《现代汽车构造》课件—12电动汽车

知识拓展12.1 燃料电池
由阳极（又称燃料极）和阴极（又称氧化 剂极）组成。两电极都用多孔性碳材料制造， 并用离子异电聚合物电介质将两电极隔开。在 电极和电介质之间还插有催化剂层。这个由阳 极—催化剂—质子交换膜—催化剂—阴极等5 层物质组成的总体称为膜电极集合。在膜电极 集合两边各加上一块极板，就组成一块独立的 质子交换膜氢燃料电池。其原理如图12-4所示。
按 氢燃料电池（PEMFC） 燃料电池电动
电 碱性燃料电池（AFC）
解 质
磷酸型电池（PAFC）
汽车常用前两 种燃料电池
类 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
型 固体氧化物燃料电池（SOFC）
液体型 按燃料状态 气体型
低温型（低于200℃） 按工作温度 中温型（200~750℃）
高温型（高于750℃）
图12-1 串联式驱动结构图
二、并联式驱动系统 发动机通过机械传动装置与驱动桥连接， 电动机通过动力复合装置也与驱动桥相连，汽 车可由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱 动。并联式混合动力电动汽车的结构形式更像 是附加了一个电动机驱动系统的普通内燃机汽 车。并联式驱动系统如图12-2所示。
图12-2 并联式驱动系统
电机具有发电机的功能。变速箱操纵杆有P、R、 N和D四个档位。P档代表停车，R、N和D三档分 别代表发动机反转、停转、正转。档位前方有EV （纯电动模式）、和HEV+EV两个DM（即双模式 按钮）。
F3DM的混合动力模式，有四种工作状态。在 中短途、中低速行驶的路况下，主要采用纯电动
驱动方式，仅仅靠电池供电，电动机M2提供动力 （图12-8）。
图12-7 质子交换膜燃料电池工作原理示意图
知识拓展12.2 比亚迪F3DM双模电动车
该车由发动机、电机和磷酸铁锂电池组成， 最大输出功率125KW。在纯电动的模式下，能 够实现了100km里程，最高时速可达150km/h， 磷酸铁锂电池（简称铁电池）循环充电2000次 后容量还有80%以上，实际可使用4000次。该 车在比亚迪电动汽车充电站快速充电10分钟可 充满50%，家用电源上慢充7小时可充满。电机 具有双向功能，在对电机供电的情况下，电机 具有电动机的功能，在电机被拖动的情况下，
一、驱动系统
燃
Βιβλιοθήκη Baidu料 电
动力源
池
电
动
汽 车
动力驱动系统
发
动
机
燃料处理与供给单元 燃料电池组及其 运行支持系统与 附属设备 功率控制器 变频调速器 电动机与变速器
图12-5 燃料电池电动汽车动力驱动系统框图
驱动系统可分为间接驱动、直接驱动和电动 轮式驱动的三种类型。在间接驱动式的驱动系统 中，电动机轴上装有一个减速器或变速箱，通过 它们来增加驱动力。通常是通过齿轮减速器来驱 动汽车，电动机轴和驱动轴平行排列，在结构上 与内燃机汽车的传动结构相似。
直接驱动式的驱动系统中，两个电动机之 间采用了电子控制减速器来调节两个驱动系 统间的转速差，形成了机电一体化的驱动装 置，使驱动系统大大简化并降低了质量，两 个电动机的车速是由控制装置自动调整的。
电动轮式驱动系统中，电动机直接安装在 车轮的轮毂中，取消了减速器、传动轴等，使 得电动汽车结构更加紧凑。电动机采用先进的 电子控制装置，自动控制每个轮子的转速。驱 动系统中永磁感应电动机的转子绕组放置在一 个圆环上，能够提高电动机外形直径与长度比。
项目十二 电动汽车 【学习目标】 ●熟悉混合动力汽车驱动系统的布置形 式及工作特点 ●了解燃料电池的基本结构及工作原理 ●了解燃料电池电动汽车驱动系统的组 成
任务12.1 混合动力汽车
混合动力汽车HEV （Hybrid Electric Vehicle）采用了发动机和电动机共同组成的混 合动力系统来驱动车辆行驶，除了采取现代最 新技术使发动机（功率要比同级别汽车的发动 机机小）经常处于高效率运转外，还充分发挥 电动机的低速大转矩的特点，使发动机避开在 起动、低速、加速和爬坡时燃料消耗量增大和 废气排放增多的不利工况，实现了车辆的燃料 消耗量大量降低和低排放的要求。
图12-3 丰田Prius驱动系统结构图
图12-4 丰田Prius混合动力系统布置图
任务12.2 燃料电池电动汽车
• 燃料电池的能量转换方式是燃料的化学能 直接转换为电能，燃料电池能使用多种燃料， 燃料经过转化成氢后，以氢作为燃料电池的燃 料，燃料电池能量转换不受卡诺循环的规律的 限制，热效率比内燃机高 。其优点是热效率高、 零污染或超低污染、在宽广的范围内保持高效 率、过载能力强、配置灵活、机动性大，但目 前存在的缺点是辅助设备复杂，燃料成本高。
一、串联式驱动系统 发动机带动发电机，其电能通过电动机控 制器直接输送到电动机，由电动机产生电磁力 矩驱动汽车。在发动机与驱动桥之间通过电能 实现动力传递，因此更像是电传动汽车。电池 通过控制器串接在发电机和电动机之间，其功 能相当于发电机与电动机之间的“水库”，起 功率平衡作用。串联式驱动系统如图12-1所示。
三、混联式驱动系统 混联式驱动系统是串联式与并联式的综合。
发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给 驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机 发出的电能由控制器控制，输送给电动机或电 池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置 传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是： 在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式 工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联方式 为主。图12-3为丰田汽车公司Prius汽车混合动 力系统结构布置图。
图12-8 纯电动驱动模式
在纯电动模式下，铁电池电量达到20%底线 的时候，发动机控制系统自动启动发动机，带动
M1发电机为电池充电。然后通过IGBT逆变器， 为M2电动机供电，驱动汽车行驶，这种工作状态 称为串联模式（图12-9）。
二 、 燃料电池汽车总体布置 如图12-9所示，美国通用汽车公司研制 HydroGen-1燃料电池汽车的总体布置，该车 燃料电池的燃烧效率为50%，，持续功率为 80kw,最大功率为120kw，最高车速140km/h 0～96km/h的加速时间为16s,一次充气后行驶 400km。
图12-6 燃料电池电动汽车总体布置图