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新能源汽车基础知识

发布时间:2021/07/21 丨 文章来源:华纳集团官网 丨 浏览次数:

1.新能源汽车的定义和分类

概述

新能源汽车的定义

2007年11月1日,国家发展和改革委员会制定的《新能源汽车生产准入管理规则》(下称《规则》)正式施行。《规则》明确给出了新能源汽车的定义及分类,根据《规则》,新能源汽车是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。

新能源汽车的分类

1、电动汽车

2、燃气汽车

3、醇类汽车

4、氢燃料汽车

5、生物柴油汽车

电动汽车

电动汽车大致分为纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。

燃气汽车

燃气汽车主要包括天然气汽车和液化石油气汽车。天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车,主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料,常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。

醇类汽车

醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车,使用比较广泛的是乙醇,乙醇来源广泛,制取技术成熟,最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术,其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又起到良好的节能、降污效果。

氢燃料汽车

氢是清洁燃料,采用氢气作燃料,只需略加改动常规火花塞点火式发动机,其燃烧效率比汽油高,混合气可以较大程度地变稀,所需点火能量小,有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中,用于提高效率和减少N02 排放。

2.纯电动汽车

概述

电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三大类,纯电动汽车是电动汽车的技术基础。纯电动汽车就定义来说是单纯用蓄电池作为驱动能源的汽车,它是涉及到机械、动力学、电化学、电机学、微电子与计算机控制等多种学科的高科技产品,下图为法国标致101型电动汽车。

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纯电动汽车的特点

1、节能,不消耗石油。

2、环保,无污染,噪声和振动小。

3、能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递,各部件的布置具有很大的灵活性。

4、驱动系统布置不同会使系统结构区别很大。

5、采用不同类型的电机(如直流电机和交流电机)会影响到纯电动汽车的质量、尺寸和形状。

6、不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。

7、能源效率高,多样化。

8、不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构,如蓄电池可通过充电器充电,或者采用替换蓄电池的方式。

9、结构简单,生产工艺相对成熟,使用维修方便。

10、动力电源使用成本高,续驶里程短。

按驱动结构布局分类

归纳典型的基本结构主要有四种:传统的驱动模式、电动机-驱动桥组合式驱动方式、电动机-驱动桥整体式驱动方式、轮毂电机分散驱动方式。由于汽车转弯时,外侧车轮的转弯半径比内侧车轮大,所以需要通过差速器来配合两侧车轮转速不同的要求。前两种需采用具有行星齿轮结构的机械式差速器;第三种的差速器可用机械式或电控式;而第四种即可实现电子差速控制。

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按用途分类

纯电动汽车按其用途来分,目前主要有电动公交车和电动轿车两类。由于纯电动汽车的能量不富裕特点,它也较适合于某些性能要求不高的特定车辆,如游览观光车、高尔夫球场车、电动自行车、电动三轮车和残疾人自驾车等,当然按定义来说该类特定车辆不应属于汽车。

纯电动汽车的结构与原理

纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统,其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车类同,不过有些部件根据所选的驱动方式不同,已被简化或省去了。为此首先需对电力驱动控制系统重点阐述。

电力驱动控制系统

电力驱动控制系统的组成与工作原理如图所示,按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。

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车载电源模块

车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。

1、蓄电池电源。蓄电池是纯电动汽车的唯一能源,它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外,也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压等级,为满足要求,可以用多个12V或24V的蓄电池串联成96~384V高压直流电池组,再通过DC/DC转换器供给所需的不同电压。

2、能源管理系统。能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配,协调各功能部分工作的能量管理,使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合一起控制发电回馈,使在电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收,从而有效地利用能源,提高电动汽车的续程能力。能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。

3、充电控制器。充电控制器是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式,即把交流电转换为相应电压的直流电,并按要求控制其充电电流。充电器开始时为恒流充电阶段。当电池电压上升到一定值时,充电器进入恒压充电阶段,输出电压维持在相应值,充电器进入恒压充电阶段后,电流逐渐减小。当充电电流减小到一定值时,充电器进入涓流充电阶段。还有采用脉冲式电流进行快速充电。

电力驱动主模块

电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置等组成。由于加速踏板、制动踏板等操纵装置对于汽车驾驶员来说,是十分熟悉和习惯使用的操纵装置。为适应驾驶员的传统操纵习惯,电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及有关操纵手柄或按钮等。不过在电动汽车上是将加速踏板、制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号,输入到中央控制单元来对汽车的行驶实行控制。

1、中央控制单元。中央控制单元不仅是电力驱动主模块的控制中心,也要对整辆电动汽车的控制起到协调作用。它根据加速踏板与制动踏板的输入信号,向驱动控制器发出相应的控制指令,对电动机进行起动、加速、降速、制动控制。在电动汽车降速和下坡滑行时,中央控制器配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈,即使蓄电池反向充电。对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、电压信息还需传输到辅助模块加以显示。

2、驱动控制器。驱动控制器功能是按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反馈。信号,对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与电动机必须配套使用,目前对电动机的调速主要采用调压、调频等方式,这主要取决于所选用的驱动电动机类型。

3、电机。电机在电动汽车中被要求承担着电动和发电的双重功能,即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能,将电能转化为机械旋转能;而在降速和下坡滑行时又被要求进行发电,将车轮的惯性动能转换为电能。电机与驱动控制器所组成的驱动系统是电动汽车中最为关键的部件,电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能,它直接影响着车辆的各项性能指标。

4、机械传动装置。电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴,从而带动汽车车轮行驶。由于电动机本身就具有较好的调速特性,其变速机构可被大大简化,较多的是为放大电动机的输出转矩仅采用一种固定的减速装置。又因为电动机可带负载直接起动,即省去了传统内燃机汽车的离合器。并由于电动机可以容易地实现正反向旋转,所以也无需通过变速器中的倒档齿轮组来实现倒车。

辅助模块

辅助模块包括辅助动力源、动力转向单元、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。各个装置的功能与传统汽车上的基本类同,其结构原理按电动汽车的特点有所区别。

1、辅助动力源。辅助动力源是供给电动汽车其他各种辅助装置所需的动力电源,一般为12V或24V的直流低压电源,它主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。

2、动力转向单元。转向装置是为实现汽车的转弯而设置的,它由方向盘、转向器、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力,通过转向器和转向机构使转向轮偏转一定的角度,实现汽车的转向。为提高驾驶员的操控性,现代汽车都采用了动力转向,较理想的是采用电子控制动力转向系EPS。电子控制动力转向系主要有电控液力转向系和电控电动转向系两类,对于纯电动汽车较适于选用电控电动转向系。

3、驾驶室显示操纵台。它类同于传统汽车驾驶室的仪表盘,不过其功能根据电动汽车驱动的控制特点有所增减,其信息指示更多地选用数字或液晶屏幕显示。它与前述电力驱动主模块中的中央控制单元结合,用计算机进行控制。

4、辅助装置。电动汽车的辅助装置主要有照明、各种声光信号装置、车载音响设备、空调、刮水器、风窗除霜清洗器、电动门窗、电控玻璃升降器、电控后视镜调节器、电动座椅调节器、车身安全防护装置控制器等。它们主要是为提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的,有些是必要的,有些是可选用的。

纯电动汽车的关键技术

电池及管理技术

整车轻量化技术

整车控制技术

电池及管理技术

(1)结构 结构设计和优化,以满足图纸化制造的需求。

(2)热管理 提高热管理效率的设计。

(3)电气构成 传感器的选择,安全系统的设计,高、低压电气元器件的选择和设计。

(4)控制系统 SOC算法的开发,电池管理系统的设计和开发,整车控制策略的开发和优化。

整车轻量化技术

1)先进的超低地板结构。

2)先进的能量源和动力驱动系统。

3)兼容无轨电车的电-电混合方案。

① 在车顶上预留无轨电车座圈结构基础,车顶预埋高压线路、低压控制线路、通信线路。

② 按照无轨电车的技术要求,整车高压部件和车身保证连接的二级绝缘。

③ 整车尺寸参数

④ 整车质量参数

3.混合动力电动汽车

概述

混合动力汽车是指汽车动力传动系由两个或多个能同时运转的单个动力传动系联合组成的汽车,汽车的行驶功率依据实际的汽车行驶状态由单个动力传动系单独或多个动力传动系共同提供。相比常规内燃机汽车和纯电动汽车,下图所示的混合动力汽车动力传动系增加了整车能量管理和综合控制系统,其主要作用在于以优化发动机的工作效率为目标,协调发动机和驱动电机之间的动力分配,同时进行动力电池组的电量管理。

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混合动力汽车结构与原理

依据组成混合动力汽车的两个或多个能同时运转的单个动力传动系之间动力联合位置的不同,混合动力汽车还具有串联、并联和混联三种基本的类型。

串联混合动力汽车的概念

串联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构,其单个动力传动系间的联合是车载能量源环节的联合,即非直接用于驱动汽车的能量的联合,并同时向动力装置供能。

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串联混合动力汽车具有如下特点:

1、车载能量源环节的混合。

2、单一的动力装置。

3、车载能量源由两个以上的能量联合组成。

串联混合动力汽车

串联混合动力汽车实现了车载能量源的多样化,可充分发挥各种能量源的优势,并通过适当的控制实现它们的最佳组合,满足汽车行驶的各种特殊要求,例如,采用发动机-发电机和动力电池组两种车载能量源的串联混合动力汽车即可满足汽车一定的零排放行驶里程,同时通过发动机-发电机的工作为动力电池组进行补充充电,延长了汽车的有效续驶里程,为实现纯电动汽车的实用化提供了解决方案。

并联混合动力汽车的概念

并联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构,其单个动力传动系间的联合是汽车动力或传动系环节的联合,通过对不同动力装置输出的驱动动能的联合或耦合,并经过相应的传动系输出到驱动轮,满足汽车的行驶要求。典型的并联混合动力汽车动力传动系如下图所示。

并联混合动力汽车的概念

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并联混合动力汽车具有如下特点:

1、机械动能的混合。

2、具有两个或多个动力装置。

3、每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。

并联混合动力汽车

驱动力联合式机械动力的混合是在汽车驱动轮处通过路面实现的。由于具有两套独立的动力传动系直接驱动汽车,所以在充分利用地面附着力方面具有优势,通过合理的控制,可大大改善汽车的动力性能,但系统组成比较庞大,控制复杂。

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混联式混合动力汽车的概念

为优化动力传动系的综合效率,充分发挥汽车的节能、低排放潜力,在实际应用中,混合动力汽车动力传动系并非单纯是简单的串联式结构或并联式结构,而是由串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构,即所谓的混联式结构。典型的混联式混合动力汽车动力传动系如图所示。

混联式混合动力汽车的概念

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4.其他类型燃料汽车

燃料电池汽车

燃料电池汽车的类型

1.按有无蓄能装置分类

(1)纯燃料电池汽车

(2)混合型燃料电池汽车

2.按燃料电池与蓄电池的结构关系分类

(1)串联式燃料电池汽车 (2)并联式燃料电池汽车

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3.按提供的燃料不同分类

(1)直接燃料电池汽车

(2)重整燃料电池汽车

燃料电池汽车与普通燃油汽车相比,其外形和内部空间几乎没有什么区别,不同之处在于动力系统。

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气体燃料汽车

燃气汽车主要包括压缩天然气汽车(CNGV)和液化石油气汽车(LPGV)。天然气是从天然气田直接开采出来的,其主要成分是甲烷,极难液化。因此,目前大都将其压缩到20MPa的高压,充入车用气瓶中储存和供汽车使用,即所谓的压缩天然气(CNG)。石油气是石油催化裂化过程和油田伴生气回收轻烃过程中的产品。石油气在常温下加压到1.6MPa即可液化而成液化石油气(LPG)。从油田气制得的LPG,其主要成分为丙烷、丁烷和少量的乙烷和戊烷,不含稀烃,适于作车用燃料。

气体燃料汽车

生物燃料汽车

氢燃料汽车

太阳能汽车

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