電動(dòng)汽車培訓(xùn)課件

第4章電動(dòng)汽車第4章電動(dòng)汽車第4章電動(dòng)汽車第4章電動(dòng)汽車11873年，英國(guó)首先制造了第一輛電動(dòng)汽車，比燃油汽車早12年。由于燃油汽車的綜合性能大大提高，而蓄電池技術(shù)發(fā)展緩慢，電動(dòng)汽車逐漸被燃油汽車取代，僅在特殊場(chǎng)合，作為貨物轉(zhuǎn)運(yùn)或牽引車輛使用。石油資源的日益匱乏和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們?cè)俅螌⒆⒁饬D(zhuǎn)移到非石油燃料的、零污染的汽車上來(lái)，電動(dòng)汽車又一次引起了人們極大的興趣。世界各國(guó)相繼成立了電動(dòng)汽車研究會(huì)專門從事電動(dòng)汽車的研究，各大汽車公司也投入巨資研制開發(fā)電動(dòng)汽車，部分電動(dòng)汽車已批量生產(chǎn)。電動(dòng)汽車常分為純電動(dòng)汽車（簡(jiǎn)稱電動(dòng)汽車，EV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)和燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)。1873年，英國(guó)首先制造了第一輛電動(dòng)汽車，比燃油汽車早12年24.1純電動(dòng)汽車車載電源技術(shù)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，化學(xué)電源技術(shù)的進(jìn)步在一定程度上決定了電動(dòng)汽車的進(jìn)展。電動(dòng)汽車對(duì)車載電源的要求主要有七個(gè)方面：能量密度(Wh/kg)（又稱比能量）、功率密度(W/kg)（又稱比功率）、循環(huán)壽命(充放電一次為一個(gè)循環(huán))、起動(dòng)性能(預(yù)熱時(shí)間和從起動(dòng)到最高速所需時(shí)間)、價(jià)格費(fèi)用(電池價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)用)、可靠性(惡劣條件下的故障率)、安全性(操作安全和對(duì)人體、環(huán)境的安全性)?，F(xiàn)階段較理想的電動(dòng)車可接受的電池最低指標(biāo)為：能量密度>100Wh/kg,b功率密度>150W/kg，循環(huán)壽命>600次，一次充電里程>200km，價(jià)格<150美元(kWh)。4.1.1電動(dòng)汽車對(duì)車載電源的要求4.1純電動(dòng)汽車車載電源技術(shù)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，化學(xué)電源31.目前車載蓄電池現(xiàn)狀電動(dòng)汽車用蓄電池主要性能如表4-1。國(guó)外電動(dòng)汽車用二次電池主要性能表4-1電池類型能量密度(Wh/kg)功率密度(W/kg)單體電池電壓(V)循環(huán)壽命(次)成本(美元/kWh)溫度(℃)主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)鉛酸(非密封)40802.05500800～40價(jià)格低可靠性好比特性差鉛酸(密封)35702.055001000～40價(jià)格低可靠性好比特性差鎳-鐵551001.3710002000～40壽命長(zhǎng)不能密封鎳-鎘502001.3015005000～40壽命長(zhǎng)可快充價(jià)格高有毒鎳-氫(MH)601201.325005200～40能量密度高價(jià)格偏高鈉-硫1201402.082000150350能量密度高壽命長(zhǎng)高溫起動(dòng)鐵-空氣802001.2820040能量密度高壽命短鋅-空氣100501.6520060能量密度高壽命短鋅-鎳702001.815075能量密度高壽命短鋰鈉硫酰氯1002501.6600150450能量密度高高溫起動(dòng)不安全1.目前車載蓄電池現(xiàn)狀電動(dòng)汽車用蓄電池主要性能如表4-1。4世界上許多國(guó)家已經(jīng)著手于完善電池的核心技術(shù)，并已批量生產(chǎn)，但由這些電池推進(jìn)的電動(dòng)汽車生產(chǎn)批量很小，有的只有樣車，有的還在研制開發(fā)中。蓄電池的功率決定了電動(dòng)汽車的加速和爬坡性能；能量密度給出了其潛在的運(yùn)行范圍；循環(huán)壽命決定了蓄電池充電到滿容量的次數(shù)；蓄電池的質(zhì)量和體積在一定范圍內(nèi)影響著整個(gè)系統(tǒng)的效率。世界上許多國(guó)家已經(jīng)著手于完善電池的核心技術(shù)，并已批量生產(chǎn)，但52.蓄電池的類型1）鉛酸蓄電池（Lead—acid）:是使用最廣泛的電池，目前國(guó)內(nèi)外鉛酸蓄電池的能量密度大約在35～45Wh/kg，循環(huán)壽命一般為600～1500次左右，致命弱點(diǎn)是能量密度太小，循環(huán)次數(shù)少，優(yōu)點(diǎn)是成本低，所用材料供應(yīng)充足。鉛酸蓄電池是一種安全、低成本、高功率的蓄電池。它可以使電動(dòng)汽車獲得很好的加速和爬坡性能，并有足夠的能量保證電動(dòng)汽車在中等范圍內(nèi)運(yùn)行。鉛酸蓄電池可以重復(fù)使用，而且使用方法也易于為人們所接受。美國(guó)通用汽車公司的沖擊（GMImpact）電動(dòng)汽車就使用了鉛酸蓄電池，這種專門為電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的蓄電池具有較好的使用特性。2）鎳—金屬氫化物電池（鎳氫電池）:最大優(yōu)點(diǎn)是能量密度大，一般在60～100Wh/kg。循環(huán)次數(shù)大約在1000次左右。其缺點(diǎn)是價(jià)格高，材料稀有。目前已大批量用于混合動(dòng)力汽車。鎳氫蓄電池（Nickl—meta1hydride）在能量密度和循環(huán)壽命方面具有較大優(yōu)勢(shì)，這種蓄電池可以提供更大的運(yùn)行范圍，無(wú)須頻繁的維修。2.蓄電池的類型1）鉛酸蓄電池（Lead—acid）:是使用63）鎳鈣蓄電池（Nickel—acdium）:提供了比鉛酸蓄電池更高的功率密度、更大的能量和更長(zhǎng)的使用壽命，并具有可密封性和較高的安全性。但是鎳鈣蓄電池對(duì)環(huán)境的污染較大，再循環(huán)也存在許多問(wèn)題。4）鈉—氯化鎳電池：最大技術(shù)難點(diǎn)是必須建立高溫工作環(huán)境，而且要解決保溫隔熱的問(wèn)題。因此不宜工業(yè)化生產(chǎn)，而且成本也很難降低。優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，可達(dá)90～100W/kg，功率密度約為120～130W/kg,且循環(huán)次數(shù)大于1000。5）鋅—溴電池：其缺點(diǎn)是自放電和防腐蝕差。能量密度為70～80Wh/kg，功率密度為140～150W/kg，比鉛酸電池要好。但比鎳氫電池要差。3）鎳鈣蓄電池（Nickel—acdium）:提供了比鉛酸蓄76）鈉—硫電池：工作環(huán)境必須要求高溫高壓，因此安全工作的問(wèn)題需要解決，另外，高溫高壓條件的建立也比較困難。其能量密度為75～85Wh/kg，功率密度為140～150W/kg,另外，材料是非貴重金屬，在地球上是取之不盡的。鈉硫蓄電池具有較高的能量密度，因此它可以使電動(dòng)汽車獲得更大的運(yùn)行范圍。但其功率密度較低，使電動(dòng)汽車的加速性能受到一定影響。鈉硫蓄電池的成本比鎳鈣蓄電池更合理一些，但是再循環(huán)性較差。為了使鈉硫蓄電池中的鈉和硫在隔離的容器內(nèi)保持熔融狀態(tài)，其操作溫度必須在300℃左右。這樣，最大的問(wèn)題是容易引起火災(zāi)，到目前為止它很少被應(yīng)用于電動(dòng)汽車上。7）鋅—空氣電池：其工作的溫度與壓力較高，安全性差。雖能量密度高于100Wh/kg，但其功率密度較低，只有50W/kg。6）鈉—硫電池：工作環(huán)境必須要求高溫高壓，因此安全工作的問(wèn)題88）鋅空氣蓄電池（Zinc—air）：具有特別高的能量密度，因此可以提供一個(gè)較大的運(yùn)行范圍，而且成本只是標(biāo)準(zhǔn)鉛酸蓄電池的一半。主要缺點(diǎn)是壽命短，功率密度低，反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，而且參加反應(yīng)的空氣必須除去二氧化碳，這就給整個(gè)蓄電池的工作帶來(lái)很多麻煩。9）鋰—聚苯胺電池（又稱塑料電池）：比較成熟，但能量密度較低（稍高于鉛酸電池），其成本較高，主要用于小功率電池。在電動(dòng)汽車電池方面有很多的技術(shù)問(wèn)題要解決。鋰聚合物蓄電池（Lithium—Polymer）：集中了其他蓄電池的優(yōu)點(diǎn)。但目前正處在發(fā)展的初級(jí)階段，從現(xiàn)有的情況來(lái)看，鋰聚合物蓄電池具有很高的功率密度和能量密度，而且成本比鎳氫蓄電池低，當(dāng)進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)之后，成本還將進(jìn)一步下降。10）鎳—鎘電池：該電池技術(shù)比較成熟，但能量密度較低（稍高于鉛酸電池），其成本較高，主要應(yīng)用于小功率電池。作為電動(dòng)汽車電池還有很多的技術(shù)問(wèn)題要解決。8）鋅空氣蓄電池（Zinc—air）：具有特別高的能量密度，9美國(guó)高能蓄電池聯(lián)合會(huì)（USABC）作了一個(gè)EV用蓄電池的發(fā)展規(guī)劃，見(jiàn)表4-2。

美國(guó)高能蓄電池協(xié)會(huì)目標(biāo)表4-2質(zhì)量能量(Wh/kg)80～100200體積能量密度(Wh/L)35300質(zhì)量功率(W/kg)150～200400功率/能量比22體積功率密度(W/L)250600循環(huán)壽命(次)6001000總壽命(年)510成本(美元/kW)<150<100充電時(shí)間(h)<63～6效率75%80%美國(guó)高能蓄電池聯(lián)合會(huì)（USABC）作了一個(gè)EV用蓄電池的發(fā)展104.1.2蓄電池充電器蓄電池充電器是電動(dòng)汽車系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其功能是為電動(dòng)汽車的蓄電池充電，充電時(shí)間的長(zhǎng)短，充電效率的高低對(duì)電動(dòng)車的實(shí)際使用有很大的影響。一個(gè)理想的蓄電池充電器應(yīng)該具有如下性能：能對(duì)蓄電池進(jìn)行徹底的充電，輸出電壓和電流必須與蓄電池的需要完全匹配，并應(yīng)避免充電時(shí)的過(guò)熱和起氣泡；充電方法無(wú)需考慮蓄電池的充電狀態(tài)、溫度和使用時(shí)間；快速高效，且還有足夠的功率，能在給定的時(shí)間內(nèi)對(duì)蓄電池充滿電；能對(duì)自放電進(jìn)行補(bǔ)償，且不應(yīng)影響蓄電池的能力和壽命，反之也不應(yīng)該影響其效用；不允許在輸入電壓和電流中混入高次諧波分量。4.1.2蓄電池充電器蓄電池充電器是電動(dòng)汽車系統(tǒng)的一個(gè)重要組11為減小過(guò)熱和起氣泡，常用的充電方法有：常電流充電、常電壓常電流充電、電流逐漸減小的充電、脈沖充電、點(diǎn)滴式充電和飄浮式充電。使用哪一種充電方法是根據(jù)每一種蓄電池的化學(xué)性能而定的為使充電時(shí)間縮短并提高充電效率，可以進(jìn)行多次充電。為此，快速充電技術(shù)近來(lái)得到開發(fā)，即采用大電流或脈沖電流充電，但這兩種方法都需要較大的充電裝置，而且結(jié)果將導(dǎo)致蓄電池的過(guò)熱和起氣泡，也會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。為減小過(guò)熱和起氣泡，常用的充電方法有：124.1.3電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)將蓄電池的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，電動(dòng)機(jī)的特性決定了推進(jìn)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的特性，同時(shí)也決定了功率轉(zhuǎn)換器中功率轉(zhuǎn)換裝置的特性。對(duì)電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的主要性能要求是：使用壽命長(zhǎng)、輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比較大、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為3～4、高速操縱性能好，少維修或不維修、外型尺寸小自身質(zhì)量輕、容易控制、成本低廉。電動(dòng)汽車使用的幾種典型電動(dòng)機(jī)是：它勵(lì)電刷式直流電動(dòng)機(jī)、三相感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)、永磁式同步電動(dòng)機(jī)、開關(guān)式磁阻電動(dòng)機(jī)和同步磁阻式電動(dòng)機(jī)。將電動(dòng)機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與功率電子學(xué)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，可以得到更小、更輕和更有效的電動(dòng)汽車動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)。4.1.3電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)將蓄電池的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能來(lái)驅(qū)13各種電動(dòng)機(jī)的性能比較見(jiàn)表4-3。

電動(dòng)機(jī)性能比較表4-3直流電刷式永磁式感應(yīng)式開關(guān)式峰值效率(%)85～8995～9794～95<90負(fù)荷效率(%)80～8779～8590～9278～86最高轉(zhuǎn)速(r/min)4000～60004000～1000012000～15000>15000可靠性中等好優(yōu)良好成本(美元/kW)1010～158～126～10各種電動(dòng)機(jī)的性能比較見(jiàn)表4-3。電動(dòng)機(jī)性能比較14直流電刷式電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：制造技術(shù)較為成熟，具有線性和穩(wěn)定的輸出特性曲線，容易控制，其容量取決于轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速。缺點(diǎn)：電刷易磨損、轉(zhuǎn)速低、質(zhì)量重、體積大、可靠性差、效率低。由于有電刷和換相器，因此需要不斷地維修。三相感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：使用壽命長(zhǎng)、效率高、可靠性好、轉(zhuǎn)速高（＞15000r/min），而且體積比相同轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)小，加之無(wú)電刷和換相器，免去這方面的維修，價(jià)格也比其它類型的電動(dòng)機(jī)低。缺點(diǎn)：感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)具有非線性輸出特性，需要一個(gè)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在高轉(zhuǎn)速時(shí)必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻以防止電動(dòng)機(jī)損壞。直流電刷式電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：15交流永磁式同步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：不需要電刷或滑環(huán)，其可靠性高，輸出功牢較大，與相同轉(zhuǎn)速的其他電動(dòng)機(jī)相比，質(zhì)量較輕。缺點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)具有永久性磁場(chǎng)，在恒功率范圍時(shí)電動(dòng)機(jī)的控制較為困難；在無(wú)載荷的情況下，易造成滿磁通現(xiàn)象。永磁式電動(dòng)機(jī)可以為：電流反饋控制的無(wú)電刷式直流電動(dòng)機(jī)和永磁式同步電動(dòng)機(jī)。因無(wú)電刷式直流電動(dòng)機(jī)具有近以正弦氣隙磁通密度和正弦定子反饋電流，所以它比同尺寸的永磁式同步電動(dòng)機(jī)的輸出功率大15％，在相同轉(zhuǎn)速情況下，無(wú)電刷式直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩比永磁式同步電動(dòng)機(jī)要大15％，但兩者的“輸出轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”都比感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)大。交流永磁式同步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：16開關(guān)式磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)比功率感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)速度更高的操作控制。它有比感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)更高的“輸出功率／質(zhì)量”比和“輸出轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”比。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但開關(guān)式磁阻電動(dòng)機(jī)存在噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問(wèn)題同步式磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：兼具感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)和永磁式電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，且有著更好的“功率／質(zhì)量”比和“轉(zhuǎn)矩／慣量”比。其定子比感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)要小，而轉(zhuǎn)子沒(méi)有繞阻和磁性，更象一個(gè)在同頻率下運(yùn)行的具有凸極的同步電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)：在低頻輕載下的穩(wěn)定性較差，解決這一問(wèn)題是將其應(yīng)用到電動(dòng)汽車上的關(guān)鍵技術(shù)。開關(guān)式磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：17目前，感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)仍是電動(dòng)汽車推進(jìn)系統(tǒng)最好的原動(dòng)機(jī)，將來(lái)同步式磁阻電動(dòng)機(jī)或許更有希望，隨著功率轉(zhuǎn)換器的價(jià)格變得越來(lái)越低，該電動(dòng)機(jī)將會(huì)顯現(xiàn)出更大的競(jìng)爭(zhēng)力，如果能使永磁式電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下的操縱更容易的話，那么它將會(huì)有更強(qiáng)的生命力，這是因?yàn)樗谕瑯拥妮敵鲛D(zhuǎn)矩情況下沒(méi)有轉(zhuǎn)子的磨損，而且永磁式電動(dòng)機(jī)的效率比感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)更高。目前，感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)仍是電動(dòng)汽車推進(jìn)系統(tǒng)最好的原動(dòng)機(jī)，將來(lái)同步184.1.4電動(dòng)汽車性能分析圖4-1和圖4-2分別為某永磁電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩速度特性和恒功率速度特性圖4-1某永磁電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩速度特性圖4-2某稀土永磁電機(jī)的和恒功率速度特性1.電動(dòng)機(jī)的工作特性4.1.4電動(dòng)汽車性能分析圖4-1和圖4-2分別為某永磁電19當(dāng)考核電動(dòng)汽車動(dòng)力性的時(shí)候，可采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒功率速度特性。在繪制驅(qū)動(dòng)力圖時(shí)，在恒功率速度特性上提取相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Me。內(nèi)燃機(jī)的速度特性是在一定油門開度條件下，內(nèi)燃機(jī)功率曲線上各點(diǎn)功率不相等，最大功率只能在油門開度最大時(shí)額定轉(zhuǎn)速下獲得。而電動(dòng)機(jī)，原則上在任一轉(zhuǎn)速均可以獲得最大功率，因此有恒功率速度特性。上述不同使得兩者的轉(zhuǎn)矩特性有很大差異。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化特性曲線近似于位于第一象限的漸近線，轉(zhuǎn)速愈低轉(zhuǎn)矩愈高，這一特點(diǎn)很符合汽車對(duì)動(dòng)力機(jī)的要求。因此，恒功率速度特性是電動(dòng)機(jī)相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)寶貴的特點(diǎn)。當(dāng)考核電動(dòng)汽車動(dòng)力性的時(shí)候，可采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒功率速度特性。202.電動(dòng)汽車動(dòng)力性能參數(shù)的獲取電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能參數(shù)可以從驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖上獲取。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性、傳動(dòng)比、傳動(dòng)效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風(fēng)面積和汽車質(zhì)量等參數(shù)已知時(shí)，便可繪制驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖。2.電動(dòng)汽車動(dòng)力性能參數(shù)的獲取電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能參數(shù)可以從驅(qū)21圖4-3為某電動(dòng)汽車在良好路面上行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖。

圖4-3某電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖圖4-3為某電動(dòng)汽車在良好路面上行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡22因該車系在某5檔汽油車基礎(chǔ)上改裝而得，考慮到電動(dòng)機(jī)雖然有良好的轉(zhuǎn)矩特性，但因目前動(dòng)力電池能量密度小限制了整個(gè)動(dòng)力總成的選型，所用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性明顯偏低，為了使電動(dòng)汽車具有一定的爬坡能力，保留了原車變速器不動(dòng)，因此驅(qū)動(dòng)力曲線有5條。每條驅(qū)動(dòng)力曲線Ft與行駛阻力曲線的交點(diǎn)即為該電動(dòng)汽車在相應(yīng)檔位下的最高車速。當(dāng)車速低于最高車速時(shí)，驅(qū)動(dòng)力大于行駛阻力，剩余的驅(qū)動(dòng)力便可用來(lái)使電動(dòng)汽車加速或進(jìn)行爬坡。若不需要這么高的車速，可適當(dāng)松開加速踏板，減小通過(guò)的電流，則在相同的電壓下，輸出功率降低，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線下降并與阻力曲線相交于較低的車速，亦即在較低的車速下獲得新的平衡，電動(dòng)汽車即以這個(gè)較低的車速穩(wěn)定行駛。因該車系在某5檔汽油車基礎(chǔ)上改裝而得，考慮到電動(dòng)機(jī)雖然有良好23在圖4-3上，各檔的驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力交點(diǎn)區(qū)域比較接近，為明晰起見(jiàn)，按各檔分別繪制驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力平衡圖，如圖4-4至圖4-8所示。圖4-4一檔驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖圖4-5二檔驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖圖4-6三檔驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖圖4-7四檔驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖在圖4-3上，各檔的驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力交點(diǎn)區(qū)域比較接近，為24圖4-8五檔驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖圖4-8五檔驅(qū)動(dòng)力—行使阻力平衡圖25可以看出，1檔和2檔時(shí)，在正常轉(zhuǎn)速范圍，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力不相交，牽引力均大于行駛阻力，不存在通常概念上的最高車速。這意味著，在1檔和2檔時(shí)，汽車行駛于平直良好路面將一直處于加速狀態(tài)，直到某一超速狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力才有可能相交?；蛘撸m當(dāng)松開加速踏板，使電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩適當(dāng)降低，進(jìn)而使驅(qū)動(dòng)力減小，在動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中在某一位置實(shí)現(xiàn)新的平衡。4檔和5檔時(shí)，在大部分工況下驅(qū)動(dòng)力小于行駛阻力，汽車不能行駛。即使在驅(qū)動(dòng)力大于行駛阻力的工況，也因負(fù)荷偏大，電流過(guò)高，控制系統(tǒng)極易跳閘，實(shí)際上也無(wú)法工作。因此，該車只能在3檔情況下尋求最高車速。3檔時(shí)驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力相交于75km/h，亦即該車在車質(zhì)量為2700kg時(shí)的最高車速為75km/h?？梢钥闯?，1檔和2檔時(shí)，在正常轉(zhuǎn)速范圍，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力不相263.電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程短，充電時(shí)間長(zhǎng)，因此人們十分關(guān)心能否準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它的續(xù)駛里程和剩余行駛里程。電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程可由試驗(yàn)求得，也可以通過(guò)計(jì)算進(jìn)行預(yù)測(cè)。欲計(jì)算電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，需要知道蓄電池的容量、蓄電池的能量和電動(dòng)汽車的運(yùn)行能量效率。蓄電池的容量可利用派克特（Peucter）方程計(jì)算：Qi=KI（1-n）（4-1）式中n和K是常數(shù)，分別等于：（4-2）（4-3）其中，I為放電流，I1和I2分別代表典型的電動(dòng)汽車運(yùn)行條件下，最高和最低的放電電流，t1和t2分別為與I1和I2相對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間。3.電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程短，充電時(shí)間長(zhǎng)，因此27其中，I為放電流，I1和I2分別代表典型的電動(dòng)汽車運(yùn)行條件下，最高和最低的放電電流，t1和t2分別為與I1和I2相對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間。蓄電池的能量為：（4-4）式中：Wt為在電流為I時(shí)的蓄電池能量；Vt為蓄電池的端電壓；Vde為電池完全放電時(shí)的截止電壓；Qt為蓄電池的容量。如果蓄電池的能量和行駛效率或單位里程能耗已知，則電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程可利用下式求得：（4-5）式中：St為放電電流為I時(shí)的續(xù)駛里程（km）；ηv為電動(dòng)汽車的運(yùn)行能量效率，即單位能量的行駛里程數(shù)（km/MJ或km/（kW·h）。ks為電動(dòng)汽車的單位里程能耗（MJ/km或kW·h/km）。其中，I為放電流，I1和I2分別代表典型的電動(dòng)汽車運(yùn)行條件下28電動(dòng)汽車培訓(xùn)課件294.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HybridElectricVehicle:HEV)是指包含兩種或兩種以上動(dòng)力源并能協(xié)調(diào)工作的車輛。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車充分利用各種動(dòng)力源的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)自動(dòng)控制形成最優(yōu)匹配，通常其中一種動(dòng)力源可以存儲(chǔ)另一種動(dòng)力源的多余能量并回收存儲(chǔ)車輛減速時(shí)的制動(dòng)能（通常在摩擦制動(dòng)片處發(fā)熱散失），并能將它傳輸給傳動(dòng)系統(tǒng)、供附件使用或用于協(xié)助驅(qū)動(dòng)車輛。按照混合驅(qū)動(dòng)汽車所用蓄能器型式的不同，大致可以分為飛輪儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能和蓄電池儲(chǔ)能等三種，目前的混合驅(qū)動(dòng)汽車主要著眼于對(duì)使用內(nèi)燃機(jī)-蓄電池混合驅(qū)動(dòng)的研究。這種混合驅(qū)動(dòng)方式可以在要求排放嚴(yán)格控制的區(qū)域內(nèi)零排放行駛；正常行駛時(shí)油耗低，排放少，能量利用率高；減小了對(duì)電池技術(shù)的依賴性，有利于商品化。4.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HybridEl30在HEV上保持了發(fā)動(dòng)機(jī)（主要為內(nèi)燃機(jī)）及其電子控制系統(tǒng)，但所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一般要比同級(jí)別的內(nèi)燃機(jī)汽車小，且對(duì)燃料消耗量和廢氣排放的污染提出了更高的要求。除了采取各種現(xiàn)代最新技術(shù)使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于效率較高的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)外，還要充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)避開在起動(dòng)、加速和爬坡時(shí)燃料消耗量增大和廢氣排放增多的不利工況。HEV的應(yīng)用還能夠繼續(xù)發(fā)揮現(xiàn)成的燃油（汽油和柴油）供應(yīng)系統(tǒng)工程的作用，大量節(jié)約了對(duì)燃料供應(yīng)系統(tǒng)工程的投資。由于增加了一套電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及兩套傳動(dòng)系統(tǒng)之間的控制系統(tǒng)，車輛制造成本相應(yīng)增加。混合動(dòng)力汽車節(jié)能的多少與該車運(yùn)行工況有很大的關(guān)系，制定專門針對(duì)該行駛工況的控制策略會(huì)帶來(lái)更好的節(jié)能效果?；旌蟿?dòng)力汽車是實(shí)用的、具有發(fā)展前景的替代能源汽車，尤其是在向氫能源時(shí)代過(guò)渡的時(shí)期能發(fā)揮主導(dǎo)作用，因此，國(guó)內(nèi)外汽車界均投入巨大力量進(jìn)行開發(fā)和研制。有的已形成生產(chǎn)能力并投入市場(chǎng)。在HEV上保持了發(fā)動(dòng)機(jī)（主要為內(nèi)燃機(jī)）及其電子控制系統(tǒng)，但所31豐田混合動(dòng)力車Prius豐田混合動(dòng)力車Prius32福特混合動(dòng)力車

ZagatoVOLPE混合動(dòng)力汽車

混合動(dòng)力型本田思域

奧迪Q7混合動(dòng)力車

福特混合動(dòng)力車ZagatoVOLPE混合動(dòng)力汽車混合334.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（SHEV）SHEV（串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車）是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“串聯(lián)”的方式組成如圖4-9所示的驅(qū)系統(tǒng)。圖4-9串聯(lián)式混合動(dòng)力車動(dòng)力流程圖4.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（SHEV）SHEV（串聯(lián)34SHEV用發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組均衡地發(fā)電，電能供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或動(dòng)力電池組，使SHEV的行駛里程得到延長(zhǎng)。實(shí)際上SHEV的發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組只能看作一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接參驅(qū)動(dòng)車輛。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不受SHEV運(yùn)行工況的影響(克經(jīng)常保持一定轉(zhuǎn)速范圍，以低燃耗、高效率、低污染的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn))。SHEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單；只有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，其動(dòng)力特性更加趨近于EV，要求發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率都等于或接近于SHEV的最大驅(qū)動(dòng)功率；由于該系統(tǒng)的能量在熱能—電能—機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換，總效率低于內(nèi)燃機(jī)汽車；由于三大動(dòng)力總成之間無(wú)直接的機(jī)械連接，在布置上具有較大自由度，但同時(shí)受限于各總成體積較大、質(zhì)量較重以及龐大的動(dòng)力電池組，所以通常用于大型客車。SHEV用發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組均衡地發(fā)電，電能供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或動(dòng)35中央控制器根據(jù)SHEV的行駛工況，對(duì)動(dòng)力電池組的放電進(jìn)行模擬或仿真，隨機(jī)檢測(cè)動(dòng)力電池組電狀態(tài)，用動(dòng)力電池組管理模塊對(duì)動(dòng)力電池組的放電和電量減少的情況進(jìn)行模擬，并根據(jù)動(dòng)力電池組和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)反饋的信息計(jì)算動(dòng)力電池組的剩余電量，確定發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組起動(dòng)發(fā)電的時(shí)機(jī)和發(fā)電運(yùn)行時(shí)間。控制系統(tǒng)能夠在儀表板上顯示剩余電量和剩余電量所能行駛里程，并進(jìn)行對(duì)動(dòng)力電池組的安全管理緊急事故處理等?？刂葡到y(tǒng)中的檢測(cè)裝置及信號(hào)反饋包括各種車速表、里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、電量檢測(cè)裝置（電壓表、電流表等）、顯示裝置和自診斷系統(tǒng)等。通過(guò)各種傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)--發(fā)電機(jī)組、動(dòng)力電池組和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參數(shù)，反饋到中央控制器，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算，調(diào)整和把各個(gè)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)地顯示在熒光屏上或發(fā)出報(bào)警，使駕駛員了解整車的車況，及時(shí)進(jìn)行處理。中央控制器根據(jù)SHEV的行駛工況，對(duì)動(dòng)力電池組的放電進(jìn)行模擬36SHEV的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的供電模式見(jiàn)表4-4。SHEV的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的供電模式和控制策略表4-4供電模式動(dòng)力傳遞情況動(dòng)力電池組供電(1)在平坦道路上行駛(2)低速行駛(3)城市道路行駛發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)供電(1)起動(dòng)(2)高速行駛(3)城市間道路行駛動(dòng)力電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)共同供電(1)起動(dòng)、爬坡(2)高速行駛制動(dòng)能量反饋(1)滑行(2)下坡(3)制動(dòng)（不包括緊急制動(dòng)）SHEV的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的供電模式見(jiàn)表4-4。SHEV的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)374.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）PHEV(并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車)是由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力組成,其發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“并聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其動(dòng)力流程如圖4-10所示。圖4-10并聯(lián)式混合動(dòng)力車動(dòng)力流程圖4.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）PHEV(并聯(lián)38發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速裝置同時(shí)與驅(qū)動(dòng)橋直接相連接。電動(dòng)機(jī)可以用來(lái)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)所受的載荷，使其能在高效率區(qū)域工作，因?yàn)橥ǔ０l(fā)動(dòng)機(jī)工作在高負(fù)荷（中等轉(zhuǎn)速）下燃油經(jīng)濟(jì)性較好。當(dāng)車輛在較小的路面載荷下工作時(shí)，傳統(tǒng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性比較差，而并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)可以被關(guān)閉掉而只用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，或者增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷使電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)，給蓄電池充電以備后用（即一邊驅(qū)動(dòng)汽車，一邊充電）。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又兩條能量傳輸線，可以使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，如果其中的一條驅(qū)動(dòng)線路出了問(wèn)題，另一個(gè)仍然可以驅(qū)動(dòng)汽車。這種設(shè)計(jì)方式可以使其以純電動(dòng)汽車運(yùn)行，但是此時(shí)不能提供全部的動(dòng)力能源。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速裝置同時(shí)與驅(qū)動(dòng)橋直接相連接。電動(dòng)機(jī)可以39并聯(lián)式混合動(dòng)力車通常有以下四種合成驅(qū)動(dòng)方式，如圖4-11。A）驅(qū)動(dòng)力合成B）雙軸式扭矩合成C）單軸式扭矩合成D）轉(zhuǎn)速合成

圖4-11并聯(lián)式混合動(dòng)力車的四種驅(qū)動(dòng)方式并聯(lián)式混合動(dòng)力車通常有以下四種合成驅(qū)動(dòng)方式，如圖4-11。A40驅(qū)動(dòng)力合成：汽車采用一個(gè)小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)汽車的前輪。另外一套電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)汽車的后輪，在汽車啟動(dòng)、爬坡或加速時(shí)增加混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)力。兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)汽車，也可以聯(lián)合驅(qū)動(dòng)汽車，使汽車變成四輪驅(qū)動(dòng)的汽車。此種混合動(dòng)力的汽車具有四輪驅(qū)動(dòng)汽車的特性。扭矩合成（雙軸式和單軸式）：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力汽車，并直接（單軸式）或間接（雙軸式）帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)向蓄電池充電。蓄電池也可以向電動(dòng)/發(fā)電機(jī)提供電能，此時(shí)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)，可以用來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)汽車。驅(qū)動(dòng)力合成：汽車采用一個(gè)小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)汽車的前輪41轉(zhuǎn)速合成：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器和一個(gè)“動(dòng)力合成器”來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，電動(dòng)機(jī)也是通過(guò)“動(dòng)力合成器”來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。可以利用普通內(nèi)燃機(jī)汽車的大部分傳動(dòng)系統(tǒng)的總成，電動(dòng)機(jī)只需通過(guò)“動(dòng)力合成器”與傳動(dòng)系統(tǒng)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改制容易，維修方便。通?！皠?dòng)力合成器”就是一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)，這種裝置可以使發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速靈活分配，但它們合成在特定的“動(dòng)力合成器”中，因?yàn)椤皠?dòng)力合成器”使它們的轉(zhuǎn)矩固定在汽車行駛時(shí)的轉(zhuǎn)矩上，要用調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的開度來(lái)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相互配合，才能獲得最佳傳動(dòng)效果，從而使得控制裝備變得十分復(fù)雜。轉(zhuǎn)速合成：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器和一個(gè)“動(dòng)力合成器”來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，電424.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的另一種方案，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上，起到發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和起動(dòng)機(jī)的作用，保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行發(fā)電，因此電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，常用的合成方式有：驅(qū)動(dòng)軸合成，驅(qū)動(dòng)輪合成：4.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）混聯(lián)式混合動(dòng)431.驅(qū)動(dòng)軸合成混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車這種形式的PSHEV有發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力設(shè)備。在發(fā)動(dòng)機(jī)軸上裝置電動(dòng)/發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)變速器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速器在動(dòng)力合成器上進(jìn)行合成，然后通過(guò)差速器和半軸帶動(dòng)車輪行駛。由于發(fā)動(dòng)機(jī)上裝有電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，然后發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力合成器在驅(qū)動(dòng)軸上進(jìn)行合成，形成混合動(dòng)力的PSHEV結(jié)構(gòu)模式，故稱為驅(qū)動(dòng)軸合成混聯(lián)式PSHEV。發(fā)動(dòng)機(jī)是PSHEV的第一動(dòng)力源。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率接近于車輛的驅(qū)動(dòng)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力合成器驅(qū)動(dòng)車輛行駛，帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電，在多能源動(dòng)力控制模塊控制下，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)-關(guān)閉的控制模式操作。在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上，裝有電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，通過(guò)對(duì)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電量的調(diào)控，來(lái)平衡和調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持平穩(wěn)和最高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。1.驅(qū)動(dòng)軸合成混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車這種形式的PSHEV有44驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是PSHEV輔助動(dòng)力系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率與發(fā)動(dòng)機(jī)接近，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速齒輪組（或減速器），將動(dòng)力輸入動(dòng)力合成器，然后再通過(guò)過(guò)差速器、半軸驅(qū)動(dòng)車輪行駛。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有時(shí)要獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)車輛，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能一般能夠滿足驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力的需求，動(dòng)力電池用電池組管理模塊進(jìn)行控制和管理。PSHEV用加速踏板、制動(dòng)踏板、變速器操縱桿操縱裝置等進(jìn)行操縱。加速踏板與內(nèi)燃機(jī)汽車的加速踏板作用相同，直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門開度，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出的功率；加速踏板還控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出的功率。制動(dòng)踏板有雙重作用，PSHEV滑行和制動(dòng)時(shí)，控制再生制動(dòng)能量回收，在緊急制動(dòng)時(shí)控制常規(guī)ABS的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是PSHEV輔助動(dòng)力系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率與發(fā)動(dòng)機(jī)45加速踏板、制動(dòng)踏板、變速器操縱桿等位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入中央控制器，用多能源動(dòng)力總成管理系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，由于增加了電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，更加能夠保持發(fā)動(dòng)機(jī)高效率、低污染和在最佳效率范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)道路條件用變速器改變車輛行駛速度。在車輛加速或爬坡時(shí)，及時(shí)控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供輔助動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)軸合成PSHEV可以用電動(dòng)/發(fā)電機(jī)向動(dòng)力電池組充電，電池管理模塊對(duì)電池組的充、放電及動(dòng)力電池組中每個(gè)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和檢查，并具有安全保護(hù)的功能。對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)和關(guān)閉等發(fā)出指令，來(lái)保持動(dòng)力電池組在規(guī)定的SOC范圍內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)模式有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、混合驅(qū)動(dòng)模式和制動(dòng)能量的回收等。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式是PSHEV的基本驅(qū)動(dòng)模式，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)PSHEV行駛；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)車輛行駛，使車輛一定的獨(dú)立行駛能力，增加車輛的機(jī)動(dòng)性和靈活性；在車輛加速或爬坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度最大，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)也為發(fā)動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力，此時(shí)車輛采用混合驅(qū)動(dòng)模式，車輛具有最大驅(qū)動(dòng)力；在車輛滑行、下坡或制動(dòng)時(shí)，能夠回收再生制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量。加速踏板、制動(dòng)踏板、變速器操縱桿等位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入中461）福特汽車公司Escape福特多功能運(yùn)動(dòng)汽車Escape使用了驅(qū)動(dòng)軸合成混聯(lián)式混和系統(tǒng)。其百公里綜合油耗為5.9L/100km，續(xù)駛里程達(dá)到800km。動(dòng)力性能基本上與裝備V6汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的EscapeSUV相同。結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖4-12。圖4-12Escape混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)形式1—電流轉(zhuǎn)換器；2—中央控制器；3—發(fā)動(dòng)機(jī)；4—電動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)；5—離合器；6—PTH動(dòng)力組合器；7—驅(qū)動(dòng)橋；8—行星齒輪組；9—減速；10—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；11—?jiǎng)恿﹄姵亟M1）福特汽車公司Escape福特多功能運(yùn)動(dòng)汽車Escape使47Escape從降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗和排氣污染著手，采用了“艾金森”循環(huán)的Zetec-4缸發(fā)動(dòng)機(jī)。“艾金森”循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)有進(jìn)氣、回流、壓縮、膨脹和排氣5個(gè)沖程，由于“艾金森”循環(huán)能夠減少泵氣損失和優(yōu)化膨脹比，同時(shí)保持壓縮比恒定。它比傳統(tǒng)4沖程的“奧托循環(huán)”的發(fā)動(dòng)機(jī)更加節(jié)能，排放也能達(dá)到“超低排放”。Escape的動(dòng)力合成器是一個(gè)用行星齒輪和傳動(dòng)齒輪組合而成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在不同的驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，兩種動(dòng)力裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出不發(fā)生干擾，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在混合驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，輸送給差速器的轉(zhuǎn)速相同Escape從降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗和排氣污染著手，采用了“艾48發(fā)動(dòng)機(jī)的后面安裝一臺(tái)功率為28kW的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，能夠產(chǎn)生大的低速轉(zhuǎn)矩，有利于幫助發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)，并能在發(fā)動(dòng)機(jī)全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)出穩(wěn)定的電流；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率為65kW，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是經(jīng)過(guò)動(dòng)力合成器將動(dòng)力傳遞到主減速齒輪和差速器動(dòng)車輛行駛；電池采用輕型鎳-氫動(dòng)力電池組，由多個(gè)單元電池組成，動(dòng)力電池組和DC/DC轉(zhuǎn)換器布置在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)左右兩側(cè)的座位下面。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式是Escape的主要驅(qū)動(dòng)模式，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，一方面發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)自動(dòng)離合器、自動(dòng)變速器、動(dòng)力合成器和差速器，驅(qū)動(dòng)車輛前輪行駛。另一方面帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持最佳效率狀態(tài)運(yùn)行。由于可以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)-關(guān)閉的控制模式，使得發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持低燃耗、高效率的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)的后面安裝一臺(tái)功率為28kW的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，能夠產(chǎn)生大49當(dāng)Escape在城市或低速行駛時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)動(dòng)力合成器驅(qū)動(dòng)車輛行駛，充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速-大轉(zhuǎn)矩的特性，保持汽車低速穩(wěn)定地行駛。在停車（紅燈或暫時(shí)停車）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)被關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供車輛起步時(shí)所需要的動(dòng)力。車輛在加速或爬坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大動(dòng)力，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)也輸出最大動(dòng)力。在動(dòng)力合成器的協(xié)調(diào)下，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以混合驅(qū)動(dòng)模式共同驅(qū)動(dòng)汽車行駛，如果需要此時(shí)車輛可以發(fā)出最大的驅(qū)動(dòng)功率。采用用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)即可完成倒車。當(dāng)Escape在城市或低速行駛時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)502）豐田汽車公司PriusPrius由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成，采用豐田汽車公司自行開發(fā)的“THS（ToyotaHybridSystem）混合動(dòng)力系統(tǒng)”組成多能源動(dòng)力系統(tǒng)。THS動(dòng)力合成器的核心是用行星齒輪組組成的動(dòng)力合成器（有的稱為動(dòng)力分配器），用于協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和動(dòng)力傳遞。見(jiàn)圖4-13圖4-13Prius的THS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式1—發(fā)動(dòng)機(jī)；2—電動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)；3—THS混合動(dòng)力系統(tǒng)；4—驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；5—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；6—驅(qū)動(dòng)軸；7—外齒圈；8—行星架；9—中心輪；10—行星輪2）豐田汽車公司PriusPrius由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和51Prius采用一臺(tái)1.5L直列四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為52kW（2004款為58kw）。該汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用“艾金森”循環(huán)，具有高經(jīng)濟(jì)性、高效率和低排放的特性。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸帶動(dòng)一個(gè)動(dòng)力分配器，見(jiàn)圖4-14，動(dòng)力分配器將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)THS系統(tǒng)的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)車輛行駛。另一方面通過(guò)動(dòng)力分配器帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電，并將其發(fā)出的電能儲(chǔ)存到動(dòng)力電池組中。圖4-14THS系統(tǒng)動(dòng)力分配示意圖1—?jiǎng)恿﹄姵亟M；2—電流變流器；3—?jiǎng)恿Ψ峙淦鳎?—電動(dòng)/發(fā)電機(jī)；5—發(fā)動(dòng)機(jī)；6—THS混合動(dòng)力系統(tǒng)；7—主減速齒輪；8—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；9—車輪Prius采用一臺(tái)1.5L直列四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為52kW52發(fā)動(dòng)機(jī)的功率低于同級(jí)別普通內(nèi)燃機(jī)汽車，始終保持在低油耗、高效率的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。在起動(dòng)、加速和上坡等發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)是一臺(tái)小型的永磁交流同步電機(jī)。在汽車起動(dòng)時(shí)，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)，利用電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，快速地帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)即轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)向動(dòng)力電池組充電。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的重要作用是起調(diào)節(jié)作用，保持發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力穩(wěn)定、均衡的輸出，減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率低于同級(jí)別普通內(nèi)燃機(jī)汽車，始終保持在低油耗、高效53驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)也是一臺(tái)永磁交流同步電動(dòng)機(jī)，功率為33kW，電動(dòng)機(jī)的工作電壓為288V(2004款為500V/50kw)。在用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由動(dòng)力電池組提供的電能驅(qū)動(dòng)車輛行駛。Prius采用鎳-氫電池，單體電池的電壓為1.2V，由多個(gè)單體電池串聯(lián)為動(dòng)力電池組。鎳-氫電池的比功率為鉛酸電池的3倍，而且密封性好，壽命長(zhǎng)，直接由電動(dòng)/發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電，不需要另外充電。在電能輸入時(shí)，將發(fā)電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為直流電，儲(chǔ)存到動(dòng)力電池組中。在電能輸出時(shí)，將動(dòng)力電池組的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，供給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電流變換器線路系統(tǒng)采用智能模塊進(jìn)行自行控制。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)也是一臺(tái)永磁交流同步電動(dòng)機(jī)，功率為33kW，電動(dòng)機(jī)54“THS混合動(dòng)力系統(tǒng)”，是Prius的核心控制裝置（見(jiàn)圖4-14）。利用行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸與行星齒輪架相連接，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與太陽(yáng)輪相連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與行星齒輪外齒圈相連接，THS驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主減速器的主動(dòng)齒輪也與行星齒輪齒環(huán)相連接。“THS混合動(dòng)力系統(tǒng)”的行星齒輪機(jī)構(gòu)可以充分滿足車輛用任何一種獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模式或任何一種混合驅(qū)動(dòng)模式，平穩(wěn)有序的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)車輛行駛，不會(huì)發(fā)生任何的運(yùn)動(dòng)干擾。用多能源動(dòng)力總成控制模塊，隨機(jī)地轉(zhuǎn)換車輛的驅(qū)動(dòng)模式，使發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)始終保持最佳效率狀態(tài)。THS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的多能源動(dòng)力控制模塊，按車輛行駛工況的變化，在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力?！癟HS混合動(dòng)力系統(tǒng)”，是Prius的核心控制裝置（見(jiàn)圖4-55THS系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)低速-大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，首先用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)起步，達(dá)到1檔行駛速度以后，才由電動(dòng)/發(fā)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；停車、低速行駛和發(fā)動(dòng)機(jī)處于低效率工作范圍時(shí)，多能源動(dòng)力控制模塊控制發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，并轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)采取了“起動(dòng)-關(guān)閉”的控制模式進(jìn)行控制，并按預(yù)先設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，可以大量節(jié)約燃料和降低有害廢氣的排放。在THS設(shè)定的控制模式控制下，根據(jù)車輛行駛工況和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電控節(jié)氣門的開度，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在ECU設(shè)定的最佳效率范圍內(nèi)穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證最好的燃油經(jīng)濟(jì)性。THS系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)低速-大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，首先用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)起步56當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，加速踏板行程量轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)輸入THS系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算向電控節(jié)氣門發(fā)出指令，用多能源動(dòng)力總成控制模塊控制，根據(jù)車輛的狀態(tài)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。并根據(jù)電池管理系統(tǒng)模塊反饋的信息來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電，補(bǔ)充動(dòng)力電池組的電量。THS系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)電控自動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，能夠?qū)︸{駛員的操作快速作出響應(yīng)，在車輛起動(dòng)時(shí)，充分利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)低速-大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)使車輛快速起動(dòng)。在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，用多能源動(dòng)力總成控制模塊控制驅(qū)動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換，在車輛加速和爬坡時(shí)，準(zhǔn)確的協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，使發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)勸電動(dòng)機(jī)有最佳動(dòng)力匹配，因此，車輛有良好的加速性能和爬坡性能。在制動(dòng)時(shí)能夠有效地回收再生制動(dòng)能量，制動(dòng)能量的回收可以使整車效率提高20%，是內(nèi)燃機(jī)汽車所不能做到的。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，加速踏板行程量轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)輸入TH572.驅(qū)動(dòng)輪合成混合動(dòng)力電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪上進(jìn)行合成帶動(dòng)車輪行駛。故稱為驅(qū)動(dòng)輪合成PSHEV。發(fā)動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力合成式PSHEV主要?jiǎng)恿υ?，它能單?dú)地驅(qū)動(dòng)PSHEV的前驅(qū)動(dòng)輪（或后輪）行駛。在結(jié)構(gòu)上與普通話的內(nèi)燃機(jī)汽車沒(méi)有太大的區(qū)別，但發(fā)動(dòng)機(jī)的功率小于同級(jí)別的內(nèi)燃機(jī)汽車與PHEV的區(qū)別:驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力合成式PSHEV上，發(fā)動(dòng)機(jī)還要帶動(dòng)一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于最佳效率狀態(tài)，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和有害氣體的排放，達(dá)到節(jié)能和“超低排放”的目的。2.驅(qū)動(dòng)輪合成混合動(dòng)力電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力58驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)車輛前驅(qū)動(dòng)輪（或后輪）行駛，可以增加車輛的機(jī)動(dòng)性和靈活性，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何機(jī)構(gòu)聯(lián)系。在車輛加速或爬坡，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度較大，在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪行駛同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)也輸出最大動(dòng)力驅(qū)動(dòng)后輪行駛，提供輔助動(dòng)力。此時(shí)車輛采用混合驅(qū)動(dòng)模式，車輛實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)并具有最大驅(qū)動(dòng)力。在混合驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)車輛行駛時(shí)，前輪的驅(qū)動(dòng)力和后輪的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行疊加。在車輛滑行、下坡或制動(dòng)時(shí)，回收再生制動(dòng)時(shí)的能量。由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各自獨(dú)立，最終各自驅(qū)動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上進(jìn)行合成，要求多能源動(dòng)力總成管理系統(tǒng)控制模塊能夠根據(jù)車輛行駛的不同工況，協(xié)調(diào)前驅(qū)動(dòng)輪和后驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力，不發(fā)生打滑或拖帶現(xiàn)象，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保持最高效率，要求控制系統(tǒng)有快速的響應(yīng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)車輛前驅(qū)動(dòng)輪（或后輪）行駛，可以增加591）通用汽車公司Parallel

Parallel是屬于驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力合成PSHEV。裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成。最大功率可達(dá)到160kW，0～96km/h的加速時(shí)間為7s。Parallel的結(jié)構(gòu)模型，見(jiàn)圖4-15。

圖4-15驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合的結(jié)構(gòu)形式1—電流轉(zhuǎn)換器；2—充電器；3—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋；4—電力電池組；5—中央控制器；6—電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)；7—變速器；8—發(fā)動(dòng)機(jī)1）通用汽車公司ParallelParallel是屬于驅(qū)動(dòng)60該車裝有一臺(tái)日本五十鈴汽車公司制造的3缸1.3L直噴式柴油機(jī)，采用了稀薄燃燒、壓縮點(diǎn)火、渦輪增壓的技術(shù)，功率達(dá)到55kw。柴油機(jī)裝有內(nèi)置平衡軸，可以抵消三缸發(fā)動(dòng)機(jī)本身的小振幅的振動(dòng)，保持在高效率狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)5檔變速器驅(qū)動(dòng)后輪行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)無(wú)刷直流電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電，向動(dòng)力電池組充電。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率為4.5kW。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)和飛輪的作用，并且可由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電。Parallel采用了EV-1電動(dòng)汽車的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，功率為100kW，最高速達(dá)到15000r/min。通過(guò)減速器獨(dú)立地帶動(dòng)汽車前輪行駛，與EV-1電動(dòng)汽車有一定的通用性。該車采用鎳電池作為動(dòng)力電池組，電池組分別布置在座位下面。在制動(dòng)時(shí)儲(chǔ)存制動(dòng)回收的電能。該車裝有一臺(tái)日本五十鈴汽車公司制造的3缸1.3L直噴式柴油機(jī)612）豐田汽車公司Estima-FourEstima-Four是4輪驅(qū)動(dòng)PSHEV。該車由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。裝有豐田公司自行開發(fā)的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的4輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行行駛。Estima-Four的結(jié)構(gòu)模型,見(jiàn)圖4-16。圖4-16Estima-Four混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)形式1—燃油箱；2—發(fā)動(dòng)機(jī)；3—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；4—前驅(qū)動(dòng)橋；5—電動(dòng)/發(fā)電機(jī)；6—電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)裝置；7—?jiǎng)恿﹄姵亟M；8—電流交換器；9—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2）豐田汽車公司Estima-FourEstima-Four62該車的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了豐田公司的新型的2.4L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，特點(diǎn)是采用了“艾金森”循環(huán)、高膨脹比、大功率、大轉(zhuǎn)矩；使用可變正時(shí)氣門（VVT-I）系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高燃燒效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)性；排放中CO、HC和NOX的排放量?jī)H為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)轎車的1/12；發(fā)動(dòng)機(jī)采用鋁合金制造的缸體，在結(jié)構(gòu)上作了進(jìn)一步的改進(jìn)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和質(zhì)量都比傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)有所減小和減輕。該發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，不僅有足夠的驅(qū)動(dòng)力，而且能夠帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，滿足自行充電的要求，保障驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能提供足夠的電能，電動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)還兼有發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和功率平衡作用。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)裝在車輛的后部，它通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和后驅(qū)動(dòng)橋帶動(dòng)后輪行駛。該車的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了豐田公司的新型的2.4L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，特點(diǎn)是63該車采用了豐田公司的THS-C驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。THS-C驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成新的驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力合成式混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)前后驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力，使發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力匹配達(dá)到最佳效果。該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：控制前電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)共同組成（轉(zhuǎn)速合成）混合驅(qū)動(dòng)模式；控制發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共同組成（驅(qū)動(dòng)力合成）混合驅(qū)動(dòng)模式；前電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共同組成“雙電動(dòng)機(jī)”（驅(qū)動(dòng)力合成）混合驅(qū)動(dòng)模式，有效地提高車輛的總驅(qū)動(dòng)力，雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可以更好地發(fā)揮電動(dòng)機(jī)在低速大轉(zhuǎn)矩的特性，特別適應(yīng)濕滑道路和泥濘道路，低速越野行駛時(shí)有強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)力和附著力。雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式是豐田汽車公司的首創(chuàng)。該車采用了豐田公司的THS-C驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。644.3燃料電池汽車燃料電池（Fuelcell）是一種將燃料氧化的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的“發(fā)電裝置”，1839年英國(guó)物理學(xué)家廉·格拉夫爵士成功地實(shí)現(xiàn)了電解水的逆反應(yīng)，產(chǎn)生電流。20世紀(jì)六七十年代，美國(guó)開始將燃料電池用于“雙子星”號(hào)和“阿波羅”號(hào)航天飛機(jī)，80年代后用在潛艇上作為動(dòng)力源，以后才向電動(dòng)汽車方向發(fā)展。根據(jù)傳統(tǒng)的習(xí)慣，把燃料氧化的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的“發(fā)電裝置”仍然稱為燃料“電池”，但其與一般的化學(xué)電池是完全不同的工作原理。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換方式是燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，燃料電池能夠使用多種燃料，可以是石油燃料也可以是有機(jī)燃料，并可使用包括再生燃料在內(nèi)的幾乎所有的含氫元素的燃料。燃料經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化成為氫后，以氫作為燃料電池的燃料，燃料電池能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)規(guī)律的限制，熱效率要高得多。燃料電池在運(yùn)行過(guò)程中，不需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置，不需要潤(rùn)滑劑，沒(méi)有振動(dòng)與噪聲。4.3燃料電池汽車燃料電池（Fuelcell）是一種將燃65燃料電池負(fù)極側(cè)為氫極（燃料極），輸入氫氣，正極側(cè)為氧化極，輸入空氣或氧氣。正極與負(fù)極之間為電解質(zhì)，電解質(zhì)將兩極分開。不同種類的燃料電池采用不同的電解質(zhì)，有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質(zhì)。在燃料電池中燃料與氧化劑經(jīng)催化劑的作用，在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)生成電能和水（H2O），不產(chǎn)生氮氧化物（NOx）和碳?xì)浠衔铮℉C）等。燃料電池與普通蓄電池的區(qū)別在于：①燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，在工作時(shí)必須有能量（燃料）輸入，才能產(chǎn)出電能。普通蓄電池是一種能量?jī)?chǔ)存裝置，必須先將電能儲(chǔ)存到電池中，在工作時(shí)只能輸出電能，不需要輸入能量，也不產(chǎn)生電能，這是燃料電池與普通蓄電池本質(zhì)的區(qū)別；燃料電池負(fù)極側(cè)為氫極（燃料極），輸入氫氣，正極側(cè)為氧化極，輸66②一旦燃料電池的技術(shù)性能確定后，其所能夠產(chǎn)生的電能只和燃料的供應(yīng)有關(guān)，只要源源不斷對(duì)地供給燃料，就可以源源不絕的產(chǎn)生電能，其放電特性是連續(xù)進(jìn)行的。普通蓄電池的技術(shù)性能確定后，只能在其額定范圍內(nèi)輸出電能，而且必須是重復(fù)充電后才能重復(fù)使用，其放電特性是間斷進(jìn)行的；③燃料電池本體的質(zhì)量和體積并不大，但燃料電池需要一套燃料儲(chǔ)存裝置或燃料轉(zhuǎn)換裝置和附屬設(shè)備，才能獲得氫氣，而這些燃料儲(chǔ)存裝置或燃料轉(zhuǎn)換裝置和附屬設(shè)備的質(zhì)量和體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)燃料電池本身，在工作過(guò)程中，燃料會(huì)隨著燃料電池電能的產(chǎn)生逐漸消耗，質(zhì)量逐漸減輕（指車載有限燃料）。普通蓄電池沒(méi)有其他輔助設(shè)備，普通蓄電池在技術(shù)性能確定后，不論是充滿電還是放完電，蓄電池的質(zhì)量和體積基本不變；②一旦燃料電池的技術(shù)性能確定后，其所能夠產(chǎn)生的電能只和燃料的67④燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，普通蓄電池也是將化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能，這是它們共同之處，但燃料電池在產(chǎn)生電能時(shí)，參加反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)在經(jīng)過(guò)反應(yīng)后，不斷地消耗不再重復(fù)使用，因此，要求不斷地輸入反應(yīng)物質(zhì)。普通蓄電池的活性物質(zhì)隨蓄電池的充電和放電變化，活性物質(zhì)反復(fù)進(jìn)行可逆性化學(xué)變化，活性物質(zhì)并不消耗，只需要添加一些電解液等物質(zhì)。由于氫可以從水中制取，可以說(shuō)是一種取之不盡的燃料，所以有人把燃料電池看作是未來(lái)的車用動(dòng)力能。當(dāng)然目前還存在許多技術(shù)和使用條件上的問(wèn)題,如氫的制取、保存安全、價(jià)格及供氣網(wǎng)絡(luò)；燃料電池用金屬催化劑全球產(chǎn)量的限制；燃料電池供電性能與汽車運(yùn)行方式的匹配等等。制造成本昂貴是首當(dāng)其沖需要解決的。隨著技術(shù)和社會(huì)的發(fā)展，特別隨著汽、柴油的不可再生能源的日趨枯竭，具有高效率、零污染、低噪聲的燃料電池會(huì)一步一步的進(jìn)入汽車動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域，取得其應(yīng)有的地位。④燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，普通蓄電池也是將化學(xué)能轉(zhuǎn)為電684.3.1燃料電池的種類和及其特性按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分，有酸性燃料電池和堿性燃料電池;按電解質(zhì)的種類分，有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質(zhì)。因此，燃料電池可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。其中，磷酸燃料電池（PAFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）可以冷起動(dòng)和快起動(dòng)，可以用作移動(dòng)電源，適應(yīng)FCEV使用的要求。按燃料類型分,有氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷、汽油、柴油和天然氣等，有機(jī)燃料和氣體燃料必須經(jīng)過(guò)重整器“重整”為氫氣。4.3.1燃料電池的種類和及其特性按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分69按燃料電池的工作溫度分，有低溫型(低于200℃)、中溫型(200～750℃)、高溫型(高于750℃)。在常溫下工作的燃料電池，例如質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）,需要采用貴金屬作為催化劑。燃料的化學(xué)能絕大部分都能轉(zhuǎn)化為電能，只產(chǎn)生少量的廢熱和水，不產(chǎn)生污染大氣環(huán)境的氮氧化物。體積較小，質(zhì)量較輕。但催化劑鉑(Pt)與工作介質(zhì)中的一氧化碳（CO）發(fā)生作用后會(huì)產(chǎn)生“中毒”而失效，使燃料電池效率降低或完全損壞。而且鉑(Pt)的價(jià)格很高，增加了燃料電池的成本。高溫（600～1000℃）燃料電池，例如熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC），不需要采用貴金屬作為催化劑。但由于體積大，質(zhì)量重，工作溫度高，需要采用復(fù)合廢熱回收裝置來(lái)利用廢熱，適合用于大功率的發(fā)電廠中。最實(shí)用的車用燃料電池是以氫或含富氫的氣體燃料，由于在自然界不能直接獲得氫，燃料電池氫的來(lái)源通常是以石油燃料、甲醇、乙醇、沼氣、天然氣、石腦油和煤氣中，經(jīng)過(guò)重整、裂解等化學(xué)處理后來(lái)制取含富氫的氣體燃料。氧化劑則采用氧氣或空氣，最常見(jiàn)的用空氣作為氧化劑按燃料電池的工作溫度分，有低溫型(低于200℃)、中溫型(2701.堿性燃料電池（AFC）堿性燃料電池的電解質(zhì)為堿性的氫氧化鉀（KOH），故稱為堿性燃料電池。堿性燃料電池以吸附氫氧化鉀（KOH）的石棉膜為電解質(zhì)，在燃料電極處以多孔鎳（Ni）或鉑(Pt)、鈀（Pd）（高性能時(shí)采用）為催化劑。在氧電極處以多孔銀（Ag）或金屬氧化物、尖晶石等為催化劑。堿性燃料電池一般以石墨、鎳和不銹鋼作為堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)材料。1.堿性燃料電池（AFC）堿性燃料電池的電解質(zhì)為堿性的氫氧71堿性燃料電池的工作原理如下：燃料電極（負(fù)極）上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-6)氧電極（正極）上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-7)堿性燃料電池總的化學(xué)反應(yīng)如下：(4-8)氧電極在堿性電解質(zhì)的極化要比在酸性電解質(zhì)的極化小得多，還可以用非貴重金屬作為催化劑，堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)材料價(jià)格比較低廉。堿性燃料電池可以通過(guò)對(duì)氫燃料量的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電量的控制。堿性燃料電池的工作原理如下：72堿性燃料電池需要以純氫（H2）為燃料，如果燃料中含有碳，碳與氧反應(yīng)生成一氧化碳（CO），起催化劑會(huì)產(chǎn)生“中毒”現(xiàn)象而逐漸失效，使燃料電池效率降低或完全損壞，二氧化碳（CO2）也會(huì)被堿性溶液所吸收化合成碳酸鹽，因此堿性燃料電池的燃?xì)獗仨毥?jīng)過(guò)處理來(lái)清除一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）后方能使用。堿性燃料電池的工作溫度低，其余熱利用價(jià)值較低。另外在陽(yáng)極上鉑(Pt)的用量大，使得堿性燃料電池的成本增加。堿性燃料電池最早用于“阿波羅”登月艙、航天航空飛船和飛機(jī)上，近年來(lái)電動(dòng)汽車上已考慮采用堿性燃料電池作為能源。堿性燃料電池需要以純氫（H2）為燃料，如果燃料中含有碳，碳與732.磷酸燃料電池（PAFC）磷酸燃料電池是以磷酸為電解質(zhì)，故稱為磷酸燃料電池。由燃料電極、隔板、隔膜、空氣電極（氧電極）和冷卻板組成。在燃料極處采用鉑(Pt)、石墨（多孔）0.25mg/cm2為催化劑，在氧電極處也采用鉑(Pt)、石墨（多孔）0.5mg/cm2為催化劑。催化劑的基底裝在碳化硅的容器中，在容器中灌入磷酸作為電解質(zhì)。氧電極和燃料電極的外側(cè)為石墨復(fù)合材料的多孔質(zhì)夾層，供燃料或空氣（氧氣）在其中流動(dòng)。2.磷酸燃料電池（PAFC）磷酸燃料電池是以磷酸為電解質(zhì)，74圖4-17磷酸燃料電池單元電池的結(jié)構(gòu)示意圖圖4-17磷酸燃料電池單元電池結(jié)構(gòu)示意圖a）單體磷酸燃料電池；b）層疊式磷酸燃料電池組1—負(fù)極集流體加強(qiáng)肋；2—隔離板、集流板；3—正極集流體加強(qiáng)肋；4—空氣通道；5—正極；6—電解質(zhì)基體；7—負(fù)極；8—燃料氣體通道；9—負(fù)極集流體加強(qiáng)肋；10—隔離板、集流板（以下連續(xù)層疊成為電池組）圖4-17磷酸燃料電池單元電池的結(jié)構(gòu)示意圖圖4-1775在電池盒的上下兩側(cè)為燃料氣體通道和空氣通道，燃料氣體和空氣通過(guò)石墨復(fù)合材料的多孔質(zhì)夾層，然后在磷酸電解質(zhì)層的夾層中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)溫度為150～220℃。通常磷酸燃料電池是用甲醇經(jīng)過(guò)重整處理轉(zhuǎn)化的氫（H2）為燃料，氫（H2）不斷地輸入到燃料極石墨多孔質(zhì)燃料夾層中，約80%以上分解為氫離子，經(jīng)過(guò)多孔質(zhì)催化劑層和只能夠通過(guò)氫離子(H-)的高分子電解質(zhì)膜，移動(dòng)到氧電極處與氧（O2）發(fā)生氧化反應(yīng)。在氧電極處，經(jīng)過(guò)濾的氧氣或空氣，源源不斷地進(jìn)入氧電極石墨多孔質(zhì)空氣夾層中，使得磷燃料電池能夠源源不斷地產(chǎn)生電能。在電池盒的上下兩側(cè)為燃料氣體通道和空氣通道，燃料氣體和空氣通76磷酸燃料電池的工作原理如下：燃料電極（負(fù)極）上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-9)氧電極（正極）上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-10)總的化學(xué)反應(yīng)：(4-11)磷酸燃料電池在以甲醇或丙烷等燃料時(shí)，甲醇或丙烷必須經(jīng)過(guò)燃料重整處理后才能轉(zhuǎn)化成為氫氣（H2），因此，重整器是磷酸燃料電池必須的輔助設(shè)施。采用增加對(duì)燃料氣體的壓力和提高燃料氣體溫度的技術(shù)措施，能夠使得化學(xué)反應(yīng)更加完全，可以提高磷酸燃料電池的性能，并且還可以提高重整器的效率。對(duì)減輕磷酸燃料電池及燃料電池輔助裝置總質(zhì)量，以及減輕電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量有重要意義磷酸燃料電池的工作原理如下：77當(dāng)磷酸燃料電池的溫度低于130℃時(shí)，磷酸燃料電池不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。要啟動(dòng)磷酸燃料電池系統(tǒng)，必須應(yīng)用輔助燃燒器來(lái)加熱蒸發(fā)器，直到磷酸燃料電池溫度超過(guò)130～180℃時(shí)，磷酸燃料電池才會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在常溫條件時(shí)，啟動(dòng)磷酸燃料電池系統(tǒng)，需要1小時(shí)左右。磷酸燃料電池是燃料電池中技術(shù)最成熟的一種，已開始在電動(dòng)汽車上應(yīng)用，在重型電動(dòng)汽車上采用磷酸燃料電池試驗(yàn)表明，磷酸燃料電池有良好的使用性能。磷酸在180～220℃的工作溫度下，性能穩(wěn)定，能夠自行排水。磷酸燃料電池能夠耐受CO，在150℃時(shí)鉑(Pt)能夠耐受5%的CO。但不能耐受硫（S），可以采用除硫（S）后的“粗氫氣”作為燃料來(lái)降低使用成本。在反應(yīng)過(guò)程中溫度穩(wěn)定，余熱的利用率高，余熱可用于電池內(nèi)部加壓和重整，或作為一般性能供熱。但磷酸燃料電池需要用貴重金屬鉑(Pt)作為催化劑，使用成本高。氧電極極化大、消耗大，對(duì)燃料氣體的質(zhì)量要求較高。當(dāng)磷酸燃料電池的溫度低于130℃時(shí)，磷酸燃料電池不會(huì)發(fā)生化學(xué)783.氫離子固體聚合物燃料電池（SPEFC）氫離子固體聚合物燃料電池的電解質(zhì)是固體聚合物，因此，稱為固體聚合物燃料電池。由氧電極、燃料電極、電解質(zhì)和催化劑組成。在氧電極處輸入空氣或氧氣，在燃料極輸入氫氣。在氧電極與燃料電極處都采用了鉑(Pt)作為催化劑。氫離子固體聚合物燃料電池采用鈦(Ti)、釹（Nd）作為電池的結(jié)構(gòu)材料，其化學(xué)反應(yīng)溫度為50～100℃。氫離子固體聚合物的工作原理如下：燃料電極（負(fù)極）上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-11)氧電極（正極）上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-12)3.氫離子固體聚合物燃料電池（SPEFC）氫離子固體聚合物燃79氫離子固體聚合物燃料電池基本結(jié)構(gòu)及工作原理見(jiàn)圖4-18.圖4-18氫離子固體聚合物燃料電池結(jié)構(gòu)及工作原理1—多孔質(zhì)燃料夾層；2—?dú)潆姌O；3—負(fù)載；4—氧電極；5—多孔質(zhì)空氣夾層氫離子固體聚合物燃料電池基本結(jié)構(gòu)及工作原理見(jiàn)圖4-18.圖80氫離子固體聚合物燃料電池采用了固體聚合物作為電解質(zhì)，具有穩(wěn)定的反應(yīng)界面，結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固可靠，能夠適應(yīng)移動(dòng)設(shè)備使用。可用簡(jiǎn)單的吸水芯來(lái)排除反應(yīng)產(chǎn)生的水分。但它需要用貴重金屬鉑(Pt)作為催化劑、催化劑不能耐受一氧化碳（CO）的侵蝕，在燃料供應(yīng)裝置中需要增加除一氧化碳的裝置使得裝備尺寸和質(zhì)量增加。固體聚合物價(jià)格高，增加了使用成本。工作溫度較低，余熱的利用價(jià)值小。氫離子固體聚合物燃料電池采用了固體聚合物作為電解質(zhì)，具有穩(wěn)定814.熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）熔融碳酸鹽燃料電池以多種碳酸鹽混合物作為電解質(zhì)，故稱為熔融碳酸鹽燃料電池。熔融碳酸鹽燃料電池以多種碳酸鹽Li2CO3以及K2CO3混合物作為電解質(zhì)，電解質(zhì)被吸收到鋁酸鋰陶瓷片中，熔融碳酸鹽燃料電池由氧電極、燃料電級(jí)、電解質(zhì)和催化劑等組成。在氧電極處輸入空氣或氧氣，在燃料電極輸入氫氣。在氧電極采用了摻鋰（Li）的氧化鎳作為催化劑，在燃料電極采用了多孔鎳(Ni)作為催化劑?？梢杂面?Ni)或不銹鋼作為電池的結(jié)構(gòu)材料，其化學(xué)反應(yīng)溫度為600～650℃。4.熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）熔融碳酸鹽燃料電池以多種碳82熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如下：燃料電級(jí)（負(fù)極）上產(chǎn)生的化學(xué)反(4-13)(4-14)熔融碳酸鹽燃料電池在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，CO2參與全過(guò)程，在氧電極處CO2是消耗反應(yīng)，在燃料電極處CO2是析出反應(yīng)，而且不斷地在燃料電池中循環(huán)，還要對(duì)CO2中的氫（H2）進(jìn)行催化處理，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程十分復(fù)雜，使得熔融碳酸鹽燃料電池的結(jié)構(gòu)和控制變得很復(fù)雜。熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如下：83熔融碳酸鹽燃料電池可以采用非貴重金屬作為催化劑，降低使用成本。能夠耐受CO和CO2的作用，可采用富氫燃料。用鎳（Ni）或不銹鋼作為電池的結(jié)構(gòu)材料，材料容易獲得并且價(jià)格便宜。熔融碳酸鹽燃料電池為高溫型燃料電池，余熱溫度高，余熱可以充分利用。以Li2CO3及K2CO3混合物做成電解質(zhì)，在使用過(guò)程中會(huì)燒損和脆裂，降低了熔融碳酸鹽燃料電池的使用壽命，其強(qiáng)度與壽命還有待于進(jìn)一步解決。在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，CO2要循環(huán)使用，從燃料電極排出的CO2要用經(jīng)過(guò)催化H2的處理后，再按一定的比例與空氣混合送入氧電級(jí)，CO2的循環(huán)系統(tǒng)增加了熔融碳酸鹽燃料電池的結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜性。熔融碳酸鹽燃料電池可以采用非貴重金屬作為催化劑，降低使用成本845.固體氧化物燃料電池（SOFC）固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)是固體氧化物，催化劑和電池的結(jié)構(gòu)材料，也都是固體氧物。故稱為固體氧化物燃料電池。固體氧化物燃料電池電解質(zhì)是Y0.1Zr0.9O2固體氧化物。電池由氧電極、燃料電極、電解質(zhì)和催化劑等組成。固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)、電極、催化劑和電池的結(jié)構(gòu)材料都是固體氧化物。氧電極處采用Sr0.1La0.9MnO.3固體氧化物為催化劑，在燃料電極處采用Ni(NiO)+Y-ZrO2固體氧化物為催化劑。用Sr0.1La1.0Cr0.9O3或Mg0.1La1.0Cr0.9O3固體氧化物作為電池的結(jié)構(gòu)材料，用Al2O3、Ca0.1Zr0.9O2固體氧化物作為結(jié)構(gòu)材料支撐管。固體氧化物燃料電池在燃燒反應(yīng)過(guò)程中的溫度可達(dá)800～1000℃。可以直接使用甲醇和烴類燃料。5.固體氧化物燃料電池（SOFC）固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)85固體氧化物燃料電池的工作原理如下：燃料電極(負(fù)極)上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-15)氧電極(正極)上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)：(4-16)固體氧化物燃料電池的工作原理如下：86固體氧化物燃料電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理見(jiàn)圖4-19、圖4-20。圖4-19固體氧化物燃料電池的基本結(jié)構(gòu)1—多控制燃料夾層；2—?dú)潆姌O；3—負(fù)載；4—氧電極；5—多孔質(zhì)空氣夾層圖4-20固體氧化物燃料電池工作原理1—空氣；2—多孔性支撐；3—點(diǎn)連接條；4—負(fù)極；5—電解質(zhì)；6—正極固體氧化物燃料電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理見(jiàn)圖4-19、圖4-287由于固體氧化物燃料電池可以用煤作為燃料，擴(kuò)大了燃料電池燃料的來(lái)源，而且煤來(lái)源廣泛和成本低廉。固體氧化物燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)是固態(tài)固體氧化物材料制取和制作工藝，在采用板式結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)時(shí)，板式結(jié)構(gòu)形式的單元電池與固體氧化物燃料電池整體結(jié)構(gòu)的形式相似，因?yàn)楣虘B(tài)固體氧化物材料是一種陶瓷材料，不易保證其在棱角處的密封性，會(huì)發(fā)生氣體的泄漏，為了解決固體氧化物燃料電池的密封性，采用了管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)制造工藝也很復(fù)雜，并且會(huì)增加結(jié)構(gòu)的整體尺寸。由于固體氧化物燃料電池可以用煤作為燃料，擴(kuò)大了燃料電池燃料的88固體氧化物燃料電池在高溫條件下可以不用催化劑即可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于采用全固態(tài)固體氧化物的催化劑，在電池中不會(huì)發(fā)生酸、堿或熔融鹽等對(duì)電池結(jié)構(gòu)材料腐蝕?？蓪?shí)現(xiàn)內(nèi)重整，使固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。由于在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中溫度達(dá)到800～1000℃，所產(chǎn)生的熱量可用來(lái)加熱空氣和甲醇等燃料，利用余熱時(shí)的熱效率約60%，不利用余熱時(shí)的熱效率約45%。全固態(tài)固體氧化物材料制取困難和制作工藝復(fù)雜，由于它性脆易裂，在制成固體氧化物燃料電池所需要的大面積的薄殼結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)大量地增加了固體氧化物燃料電池制造成本。固體氧化物燃料電池的工作溫度為800～1000℃，需要采用隔熱材料來(lái)隔熱，熱轉(zhuǎn)換效率比熔融碳酸鹽燃料電池低。固體氧化物燃