作用，又要避免電池出現(xiàn)過充電或過放電，需要較大的電池容量；發(fā)電機(jī)將機(jī)械能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、電?dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能以及電池充電和放電時(shí)都有能量損失，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量的利用率比較低；串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能保持在最佳工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行這一特點(diǎn)的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在低速、加速等運(yùn)行工況。而在汽車高速行駛時(shí)，由于其電傳動(dòng)效率低抵消了發(fā)動(dòng)機(jī)油耗低的優(yōu)點(diǎn)，因此，串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車更適合于在市內(nèi)的低速運(yùn)行工況。在繁華的市區(qū)，汽車在起步和低速時(shí)還可

31、以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，可以只利用電池進(jìn)行功率輸出，使汽車達(dá)到零排放。3.3.4 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車    1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖3-5。發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)橋連接，電動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力復(fù)合裝置也與驅(qū)動(dòng)橋相連，汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)形式更像是附加了一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機(jī)汽車。電動(dòng)機(jī)起“調(diào)峰”作用，即：當(dāng)汽車運(yùn)行工況所需的功率超過了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電池獲得能量產(chǎn)生電磁力矩，并向驅(qū)動(dòng)橋提供額外的驅(qū)動(dòng)功率。有的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也有發(fā)電機(jī)，但其主要作用是向電池充電，以保持

32、電池的荷電狀態(tài)（soc），即：當(dāng)電池放電較多，其soc值較低時(shí)，控制器可控制發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)并向電池充電，使電池的soc恢復(fù)到設(shè)定值，保證混合驅(qū)動(dòng)方式下的續(xù)駛里程。 2.性能特點(diǎn)并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率也是以汽車某一速度下穩(wěn)定行駛工況所需的功率選定的。當(dāng)汽車在低速或變速工況行駛時(shí)，需通過加速踏板和變速器來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，而在汽車高速行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率低于汽車行駛所需功率時(shí)，由控制器控制電動(dòng)機(jī)協(xié)助驅(qū)動(dòng)。這樣的結(jié)構(gòu)形式和控制方式使并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具有如下性能特點(diǎn) ： 圖 3-5 并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)汽車，無機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換損失，因此發(fā)

33、動(dòng)機(jī)輸出能量的利用率相對(duì)較高，而且當(dāng)汽車的行駛工況使發(fā)動(dòng)機(jī)在其最佳的工作范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)式的hev燃油經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式的高；有電動(dòng)機(jī)進(jìn)行“調(diào)峰”作用，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也可適當(dāng)減?。划?dāng)電動(dòng)機(jī)只是作為輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，功率可以比較小；如果裝備發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的功率也可較?。挥捎谟邪l(fā)電機(jī)補(bǔ)充電能，比較小的電池容量即可滿足使用要求；并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最適合于汽車在中、高速穩(wěn)定行駛的工況，而在其他行駛工況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)不在其最佳的工作區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和排污指標(biāo)不如串聯(lián)式。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也可實(shí)現(xiàn)零排放控制。在繁華的市區(qū)低速行駛時(shí)，可通過關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器分離使汽車以純電動(dòng)方式運(yùn)行。但這樣就需要功率足夠

34、大的電動(dòng)機(jī)，所需的電池容量也相應(yīng)要大。 3.3.5 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車    混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3-6。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能由控制器控制，輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋。圖3-6 混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)示意圖混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)，則以并聯(lián)工作方式為主。混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)

35、行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了即使在更為復(fù)雜的工況下系統(tǒng)仍能工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此，易于實(shí)現(xiàn)排放和油耗的控制目標(biāo)。與并聯(lián)式相比，混聯(lián)式的動(dòng)力復(fù)合形式更復(fù)雜，因此對(duì)動(dòng)力復(fù)合裝置的要求更高。目前的混聯(lián)式結(jié)構(gòu)一般以行星齒輪作為動(dòng)力復(fù)合裝置的基本構(gòu)架。4 電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置4.1 電池的分類及有關(guān)術(shù)語4.1.1 電池的分類    常見的電池可區(qū)分為大約4000多種，詳細(xì)地劃分的話也可區(qū)分為大約38種。但若按照電池的原理區(qū)分的話可以分為物理電池、生物電池和化學(xué)電池三大類。生物電池有利用酶、微生物或葉綠素分別做成的酶電微生物電池和生物太陽(yáng)能電池等，其工作的物理基

36、礎(chǔ)是生物表現(xiàn)出來的帶電現(xiàn)象。物理電池指利用物理原理制成的電池，其特點(diǎn)是能在一定條件下實(shí)現(xiàn)能量的直接轉(zhuǎn)換?；瘜W(xué)電池是一種直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其學(xué)名為化學(xué)電源。通常所說的電池即指的是這類電池。化學(xué)電池 按電解質(zhì)分類 按正負(fù)極材料分類 按功能分類 堿性電池 酸性電池 中性電池 有機(jī)電解液電池 鋅系列電池 鎳系列電池 鋁系列電池 鋰系列電池 mno2系列電池 空氣系列電池 一次電池 二次電池 燃料電池 儲(chǔ)備能量電池 圖4-1 化學(xué)電池的分類 化學(xué)電池常見的分類方法有三種：    第一種是按電解液種類分類，可把常見的電池分為堿性電池、酸性電池、中性電池及

37、有機(jī)電解液電池四種。    第二種是根據(jù)電池所用正、負(fù)極材料的不同，可把常見的電池分為鋅系電池、鉛系電池、鋰系電池、二氧化錳系電池及空氣（氧氣）系電池。    第三種是根據(jù)工作的性質(zhì)和儲(chǔ)存方式不同，可把常見的電池分為一次電池、二次電池、燃料電池、儲(chǔ)備電池四類。如圖4-1所示4.1.2 有關(guān)電池的常見術(shù)語放電：電池向外電路輸送電流的過程。放電容量：電池在規(guī)定條件下的放電電量或有效工作時(shí)間。儲(chǔ)存壽命：電池在規(guī)定條件下儲(chǔ)存結(jié)束時(shí)，電池仍能保持規(guī)定的性能和儲(chǔ)存期限。電池極端：電池連接外電路的部件。電動(dòng)勢(shì)：組成電池的兩個(gè)電極的平衡電位差。放電率

38、：放電率指放電是的速率，通常用“時(shí)率”和“倍率”表示。充電：將外電路輸入蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來的操作過程。充電率：蓄電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)充到額定容量所需的電流值。恒壓充電：充電時(shí)保持充電器端電壓不變的一種充電方法。恒流充電：充電時(shí)保持充電電流不變的一種沖電方法。極化：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)即電流為零轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)產(chǎn)生的電池電壓、電極電為的變化現(xiàn)象。    4.2 鉛蓄電池 4.2.1 鉛酸蓄電池的分類和特點(diǎn)電動(dòng)汽車用動(dòng)力鉛酸電池有多種，常見的有個(gè)干呵電式蓄電池、濕荷電式蓄電池、閥控式蓄電池、免維護(hù)蓄電池、膠體蓄電池、水平板式蓄電池等。    動(dòng)力鉛酸

39、蓄電池與一般啟動(dòng)用的蓄電池不同，既要求有瞬時(shí)大電流放電特點(diǎn)，又要求鉛酸蓄電池有持續(xù)大電流放電的能力。動(dòng)力鉛酸蓄電池有以下幾個(gè)特點(diǎn)。   1） 單格電壓高，汽車用鉛酸蓄電池單格額定電壓可達(dá)2.0v，開路電壓2.1v，工作電壓1.8v-2.0v。   2） 比功率和功率密度大，內(nèi)阻小，長(zhǎng)時(shí)間可輸出大電流。   3） 性能可靠，沖放電可逆性好。   4） 循環(huán)次數(shù)多，壽命長(zhǎng)。   5） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。4.2.2 鉛酸蓄電池的工作原理   鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式

40、如下： 正極： pbo2 + 2e + hso4- + 3h+ = pbso4 + 2h2o 負(fù)極： pb + hso4- = pbso4 + h+ + 2e總反應(yīng)： pbo2 + 2 h2so4 + pb = 2 pbso4 + 2h2o 從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)”。在蓄電池剛放電結(jié)束時(shí)，正、負(fù)極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的硫酸鉛是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細(xì)密的結(jié)晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會(huì)重新變成二氧

41、化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)存電能和釋放電能的功能。 4.3燃料電池4.3.1 燃料電池的分類和特點(diǎn)化學(xué)電池的分類料電池直接式 間接式 再生式 低溫 （200）h2-o2 有機(jī)物氧 含氧化合物氫鹵素金屬氧中溫 （200750） h2-o2 co-o2nh3-o2高溫 (>750）h2-o2 co-o2 燃料電池 天然氣 石油 甲醇 乙醇 汽油 二甲醚生化燃料電池 葡萄糖 碳水化合物 尿素 尿素 熱再生 充電再生 光化學(xué)電池 輻射化學(xué)電池 圖4-2 燃料電池的分類 燃料電池按電解質(zhì)劃分已有6個(gè)種類得到了發(fā)展，即堿性燃料電池

42、、磷酸鹽型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池、固體聚合物燃料電池又稱為質(zhì)子交換膜燃料電池、及生物燃料電池。按工作溫度它們又分為高、中、低溫型燃料電池。工作溫度從室溫到373k(100)的為常溫燃料電池；工作溫度在373k(100)573k(300)之間的為中溫燃料電池；工作溫度在873k(600)以上的為高溫燃料電池，損失。    燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)?？偟膩碚f，燃料電池具有以下特點(diǎn)：1） 能量轉(zhuǎn)化效率高他直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒

43、過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料電能轉(zhuǎn)換效率在45%60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%40%。2） 有害氣體x、x及噪音排放都很低2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，五機(jī)械振動(dòng)。 3） 燃料適用范圍廣4） 積木化強(qiáng)規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適 5）負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負(fù)荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻率偏移和電壓波動(dòng)，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量，減少

44、了輸變線路投資和線路目前。4.3.2 燃料電池的工作原理    圖4-3 燃料電池的工作原理    具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的"發(fā)電機(jī)"。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負(fù)極分解成正離子h+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是

45、水的電解反應(yīng)的逆過程。利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種"發(fā)電機(jī)"。            5  電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)5.1 概述 5.1.1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成、種類 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功用是在駕駛員的控制（加速和制動(dòng)踏板）下，高效率地儲(chǔ)蓄電池（燃料電池或發(fā)電機(jī)）的能量轉(zhuǎn)換為車輪的動(dòng)能，或者將車輪上的動(dòng)能反饋到蓄電池中。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成各式各樣，一般由電氣和機(jī)械兩大部分組成。電氣部分主要由

46、電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器三個(gè)子系統(tǒng)組成。電動(dòng)機(jī)與車輪通過機(jī)械傳動(dòng)裝置連在一起，也可以直接裝在車輪上，用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。機(jī)械部分主要包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪等。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類 電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雖然有著多種多樣的組合形式，但每個(gè)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都具有自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，據(jù)此可以把電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為不同的類型。根據(jù)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪的布置方式有前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)和全輪驅(qū)動(dòng)等方式。根據(jù)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的特點(diǎn)，其基本布置方式可以分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、半機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和純電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。根據(jù)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)的數(shù)量可以區(qū)分為單電動(dòng)機(jī)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。5.1.2 電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)性能的基本

47、要求   電動(dòng)汽車由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部分。要使電動(dòng)汽車具有良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速、足夠大的啟動(dòng)扭距，還要具有體積小、質(zhì)量輕、效率高且具有動(dòng)態(tài)制動(dòng)性強(qiáng)和能量回饋的性能。          電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求：    電動(dòng)汽車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的，主要有：1） 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)應(yīng)為34，加速性能好，使用壽

48、命長(zhǎng)的特點(diǎn)。2） 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。 3） 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實(shí)現(xiàn)的。4） 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。另外還要求電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等5.1.3 電動(dòng)汽車驅(qū)

49、動(dòng)電動(dòng)機(jī)的分類 電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、交/直流點(diǎn)動(dòng)機(jī)、控制電動(dòng)機(jī)、開關(guān)、磁阻電動(dòng)機(jī)及信號(hào)電動(dòng)機(jī)等多種。適用于電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。目前在電動(dòng)汽車上已應(yīng)用的和應(yīng)用前景的有直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。5.2 直流電動(dòng)機(jī)5.2.1 電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造 直流電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。定子由主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座組成。主磁極鐵芯上套有線圈，通入直流勵(lì)磁電流便會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，即主磁場(chǎng)。換向極也由鐵芯及套在上面的線圈組成，其作用是產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。機(jī)座除作電動(dòng)機(jī)的機(jī)械支架外，還作

50、為各磁極間磁的通路。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、軸和風(fēng)扇組成。轉(zhuǎn)子鐵芯用來安裝轉(zhuǎn)子繞組，并作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并通過電流，以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。換向器由換向片組成，換向片按一定規(guī)律與轉(zhuǎn)子繞組的繞組元件連接。5.2.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖5-1  流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖 直流電動(dòng)機(jī)包括倆個(gè)在空間固定的永久磁鐵，一個(gè)為n極，另一個(gè)為s極。在磁極的中間，裝有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，它的首末兩端分別接到兩片圓弧形的換向片（銅片）上，兩個(gè)換向片之間、換向片與轉(zhuǎn)軸（與線圈一起旋轉(zhuǎn)）之間均相互絕緣，為了把電樞繞組和外電路接通，在換向器上安置了兩個(gè)固定不動(dòng)的電刷。

51、由于電刷和電源固定連接，因此無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。由左手定則可知，通電線圈在磁場(chǎng)中受到逆時(shí)針方向的力矩作用。雖然電流方向是交替變化的，但所受的電磁力的方向不改變，因此線圈可以連續(xù)地按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的各種原理。  5.2.3 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性與特點(diǎn)   1） 運(yùn)動(dòng)特性 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性包括 工作特性和機(jī)械特性。工作特性是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定勵(lì)磁電流不變的情況下，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距和輸出功率之間的關(guān)系。機(jī)械特性是指在額定電壓和電磁繞組不變的情況下，轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)速的關(guān)系   2） 特點(diǎn)

52、 直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造較復(fù)雜，價(jià)格也比交流電動(dòng)機(jī)昂貴,維護(hù)維修也較困難。近年來，由于變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，在中小功率的電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中，交流電動(dòng)機(jī)正逐步取代直流電動(dòng)機(jī)。 盡管如此，由于直流電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、便于大范圍平滑調(diào)速、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛用于要求進(jìn)行平滑、穩(wěn)定、大范圍的調(diào)速或需靈活控制起動(dòng)、制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械。       5.3 其他電動(dòng)機(jī)5.3.1 三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都是由定子和轉(zhuǎn)子這倆大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承

53、、 風(fēng)扇、風(fēng)扇罩、接線盒、吊環(huán)等其他附件。    在交流異步電動(dòng)機(jī)中，定子繞組流過依次相差120度相位角的三相交流電時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)槔@組是閉合電路，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流，有電流的繞組導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)距帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。           5.3.2 永磁電動(dòng)機(jī) 人們用稀土等永磁材料來替代傳統(tǒng)電機(jī)的電磁場(chǎng)裝置制成的電動(dòng)機(jī)即為永磁電動(dòng)機(jī)。永磁電動(dòng)機(jī)因永磁的材料不和用途不同而制成各種各樣的永磁電動(dòng)

54、機(jī)。    根據(jù)輸入電動(dòng)機(jī)接線端的電流種類把永磁電動(dòng)機(jī)分為永磁交流電動(dòng)機(jī)和永磁支流電動(dòng)機(jī)。    永磁電動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)劣與永磁材料密切相關(guān)。稀土永磁材料的磁性能優(yōu)異，它經(jīng)過充磁后不再需要外加能量就能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、重量輕。6 電動(dòng)汽車的能源管理與供給系統(tǒng)6.1 電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)電池輸入控制器所謂能源管理系統(tǒng)是指對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化裝置的工作能量的協(xié)調(diào)、分配和控制的軟硬件系統(tǒng)。 硬件系統(tǒng)主要由各種傳感器、ecu、執(zhí)行元件等組成。軟件系統(tǒng)的功能主要是對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析處

55、理，對(duì)能量轉(zhuǎn)換裝置的工作能量進(jìn)行優(yōu)化分析，并向執(zhí)行元件發(fā)出指令。電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的作用就是在滿足汽車基本技術(shù)性能和成本要求的前提下，使各部件的特性和汽車運(yùn)行工況達(dá)到最佳配置，實(shí)現(xiàn)能量在能源轉(zhuǎn)換裝置之間的動(dòng)力流線最優(yōu)化 ，整車能源的利用率最大化。能源轉(zhuǎn)換裝置指的是發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能超級(jí)電容、功率變換模塊、動(dòng)力傳遞裝置、燃料電池、蓄電池等。     為了是電動(dòng)車有良好的機(jī)械性能、點(diǎn)驅(qū)動(dòng)性能及合理的能量分配等，能量管理系統(tǒng)必須對(duì)能量系統(tǒng)的工作進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制，以便最大限度的節(jié)約能量。車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)   車輛操縱狀態(tài)電池組

56、的狀態(tài)參數(shù)能源管理系統(tǒng)ecu電機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制能源管理系統(tǒng)狀態(tài)顯示電池輸出控制器圖6-1純電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的組成框圖6.2   蓄電池充電原理與充電器6.2.1 充電方法    蓄電池的充電可以分為恒（定）流充電、恒（定）壓充電和脈沖快速充電三種不同的充電方法，可根據(jù)具體情況選擇一種充電方法或幾種充電方法的組合方法，現(xiàn)代智能型蓄電池充電器大多可設(shè)置不同的充電方法。1） 定流充電    定流充電是指充電電流保持不變的充電方法。    定流充電具有較大的適應(yīng)性，容易

57、將蓄電池完全充足，有益于延長(zhǎng)蓄電池的壽命。其不足是在充電過程中，需根據(jù)逐漸升高的蓄電池電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)充電電壓，已保持充電電流不變。另外，其充電時(shí)間也比較長(zhǎng)。    恒流充電是一種標(biāo)準(zhǔn)充電方法，有如下四種充電方法：    a、涓流充電，即維持電池的滿充電狀態(tài)，恰好能抵消電池自放電的一種充電方法。    b、最小電流充電，指在能使深度放電的電池有效恢復(fù)電池容量的前提下，把充電電流盡可能地調(diào)整到最小的方法。    c、標(biāo)準(zhǔn)充電，即采用標(biāo)準(zhǔn)速率充電、充電時(shí)間為14h。 

58、;   d、高速率充電，即在3h內(nèi)就給蓄電池充滿電的方法，這種充電方法需要自動(dòng)控制電路保護(hù)電池不損壞。    2） 定壓充電    定壓充電是指充電過程中保持充電電壓不邊的充電方法。    定壓充電的優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間短、充電過程無需調(diào)節(jié)電壓，較適合于補(bǔ)充充電。缺點(diǎn)是不容易將蓄電池完全充足，充電初期大電流充電對(duì)極板會(huì)有不利的影響。    3） 脈沖充電    脈沖充電的優(yōu)點(diǎn)是先用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池短時(shí)間、大脈沖放電，在

59、整個(gè)充電過程中反復(fù)充、放電。6.1.2  充電器的種類    充電器可以分為直接充電器和帶過壓、欠壓保護(hù)電路及電池反接保護(hù)電路等功能的自動(dòng)（智能）沖電器兩大類。    汽車蓄電池充電器的基本功能有三個(gè)：一是由市電進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換提供直流電，二是供給與蓄電池額定條件相對(duì)應(yīng)的電力，三是當(dāng)蓄電池充滿后自動(dòng)停止充電。    根據(jù)充電器是裝在車內(nèi)還是車外，充電器可分為車載和非車哉兩種。    根據(jù)給電動(dòng)汽車蓄電池充電時(shí)的能量轉(zhuǎn)換方式的不同，

60、充電器又可分為接觸式和感應(yīng)式兩種。6.3   電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)6.3.1  制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)的組成  電動(dòng)機(jī)在切斷電源之后，不可能立即完全停止旋轉(zhuǎn)，總是在其本身及所帶負(fù)載的慣性作用下旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間之后才停止。因而，在能源供應(yīng)緊張的今天，利用電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程中的剩余能源自然成了研究開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。    電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的方法可以分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類。電氣制動(dòng)中又可以分為反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)和回饋發(fā)電制動(dòng)三種方式。電動(dòng)汽車的制動(dòng)方式應(yīng)該考慮機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種類型的結(jié)合，盡可能多的用回饋發(fā)電方式取代機(jī)械制動(dòng)。在

61、電動(dòng)汽車剎車和下坡滑行時(shí)，通過控制系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)改變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的能源儲(chǔ)存于電池中，這樣可急可以減小機(jī)械剎車系統(tǒng)的損耗，又能提高提高整車能量的使用率，達(dá)到節(jié)約能源和提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的目的，可得到一舉多得的效果。6.3.2  電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回（收）饋系統(tǒng)    在保證安全的前提下，將減速制動(dòng)時(shí)車輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存于儲(chǔ)能器的系統(tǒng)叫做制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。制動(dòng)能量回收是電動(dòng)汽車所獨(dú)有的，它可增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，降低汽車的運(yùn)行成本。 制動(dòng)能量回收液壓制動(dòng)一般應(yīng)滿足四方面的要求：第一，為了使駕駛員在制動(dòng)時(shí)有一種平順感，液壓制動(dòng)力矩應(yīng)該可以根據(jù)制動(dòng)能量回收力矩的變化進(jìn)行控制，最終使駕駛員獲得所的總力矩。同時(shí)，液壓制動(dòng)的控制不應(yīng)引起制動(dòng)踏板的沖擊，以免引起駕駛員產(chǎn)生不正常的感覺。第二，為了使車輛能夠穩(wěn)定的 ，前后車輪上的制動(dòng)力必須很好地平衡分配。第三，由于在電動(dòng)汽車上沒有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵，所以需要一個(gè)電動(dòng)泵來提高液壓。液壓制動(dòng)力矩是電控的，將產(chǎn)生的液壓傳到制動(dòng)輪缸。制動(dòng)能量回收-液壓制動(dòng)系統(tǒng)需要防止制動(dòng)失效機(jī)構(gòu)，為了提高系統(tǒng)的可靠性，滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)一般采用雙管路。