汽车新能源技术应用方案Word格式.docx

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但是因为当前汽车新能源汽车技术繁多，每个国家在新能源汽车领域发展方向有所不同。

本课题以此为出发点，着重分析当前新能源汽车技术优缺点，并最终得出电动汽车将是未来发展趋势。

不过，电动汽车因为当前在蓄电池技术上存在着续航能力不足，充电时间过长等问题。

通过度析本课题最终提出解决这个问题的主要方案就是加快充电站的建设，并且充电站建设将是以更换电池为主，整车充电为辅的运营模式。

电动汽车

电动汽车是以电力作为能源，由电动机驱动的汽车。

在外型上电动汽车与传统的汽车并无显著区别，它们的主要区别在于动力源和驱动系统。

当前电动汽车的种类主要包括：

纯电动汽车、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车三类。

纯电动汽车完全由蓄电池提供电能，经过电动机和驱动系统，驱动汽车行驶，如果一辆电动汽车同时釆用电动机和发动机作为动力驱动系统，就构成了所谓混合型电动汽车或称混合动力汽车；

如果釆用燃料电池作为电源就称为燃料电池汽车。

因为电能是二次能源，它能够来源于如风能、水能、核能、热能、太阳能、等多种方式，所以电动汽车是非常有发展前景的替代能源汽车。

当前，制约电动汽车发展的主要因素为蓄电池技术。

纯电动汽车

当前纯电动汽车系统主要由三个子系统组成（图2.2）,即电力驱动子系统，能源子系统和辅助控制子系统。

其中，电力驱动子系统由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成；

能源子系统由主电源和能量管理系统组成，能量管理系统是实现能源利用监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件；

而辅助控制子系统（整车控制器），它接受驾驶员的踏板信号和其它信号，然后作出相对应的判断，控制各个部件作出动作，驱动汽车正常行驶，并尽可能实现比较高的能量使用效率。

电动汽车与传统汽车相比结构简单。

传统汽车的动力是通过刚性联轴器和传动轴传递的，而电动汽车的能量则基本上是通过柔性的电线传输的，并且其电机及传动系能够有多种不同的选择，所以电动汽车各个部件的选择和布置有很大的灵活性。

（1）电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。

电力驱动及控制系统由驱动电机、电源和电机的调速控制装置等组成。

电动汽车的其它装置基本与内燃机汽车相同。

电源为电动汽车的驱动电机提供电能，电机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。

（2）驱动电机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。

原来电动汽车上广泛采用直流串激电机，但直流电机因为存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电机（BCDM）、开关磁阻电机（SRM）和交流异步电机所取代⑷。

（3）电机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电机的电压或电流，完成电机的驱动扭矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上，直流电机的调速采用串接电阻或改变电机磁场线圈的匝数来实现。

因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电机的结构复杂，现在己很少采用。

当前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电机的端电压，控制电机的电流来实现电机的无级调速⑸。

在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其它电力晶体管斩波调速装置所取代。

从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

在驱动电机的旋向变换控制中，直流电机依靠接触器改变电

枢或磁场的电流方向，实现电机的旋向变换，这使得电路复杂、可靠性降低。

当采用交流异步电机驱动时，电机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。

此外，采用交流电机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。

（4）电动汽车传动装置的作用是将电机的驱动扭矩传给汽车的驱动轴，当采用电力驱动时，传动装置的多数部件常常能够忽略，如无需传统内燃机汽车的离合器，因为电机能够带负载起动。

电动汽车也无需内燃机汽车变速器中的倒档。

因为驱动电机的旋向能够通过电路控制实现变换。

当采用电机无级调速控制时，电动汽车能够忽略传统汽车的变速器。

在采用电力驱动时，电动汽车也能够省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

混合动力电动汽车

混合动力电动汽车是指包含两种或两种以上动力源并能协调工作的车辆。

混合动力电动汽车充分利用各种动力源的优点，通过自动控制形成最优匹配，通常其中一种动力源能够存储另一种动力源的多余能量以及回收存储车辆减速时的制动能，能将它们传输给传动系统，供附件使用或用于协助驱动车辆⑹。

混合动力电动汽车有串联混合动力电动汽车、并联混合动力电动汽车和混联混合动力电动汽车三种类型。

（1）串联式混合动力系统：

发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。

即使串联式混合动力的结构简单，但它需要三个驱动装置：

发动机、发电机和电动机。

此外，该种混合方式的车辆的效率通常较低。

（2）并联式混合动力系统：

采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。

发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮，能够采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或者发动机和电动机混合驱动三种工作模式。

当发动机提供的功率大于车辆所需驱动功率时或者当车辆制动时，电动机工作于发电机状态，给蓄电池充电。

与串联式混合动力相比，它只需要两个驱动装置，即发动机和电动机。

在蓄电池放完电之前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式的发动机和电动机的尺寸要小。

（3）混联式混合动力系统：

在结构上综合了串联式和并联式的特点。

与串联式相比，混联混合动力电动汽车增加了机械动力的传递路线；

与并联式相比，它增加了电能的传输路线。

即使综合了串、并联的优点，但其结构复杂,成本高。

不过，随着控制技术和制造技术的发展，一些现代混合动力电动汽车更倾向于选择这种结构。

汽车新能源技术的主要比较

混合动力汽车

因为当前纯电动汽车在使用中受到电池续航能力以及充电设施建设不完善，所以在传统能源汽车向纯电动汽车过渡这段时期，混合动力汽车起着关键的作用。

优点：

①采用混合动力后可按平均需要的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。

需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；

负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，因为内燃机可持续工作,电池又能够不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

②因为有了电池，能够十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

③在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

④有了内燃机能够十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

⑤能够利用现有的加油站加油，不必再投资。

⑥可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

缺点：

长距离高速行驶基本不能省油。

燃料电池汽车

氢燃料电池汽车中最重要的技术就是质子交换膜，因为现在质子交换膜造价较高且技术大多数掌握在少数国家里，所以氢燃料电池在应用普及方面受到了很大的限制。

①运行平稳、无噪声。

②能源来源广泛，能够是氢气、甲烷、乙醇等。

③以氢作为燃料的燃料电池，它的能量转化不受卡诺循环规律的限制，热效率较高。

①质子交换膜成本过高。

②氢的制取成本过高。

③加氢站建设成本过高。

纯电动汽车通过车辆自身携带的高效储能电池向电动机供电，由电动机直接向驱动轴输出扭矩，汽车取消了传统的内燃机、离合器、等一些复杂的传动装置。

所以很多人认为纯电动汽车将是未来新能源汽车发展的主要方向。

①废气排放为零。

②几乎无机械噪声，且运行平稳。

③使用成本较低。

④结构简单，省去很多机械装置。

①蓄电池使用寿命较短且续航能力不足。

②充电设施建设不完善

综合比较从环保性、全寿命成本、安全性、续驶里程等方面的全面比较能够看出，各类技术都有其优缺点，相比较而言，当前电动汽车的技术更趋成熟。

电动汽车的应用缺陷和瓶颈

当前，电动汽车技术趋于成熟，但在续驶里程、制造成本等方面还无法与传统燃油汽车相比。

作为动力源的各类型蓄电池不同程度地存在着成本高、功率小、体积和重量大、充电时间长等问题，是电动汽车发展和普及应用的瓶颈。

归纳起来存在：

①续驶里程有限；

②蓄电池使用寿命太短；

③电池价格昂贵；

④充电时间和充电网点短期内不能得到有效解决等问题。

电动汽车应用的解决方式

当前解决电动汽车电池续航时间短的方法是加快充电站以及换电站的建设，只有将这些基础设施建设完善才能补充当前蓄电池技术的不足。

在我国，电动汽车充电站的业务才刚刚起步，运营模式还没形成，各个相关的利益群体对产业发展的倾向也不尽相同。

根据技术与充电方式的不同，电动汽车充电站的运营模式基本上能够分为“整车充电”与“电池更换”两种模式。

整车充电模式

整车充电模式是很多国家研究试验的重点，这种模式把电池与车辆作为一个整体来考虑，其规模化发展的关键是能够研制生产出“容量大、成本低、充电快、寿命长”的电池产品［7〕，在便捷性上满足用户的需求，具体又包括常规充电和快速充电两种类型。

常规充电

蓄电池在放电终止后，应立即充电，充电电流相当低，

大小约为15A,这种充电叫做常规充电（普通充电）。

常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时问为5〜8h,甚至长达10至20多个小时。

即使充电时间较长，但因为所用功率和电流的额定值并不关键，所以充电器和安装成本比较低；

可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本；

可提高充电效率和延长电池的使用寿命⑻。

这种充电方式通常适用于：

设计电动汽车的续驶里程尽可能大，需满足车辆一天运营需要，仅仅利用晚问停运时间充电。

现阶段技术条件下，电池的续驶里程大约为200km,像私家车、市内环卫车、企业商务车等车辆日均行驶里程都在电池的续驶里程范围之内，均可采用常规充电的方式。

快速充电

快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20min至2h内（具体的充电时间由电动汽车动力电池的接收能力而定），为其提供短时充电服务，一般充电电流为150〜400A。

充电时问短；

充电电池寿命长（可充电2000次以上）；

没有记忆性，能够大容量充电及放电，在几分钟内就可充70%〜80%的电；

因为充电在短时问内（约为10~15min）就能使电池储电量达到80%〜90%,与加油时间相仿,使电动汽车使用起来非常方便。

这种充电方式适用情况为：

电动汽车的日平均里程大于电池的续驶里程即200km,即在车辆运行的间隙进行快速补充电，来满足运营需要；

比如公交车、出租车等车辆它们的日平均行驶里程在300km左右，则还有100km左右的电量需要在峰、平时段通过快速充电的方式进行补充。

当然