《新能源汽車充電系統(tǒng)原理與檢修》第一章課后習題及答案

練習題1.1新能源汽車發(fā)展概述練習題1、什么是新能源汽車？參考答案：言之有理即可。新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、技術(shù)原理先進的汽車。2017年1月6日工業(yè)和信息化部（簡稱工信部）發(fā)布的第39號部令《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)定》第三條，對新能源汽車進行了定義：采用新型動力系統(tǒng)，完全或主要依靠新型能源驅(qū)動的汽車，包括插電式混合動力（含增程式）汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等。2、電動汽車可以分為哪三類？參考答案：言之有理即可。電動汽車可以分為以下三類：混合動力電動汽車（HEV）：這種類型的電動汽車通常同時使用內(nèi)燃機和電動機作為動力源。內(nèi)燃機主要在高速公路行駛時提供動力，而電動機則主要用于城市和低速行駛。純電動汽車（BEV）：這種類型的電動汽車完全由可充電電池提供動力源，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池等。純電動汽車對環(huán)境的影響相對較小，被廣泛看好，但當前技術(shù)尚不成熟。燃料電池電動汽車（FCEV）：這種類型的電動汽車利用氫氣等燃料和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學反應(yīng)產(chǎn)生的電能作為主要動力源。此外，電動汽車還可以根據(jù)其是否依賴內(nèi)燃機以及動力來源是否是可充電電池進一步分類。在每種類型的電動汽車中，還可以根據(jù)其具體的技術(shù)和設(shè)計進一步分類。3、純電動汽車的基本構(gòu)成及工作原理是什么？參考答案：言之有理即可。純電動汽車可以通過家用電源（普通插座）、專用充電樁或者特定的充電場所進行充電，還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，滿足日常的行駛需求，大大提高其經(jīng)濟效益。純電動汽車與內(nèi)燃機汽車的最明顯區(qū)別，是用電動機驅(qū)動裝置和蓄電池組件替代內(nèi)燃機和燃料箱。純電動汽車的電力動力系統(tǒng)主要由電動機驅(qū)動系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)（動力電池組）、輔助系統(tǒng)三個部分組成。其中電動機驅(qū)動系統(tǒng)由控制器（電機控制器）、電力電子變換器（逆變器／ＤＣＤＣ）、電動機、機械傳動裝置、驅(qū)動輪組成；儲能系統(tǒng)由儲能單元、能量管理與分配單元組成；輔助系統(tǒng)由整車控制器、舒適系統(tǒng)、輔助電源組成。純電動汽車的優(yōu)點是技術(shù)相對簡單成熟，只要有電力供應(yīng)的地方就能夠充電；缺點是蓄電池單位重量儲存的能量太少，電動車的電池較貴，特別是充電后續(xù)航距離短，不能跑長途。4、新能源汽車主要有哪些類型？各自有什么特點？參考答案：言之有理即可。新能源汽車主要分為以下幾類：1、純電動汽車：純電動汽車是以可充電電池（如鋰離子電池）為動力源，通過電動機驅(qū)動車輛行駛的汽車。純電動汽車的特點是零排放、低噪音、低能耗和高能量密度。2、混合動力電動汽車：混合動力電動汽車是同時使用內(nèi)燃機和電動機作為動力源的汽車。它具有較高的能量密度和低排放，同時能夠在不同行駛狀態(tài)下選擇不同的動力源，實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性和排放性能。3、燃料電池電動汽車：燃料電池電動汽車是利用燃料電池產(chǎn)生電能并驅(qū)動電動機行駛的汽車。燃料電池電動汽車的排放物為水蒸氣，具有零排放、高能量密度和短充電時間等優(yōu)點。4、插電式混合動力電動汽車：插電式混合動力電動汽車是一種同時具有內(nèi)燃機和電動機作為動力源，并可以通過外接電源進行充電的汽車。它具有較高的能量密度和低排放，同時能夠在不同行駛狀態(tài)下選擇不同的動力源，實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性和排放性能。5、增程式電動汽車：增程式電動汽車是一種以內(nèi)燃機為基礎(chǔ)，同時配備電動機驅(qū)動的汽車。它的特點是可以在行駛過程中通過內(nèi)燃機進行充電，從而延長續(xù)航里程。各類新能源汽車的特點如下：1、純電動汽車：零排放、低噪音、低能耗和高能量密度。2、混合動力電動汽車：高能量密度和低排放，同時能夠在不同行駛狀態(tài)下選擇不同的動力源，實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性和排放性能。3、燃料電池電動汽車：零排放、高能量密度和短充電時間。4、插電式混合動力電動汽車：高能量密度和低排放，同時能夠在不同行駛狀態(tài)下選擇不同的動力源，實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性和排放性能。5、增程式電動汽車：可以延長續(xù)航里程，同時具有內(nèi)燃機和電動機的優(yōu)點。5、我國新能源汽車目前發(fā)展的特點有哪些？參考答案：言之有理即可。隨著我國對環(huán)境保護政策的加強，我國越來越重視新能源汽車的發(fā)展，由于科技和產(chǎn)業(yè)變革，新能源汽車已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的中堅力量，新能源汽車行業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展機遇，正從萌芽期向成長期邁進，其保有量在5年間增長了9倍多。2020年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，要求深入實施發(fā)展新能源汽車國家戰(zhàn)略，推動中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，加快建設(shè)汽車強國。目前國內(nèi)新能源汽車行業(yè)的上市企業(yè)有比亞迪股份有限公司、浙江吉利控股集團有限公司、上海汽車集團股份有限公司、廣州汽車集團股份有限公司、北汽藍谷新能源科技股份有限公司、中國長安汽車集團股份有限公司等。1、續(xù)航里程2012年5月18日上午9時，在四川新紀元公司廠區(qū)舉行了“四川造”電動汽車試驗運營啟動儀式。在活動起航現(xiàn)場，一臺改裝后的純電動汽車，攜帶重量符合國家工信部標準（電池質(zhì)量占整車比重的25％以下）的新型鋰電池，通過三電動力總成創(chuàng)新集成，一次充電工況可運行1000kｍ以上。該車運行時間從5月18日上午9點31分開始，5月19日凌晨3點17分結(jié)束，歷時17小時46分鐘，合計工況運營1011km，耗電85kＷ·ｈ，挑戰(zhàn)工況運營1000kｍ成功。本次測試完美書寫了“長續(xù)航”“電池壽命長”“安全性能優(yōu)”“系統(tǒng)集成強”“中國芯”的技術(shù)風采。2、電池在新能源汽車的成本中，電池成本通常要占到40％左右，再加上占10％左右的電機和10％左右的電控成本，“三電”共占電動汽車成本的60％左右，如圖1-17所示。因此，提升電池技術(shù)對新能源汽車來說非常重要。3、電機基本完成國產(chǎn)化目前我國新能源汽車的電機基本完成了國產(chǎn)替代，且集成化程度越來越高。電機驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車三大核心部件之一，是新能源汽車車輛行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標。電動汽車的整個驅(qū)動系統(tǒng)包括電動機驅(qū)動系統(tǒng)與機械傳動機構(gòu)兩個部分。電動機驅(qū)動系統(tǒng)主要由電機、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構(gòu)成。新能源汽車的電機通過從電池中獲取有限的能量產(chǎn)生動作，所以要求其在各種環(huán)境下的效率都要很高，在性能上要比一般工業(yè)用的電機更加嚴格。電動汽車專用的電機需要滿足高速化、小型輕量化、高效性（一次充電后的續(xù)駛里程長）、低速大轉(zhuǎn)矩情況下大范圍內(nèi)的恒定輸出特性、壽命長以及高可靠性、低噪聲和成本低廉等性能。未來新能源汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)將朝著小型輕量化、高效性、更出色的轉(zhuǎn)矩特性、使用壽命長、可靠性高、電機控制器實現(xiàn)數(shù)字化、控制精度高、噪聲低、價格低廉的方向發(fā)展。4、電控系統(tǒng)核心模塊IGBT電控系統(tǒng)核心模塊采用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。從功能上來說，IGBT就是一個電路開關(guān)，優(yōu)點就是用電壓控制，飽和壓降小、耐壓高，可在幾十到幾百伏量級電壓、幾十到幾百安量級電流的強電上應(yīng)用。新能源汽車電控系統(tǒng)包括三部分，分別是整車控制器、電機控制器和電池控制器。其中新能源整車控制器和電池控制器相對成熟，電機控制器相對落后，主要是因為核心部件IGBT國內(nèi)能生產(chǎn)的企業(yè)只有中車時代和比亞迪兩家，90%以上依靠進口。IGBT模塊成本占據(jù)電控系統(tǒng)成本的40%以上，如果加上充電系統(tǒng)中的IGBT，則成本占比更高。IGBT模塊主要包括母排電極、鍵合引線、芯片、焊層、襯板和基板幾大部分，各個部分之間采用的連接技術(shù)構(gòu)成了IGBT模塊封裝的關(guān)鍵技術(shù)。5、智能網(wǎng)聯(lián)智能網(wǎng)聯(lián)汽車是車聯(lián)網(wǎng)與智能車的有機結(jié)合，是搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與人、車、路、后臺等智能信息交換共享，實現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終替代人來操作的新一代汽車，它將改變駕駛員的主導地位。智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)了車內(nèi)網(wǎng)、車外網(wǎng)、車際網(wǎng)的無縫連接，具備信息共享、復雜環(huán)境感知、智能化決策等功能，是AI、信息通信、大數(shù)據(jù)、云計算等戰(zhàn)略性高新技術(shù)的支撐點和戰(zhàn)略制高點。2021年7月13日，中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會發(fā)布了《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告（2021）》，在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，2020年智能網(wǎng)聯(lián)汽車的銷量超過了303萬輛，同比增長了107％。車聯(lián)網(wǎng)為汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級提供了驅(qū)動力，已被提到國家戰(zhàn)略的高度，我國車聯(lián)網(wǎng)標準體系建設(shè)已經(jīng)基本完成。現(xiàn)在大部分汽車品牌都在向智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展，如大眾、雪佛蘭、起亞、福特、本田、別克、飛思卡爾等。國家非常重視發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車，2021年7月27日，工信部、公安部、交通運輸部印發(fā)了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試與示范應(yīng)用管理規(guī)范（試行）》的通知。6、充電樁充電樁是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的基石，隨著電動車的不斷放量，充電樁作為配套設(shè)施必須跟上。2021年9月10日，中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟發(fā)布8月充電樁運營數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，2021年8月比2021年7月公共充電樁增加了3.44萬臺，8月同比增長了66.4％。綜上所述，由于新能源汽車的發(fā)展受到諸多現(xiàn)實因素和技術(shù)要求的限制，以目前的技術(shù)條件來看，想要實現(xiàn)新能源汽車的全方位大發(fā)展，還有待新的突破。當前普遍認為，汽車工業(yè)的發(fā)展主要集中在純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車三類新能源汽車上，所有新能源汽車都要向輕量化和智能化方向發(fā)展。1.2新能源汽車的結(jié)構(gòu)、工作原理和基本操作練習題1、與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車特有哪些部件？作用是什么？參考答案：言之有理即可。電動汽車相較于傳統(tǒng)汽車，其特有部件主要包括電動機、逆變器、電池和電池充電器。電動機：作為電動汽車的重要部件，電動機負責執(zhí)行車輛的動力輸出功能。在市場上，電動汽車的電動機可以是直流或交流的，而交流電機通常更為常見。逆變器：這個設(shè)備的主要功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以便為電動機供電。逆變器還可以通過調(diào)節(jié)交流電的頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速。電池和電池充電器：電動汽車中的電池是儲存電能以供車輛行駛的部件。電池充電器則負責為電池充電，它具有監(jiān)控電池溫度的功能，以幫助延長電池的使用壽命。通常，電動汽車中的電池類型是鋰電池，因為這種電池的放電率較低，對環(huán)境的影響也較小。除此之外，電動汽車還有控制器這個特有部件，它被比作電動汽車的“大腦”?？刂破鲿鶕?jù)車輛的運行狀態(tài)和駕駛者的意圖來控制電動機的運行，以實現(xiàn)車輛的加速、減速和停車等動作?？偟膩碚f，這些特有部件的存在使得電動汽車在運行過程中具有零排放、低噪音、低能耗和高能量密度等優(yōu)點，相較于傳統(tǒng)汽車有著明顯的優(yōu)勢。2、吉利帝豪EV450純電動汽車與北汽EV200純電動汽車各有什么特點？參考答案：言之有理即可。吉利帝豪EV450和北汽EV200都是純電動汽車，但它們各自具有不同的特點?？傮w來說，帝豪EV450在續(xù)航里程和電池性能方面表現(xiàn)更為出色，而北汽EV200在空間和操控方面可能更具優(yōu)勢。首先，帝豪EV450擁有國際領(lǐng)先的三電技術(shù)，采用寧德時代三元鋰電池，綜合工況續(xù)駛里程可達400km以上，60km/h等速續(xù)航里程超過450km。它搭載的ITCS2.0電池智能溫控管理系統(tǒng)，確保了在零下30°到50°溫度區(qū)間，都可正常、高效充電，確保電池性能，解決了極端天氣出行難題。其次，帝豪EV450的電機性能也十分出色，它搭載了高效永磁電機，最大功率為30/53kW。此外，帝豪EV450還配備了全新的Tricore調(diào)節(jié)平臺，雙核64位核心處理系統(tǒng)，使得車輛具有更高效的安全保障和電動車策略優(yōu)化。北汽EV200在空間和操控方面可能更具優(yōu)勢。然而，關(guān)于北汽EV200的續(xù)航里程、電池性能以及其他詳細技術(shù)規(guī)格的信息并未提供，因此無法進行詳細的比較?？偟膩碚f，吉利帝豪EV450和北汽EV200都是優(yōu)秀的純電動汽車，它們具有各自的特點。選擇哪款車主要取決于個人的需求和偏好。3、純電動汽車的基本構(gòu)成及工作原理是什么？參考答案：言之有理即可。純電動汽車的基本構(gòu)成和工作原理可以概括如下：基本構(gòu)成：電力驅(qū)動系統(tǒng)：包括電動機、逆變器和控制器。電動機負責驅(qū)動車輛行駛，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，控制器則根據(jù)車輛的運行狀態(tài)和駕駛者的意圖來控制電動機的運行。電源系統(tǒng)：包括電池和電池充電器。電池儲存電能以供車輛行駛，電池充電器則負責為電池充電。輔助系統(tǒng)：包括電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)由電動機驅(qū)動，為車輛提供各種輔助功能。工作原理：純電動汽車的工作原理是利用電力驅(qū)動系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動車輛行駛。在行駛過程中，車輛的加速、減速和停車等動作都是由控制器根據(jù)車輛的運行狀態(tài)和駕駛者的意圖來控制的。同時，電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)也會參與工作，為車輛提供電能和輔助功能。純電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)和電源系統(tǒng)是核心部分，它們的工作原理與傳統(tǒng)汽車有所不同。純電動汽車使用電動機代替了傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機，使用電池代替了傳統(tǒng)汽車的油箱，從而實現(xiàn)了零排放、低噪音、低能耗和高能量密度等優(yōu)點。1.3動力電池及電池管理系統(tǒng)練習題1、簡述動力蓄電池的組成。參考答案：言之有理即可。動力蓄電池主要由正極、負極、電解質(zhì)和隔膜等組成。其中，正極是電池單體中的一個重要部分，通常由鋰離子或鎳氫化物等材料制成，它能夠接受電子并吸收電解液中的離子形成正極離子。負極則是電池單體中的另一個重要部分，通常由碳材料制成，能夠釋放電子并吸收電解液中的離子形成負極離子。電解質(zhì)是電池中的導電介質(zhì)，起到傳遞離子和形成電場的作用。隔膜則是用來隔離正負極，防止短路和自放電，同時允許離子通過。此外，動力蓄電池通常由多個電池單體組成，每個電池單體又由正極、負極、隔膜和電解液等組件構(gòu)成。2、簡述動力蓄電池的充放電過程。參考答案：言之有理即可。動力蓄電池的充放電過程可以概括如下：充電過程：在充電開始時，電動汽車需要與充電樁或電站連接，通過外部電源向車輛的電池組傳輸電能。在充電過程中，電池管理系統(tǒng)（BMS）起著核心的監(jiān)測和控制作用，密切關(guān)注電池的各項參數(shù)，如電壓、電流和溫度等。當電池內(nèi)部的化學反應(yīng)開始發(fā)生改變時，電子從負極流向正極，而鋰離子則從正極移向負極。這個過程實際上是一個能量儲存的過程，將電能轉(zhuǎn)化為化學能。充電速率的快慢取決于電池的設(shè)計和充電電源的功率?？焖俪潆娫O(shè)施可以在短時間內(nèi)給電動汽車充入更多的電能，從而達到較高的電量水平（例如，30分鐘內(nèi)達到80%）。不過，這也需要做好對電池溫度的監(jiān)控，以防止過熱帶來的損害。放電過程：放電過程是動力蓄電池為車輛提供動力的過程。在放電過程中，電池內(nèi)部的化學反應(yīng)會逆向進行，電子從正極流向負極，而鋰離子則從負極移向正極。這個過程實際上是一個能量釋放的過程，將化學能轉(zhuǎn)化為電能。通過電力驅(qū)動系統(tǒng)，這些電能被轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動車輛行駛。同時，這個過程也會產(chǎn)生熱量，需要適當?shù)睦鋮s系統(tǒng)來防止過熱。總之，動力蓄電池的充放電過程是一個復雜的電化學過程，需要電池管理系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制，以確保電池的安全和穩(wěn)定運行。3、簡述電池管理系統(tǒng)（BMS）的構(gòu)成。參考答案：言之有理即可。電池管理系統(tǒng)（BMS）主要由以下幾部分構(gòu)成：硬件部分：包括電池模組管理單元（BMU）、電池簇管理單元（BCMS）、電池管理控制器（BMSC）、HMI（人機界面）以及直流檢測單元（DMU）等。軟件部分：包括數(shù)據(jù)采集模塊、充電控制模塊、均衡模塊、功率計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊等。BMS主要管理和保護電池組的使用。其中，數(shù)據(jù)采集模塊負責收集電池的各種狀態(tài)參數(shù)，如電流、電壓和溫度等；充電控制模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行自動充電，包括預充電、恒流充電、恒壓充電三個階段；均衡模塊在適當?shù)臅r間通過15W開關(guān)電源對單個電池進行均衡和充電，使電池組中的電池更加平衡和一致；功率估算單元主要分析采集的狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)研究實驗獲得的電量去估算當前的電池功率；數(shù)據(jù)顯示單元采用圖形