【正文】 引言 1 第一章 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。汽車的普及程度和技術(shù)水平已成為一個(gè)國家或地區(qū)現(xiàn)代 化 程度的標(biāo)志 。汽車的環(huán)境危害包括汽車 在 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。 隨著汽車保有量的增加，汽車污染問題日益嚴(yán)重。能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖是全球汽車和能源產(chǎn)業(yè)面對(duì)的共同挑戰(zhàn)， 各國政府及產(chǎn)業(yè)界紛紛提出各自發(fā)展戰(zhàn)略，積極應(yīng)對(duì)，以保持其汽車和能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并提高未來的國際競爭力。新能源的開發(fā)與利用將降低人類對(duì)石油、煤炭等礦物燃料的依賴，有效遏制全球變暖，并減少環(huán)境污染，改善人類生活環(huán)境。 新能源汽車包括 純電動(dòng)汽車、 燃料 電池 汽車 、 混合動(dòng)力汽車和 太陽能 汽車等 ，現(xiàn)在市場上技術(shù)比較成熟的有純電動(dòng)汽車、 燃料 電池 汽車、混合動(dòng)力汽車 。建立燃料電池汽車產(chǎn)品技術(shù)平臺(tái) ；實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的批量生產(chǎn)推動(dòng)純電動(dòng)汽車在特定區(qū)域的商業(yè)化運(yùn)作。因此，無論是從設(shè)計(jì)、研究和開 發(fā) 的觀點(diǎn)，還是從實(shí)用的角度來看，了解和掌握 新能源 汽車技術(shù)的社會(huì)需求會(huì)越來越大 。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第二章 新能源汽車概述 新能源汽車概念 新能源汽車是指除 汽油 、 柴油 發(fā)動(dòng)機(jī) 之外所有其它 能源 汽車。其 廢氣 排放量比較低。 中國市場 上在售 的新能源汽車都是混合動(dòng)力汽車。 混合動(dòng)力汽車 混合動(dòng)力汽車按 燃料種類的不同， 主要分為 汽油混合動(dòng)力和柴油混合動(dòng)力兩種。 圖 21 雷克薩斯 LS 工作原理：混合動(dòng)力汽車采用適當(dāng)?shù)娜剂限D(zhuǎn)換裝置 ( 如內(nèi)燃機(jī) ) 、儲(chǔ)能裝置和電動(dòng)機(jī)作為混合動(dòng)力源 , 在嚴(yán)密的控制策略控制下 , 使燃料轉(zhuǎn)換裝置、儲(chǔ)能裝置和電機(jī)在驅(qū)動(dòng)工況下盡可能工作在高效率、低排放區(qū)域，在汽車制動(dòng)工況下 , 通過發(fā)電機(jī)或電機(jī)工作象限的，調(diào)整回收部分制動(dòng)能量，從而大大改善汽車變工況。 混合動(dòng)力汽車在起動(dòng)和低速行駛時(shí) , 可由電池提供動(dòng)力 。 加速和高速行駛時(shí) , 可由內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng) 。 混合動(dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)： （ 1）極佳的燃油經(jīng)濟(jì)性能 第二章 新能源汽車概述 3 制定混合動(dòng)力汽車控制策略的主要原則之一就是保證在不同的行駛工況下 , 燃料轉(zhuǎn)換裝置、儲(chǔ)能裝置和電動(dòng)機(jī)盡可能多地工作在高效率區(qū)域。圖 22 是德國大眾高爾夫 ( Go lf) 轎車采用混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性比較。理論分析和現(xiàn)有混合動(dòng)力汽車的運(yùn)行結(jié)果證明 , 混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比 , 其燃油消耗可降低 30%~40%左右。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充 電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。 圖 23 排放標(biāo)準(zhǔn)比較 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 而目前排放性能較佳的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車僅能達(dá)到歐洲 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。 混合動(dòng)力汽車的內(nèi)燃機(jī)還可采用壓縮天然氣、甲醇、液化石油氣等代用燃料，不僅能降低車輛對(duì)石油的依賴 , 而且能有效減少尾氣中的有害物質(zhì)。 （ 5） 在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) “零 ”排放。 （ 7） 可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。 混合 動(dòng)力汽車 的 缺點(diǎn) ： 長距離高速行駛基本不能省油。 純電動(dòng)汽車 電動(dòng)汽車顧名思義就是主要采用電力驅(qū)動(dòng)的汽車，大部分車輛直接采用 電機(jī)驅(qū)動(dòng) ，有一部分車輛把電動(dòng)機(jī)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，也有一部分直接以車輪作為四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其難點(diǎn)在于電力儲(chǔ)存技術(shù)。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力、光、熱等，解除人們對(duì)石油資源日見枯竭的擔(dān)心。 圖 24 比亞迪 F3e 有關(guān)研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由 電池驅(qū)動(dòng) 汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠停俳?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點(diǎn)，使電動(dòng)汽車的研究和第二章 新能源汽車概述 5 應(yīng)用成為 汽車工業(yè) 的一個(gè)熱點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn) ： 技術(shù)相對(duì)簡單成熟，只要有電力供應(yīng)的地方都能夠充電。 純電動(dòng)汽車車型：日產(chǎn) pivo長城精靈、吉利熊貓、比亞迪 F3e 等。其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能的。 單個(gè)的燃料電池 必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)力，滿足車輛使用的要求。世界著名汽車制造廠，如戴姆勒－克萊斯勒、福特、 豐田 和通用汽車公司已經(jīng)宣布，計(jì)劃在 2020 年以前將燃料電池汽車投向市場。在開發(fā)燃料電池汽車中仍然存在著技術(shù)性挑戰(zhàn)，如燃料電池組的一體化，提高商業(yè)化電動(dòng)汽車燃料處理器和輔助部汽車制造廠都在朝著集成部件和減少部件成本的方向努力，并已取得了顯著的進(jìn)步 ，如圖 25 所示。 減少了機(jī)油泄露帶來的水污染。 提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。 運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲。圖示 26 通用“氫動(dòng) 3 號(hào)”。是氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能的過程。同時(shí)，氫氣來源廣泛。所以有人認(rèn)為未來的燃料是氫氣，氫氣燃料汽車是將來最有希望的交通工具。 第二章 新能源汽車概述 7 新能源汽車性能的比較 各類新能源汽車優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 21所示。 HEV 的構(gòu)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 ，如圖 31 所示。采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)可組成不同的 HEV。一般采用四沖程內(nèi)燃機(jī)比較普遍。采用不同的電動(dòng)機(jī)可組 成不同的 HEV。 （ 3）電池。 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。 第三章 新能源汽車的工作原理 9 混合動(dòng)力汽車工作原理 串聯(lián)式動(dòng)力：串聯(lián)式動(dòng)力 由發(fā)動(dòng)機(jī)、 發(fā)電機(jī) 和 電動(dòng)機(jī) 三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成 SHEV 動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 汽車 。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和 電池組 共同向電動(dòng)機(jī)提供電能；當(dāng) 電動(dòng)車 處于低速、滑行、 怠速 的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組 向電池組充電。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少了 廢氣排放 。 圖 32 串聯(lián)式電動(dòng)汽車工作原理圖 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。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 ”，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 并聯(lián)式動(dòng)力：并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向 汽車傳動(dòng)系 提供 扭矩 ，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動(dòng)又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動(dòng)－發(fā)電機(jī)組。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 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)。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。 混聯(lián)式動(dòng)力：混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作 為主 動(dòng)力源 ，電機(jī)為輔助動(dòng)力源；以電機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源。 豐田 的 Prius 屬于以電機(jī)為主的形式 ，工作原理如圖 34。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)生的第三章 新能源汽車的工作原理 11 驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋。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 ，如圖 35。燃料可以是氫氣、甲醇、石油氣、甲烷及其他能分解出氫的烴類化合物。 燃料電池汽車的工作原理 燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理是 由燃料電池組出發(fā)的電流經(jīng) 過DC/DC 逆變器后進(jìn)入電動(dòng)機(jī) 然后 驅(qū)動(dòng)汽車行駛 ， 或 者 經(jīng) 過 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 ，其工作原理如圖 36所示。電氣部分主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器三個(gè)子系統(tǒng)組成 ，如圖 37 所示 。機(jī)械部分主要包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪等 。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。 電動(dòng)汽車直流電動(dòng)機(jī)工作原理 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。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，即主磁場。以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。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。 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。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。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)。 如圖 38所示。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)。 電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池 化學(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 ，電動(dòng)汽車上通常使用這種電池。 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 。 如圖 39 所示。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。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。長期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車和燃料