《新能源汽车结构与检修》模块七

图 7-11 太阳能汽车电源控制装置
2．太阳能汽车的工作原理
五、太阳能汽车动力传动系统 参数的匹配
1．动力传动系统的布置方式
（1）传统型驱动方式
这种布置方式容易实现，操作和控制简单。但能量 损耗较高、噪声较大、整车质量较重、行驶速度较低、 续驶里程较短。其传动方案结构如图 7-12 所示。
图 7-12 传统驱动方式结构简图
本模块将着重介绍这些问题。
知识链接
发展太阳能汽车，是将太阳能转化成电能在储 存起来，供给汽车使用，是真正实现“0”排放的 清洁能源，目前太阳能转化成电能的转化率较低， 如何提高太阳能的转化呢？太阳能的结构及工作原 理如何，太阳能汽车的实用化对策又是什么？
醇类汽车做为新能源也可减轻石油的使用率， 目前，全世界的甲醇生产能力已达 6000 万吨 / 年。 我国的甲醇主要是以煤炭为原料生产的。生产成本 偏大，而且不利于环保，醇类燃料对汽车性能有何 影响，醇类燃料代替化石燃料的缺点及优点，醇类 燃料汽车应怎样去维护。
模块七 其他新能源 汽车
知识目标
★了解二甲醚汽车的应用现状； ★了解甲醇和乙醇的物理特性； ★掌握醇类发动机的分类和特点； ★了解太阳能汽车的基本结构。
技能目标
★掌握太阳能汽车的工作原理； ★掌握醇类发动机的分类及特点。
情景导入
随着时间的推移，石油将会越来越少，甚至枯 竭，大力发展新能源乃是大势所趋，随着经济的发 展和新能源的开发，太阳能汽车、醇类汽车、二甲 醚汽车、空气汽车、 核动力汽车等将是新能源发展 的方向。
3．发展太阳能汽车的实用化对策
（1）观光游览领域
观光游览车基本符合现阶段太阳能汽车实用化的
几点要求，是其实用化的理想切入点。其基本参数见表
7-1。
表 7-1 拟开发车型基本参数
如图 7-5 所示，若整个系统的输出效率取 60%， 则在正常车速和最高车速工况下，系统完全有能力实现 纯太阳能驱动。
图 7-5 功率供需比较
图 7-6 某地区接收太阳能辐射能量图
②太阳能能量转化效率比较低 ③汽车制造商对太阳能汽车的研发力度不够
四、太阳能汽车的结构组成及 工作原理
1．太阳能汽车的基本组成
（1）太阳能电池组
太阳能单体电池由半导体材料制成，当太阳光照射 在该半导体材料时，半导体的电子 - 空穴对被激发，形 成“势垒”，也就是 p-n 结（图 7-7）。
图 7-7 太阳能电池的工作原理
太阳能电池的电流大小与太阳光照射强度的大小和 太阳能电池面积的大小成正比。车用太阳能电池将很多 太阳能电池排列组合成太阳能电池板（图 7-8 所示）， 以产生所需要的大电流和高电压。
图 7-8 不同瓦数的太阳能电池板
（2）向日自动跟踪器
向日跟踪器（如图 7-9 所示）的作用就是保持太 阳电池板正对着太阳，最大限度提高太阳电池板接受太 阳辐射能的能力。
表 7-3 E7.7、E10、E15 与 93 号汽油的加速性比较
（3）醇类燃料对汽车排放性的影响
醇类轿车的常规污染物 CO、NOx 和 THC 排放低 于汽油轿车；非常规排放污染物中，甲醇汽车的醛酮尾 气排放高于汽油轿车，其甲醛的排放量是汽油的 6 倍，
而其挥发性有机物（TVOC）排放的总量只有汽车的一 半左右，其具体检测结果如表 7-4、7-5 所示。
2003 年澳大利亚太阳能汽车比赛上，由荷兰制造 的“nuna”（如图 7-2 所示）太阳能汽车取得了冠军， 它以 30 小时 54 分钟的时间跑完了 3010 公里的路程， 创造了太阳能汽车最高时速 170 公里的新世界纪录。
图 7-2 nuna 太阳能汽车
2．国内太阳能汽车的发展
2001 年，上海交通大学设计制造了“思源”号太 阳能电动车（如图 7-3 所示）。
（2）市场前景
三、太阳能汽车的类型及特点
1．太阳能汽车的类型
2．太阳能汽车的特点
（1）太阳能汽车的优点
①能源丰富 ②能源使用方便 ③太阳能汽车清洁无污染、噪音低 ④降低对电池的依赖 ⑤为人类开发利用太阳能提供了广阔的空间
（2）太阳能汽车的缺点
①太阳能采集比较困难
太阳能是一种低密度、间歇性的能源，随着时间和 地理位置的不同而变化，比如某地区在明亮晴朗的白天， 太阳能最大密度大约在 1000W/m 2 左右，但是在早 上和晚上或者在天空阴暗的时候，太阳能密度将降至 0W/m 2 ，这为太阳能的收集和应用提出了更高的要 求，如图7-6所示。
图 7-27 城市狸猫空气动力汽车 图 7-28 法国 MDI 公司的空气动力汽车
（1）使用前需要对汽车进行相应调整
①彻底清洗燃油系统和油箱 ②更换泡沫塑料件和橡胶件 ③调整点火时间 ④调整怠速 ⑤调整可燃混合气的混合比
（2）在使用初期应加强车辆的保养和维护
（3）车用乙醇汽油和车用汽油的混用
2．使用醇类燃料汽车的常见问题
（1）混合燃料的分层问题 （2）腐蚀问题 （3）溶胀问题 （4）发动机磨损问题 （5）起动问题 （6）气阻问题
图 7-3 思源号太阳能电动车
二、太阳能汽车发展现状及其 实用化对策
1．发展太阳能汽车面临的问题
（1）太阳能的采集与转换问题 （2）制造成本高 （3）缺少生产推广太阳能汽车
2．目前光伏技术的发展现状
（1）太阳能电池技术 （2）光伏电控技术
常规光伏系统的主要组成部分见图 7-4 所示。
图 7-4 常规光伏系统的组成
图 7-14 独立驱动方式结构简图
2．动力传动系统参数的选择和参数分析Байду номын сангаас
（1）电池板的额定功率
（2）电机的额定转速和最高转速
如图 7-15 所示，β值的选择对整车性能有很重要 的影响，从图中可以看出，具有最大 β 值的低速电动 机具有更高的额定转距，但相应的对电动机的支撑就提 出更高的要求。
图 7-15 电机额定转矩和最高转速之间的关系图
（7）动力性与经济性问题 （8）安全性问题
课题三 二甲醚汽车
二甲醚（DME）可作为对石油资源的补充，可用 作汽车燃料、民用燃气。作为汽车燃料时，汽车尾气排 放量低，可应用在城市公交车（如图 7-21 所示）、出 租车、家庭用车上，其动力性能与 93 ＃汽油相当，有 优良的性价比，燃料成本可降低 10％。
图 7-9 向日自动跟踪器
（3）驱动系统
太阳能汽车采用的驱动电动机主要有交流异步电动 机、永磁电动机（如图 7-10 所示）、直流电动机，其 驱动系统与 EV 基本相同。
（4）控制器
图 7-10 永磁电动机
主要实现对太阳能电磁组进行管理和对电动机的控 制（如图 7-11 所示），其作用与 EV 控制系统相同
图 7-20 甲醇汽车示意图
一、醇类燃料的来源
甲醇可以从天然气、石油、煤、木材及其他生物体 来制取。甲醇最早是通过木材干馏法和氯甲烷水解法制 取 ，而目前生产甲醇的原料是天然气、轻质油、重质 油、煤焦炭等。
二、醇类燃料的分类
甲醇可以从天然气、石油、煤、木材及其他生物体 来制取。甲醇最早是通过木材干馏法和氯甲烷水解法制 取 ，而目前生产甲醇的原料是天然气、轻质油、重质 油、煤焦炭等。
（2）减速驱动方式
这种方式便于布置、较易驱动、质量轻、噪声小。 但控制相对复杂，并有一定的能量损耗。如图 7-13 所 示。
图 7-13 减速驱动方式结构简图
（3）独立驱动方式
这种驱动方式动力传动系元件最少、结构最简单、 噪声最低、车重最轻、可控性好，但造价高，控制成为 关键问题。如图 7-14 所示。
图 7-23 甲醇液相法工艺流程图
3．甲醇气相法
如图 7-24 所示，甲醇经汽化在换热器中与反应器 出来的反应产物换热后进入反应器进行气相催化脱水反 应，反应产物经换热后用循环水冷却冷凝。
图 7-24 甲醇气相法工艺流程图
二、二甲醚的理化特性
表 7-6 为二甲醚（DME）及其它燃料的物理性质 与特性比较。
必备知识
课题一 太阳能汽车
电动车是一种以电力为能源的车子，一般使用 铅酸电池或是锂离子电池进行供电。而太阳能电动 车（如图 7-1 所示）是在此基础上，将太阳能转化 成电能对车进行供电的，在很大程度上降低了电动 车的使用成本，而且非常环保。
图 7-1 太阳能汽车
一、太阳能汽车的发展史
1．国外太阳能汽车的发展
图 7-21 二甲醚公交车
一、二甲醚的来源
1．合成气一步法
流程图如图 7-22 所示，合成气一步法以合成气 （CO+H 2 ）为原料，合成甲醇反应和甲醇脱水反应 在一个反应器中完成，同时伴随 CO 的变换反应。
图 7-22 合成气一步法工艺流程图
2．甲醇液相法
如图 7-23所示，甲醇经预热后进入反应器，在无 机酸的催化作用下进行脱水反应。
表 7-4 CO、THC、NO x 排放测量结果
7-5 整车排放中醛酮类排放的测量结果对比
2．醇类燃料汽车的特点
（1）醇类燃料作为汽车燃料的优点 （2）醇类燃料代替化石燃料的缺点
四、醇类燃料在汽车上的应 用现状
1．甲醇在汽车上的应用现状
2．乙醇在汽车上的应用现状
五、醇类燃料汽车的维护
1．醇类燃料汽车使用注意事项
（1）醇类燃料对汽车性能的影响
（2）醇类燃料对汽车动力性的影响
中国汽车技术研究中心对乙醇汽油进行了大量的试 验研究，选用两种车型（分别采用 1.8L 电喷发动机和 1.6L 电喷发动机）对三种乙醇汽油进行实验，其掺烧
比 例 分 别 为 7.7% （ E7.7 ） 、 10% （ E10 ） 、 15% （E15），并与燃用 93 号汽油的结果进行比较。实验 结果如表 7-3 所示。
（1）根据功率跟随策略制定的 太阳能汽车控制策略
（2）太阳能电动车动力传动系 驱动、制动框图