新能源汽车结构与原理复习课件.ppt
东风汽车公司技术中心,电动汽车概述,电动汽车历史,In the late 1881 electric vehicles(EVs)outsold gasoline cars ten to one.EVs dominated theroads and dealer showrooms.Some automobile companies,like Oldsmobile and Studebakeractually started out as successful EV companies,only later transitioning to gasoline-poweredvehicles.In fact,the first car dealerships were exclusively for EVs.,电动汽车历史,几点事实：1834年，Thomas Davenport发明（不可充电）蓄电池电动车1859年，Gaston Plante发明可充电铅酸蓄电池电动车1895年，第一次机动车辆比赛，电动车获胜1896年第一次销售电动车,Tesla model s 纯电动汽车,东风汽车公司技术中心,混联式混合动力,TOYOTA混合动力轿车PRIUS,为提高气体燃料的能量密度，在汽车上使用天然气时，或是将天然气加压，或是将天然气液化。天然气压缩后储存在高压气瓶中放在车上相当于普通汽车的油箱，气瓶中气体的压力一般为20MPa，这就是所谓的CNGV(Compressed Natural Gas Vehicle)，即压缩天然气汽车。将天然气在常压下-162时液化后装入低压保温容器中放在汽车上作为燃料，就是所谓的LNGV(Liquid Natural Gas Vehiele)，即液化天然气汽车。在油田轻烃回收装置中处理天然气时和在石油炼制过程中都有一种以丙烷和丁烷为主的副产品。它们也是天然气组成的一部分，较易液化，在常压下是气态，也可做汽车燃料，这就是液化石油气LPG(Liquefied Petroleum Gas)。靠燃烧LPG获取动力的汽车叫液化石油气汽车，英文缩写为LPGV，习惯上也将LPGV作为天然气汽车的一种。,氢气具有比任何燃料都高的比能量,a:环境温度20MPa压力；b:低温环境0.1MPa压力,4.1.2 燃料电池概述,燃料电池用于FCEV时的不足 燃料电池可持续发电，但不能开开停停。不能被充电，不能接受FCEV制动或下坡时所反馈的再生制动电能，需要配备其它形式的蓄电池来存储燃料电池的多余电能和制动或下坡时所反馈的电能。,燃料电池分类,质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFC；Solid Polymer Fuel Cells，SPFC）碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cells，AFC)磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cells，PAFC)熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cells，MCFC)固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cells，DMFC),4.2.1 质子交换膜燃料电池,性能,加压燃料电池,环境压力燃料电池,4.2.2 直接甲醇燃料电池,使用甲醇燃料的PEMFC组成,CH3OHH2O,H2CO2,工作原理 甲醇与水混合和蒸发后，通过车载重整器转化为氢气和二氧化碳气体。重整反应：CH3OH+H2O 3H2+CO2 净化器除去重整产物中使催化剂中毒的二氧化碳等有害气体.净化后的氢气供给PEMFC系统发电并生成可循环使用的纯水。,2.3.3 类型,铅酸电池 阀控铅酸电池(VRLA)(2V)镍基电池 镍镉电池(Ni-Cd)(1.2V)镍锌电池(Ni-Zn)(1.6V)镍氢电池(Ni-MH)(1.2V)金属空气电池 锌空气电池(Zn/Air)(1.2V)铝空气电池(Al/Air)(1.4V)钠-电池 钠硫电池(Na/S)(2V)钠镍氯化物电池(Na/NiCl2)(2.5V)常温锂电池 锂聚合物电池(Li-Polymer)(3V)锂离子电池(Li-Ion)(4V),电性能,表征电池放电时电压特性的专业术语有以下几个:a、额定电压(或称公称电压)，系指该电化学体系的电池工作时公认的标准电压:b、工作电压，系指电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范围;c、中点电压，系指电池放电期间的平均电压或中心电压:d、终止电压，系指放电终止时的电压值，视负载和使用要求不同而异。,电性能,5、电池容量及其影响因素 电池的电容量，简称为容量，单位为库仑(C)或安时(Ah)。表征电池容量特性的专用术语有以下三个:a、理论容量 理论容量系指根据参加电化学反应的活性物质电化学当量数计算得到的电量。通常，理论上1电化当量物质(1电化当量物质的量，等于活性物质的原子量或分子量除以反应物的电子数)将放出1法拉第电量，即96500C或26.8Ah。,电性能,b、实际容量 实际容量系指在一定的放电条件下，即在一定的放电电流和温度下，电池在终止电压前所能放出的电量。c.额定容量 额定容量系指在设计和生产电池时，规定或保证在指定的放电条件下电池应该放出的最低限度的电量。,电性能,电池的容量与电池的放电倍率、放电形式、放电终止电压和放电温度等放电条件有关。电池的放电电流强度用放电倍率(简称放电率)来表示。定义:电倍率=额定容量(Ah)/放电电流(A)也就是说，电池的放电倍率用放电时间来表示，或者说以一定的放电电流放完额定容量的电量所需的小时数来衡量。,电性能,例如:某电池的额定容量为100Ah，若用50A的恒流放电，则放完100Ah的电量需要2小时，我们说用2小时率放电，用符号“C/2”或“0.5C”表示。若用1小时率的恒流放电，放完100Ah的电量，放电电流为100A，用符号“1C”表示。所以放电倍率所表示的放电时间越短，即放电倍率就越高，放电电流越大。,锂离子电池的数学模型,锂离子电池建模的基础是如何确定锂离子电池的电动势、内阻的特性函数。这些特性函数的确定是基于电池荷电状态值SOC(State of Capacity)变化关系的结果上得到的。比如：100Ah的容量，用了20Ah，简单认为soc=0.8,电池放电至不能再放的时候，放电深度DOD达到 100%,锂离子电池的荷电状态值,锂离子动力电池的两个基本特性:1、电池的容量与放电电流有关，放电电流越大，则在该电流下所能放出的有效容量就越少，这种特性简称容量特性2、电池的工作电压与放电的深度有关，放电电流及放电深度越大，电池的工作电压下降得越多，这种特性我们简称为电压特性,2.3.9 各种电池的比较,比较:性能参数 a:C/3放电率;b:80%DOD;c:机械充电方式;d:仅供参考;NA:没有数据,2.3.9 各种电池的比较,比较：特点,2.3.9 各种电池的比较,比较：特点,充电特性,2.2.7 各种电机的比较,驱动电机的基本性能比较,3.2.2 串联混合动力电动汽车的工作模式,启动/正常行驶/加速模式 发动机通过发电机和蓄电池一起输出电能并传递给功率转换器，然后驱动电动机，通过机械传动装置驱动车轮。,发动机,发电机,功率转换器,蓄电池,电动机,传动装置,油箱,电力接连,机械连接,液流连接,3.2.2 串联混合动力电动汽车的工作模式,轻载模式 发动机发出的功率大于车辆所需功率，多余的能量通过发电机给蓄电池充电直到SOC达到预定的限值。,发动机,发电机,功率转换器,蓄电池,电动机,传动装置,油箱,电力接连,机械连接,液流连接,3.2.2 串联混合动力电动汽车的工作模式,减速/制动模式 电动机把驱动轮的动能转化为电能，并通过功率转换器给蓄电池充电。,发动机,发电机,功率转换器,蓄电池,电动机,传动装置,油箱,电力接连,机械连接,液流连接,3.2.2 串联混合动力电动汽车的工作模式,蓄电池充电模式 停车时，发动机可通过发电机和功率转换器给蓄电池充电。,发动机,发电机,功率转换器,蓄电池,电动机,传动装置,油箱,电力接连,机械连接,液流连接,并联式混合动力技术特点,）发动机、电机能同时驱动车辆）适合一般公路工况）发动机、电机速度与车速相关，控制复杂）发动机不仅满足车辆能量需求，还要起驱动作用、电机起系统动力和能量调节作用）电池配备较少，系统尺寸和重量小）系统机电耦合方案较为复杂,4.1.2 燃料电池概述,优点 高效：无燃烧，能量转换不受卡诺循环的限制，效率高达50%60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%85%，能量利用效率是普通内燃机的23倍。环境友好：清洁无污染，氢/氧燃料电池的产物只有水，属于零排放或接近零排放（考虑到燃料重整时）安静：无振动与噪声。可靠性高：无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。燃料补充迅速、易于获得。燃料电池的效率随输出功率变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。燃料电池的效率在额定功率附近可达60，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达5055。过载能力强，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。燃料电池的短时过载能力可达200的额定功率。,4.1.2 燃料电池概述,燃料电池与普通蓄电池的区别 本质区别 燃料电池是一种能量转换装置，在工作时必须有燃料输入，才能产出电能，不存在充电问题。普通蓄电池是一种能量储存装置，必须先将电能储存到电池中，在工作时只能输出电能，在工作时不需输入燃料。燃料电池通过不断供给燃料，可连续放电。普通蓄电池必须重复充电后才可重复使用，放电是间断的。燃料电池需要一套燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备，才能获得氢气，燃料会随着电能的产生逐渐消耗，质量逐渐减轻。普通蓄电池没有其它辅助设备，不论是充满电还是放完电，其质量和体积基本不变。燃料电池产生电能时，反应物质不断地消耗不再重复使用，要不断地输入反应物质。普通蓄电池充放电时，活性物质反复进行可逆性化学变化，活性物质并不消耗。,4.1.2 燃料电池概述,FCEV对燃料电池的要求 由单元电池组成的燃料电池组的比能量不低于150200Wh/kg，比功率不低300400W/kg。达到或超过美国先进电池联合体(USABC)提出的电池性能指标水平。各种辅助装备的外形尺寸和质量应尽可能地减少，实现FC发动机小型化和轻量化，符合FCEV装车的要求。燃料充添方便迅速，燃料电池能打开进行电极、电解质和催化剂的维护和更换。可在常温条件下工作，不会发生燃料气体和电解液的泄漏或结冰，有可靠的安全性能。可在负荷变化情况下正常运转，能对FCEV行驶工况的变化快速响应。各种结构件有足够的强度和可靠性，能耐受FCEV行驶时的振动和冲击。,爬坡时速度不能用最大车速，最大车速为100KM/H时，爬坡时应为15或20KM/H;最高车速：P1=(m*g*f*ua/3600+C*A*ua.3/76140)/yi;最大坡度：P1=(m*g*f*ua/3600+m*g*d*ua/3600)/yi;最大加速度；取两者最大的做为1档功率，因为爬坡时车速较小，风阻可忽略；最大车速时一般不是在爬坡时获得的；,1kwh=3600KJ,
