浅谈BYD电动汽车技术.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流浅谈BYD电动汽车技术.精品文档.南 阳 理 工 学 院 本科生毕业实践（报告）学 院： 机械与汽车工程学院 专 业： 汽车服务工程 学 生： 马亚坤 指导教师： 杨 样 实践单位： 深圳比亚迪汽车公司 实践时间： 2014年12月26日至2015年05月29日 完成日期 2015 年 5 月南阳理工学院本科生毕业实践（报告）浅谈BYD电动汽车技术 Introduction to BYD Electric Vehicle Technology 总 计： 34 页表 格： 3 个插 图 ： 15 幅浅谈BYD电动汽车技术汽车服务工程专业 马亚坤

2、 摘 要 能源匮乏、环境污染是制约我国经济快速发展的瓶颈。发展以电动汽车为代表的节能与新能源汽车是应对能源短缺、环境污染、气候变化等问题的关键举措，同时也有利于提升我国汽车产业的国际竞争力。本文主要结合BYD电动汽车介绍了电动汽车的优缺点、关键零部件技术，阐述了电动汽车现阶段的应用及发展情况，剖析了电动汽车产业化的障碍。通过对电动汽车产业化技术和国内外发展现状的归纳总结分析，提出了符合我国国情的电动汽车产业化发展的对策与建议。 关键词 电动汽车，关键技术，特点分析，发展对策Introduction to BYD Electric Vehicle Technology Automobile Se

3、rvice Engineering Major MA Ya-kun Abstract: Energy shortage and environmental pollution are preventing national economy from developing rapidly. Developing energy saving and new energy vehicle represented by electric vehicle is an affirmative approach to the problems such as energy shortage, environ

4、mental pollution, climate change and etc., and also progress the international competition capability of automobile industry. This article deeply expounds the advantages and disadvantages of electric vehicle and key departments technology , explores the electric energy application in automobile and

5、presents situation of electric vehicle in the world, analyzes the obstacles of electric vehicle industrialization. Key words: Electric vehicle (EV)；Key technology；Characterstic analysis；Development countermeasures目 录1 BYD汽车公司基本情况12 电动汽车研究的目的、意义13 国内外电动汽车发展现状134 BYD电动汽车技术135分析、总结19 5.1 纯电动汽车的特点分析及技术性

6、评价19 5.2混合动力汽车的特点分析及技术性评价19 5.3氢燃料电池汽车的特点分析及技术性评价19结束语19参考文献20致谢231 BYD汽车公司基本情况发展至今，比亚迪汽车产业分布在深圳坪山、西安、北京、上海、惠州、长沙、韶关七大工业园，形成了集研发设计、模具制造、整车生产、销售服务于一体的完整产业链组合。比亚迪汽车在车型研发、模具开发、整车制造等方面都达到了国际领先水平，产业格局日渐完善。比亚迪汽车坚持自主品牌、自主研发、自主发展的发展模式，以“打造民族的世界级汽车品牌”为产业目标，立志振兴民族汽车产业。作为电动车领域的领跑者和全球充电电池产业的领先者，比亚迪迅速掌握了关系电动汽车成败

7、的关键一环动力电池核心技术，并已经拥有实现大规模商业化的技术和条件，能够开发更为节能、环保的电动汽车产品，实现性能的提升和普及应用。2电动汽车研究的目的与意义2.1 电动汽车研究的目的我国的汽车保有量与销售量世界第一。然而，我国的能源消耗也是世界前列，造成我国能源耗费与对外依存度过高且环境污染严重。电动汽车的发展可以减少我国对石油的依赖程度，改善环境污染现状，提升我国汽车工业技术。2.2 电动汽车研究的意义 当今, 燃油汽车每年消耗的石油占世界石油年产量的一半以上, 石油价格近年来不断上涨表明了人类可用化石燃料的短缺性，此外汽车排放的废气对大气的污染和对人体的危害也越发明显。 发展电动汽车，实

8、现汽车动力系统能源的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成共识。 3国内外电动汽车发展现状3.1国外电动汽车发展现状 世界上第一辆电动汽车，是1873年由英国人R戴彼特逊用手工制作的。电动汽车能做到零排放。世界各国著名的汽车生产厂商都在加紧研制各类电动汽车，并且取得了一定的进展和突破。纯电动汽车：从技术上来讲，电动汽车 “零”排放污染、噪声低、能源来源多样，已经成为世界各国争相研究的对象，如美国、日本和德国等国，已经有大量资金投入，使研究开发出的电动汽车取得了较大进步。德国在电动汽车技术方面处于领先地位，是电动汽车保有量最多的国家；美国已有7 个州加入了零排放计划, 到规定年限后

9、这些地区销售的汽车必须为零排放, 即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车；法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一, 成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会,巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施, 制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策, 且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。混合动力电动汽车领域, 日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在混合动力汽车的产品发展方面，居世界领先地位。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。有关统计数据显示，丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场90%的份额

10、。欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车, 甚至德国的博世(BOSCH) 等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。美国已有近20 个城市试验使用混合动力电动公交车, 瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9 个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。燃料电池电动汽车主要是利用各种燃料，比如甲醇，天然气以及氢气等，来和氧气或空气发生电化学反应，最终燃料的化学能量就会不断地转化成为电能。作为混合动力车领导者的丰田，准备在氢燃料电池上也领先一步。丰田计划2015年于日本、美国与欧洲市场上市一款新的燃料电池轿车。并希望这种车型的年销量到2020年可以过

11、一万辆。除此以外还有本田、奔驰。本田正在开发的一款燃料电池轿车预计将在2015年11月上市，这款车充满一次电可以行驶约310英里(约500公里)，是目前电动车行驶里程的两倍。本田给其设定的销售目标为5年内售出5000辆，销售目标市场主要在日本、美国和欧洲。而梅赛德斯-奔驰汽车公司计划在2017年推出一款全新氢燃料电池车。现代也正在紧锣密鼓地打造全新ix35氢燃料电池车型。3.2国内电动汽车发展现状 在“十五”时期，以攻克电动汽车科技问题为切入点，科技部提出 “三纵三横”电动汽车研发战略规划布局，全面部署电动汽车关键技术攻关，成立了“电动汽车重大科技专项”，此项目通过组织企业、高等院校和科研机构

12、, 集中各方面力量进行联合攻关,研发成果丰硕, 部分技术已经赶超过世界先进水平。“十一五”期间，在认真总结前期研究成果基础上，聚焦电动汽车动力系统技术平台和关键零部件研发，加强规模产业化技术攻关。纯电动汽车和混合动力电动汽车：目前纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验, 各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。2007 年 12 月，长安汽车研发的杰勋 HEV 开始批量生产，这是我国自主开发的第一款混合动力汽车。燃料电池电动汽车：我国汽车企业也曾在2006年以前，一哄而起对氢燃料电池汽车进行投资，不过，此后，除上汽以外，几乎所有的自主品牌汽车企业退出了对燃料电池汽车的研究

13、。目前，燃料电池汽车的研发项目，主要由同济大学、上海交通大学等大学来承担。车企退出氢燃料电池汽车研究的原因主要是氢燃料电池离量产遥不可及。经过十年一剑的历程，中国的电动汽车已经开始从研究开发的阶段进入了产业化的阶段，冉冉升起的中国电动汽车产业正在呈现出蓬勃的生机。未来10年是中国新能源汽车发展的战略机遇期，中国高度重视电动汽车的发展，在2011年3月出台的“十二五”规划纲要中，中国把新能源汽车列为战略性新兴产业之一，提出要重点发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术，开展插电式混合动力汽车、纯电动汽车研发及大规模商业化示范工程，推进产业化应用。未来中国电动汽车将迎来新一轮的高速发展

14、。通过对各类新能源的特点分析以及技术性评价，得出各种新能源汽车的优缺点及现状前景，总结如下表 3-1 所示。不同类型电动汽车特征4 BYD电动汽车技术比亚迪汽车遵循“自主研发，自主生产，自主品牌”的发展路线和“掌握核心技术，产业垂直整合”的发展战略，以双模混合动力汽车过渡，纯电动汽车为目标。比亚迪F6DM双模电动汽车采用ET-POWER铁动力电池，安全性能稳定，该车充电一次可行驶430km，最大功率200kw，最高车速160km/h，百公里耗电15kw.h。比亚迪F3DM双模电动汽车搭载BYD371QA全铝发动机，功率达到50kw，加上75kw的电机，输出总功率达125kw，达到排量为3.0L

15、发动机的动力输出水平；在纯电动模式下，F3DM双模电动汽车实现目前世界上最长续行驶里程100km，最高车速可达150km/h，一次充满油和电，总续驶里程可达500km以上。电动汽车的形式有三种，分别是纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)。4.1纯电动车 2011年10月26日，比亚迪e6先行者电动车正式上市。比亚迪e6先行者搭载了比亚迪自主研发的铁电池，该车的最大（额定）功率为100马力左右，峰值扭矩为450N.m，最高车速可达到140Km/h以上。在不开空调的情况下，该车综合工况续驶里程最长达300Km，百公里能耗为20度电左右。纯电动汽车由电动机驱动的汽

16、车。纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。纯电动汽车时速快慢和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程取决于车载动力电池容量大小，车载动力电池重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积，比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。电动汽车的组成电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。（1）电力驱动系统电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是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

17、车轮的动能转化为电能充入蓄电池。后一种功能称作再生制动。电动汽车的电力驱动方式基本上可分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种。由电动机、固定速比减速器和差速器等构成的电动机中央驱动系统。在这种驱动系统中，由于没有离合器和变速器，因此可以减少机械传动装置的体积和质量。图2-7电动机中央驱动系统布置形式另一种电动机中央驱动系统的布置形式，它与前轮驱动、横向前置发动机的燃油汽车的布置形式相似，将电动机、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，这种布置形式在小型电动汽车上应用最普遍。图2-8电动机中央驱动系统布置形式电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，没有传动轴和差速器，从而

18、简化了传动系统。但是，电动轮驱动方式需要两个或四个电动机，其控制电路也比较复杂，这种驱动方式在重型电动汽车上有较广泛的应用。图2-9电力驱动系统布置形式电动汽车的驱动电动机在20世纪90年代以前主要采用直流电动机。它具有起动加速时驱动力大、调速控制简单、技术成熟等优点。但是直流电动机的电枢电流由电刷和换向器引入，换向时产生电火花，换向器容易烧蚀，电刷容易磨损，需经常更换，维护工作量大。接触部分存在摩擦损失，不仅使电机效率降低，还限制了电动机的工作转速。目前，无换向器直流无刷电动机已经面世，它由电动机本体、转子转角传感器和电子开关控制电路组成。其中电子开关控制电路起到了普通直流电动机中换向器的作

19、用。直流无刷电动机既有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等诸多优点，又具备运行效率高、无励磁损耗、运行成本低和调速性能好等特点。因此，它在电动汽车上的应用与日俱增。例如，宝马公司生产的BMW EI电动汽车和东京电力公司开发的IZA电动汽车，均采用永磁直流无刷电动机作为电动轮。交流感应电动机在电动汽车上广为应用，这是因为感应电动机采用变频调速时，可以取消机械变速器，实现无级变速，使传动效率大为提高。另外，感应电动机很容易实现正反转，再生制动能量的回收也更加简单。当采用鼠笼型转子时，感应电动机还具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、工作可靠、效率高和免维护等优点。另一种用于电动汽车上的交流电动机

20、是交流同步电动机。当以永磁材料替代同步电动机的励磁绕组时，则这种永磁同步电动机可以取消电刷和滑环，而且没有励磁绕组的铜损，它比感应电动机的效率还要高，体积还要小。开关磁阻电动机被公认是一种极有发展前途的电动汽车驱动电动机。它的定子和转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组，也无永磁体，只在定子上绕有集中绕组。开关磁阻电动机具有普通直流电动机和交流电动机所不能比拟的优点：结构简单、坚固耐用、成本低，可在极高的转速下工作，能适应高温和强振动的工作环境；起动转矩大，低速性能好；调速范围广，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-转速特性；在宽广的转速和功率范围内都有很高的效率。电动汽车用的功率转换器

21、用作不同频率的DC-DC转换和DC-AC转换。DC-DC转换器又称直流斩波器，用于直流电动机驱动系统。两象限直流斩波器能把蓄电池的直流电压转换为可变的直流电压，并能将再生制动能量进行反向转换。DC-AC转换器通常称作逆变器，用于交流电动机驱动系统，它将蓄电池的直流电转换为频率和电压均可调的交流电。电动汽车一般只使用电压输入式逆变器，因其结构简单又能进行双向能量转换。电动汽车不同类型电动机比较（2）电源系统 电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是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。电源是制约电动汽车发展的因素。作为电动汽车的电源应该具有高比能和高比功率

22、等性能，以满足汽车的动力性和续驶里程的要求。另外，还应具有与汽车使用寿命相当的循环寿命、效率高、成本低和免维护等特点。目前用于电动汽车上的电源主要是蓄电池，其次是燃料电池。蓄电池是能量存储装置，通过外界充电实现储能；燃料电池是能量生成装置，通过化学反应产生电能。蓄电池技术成熟，价格合理，而燃料电池则被认为是最有发展前途的电动汽车动力源。蓄电池的主要性能指标有：比能量-单位电池质量所能存储的电量(Wh/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(Wh/L)，它影响蓄电池的尺寸；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

23、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。循环寿命短，将增加电动汽车的维护费用。 铅酸蓄电池广泛地应用于电动汽车上，其主要原因是技术成熟，价格便宜，可靠性好，单体额定电压高(2.0V)。另外，输出电流大以及良好的高、低温性能等均适合电动汽车使用。但是铅酸蓄电池存在比能量低，充电时间长，使用寿命较短等缺点。镍隔(Ni-Cb)电池比功率大，比能量高，可快速充电，使用寿命长，抗电流冲击能力强，工作温度范围宽(-4085)，在较大的放电电流范围内电压变化较小等，成为电动汽车很具吸引力的电源。但是生产

24、成本高(约为铅酸电池的24倍)，单体额定电压只有1.2V，重金属镉具有致癌性等，限制了它在电动汽车上的广泛应用。镍氢(Ni-MH)电池与Ni-Cd电池有许多相同的特性，但由于无镉，因此不存在重金属污染问题，被称为绿色电池。批量生产的成本约为铅酸电池的四倍。Ni-MH电池单体额定电压为1.2V，其负电极为经吸氢处理后的储氢合金，正电极为氢氧化镍，电解液为KOH溶液。钠硫(Na-S)电池有很高的比功率和比能量，但其工作温度高，再加上钠的活化性和腐蚀性，因此在结构设计上必须保证坚固和安全。Na-S电池以熔融态钠为负电极，熔融态硫为正电极，陶瓷-Al2O3作电解质，并作为离子传导媒介和熔融态电极的隔离

25、物，以避免电池自放电。锂离子(Li-Ion)电池自20世纪90年代初问世以来发展很快。虽然目前锂离子电池仍处于开发阶段，但在NissanFEV、NissanPrairicJoy和Altra等电动汽车上都采用锂离子电池。它具有单体额定电压高，比能量和能量密度高和使用寿命长等优点，缺点是自放电率高。电动汽车用的各种蓄电池的性能参数见表，美国先进电池联合会(USABC)制定的电动汽车用蓄电池远期性能指标也列于表中。蓄电池类型比能量(Wh/kg)能量密度(Wh/L)比功率(W/kg)循环寿命(循环数)预计成本(US/kWh)铅酸30-4560-90200-300400-600150Ni-Cd40-60

26、80-110150-350600-1200300Ni-MH60-70130-170150-300600-1200200-350Na-S100150200800250-450Li-Ion90-130140-200250-450800-1200200USABC2003004001000100表4-1电动汽车用的各种蓄电池的性能参数能量管理系统由电压、电流和温度等传感器以及控制单元及其输入/输出接口等组成，其功用为：检测电动汽车电池组中各单体电池的端电压和温度以及各单体电池充、放电电流；预报电池组剩余的电量和电动汽车还能续驶的里程；电池需要充电时，及时报警，以防电池过放电而影响其使用寿命；当电池组充

27、电时，能量管理系统根据检测到的各单体电池的相关数据，确定各单体电池的充电状态，并控制充电机的充电过程，保证各单体电池均衡充电，不使其过充电或欠充电；合理分配电池能量，以达到节能目的，例如，当铅酸电池作为电动汽车的主电源时，在汽车起动和爬坡时，暂时关闭空调器等耗电大的电器，以使电池放电流不致过大。（3）辅助系统辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。电动汽车辅助系统中的大部分辅助设备与燃油汽车基本相同，如辅助动力源、空调器、动力转向系统、导航系统、刮水器、收音机以及照明和除霜装置等。电动汽车的辅

28、助动力源主要由辅助电源和DC-DC功率转换器组成，其功用主要是向动力转向系统、空调器及其他辅助设备提供动力。电动汽车的辅助系统与燃油汽车的辅助系统的区别是燃油汽车的辅助电源由发动机驱动的交流发电机充电，而电动汽车的辅助电源则由主电源通过DC-DC功率转换器来充电。图2-11电动汽车与燃油汽车辅助设备的比较典型的电动汽车组成。图中双线表示机械连接，粗线表示电气连接，细线表示控制信号连接，线上的箭头表示电功率或控制信号的传输方向。 图2-10典型的电动汽车组成 各个系统在电动汽车上的布置各式各样，这是因为在电动汽车上能量是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传输的，因此，电动汽车各个系统或各个

29、部件的布置有很大的灵活性。例如一辆电动机前置，前轮驱动的电动汽车。充电机经汽车前端的充电接口向置于汽车尾部的蓄电池充电。在汽车行驶时，蓄电池经控制器向电动机供电。来自加速踏板的信号输入控制器并通过控制器调节电动机输出的转矩或转速。电动机输出的转矩经汽车传动系统驱动车轮。图2-11电动汽车的总体布置4.2 混合动力汽车 2014年是新能源汽车真正普及的消费元年，比亚迪秦全年销售14747台，成为新能源汽车年度销量冠军，公交电动化也在稳步推进。在此基础上，比亚迪提出“542战略”，为后续新能源汽车划定全新的性能、安全、油耗标准。2015年一月比亚迪宣布其首款542战略车型唐于前日开启预售。唐是全球

30、首款三擎（三个动力来源）四驱双模（可在混合动力和纯电动两种模式间自由切换）SUV，三擎动力实现百公里加速5秒以内；超级全时电四驱，电子科技颠覆传统机械时代，带来高效传动、极速响应和更高安全；双模自由切换，短途纯电，长途混动，百公里油耗仅2升。而且作为一款双模SUV，唐还为消费者在插电式混合动力车型上提供了更多的选择，也为比亚迪汽车销量开辟了一个新的增长点。混合动力汽车有两个不同的动力源。这两种动力源能在汽车工作时或协同工作，或分别工作或一起工作，通过组合把燃料消耗和废气排放量达到最少，进而来达到节油和环保的目的。其能源利用率从原来的 60%70%增长至 95%以上，因此节省近一半左右燃油，且在

31、减小发动机的噪声和尾气污染方面得到了较大进步。 混合动力汽车利用控制系统把两种动力源结合在一起，既有传统汽车的动力性续驶里程方面的优点，同时又具备电动汽车节能环保的优点。在车辆大负荷工况下，电动机能补充车辆所需的转矩，在小负荷工况下，电动机又能把多余的能量吸收并存储起来，可以大大的减少车辆的油耗，并且使排放污染物降低。在环境保护方面，混合动力汽车只是减少了污染物的排放，并没有真正实现“零”排放，但是混合动力汽车的动力性、经济性都比较好，在减少污染等方面符合人们对新能源汽车的要求，能够缓解汽车市场的巨大需求与环境污染及资源消耗之间的问题，所以开发混合动力汽车在当今社会具有实际意义。 目前，大多数

32、的混合动力车的混合方式是油电混合型，与其他能源的利用相比，混合动力车在推广上具有非常现实的意义:在技术上成熟，价格也接近市场。所以，这种汽车在汽车市场上已占据一定的比例，在实际运用中也比其他新能源车更能满足市场的需求。但生产研发的高成本依然是迫切需要解决的问题。混合动力汽车行驶过程中，两套不同的动力装置要不停地被改变。因为不同的能源供应，对这两个系统的技术要求比较高，这样也就决定了混合动力车型的生产成本要高于普通的汽油和柴油车，所以市场价格要高一些。另外，混合动力汽车在日常行驶中提速较“慢”，也是不容忽视的问题之一。混合动力汽车按照内燃机与电动机联接方式的不同分为串联型、并联型和串并联型三种。

33、串联型混合动力汽车最简单，内燃机带动发电机发电，发出的电供给电动机用来驱动车辆行驶。若有剩余，则对蓄电池充电。在需要大功率输出时，发电机和蓄电池同时向电动机供电。显然，串联型混合动力汽车有着与燃油汽车一样的续驶里程。并联型混合动力汽车采用内燃机和电动机两套各自独立的驱动系统。内燃机可以单独驱动车辆，电动机也可以单独驱动车辆，内燃机与电动机还可以联合驱动车辆，当内燃机输出的功率大于驱动车辆所需要的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量转化为电能充入蓄电池。显然，并联型混合动力汽车可以减少汽车尾气的排放和燃油消耗。串-并联型混合动力汽车同时具有串联型和并联型的特点，但是结构复杂，

34、成本高。图2-12串-并联型混合动力汽车类型除了传统汽车外，业界期待已久、全球首款不依赖专业充电站的新能源汽车F3DM双模电动车，于2008年12月15日正式上市。这款双模汽车整合汽车制造、电池技术、电机系统、车载电子技术等多项顶尖的高科技技术，是节能、环保、时尚和科技的典范。 作为混合动力汽车的实例，一种新型并联型混合动力汽车的驱动系统，该系统中采用二自由度行星齿轮机构作为减速器。当汽车满载加速行驶时，内燃机和电动机同时工作，共同提供汽车所需动力；当汽车等速或轻载行驶时，汽车所需动力主要由电动机提供，电动机通过二自由度行星齿轮机构减速，这时内燃机只提供最小转矩和最小功率；汽车在市郊行驶时，仅

35、内燃机工作，电动机不工作，行星齿轮机构的齿圈被锁死，这时行星齿轮机构只有一个自由度。图2-13新型并联型混合动力汽车的驱动形式大众汽车公司曾在高尔夫轿车上安装一套柴油机电动机驱动系统。在相当于柴油机飞轮的位置安装一个6KW的紧凑型感应电动机，在柴油机侧和变速器侧各装有自动操纵的离合器。当柴油机侧的离合器处于分离状态时，轿车由电力驱动。当轿车由柴油机驱动时，柴油机侧的离合器接合。此时感应电动机的转子起飞轮作用，而且该电动机还作为起动机和交流发电机使用。由于两种动力装置分别用于各自最适宜的工作条件，因此，这套混合动力驱动系统的燃油经济性非常好，综合排放水平非常低。与一般装有柴油机的高尔夫轿车相比，

36、柴油消耗降低62，有害排放物减少4060，在夜间为电池充电需要1216kWh。 4.3 氢燃料电池汽车 燃料电池是燃料与氧化剂通过电极反应将其化学能直接转化为电能的装置。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。氢燃料电池车的工作原理是通过氢进行发电：纯氢被注入罐中与空气中的氧气混合产生水，这一过程同时也能产生电。产生的电能带动电动机工作，继而驱动汽车的机械传动结构。燃料电池汽车的能源方式主要分为车载储氢罐和车载改质气（氢）发生系统两种方式。前者使用方式简单，类似

37、天然气汽车，可在储氢罐中的氢气用完后更换储氢罐；后者较复杂，车辆须配有燃料箱，以储备汽油，甲醇，乙醇等燃料，通过改质器将燃料转化为氢气，作为燃料电池堆的能源。单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。燃料电池不需要充电，只要外部不断地供给燃料和氧化剂，就能连续稳定地发电。电动汽车用燃料电池的燃料为氢和甲醇，氧化剂为空气。燃料电池具有比能量高、使用寿命长、维护工作量少以及能连续大功率供电等优点。另外，燃料电池电动汽车可达到与燃油汽车相同的续驶里程。 车载储氢罐燃料电池汽车 车载改质气（氢）发生系统燃料电池汽车根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料

38、电池、质子交换膜燃料电池、溶融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池五类。适于电动汽车用的有碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池。在燃料电池中，燃料作负电极的工作物质，在负电极发生氧化反应；氧气(空气)作正电极的工作物质，在正电极发生还原反应。在碱性燃料电池中，氢气和氧气(空气)分别吸附在用活性炭制成的电极上，并将两个电极置于KOH电解液中，若接通外电路，便有电流流过负载。使用镍作为正电极的催化剂，锂镍氧化物作为负电极的催化剂，可以加速电池的反应过程。质子交换膜燃料电池使用固体隔膜作电解质，隔膜夹在正、负电极之间，并以铂作电极反应的催化剂。(如下右图) 图2-14燃料电池示意图 质子交换膜燃料电池用作

39、电动汽车的电源有以下优点：在所有燃料电池当中，质子定换膜燃料电池的比功率和功率密度都最高，在相同输出功率的情况下，体积最小；工作温度低，起动时间短；电池中惟一的液体为水，从而避免了腐蚀作用；使用固体电解质，因而不会发生电解液蒸发、外溢等问题。质子交换膜燃料电池的缺点是内阻稍大，而且需使用贵金属铂作电极催化剂。图2-15质子交换膜燃料电池示意图直接用甲醇作燃料的燃料电池称为直接甲醇燃料电池。发展直接甲醇燃料电池的原因是甲醇来源丰富，生产成本低，而且易于储存、运输和销售，便于电动汽车使用。燃料电池类型比功率(W/kg)功率密度(Wh/L)工作温度()预期寿命(103h)预计成本(US/kW)碱性燃

40、料电池(AFC)30-1050.2-0.360-10010200质子交换膜燃料电池(PEMFC)340-15000.35-0.650-10040200直接甲醇燃料电池(DMPC)-0.04-0.2350-10010200表2-2各燃料电池参数比较 燃料电池车没有发动机高温燃烧时的能量损失及排放问题，是比较理想的动力系统；但是某些技术问题还没有解决，比如每单位功率的外形尺寸及其重量、最大行驶速度及距离等，而且研发生产的成本较高、且缺乏能提供燃料的配套设施，所以要广泛推广应用，还需要一个漫长的过程。 燃料电池汽车主要是依靠电动机来驱动的汽车，而电动机的动力来自于甲醇和氢气等燃料经过复杂的化学反应得

41、到的电流。这种燃料电池的化学反应过程中不发生燃烧，不产生有害物质，所以以燃料电池为能源的车辆是无污染汽车。除此之外，燃料电池还有一个最大的优点是能量转换率高，比普通内燃机大概要高出 23 倍，所以无论从能源的有效利用方面考虑，还是从环境保护方面来考虑，以燃料电池作为能源的汽车都是一种理想型的车辆。 氢燃料电池汽车，是大家公认的解决石油消耗和环境污染问题的最佳途径。各国都在着力研制氢燃料电池车，这是汽车业未来的发展方向。 氢燃料电池能够把化学能转化成电能，既高效又清洁，具有比常规发动机更先进的技术。 氢气作为氢燃料电池能源的载体，氢的获取方式和电能一样广泛，可以利用各种一次能源经过转化而得到，实

42、现了保护环境和节约石油资源的目的。 使用氢燃料电池作为能源的汽车，是新能源车的最理想的方案。氢燃料电池汽车有很多的优势，具有高效、没有污染、噪音低等许多传统能源汽车不具备的优点。因为氢元素能够轻易的从多种物质当中提取，并且能够再生，因此是目前所能预见到的最有可能产业化的终极替代能源。当然，生产技术和产业推广的难度也很大，其中最大的问题就是氢的存储技术，需要更深层次的研究和开发。氢用在汽车上作为燃料，储存量一定要达到正常行驶的标准，但是氢在常温下体积很大，在空气中有可燃易爆的特点，所以会带来巨大的危险。研究表明，氢要想液化，起码需要达到-253的低温。氢还有一个特性，氢可以像海绵吸水一样附着在金

43、属中，并且能够在适当的条件下被释放，基于此，很多科学家曾经构想能否利用金属氢化物来贮存氢，并做了相关研究和实验。但在这一技术上，美国能源部曾做过研究，称要想让汽车每消耗一箱燃料所行驶的里程数与普通的烧油汽车一样多，氢燃料的比重要达到燃料箱重量的百分之六才能实现。并且，这种储氢法还必须要利用液态氮，才能使被吸附的金属保持-198的以下的低温状态，当汽车在运行时，要想从金属氢化物中释放出来氢，必须使自身达到 300以上的高温。这两种极端的温度条件在普通汽车当中无法被有效控制。如果在使用过程中出现故障产生泄漏，危险将不可估量。5 电动汽车的特点分析及技术性评价5.1 纯电动汽车电动汽车的优点是：1)

44、在行驶中无废气排出，不污染环境，所以电动汽车可称为零排放污染汽车。2)能源有效利用率高。按10种行驶方式对电动汽车与汽油机汽车能源利用总效率的比较。图4-1电动汽车与汽油机汽车能源利用总效率比较3)振动及噪声小，车厢内外十分安静。4)结构简单，维修使用方便。电动汽车目前尚有下列缺点：1)一次充电所能行驶的里程短。装载与汽油质量相同的铅酸蓄电池的电动汽车，其续驶里程仅为汽油机汽车的1/70。2)成本高。蓄电池及电机控制器价格昂贵是电动汽车成本高的主要原因。另外，蓄电池寿命短，折旧费高。3)充电时间长，一般需要610h。电动汽车与内燃机汽车的比较 电动汽车指的是以电能为动力的汽车。把电能储存在蓄电

45、池里用来驱动电动机，这是电动汽车的基本形式。而电能的来源有很多，理想的电动汽车的电能应该来源于风能，太阳能等。电动汽车当前存在的问题是由于蓄电池成本高导致汽车的成本过高，蓄电池的充电时间长而且充电间隔短，能量密度低，电池使用寿命短，因此，汽车连续行驶里程短，体积质量大并且动力性差。但技术成熟的纯电动汽车是我国新能源汽车长期重要的发展方向。公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，将它做完善到位了才能使前者畅行无忧，反之则是它的短腿，受其制约和影响，欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。另外，充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范，形成电池品种、电压分档、快慢（功率大小）诸要素的一致，否

46、则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接。纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机，专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统，这是汽车行业新的零部件，与此相关的零部件制造商应以此形成产业链。5.2 混合动力汽车混合动力汽车相对于纯电动汽车，具备以下的优点： (1)采用混合动力后可按平均需用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，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。(2)因为有了电池，可以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)有了内燃机可以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)可以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。混合动力汽车利用两种能量配合工作，具有较高的能量利用效率, 市内低速时由电能驱动，排放的尾气中含的有害物质比较少，加上目前混合动力汽车技术上成熟,从根本上解决了纯电动汽车续驶里程短的缺陷，并且混合动力汽车排放污染少，比较环保在氢燃料电池技