第十章新能源汽车

第一节概述 第二节压缩天然气汽车和液化石油气汽车第三节电动汽车第十章新能源汽车

教学目的和要求： 了解新能源汽车分类、掌握工作原理、特点、发展趋势。本章重点：压缩天然气汽车、液化石油气汽车和电动汽车本章难点：电动汽车教学内容要点：

定义： 指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。第一节概述

压缩天然气（CNG）汽车: 以压缩天然气为燃料的汽车。液化石油气（LPG）汽车: 以液化石油气为燃料的汽车。天然气CNG成分：液化石油气LPG成分：一、概述

CNG和LPG具有以下优点： 1）常温下为气态，易与空气混合形成均匀的可燃混合气，燃烧完全，可大幅度减少CO、HC和微粒的排放。又由于火焰温度较低，NOx的排放量也相应减少。 2）辛烷值高。可提高发动机的压缩比，从而提高热效率。 3）冷起动性和低温运转性能良好，在暖机期间无需加浓混合气。 4）燃烧界限宽，稀燃特性优越。燃烧稀混合气，可以减少NOx的生成和改善燃料经济性。 5）不稀释润滑油，可以延长润滑油更换周期和发动机使用寿命。 6）价格低、储量丰富。 CNG和LPG的缺点是：储运性能差；作为发动机燃料，一次充气的续驶里程短；与汽油或柴油相比，发动机功率会有所下降。

分类： 1）单燃料汽车。 2）两用燃料汽车。 3）双燃料汽车。

1、 CNGV的总体布置 图10-1所示为CNG/汽油两用燃料汽车专用装置布置示意图 1-储气罐 2-气瓶手动截止阀 3-溢流阀 4-高压管线 5-气/油转换开关 6-手动截止阀7-高压截止阀 8-低压截止阀 9-电控单元10-加气口 11-空气过滤阀 12-低压调节器13-空气质量传感器14-混合器15-冷却水管二、压缩天然气汽车（CNGV）

图10-2电控CNG/汽油两用燃料发动机供给系统组成示意图图10-2电控CNG/汽油两用燃料发动机供给系统组成示意图 1—压力表2—CNG电磁阀3—气量显示器4—减压调节器5—CNG喷射器6—进气歧管7—喷油器8—油压调节器9—燃油分配管10—汽油电磁阀11—汽油泵12—汽油箱13—充气阀14—储气瓶15—输出阀 2、CNG专用装置结构及工作原理

图10-3本田CNG单燃料发动机的供气系统示意图 1—CNG喷射器2—第二级调压阀3—第一级调压阀4—压力传感器5—电磁阀6—压力表7—CNG罐 2）CNG单燃料发动机供给系统

图10-4预混合电控喷射双燃料发动机供给系统组成示意图图10-4预混合电控喷射双燃料发动机供给系统组成示意图 1—CNG压力传感器2—CNG电磁阀3、4—CNG喷射阀及进气支管5—进气温度传感器6—发动机7—冷却水温度传感器8—喷油器9—高压油泵10—油箱11—高压油泵齿条驱动器12—霍尔效应脉冲发生器13—高压油泵齿条位置传感器14—CNG低压报警器15—柴油油量报警器16—系统关断指示器17—系统接通指示器18—系统开关19—进气歧管压力传感器20—电控单元 3）CNG/柴油双燃料发动机供给系统

LPGV的燃气供给系统与CNG供给系统也有很多相同之处，都是由储气系统、燃气供给系统和控制系统组成。目前国内外大多数厂家生产的车用LPG供给装置与CNG供给装置的基本部件都可以通用，只有LPG供给系统的车用气瓶及其附件、管阀件有些特殊的要求。三、液化石油气汽车（LPGV）

图10-5电喷车汽油/LPG两用燃料发动机供给系统的组成示意图图10-5电喷车汽油/LPG两用燃料发动机供给系统的组成示意图 1A—充气阀1B—组合阀1C—防泄漏密封盒1D—LPG储气罐2—充气管3—高压管4—LPG电磁截止阀5—混合器6—功率调节阀7—进气支管8—喷油器9—真空管10—真空稳定器11—电控调节器12—减压调节器13—减压器电磁阀14—LPG进气口15—LPG输出口16—散热器17—加热水入口18—加热水出口19—怠速调节螺钉20—空气测量叶片强制开启器21—空气流量传感器22—蓄电池23—点火开关24—高压线圈25—熔断器26—电控燃料选择开关27—氧传感器28—氧传感器加热电源线29—氧传感器信号线30—模拟器31—喷油器转接座

CNG双燃料车因其已经日益完善的CNG双燃料技术、最容易被消费者接受的低廉价格以及加气站等基础设施日益完备诸多优势，无疑是值得推广和能在短期内得到全面普及的车型。四、 CNG与LPG技术应用现状及发展趋势

一、概述 电动汽车是指以从车载储能装置上获得电力，以电动机驱动，在市区街道或城间公路上行驶的符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，不包括无轨电车及在车站、码头或厂区内使用的电动叉车和普通的电瓶车。 1、电动汽车的类型纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）第三节电动汽车

2、电动汽车的基本组成 电力驱动系统：将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池电源系统：向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电辅助系统：供给电动汽车辅助系统不同等级的电压并提供必要的动力，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性

3、电动汽车的特点 优点： 1）对环境污染少。可称为“零排放污染汽车”。 2）能源有效利用率高。 3）振动及噪声小。 4）结构简单，维修使用方便。缺点：一次充电所能行驶的里程短、成本高和充电时间长。

本节重点介绍: 以纯电动汽车为代表的传动系统、电机驱动系统和车载电源（电池），在此基础上分别介绍混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的独到之处。

图10-7 电动汽车和燃油车能量转换效率的比较

1、电力驱动系统 分类：电动机中央驱动电动轮驱动二、纯电动汽车

图10-8a： 电动机、离合器、变速器和差速器。图10-8b：电动机、固定速比减速器和差速器图10-8c: 电动机、固定速比减速器和差速器集成一体，两根半轴连接两个驱动车轮图10-8d: 采用两个电动机通过固定速比的减速器分别驱动两个车轮。每个电动机的转速可以独立地调节控制，便于实现电子差速，因此取消了机械差速器。图10-8e: 采用高速内转子电动机，电机输出轴通过减速机构与车轮驱动轴连接图10-8f: 采用低速外转子电动机，电动机的外转子直接安装在车轮的轮缘上，与车轮组成一个完整部件总成，直接驱动车轮带动汽车行驶。图10-8电力系统主要驱动形式示意图 C—离合器D—差速器FG—固定速比减速器GB—变速器M—电动机

2、驱动电动机 定义：驱动电动机在电力驱动系统中将电能转换为机械能。分类：直流电动机永磁无刷直流电动机异步电动机开关磁阻电动机

3、蓄电池 蓄电池是目前用于电动汽车上的主要电源

评价指标： 比能量——单位电池质量所能存储的电量（W·h/kg），是评价电动汽车整车质量和续驶里程的指标；能量密度——单位电池体积所存储的电量（W·h/L），影响蓄电池的尺寸；比功率——单位电池质量所能输出的功率（W/kg），是评价电动汽车加速性、爬坡能力及最高车速的指标；功率密度——单位电池体积所能输出的功率（W/L）；循环寿命——蓄电池充、放电一次称为一个循环，循环寿命表示更换电池前所能完成的循环数。

（1）铅酸蓄电池铅酸蓄电池 （2）金属氢化物镍蓄电池（3）锂离子电池

4、超级电容器 超级电容器是介于传统电容器与电池之间的一种新型电化学储能器件特点: 是一种应用前景广阔的化学电源。它具有比容量高、功率大、寿命长、工作温度范围宽、免维护等。应用：有机对称型超级电容器（功率型超级电容器）无机混合型超级电容器（能量型超级电容器）

定义： 指产生驱使汽车行驶的动力由不同类型的能源系统组成的混合动力源驱动汽车。其中，以燃料燃烧为主输出功的能源系统为主能源，其他用于补偿能量差值的能源成为辅助能源或功率源。类型：串联式并联式混联式三、混合动力电动汽车

(1)串联式混合动力电动汽车 图10-9串联式混合动力汽车的驱动系统

(2)并联式混合动力电动汽车 图10-10并联式混合动力汽车的驱动系统

图10-11并联式混合动力汽车的驱动系统（采用行星齿轮机构）图10-11并联式混合动力汽车的驱动系统（采用行星齿轮机构） B—蓄电池 BE—发动机转轴的制动器BM—电动机转轴的制动器C—离合器E—发动机DG—差速器 M—电动机P—功率转换器PG—行星齿轮机构

(3)混联式混合动力电动汽车 图10-12混联式混合动力汽车的驱动系统

丰田公司Prius车的混合动力驱动系统（Toyota Hybrid System）图10-13所示为丰田公司Prius车的混合动力驱动系统

1、基本结构及工作原理 图10-14燃料电池操作原理示意图四、燃料电池电动汽车

2、燃料电池的分类 1）质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2）碱性燃料电池（AFC） 3）磷酸燃料电池（PAFC） 4）溶化的碳酸盐燃料电池（MCFC） 5）固态氧化物燃料电池（SOFC）

五、电动汽车应用及发展趋势 可以预见在未来的10年中，BEV和HEV将在其特定市场范围内扩大其商业化生产规模并占有各自的份额，而增长速度将取决于它们的价格因素。而FCEV因其在续驶里程和性能方面能与燃油车相媲美，将成为未来的主流。

思考题 1、简述天然气汽车的分类组成、工作原理及特点。 2、简述电动汽车的定义及分类。 3、简述混合动力汽车的分类、特点及应用。 4、电动汽车的组成和工作原理是什么？ 5、燃料电池汽车有什么特点？

第十章新能源汽车