汽车节能减排技术 第六章 新能源汽车节能减排技术课件.pptx

汽车节能减排技术,概述,燃油汽车整车节能技术,燃油汽车发动机节能技术,汽车使用节能技术,第一章,第二章,第三章,第四章,汽车排放污染物及控制技术,第五章,新能源汽车节能减排技术,第六章,第一章,活塞连杆组故障诊断与修复,新能源汽车节能减排技术,全球石油资源加速递减、大气污染和温室效应引发全球变暖，已成为亟待解决的世界性难题。新能源汽车依靠科技创新，能有效地降低能源消耗，减少对环境的污染。加快新能源汽车研发与应用是全球汽车产业转型升级的重要方向，也是应对能源危机、缓解环境污染的重要措施，新能源汽车有逐渐替代传统燃油汽车的趋势。目前，全球汽车产业加快向电动化、网联化、智能化和共享化方向转型。新能源汽车融合新能源、新材料和互联网大数据、人工智能等多种变革性技术，推动汽车从单纯交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变，带动能源、交通、信息通信基础设施改造跃升，促进能源消费结构优化，以及交通体系和城市运行智能化水平提升，对建设清洁美丽世界具有重要意义，已经成为世界主要汽车大国产业竞争的焦点。,我国“十三五”国家战略性新兴产业发展规划提出，发展新能源汽车、汽车轻量化和智能驾驶等，突出实现新能源汽车规模应用；我国新能源汽车产业发展规划（20212035年）（征求意见稿）指出，到2025年，新能源汽车市场竞争力明显提高，销量占当年汽车总销量的20%，有条件自动驾驶智能网联汽车销量占比30%，高度自动驾驶智能网联汽车实现限定区域内的商业化应用，乘用车新车平均油耗降至4.0L/100km，新能源乘用车新车平均电耗降至11.0kWh/100km；到2030年，新能源汽车形成市场竞争优势，销量占当年汽车总销量的40%，有条件自动驾驶智能网联汽车销量占比70%，高度自动驾驶智能网联汽车在高速公路广泛应用，在部分城市道路规模化应用，汽车新车能耗达到世界先进水平。经过多年持续努力，我国新能源汽车产业技术水平显著提升、产业体系日趋完善、企业竞争力大幅增强，但也面临着市场竞争日益加剧、发展动力亟待转换、核心技术供给不足、产业生态尚不健全等新形势、新问题，必须充分发挥基础设施、信息通信等领域优势，不断提升产业核心竞争力，推动新能源汽车产业高质量可持续发展。,由于新能源汽车的发展仍有许多技术瓶颈需要突破，由传统燃油汽车技术发展到新能源汽车技术的过渡阶段，节能技术与新能源技术相互结合，能大幅提升整车的能源使用效率，燃油汽车节能技术与新能源技术的结合是实现汽车产业稳步转型的重要措施。以混合动力电动汽车为例，其内燃机常采用缸内直喷技术、分层燃烧技术、可变气门正时技术和增压技术等节能技术，能够在满足整车输出功率的条件下，有效提高内燃机燃烧效率，减小内燃机排量和体积，降低内燃机油耗，实现节能的目标；在此基础上结合电力驱动技术，实现混合动力驱动，利用电力驱动零排放的特点，在内燃机的低效工作区间内，使用电力部分或完全取代内燃机的动力输出，能够在满足整车输出功率相同的前提下，进一步减小整车对内燃机的依赖，实现节能减排的目标。,在未来较长一段时间内，燃油汽车以其较高的技术成熟度、可靠性及耐久性，将会长期占有一席之地。而纯电动汽车由于目前依然具备动力性能较差、续航里程较短的技术劣势，尚无法取代燃油汽车；燃料电池电动汽车目前仍面临着成本高昂，氢燃料制取储备困难等技术问题，在短期内不会作为主流车型；混合动力电动汽车可视作燃油汽车过渡至纯电动汽车及燃料电池电动汽车的替代车型，今后数年内将会长期处于该过渡阶段。,第一节,活塞连杆组故障诊断与修复,新能源汽车类型,节能、低排放的新能源汽车，又称为清洁能源汽车，可分为电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车和太阳能汽车等。新能源汽车具有燃料利用率高、低排放或零排放等特点。,1.电动汽车（1）纯电动汽车（BEV）。驱动能量完全由电能提供的、由电机驱动的汽车。（2）混合动力电动汽车（HEV）。能够至少从可消耗的燃料和可再充电能/能量储存装置两类车载储存的能量中获得动力的汽车。（3）燃料电池电动汽车（FCEV）。以燃料电池系统作为单一动力源或者是以燃料电池系统与可充电储能系统作为混合动力源的电动汽车。,一、新能源汽车分类,2.气体燃料汽车以可燃气体作为能源的汽车，可燃气体形态有以下3种：（1）压缩天然气（CNG），主要成分为甲烷。（2）液化天然气（LNG），甲烷经深度冷却液化。（3）液化石油气（LPG），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。,一、新能源汽车分类,2.气体燃料汽车 气体燃料汽车分3种：（1）专用气体燃料汽车。以液化石油气、天然气或煤气等气体为燃料，如天然气汽车、液化石油气汽车等，是最清洁的汽车。（2）两用燃料汽车。具有两套独立的供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套除此之外的燃料，两套系统分别但不可同时向汽缸供给燃料，如汽油/压缩天然气两用燃料汽车、汽油/液化石油气两用燃料汽车等。（3）双燃料汽车。具有两套燃料供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供除此之外的燃料，两套系统按预定的配比向汽缸供给燃料，在汽缸混合燃烧，如柴油压缩天然气双燃料汽车、柴油液化石油气双燃料汽车等。,一、新能源汽车分类,3.生物燃料汽车 使用燃用生物燃料或燃用掺有生物燃料的汽车。结构与传统汽车相比无重大改动，但排放低，如乙醇燃料汽车和生物柴油汽车等。4.氢燃料汽车 以氢为主要能量的汽车，有3种方式：纯氢内燃机、氢/汽油两用燃料内燃机、氢汽油双燃料内燃机。5.太阳能汽车 利用太阳能电池，将太阳能转换为电能驱动行驶的汽车。,一、新能源汽车分类,国内主要汽车企业的新能源汽车生产状况见表6-1。,二、国内主要汽车企业的新能源汽车生产状况,第二节,活塞连杆组故障诊断与修复,纯电动汽车,纯电动汽车以高效率充电蓄电池为动力源，无需内燃机，与传统汽车相比，省去了发动机、变速器、冷却系统、换气系统和油箱等，成本低，能量转换效率高，行驶1km所需费用较传统汽车少80%90%，且基本无排放，是未来最具有商业价值的汽车发展方向之一。,纯电动汽车分用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车（图6-1）、装有辅助动力源的纯电动汽车两类。用纯蓄电池作为动力源，电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积较大，为此可增加辅助动力源，如超级电容、发电机组、太阳能装置等，以改善纯电动汽车的起动性能，并增加续驶里程，如图6-2所示。,一、纯电动汽车的类型及特点,图6-1 用纯蓄电池作动力源的纯电动汽车动力传输,一、纯电动汽车的类型及特点,图6-2 装有辅助动力源的纯电动汽车动力传输,纯电动汽车与燃油汽车相比，具有以下特点：（1）无污染，噪声低。纯电动汽车无燃油汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对空气洁净和环境保护十分有益；无内燃机产生的噪声，电机噪声较内燃机也小。（2）能源效率高，多样化。纯电动汽车能源效率已超过燃油汽车，在城市运行、行驶速度不高时，其优势更加明显。纯电动汽车停车时不消耗电能，在制动过程中，电机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量再利用；纯电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，向蓄电池充电的电力可由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化，若夜间向蓄电池充电，还可避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。,一、纯电动汽车的类型及特点,纯电动汽车与燃油汽车相比，具有以下特点：（3）结构简单、使用与维修方便。纯电动汽车较燃油汽车结构简单，运转、传动部件少，维修工作量小。当采用交流感应电动机时，电动机基本上不用维护，纯电动汽车操纵容易。（4）动力电源使用成本高、续驶里程短。目前，纯电动汽车尚存在动力电池寿命短、使用成本高等不足。动力电池的存储能量小，一次充电后续驶里程不理想，且纯电动汽车的价格较贵。,一、纯电动汽车的类型及特点,1.动力蓄电池技术 动力蓄电池是纯电动汽车最核心的技术之一，也是目前制约纯电动汽车发展的关键因素。电池组性能直接影响整车的加速性能、续驶里程及制动能量回收效率等，电池组成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，必须对影响电池组性能的参数进行优化。制约纯电动汽车发展的主要问题集中于动力蓄电池成本较高、充电时间长，整车续驶里程较短。目前，镍氢电池和锂电池应用较广。镍氢电池可快速充电，循环寿命长，不存在重金属污染，但比能量没有锂电池高。锂电池具有较高的能量密度，且比功率大、比能量高。近年来，锂电池的寿命和稳定性都有很大提升，将逐渐成为纯电动汽车的主力电池类型。,二、纯电动汽车节能减排关键技术,2.电动机驱动及控制技术（1）驱动电机。属于特种电机，向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。随着电动机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制以及遗传算法等非线性智能控制技术，都将独自或组合应用于电动汽车的电动机控制系统，可大大地提高整个系统的综合性能。（2）电力驱动控制系统。将电动机、动力电池和其他辅助系统连接起来并加以控制。新型纯电动汽车控制系统由两条总线的网络结构组成，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU，低速总线按物理位置设节点。实现网络化通信和资源共享，为x-by-wire技术提供有力支撑。,二、纯电动汽车节能减排关键技术,3.整车轻量化技术（1）通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的质量，即对电动机及驱动器、传动系统、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计，使系统得到优化；通过蓄电池、蓄电池箱、蓄电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。（2）通过分析整车使用工况及要求，对蓄电池电压及容量、驱动电动机功率和转速及转矩、整车性能等参数进行整体优化，合理选择蓄电池和电动机参数。（3）基于CAD技术，对车身承载结构件进行有限元分析，通过计算与试验相结合，实现结构最优化。（4）采用轻质材料，如蓄电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。,二、纯电动汽车节能减排关键技术,4.能量管理与利用 纯电动汽车能量管理系统在汽车行驶中进行能量分配，协调各功能部分工作的能量管理，最大限度地利用有限的能量；从各子系统采集运行数据、控制完成蓄电池充电、显示蓄电池荷电状态、预测剩余行驶里程、监控蓄电池状态、调节车内温度、调节车灯亮度，以及回收再生制动能量为蓄电池充电等，如图6-3所示。,二、纯电动汽车节能减排关键技术,图6-3 纯电动汽车能量管理系统,4.能量管理与利用 纯电动汽车的再生制动/液压制动系统如图6-4所示，驾驶员踩下制动踏板后，电泵使制动液增压产生所需的制动力，制动控制与电动机控制协同工作，确定纯电动汽车上的再生制动力矩和前后轮上的液压制动力。再生制动时，再生制动控制回收再生制动能量，储存在动力电池（或飞轮、液压储能器）中。当汽车再次起动或加速时，再生系统将储存在动力电池（或飞轮、液压储能器）中的能量转换为汽车行驶的驱动力。,二、纯电动汽车节能减排关键技术,4.能量管理与利用,二、纯电动汽车节能减排关键技术,图6-4 纯电动汽车再生制动/液压制动系统,第三节,活塞连杆组故障诊断与修复,混合动力电动汽车,混合动力电动汽车（HEV）将传统内燃机技术与电驱动技术相结合，其混合动力系统的性能直接影响到整车性能。混合动力汽车燃油经济性好，可按平均需用的功率确定内燃机的最大功率，使内燃机在油耗低、污染少的最优工况下工作，较传统燃料汽车节油30%50%，可显著降低排放，能方便地回收制动回馈能量。混合动力驱动技术的出现比纯电动驱动技术晚，是传统燃油驱动技术转变为纯电动驱动技术的过渡技术。混合动力驱动技术既包含了传统燃油驱动的优势，又包含了电力驱动的优势，是一项综合要求很高的技术。目前，常见车型有丰田普锐斯、丰田卡罗拉双擎和比亚迪秦等。,混合动力电动汽车装备两种动力源，即热动力源（传统的汽油机或柴油机）与电动力源（蓄电池与电动机）车。使用电动机将动力系统可按整车的实际运行工况要求灵活调控，使发动机保持在综合性能最佳的区域内工作。混合动力电动汽车主要由发动机、驱动电动机和辅助电源组成，发动机是主要动力源，驱动电动机是辅助动力源，同时装备各种不同的蓄电池和超级电容等作为辅助电源。混合动力电动汽车将内燃机、电动机、能量存储装置等组合在一起，通过参数匹配和优化控制，充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。,一、混合动力电动汽车的类型,（1）对比传统的内燃机汽车，混合动力电动汽车可使内燃机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了内燃机变工况下的不良运行，使内燃机的排放和油耗大为降低；在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动汽车，实现零排放；可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的内燃机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放。（2）对比纯电动汽车，混合动力电动汽车由于有内燃机作辅助动力，蓄电池的数量和质量均可减少，汽车自重可减小；由于采用辅助动力驱动，混合动力电动汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机汽车的水平；借助内燃机的动力，可驱动空调、真空助力器、转向助力器及其他辅助电器，不用消耗蓄电池组有限的电能，从而保证了驾驶和乘坐的舒适性。,一、混合动力电动汽车的类型,混合动力电动汽车的类型见表6-2。,一、混合动力电动汽车的类型,混合动力电动汽车的类型见表6-2。,一、混合动力电动汽车的类型,不同类型混合动力电动汽车在燃油经济性、尾气排放和控制难易程度等方面对比，见表6-3。,一、混合动力电动汽车的类型,不同类型混合动力电动汽车在驱动模式、传动效率、整车布置、适用条件等方面对比，见表6-4。,一、混合动力电动汽车的类型,不同类型混合动力电动汽车在驱动模式、传动效率、整车布置、适用条件等方面对比，见表6-4。,一、混合动力电动汽车的类型,插电式混合动力电动汽车又称可外接充电式混合动力电动汽车（PHEV），是在混合动力电动汽车上增加了纯电动行驶工况，并且加大了动力电池容量，纯电动工况可行驶5090km，超过该里程则必须起动内燃机，采用混合驱动模式。PHEV是介于混合动力电动汽车与纯电动汽车之间的一种过渡性产品，与传统内燃机汽车和一般混合动力电动汽车对比（表6-5），其经济性进一步提高，排放降低。,一、混合动力电动汽车的类型,1.串联式混合动力电动汽车（SHEV）SHEV有两个能源向电动机供电，主要由发动机、发电机、电动机和蓄电池等组成，如图6-5所示。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,图6-5 串联式混合动力系统结构,1.串联式混合动力电动汽车（SHEV）发动机、发电机和主电动机采用串联方式，发动机仅用于发电，发电机输出的电能通过功率分配器送至电动机，由电动机驱动汽车行驶。发电机输出的部分电能向蓄电池充电，可延长汽车行驶里程。蓄电池可单独向电动机提供电能驱动汽车，使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,1.串联式混合动力电动汽车（SHEV）SHEV的动力流程如图6-6所示，发动机与发电机直接连接产生电能，以驱动电动机或给蓄电池充电，电动机与驱动桥直接相连，驱动汽车行驶，将存储在蓄电池中的电能转化为车轮转动的机械能。SHEV的发动机能经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，将有害排放气体控制在最低范围。SHEV的能量转换效率比内燃机汽车低，主要适用于大型客车。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,1.串联式混合动力电动汽车（SHEV）SHEV有以下运行模式：（1）电模式。发动机关闭，车辆仅由蓄电池组供电、驱动。（2）发动机模式。车辆驱动功率仅来源于发动机发电机组，蓄电池既不供电，也不从驱动系统中获取任何功率。（3）混合模式。驱动功率由发动机发电机组和蓄电池两者提供。（4）发动机驱动和蓄电池组充电模式。发动机发电机组为蓄电池充电和驱动车辆提供所需的功率。（5）再生制动模式。发动机发电机组关闭，而驱动电动机以发电机模式运转所产生的电功率用于向蓄电池充电。（6）蓄电池充电模式。驱动电动机不接收功率，发动机发电机组向蓄电池充电。（7）混合式蓄电池充电模式。发动机发电机组和运行在发电机状态下的驱动电动机，都向蓄电池充电。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,2.并联式混合动力电动汽车（PHEV）PHEV采用发动机和电动机两套独立驱动系统、并联方式驱动车轮，如图6-7所示，主要由发动机、电动/发电机（以下称电动机）和蓄电池等部件组成。有发动机单独驱动、电动机单独驱动、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功率时，电动机给蓄电池充电。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,图6-7 并联式混合动力系统结构,2.并联式混合动力电动汽车（PHEV）PHEV动力流程如图6-8所示，发动机和电动机通过某种变速装置同时与驱动桥直接连接。电动机用于平衡发动机承受的载荷，使其在高效率区工作。通常发动机工作在满负荷（中等转速）下燃油经济性最好，在较小载荷下工作时燃油经济性较差，PHEV的发动机此时可关闭，只用电动机驱动，或增加发动机负荷，使电动机作为发电机对蓄电池充电（边驱动汽车，边充电）。PHEV驱动系统有两条能量传输路线，可同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶，使其以纯电动或低排放状态运行，但此时不能提供全部动力。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,3.混联式混合动力电动汽车（CHEV）CHEV驱动系统是串联式与并联式的综合系统，系统结构如图6-9所示，主要由发动机、发电机、电动机、行星齿轮机构和蓄电池组等部件组成。发动机发出的功率一部分通过机械传动装置输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机输出的电能输送给电动机或蓄电池，电动机产生的驱动力通过动力复合装置传送给驱动桥。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,图6-9 混联式混合动力系统结构,3.混联式混合动力电动汽车（CHEV）汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；汽车高速稳定行驶时，驱动系统主要以并联方式工作。转矩和转速耦合从驱动轮处解脱了发动机，使瞬时的发动机转矩和转速不受车辆负载转矩和车速制约，发动机能以类似于串联式电耦合混合动力驱动系统的方式运行在高效率区。此外，部分发动机功率未经多形式转换而直接传递到驱动轮，与并联式（转矩或转速耦合）混合动力驱动系统相似。发动机、发电机和电动机通过行星齿轮装置连接，动力从发动机输出到与其相连的行星架，行星架将一部分转矩传送到发电机，另一部分传送到传动轴，同时发电机也可通过向电动机供电驱动传动轴。该机构有两个自由度，可自由地控制两个不同的速度。此时车辆并不是串联式或并联式，而是两种驱动形式同时存在，充分利用两种驱动形式的优点，其动力流程如图6-10所示。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,3.混联式混合动力电动汽车（CHEV）,二、混合动力电动汽车节能减排技术,4.HEV制动能量回收技术 HEV装备再生制动系统，能将车辆制动、下坡滑行、减速运行等状态下的部分动能和势能转化为电能存储在蓄电池等储能装置中，有效地利用车辆制动时的动能，显著改善车辆的燃油经济性及制动性能，增加HEV的行驶里程。HEV再生制动系统，如图6-11所示。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,图6-11 HEV再生制动系统,4.HEV制动能量回收技术 HEV再生制动系统电动机的减速和停止都通过逐渐减小运行频率实现，在变频减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，由于机械惯性原因，电动机转速变化有一定时间滞后，大于给定转速，电动机反电动势高于变频器直流端电压，此时电动机转为发电机模式，非但不消耗电能，反而可通过变频器专用型能量回馈单元向电源充电，既有良好的制动效果，又能转化为电能，向电源充电，实现能量回收。,二、混合动力电动汽车节能减排技术,第四节,活塞连杆组故障诊断与修复,燃料电池电动汽车,燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，能使用石油燃料、有机燃料、氢燃料等。燃料电池电动汽车（FCEV）采用车载燃料电池装置产生的电力作为汽车动力源，能量转化效率比内燃机要高23倍。由于燃料电池具备效率高、噪声低、无污染等优势，而使燃料电池电动汽车成为高效、清洁汽车。近年来，燃料电池在研发与应用方面取得了巨大突破，燃料电池技术将成为21世纪汽车工业竞争的焦点。目前，2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产阶段，燃料电池发电技术有望成为继火电、水电、核电后的第四代发电技术。,1.按燃料特点分类（1）直接燃料电池电动汽车。其燃料主要是氢气，排放无污染，是最理想的汽车，但氢的制取和存储困难。（2）重整燃料电池电动汽车。其燃料主要有汽油、天然气、甲醇、甲烷、液化石油气等，其结构比直接燃料电池汽车复杂。2.按燃料氢的存储方式分类（1）压缩氢燃料电池电动汽车。（2）液氢燃料电池电动汽车。（3）合金（碳纳米管）吸附氢燃料电池电动汽车。,一、燃料电池电动汽车的类型,3.按“多电源”的配置不同分类（1）纯燃料电池电动汽车（pure FCV）。只有燃料电池一个动力源，燃料电池承担汽车所有功率负荷，其动力系统如图6-12所示。燃料电池系统将氢气与氧气反应产生的电能通过总线传给驱动电动机，驱动电动机将电能转化为机械能传给传动系统，驱动汽车行驶。,一、燃料电池电动汽车的类型,图6-12 纯燃料电池驱动动力系统,3.按“多电源”的配置不同分类（1）纯燃料电池电动汽车（pure FCV）。该系统结构简单，易于系统控制和整体布置；系统部件少，有利于整车的轻量化；能量传递效率高，有利于提高整车燃料经济性；但燃料电池功率小、成本高，对燃料电池系统的动态性能和可靠性要求很高，且不能进行制动能量回收。为此，必须以辅助能量存储系统作为燃料电池系统的辅助动力，组成混合驱动系统。,一、燃料电池电动汽车的类型,3.按“多电源”的配置不同分类（2）燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的燃料电池电动汽车。动力系统为串联式混合动力结构，如图6-13所示，燃料电池和蓄电池联合为驱动电动机提供能量，驱动电动机将电能转化为机械能传给传动系统，驱动汽车行驶。,一、燃料电池电动汽车的类型,图6-13 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动系统,3.按“多电源”的配置不同分类（2）燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的燃料电池电动汽车。汽车制动时，驱动电动机进入发电机模式，蓄电池将储存回馈的能量。燃料电池和蓄电池联合供能时，燃料电池的能量输出变化较平缓，随时间变化波动较小，而能量需求变化的高频部分由蓄电池分担。该系统增加了蓄电池组，对燃料电池的功率要求降低，可降低整车成本；燃料电池在较好的设定条件下工作，效率较高；系统对燃料电池的动态响应性能要求较低；汽车冷起动性能较好；制动能量回馈系统可回收汽车制动时的部分动能，提高整车能量效率。但由于蓄电池的使用，使整车质量增加，动力性能和经济性受到影响；蓄电池充放电过程会有能量损耗；系统控制和整体布置难度增加。,一、燃料电池电动汽车的类型,3.按“多电源”的配置不同分类（3）燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的燃料电池电动汽车。与燃料电池+蓄电池的结构相似，只是将蓄电池换成超级电容，如图6-14所示。超级电容充放电效率高、能量损失小、功率密度大，在能量回收制动方面具有优势，循环寿命长，但其能量密度较小。,一、燃料电池电动汽车的类型,图6-14 燃料电池+超级电容形式动力系统,3.按“多电源”的配置不同分类（4）燃料电池、辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的燃料电池电动汽车。如图6-15所示，该结构为串联式混合动力结构，燃料电池、蓄电池和超级电容联合为驱动电动机提供能量，驱动电动机将电能转化成机械能传输给传动系统，驱动汽车行驶。汽车制动时，驱动电动机进入发电机模式，蓄电池和超级电容储存回馈的能量。,一、燃料电池电动汽车的类型,图6-15 燃料电池、辅助蓄电池和超级电容联合驱动系统,3.按“多电源”的配置不同分类（4）燃料电池、辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的燃料电池电动汽车。在燃料电池、蓄电池和超级电容联合供能时，燃料电池的能量输出较平缓，随时间变化波动较小，而能量需求变化的低频部分由蓄电池承担，能量需求变化的高频部分由超级电容承担。该系统在部件效率、动态特性、制动能量回馈等方面性能更为优越，但由于增加了超级电容，整车质量增加的同时，系统更加复杂，系统控制和整体布置难度加大。,一、燃料电池电动汽车的类型,燃料电池的优缺点见表6-6。,二、燃料电池的优缺点,燃料电池的优缺点见表6-6。,二、燃料电池的优缺点,1.环保成绝佳优势 纯电动汽车所需能源取自火力发电、水力发电、核能发电、风能发电等，电池是极难处理的污染物。若纯电动汽车数量占比超出汽车总保有量的10%以上，按照目前未完善的电池回收制度，电池污染问题将可能出现不可控的局面，汽车电池污染将比目前燃油车污染更为严重。与电动汽车相比，氢燃料汽车转换效率至少高达50%。不同于锂电池电动汽车通过数百千克的电池组增大续航里程，燃料电池电动汽车加注10kg氢气可续驶400km。氢燃料电池车加注氢气时间只相当于传统充电时间的1/18，而且氢燃料电池的使用寿命可长达2万h，在汽车使用周期内无需更换，将较大程度缓解制造和处理废旧锂电池的环境压力。加氢站所需场地面积仅为充电站的10%。,三、氢燃料汽车的特点,1.环保成绝佳优势 在低温起动、电池循环寿命与回收等技术层面，氢燃料汽车接近内燃机车辆水平，即氢燃料电池电动汽车同时具备与纯电动汽车相当的节能减排效益和与传统燃油汽车相近的车辆性能，是未来极具竞争力的新能源汽车技术路线。尤其在货运及重型交通领域，发展氢燃料电池电动汽车被认为是取代传统燃油汽车的根本途径。氢气是一种永远不会耗竭的资源，与纯电动汽车相比，氢燃料电池电动汽车在整个燃料生产、供应环节，总体上排放的二氧化碳要少得多，环保效果显著。燃料电池电动汽车可通过车载电脑直接微调车辆运行轨迹，无人驾驶技术主要基于电动机驱动车型展开研发与示范，可见氢燃料电池技术同样具有互联网基因，完全适应未来道路交通智能化转型趋势，其与新一代智能网联汽车技术也具有先天融合优势。,三、氢燃料汽车的特点,2.机遇与挑战并存 氢燃料汽车没有“里程焦虑”“充电焦虑”等，氢燃料具有热值高、能量密度大、可储存、可再生、零污染等优势，但氢燃料成本高、加氢基础设施不完善、技术有待突破、安全标准需制定等。我国2019年政府工作报告首次涉及氢能源，要求推动充电、加氢等基础设施建设。国家氢能标委会发布的中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）明确指出，2030年国内将建成加氢站1000座，氢燃料电池车辆保有量达到200万辆。中国氢能联盟发布的中国氢能源及燃料电池产业白皮书预测，20202025年，我国氢能产业产值将达到1万亿元，氢能源车数量达到5万辆，加氢站数量200座；2026至2035年产值达到5万亿元，加氢站数量1500座，实现燃料电池车1500万辆。,三、氢燃料汽车的特点,2.机遇与挑战并存 无论是从零污染零排放，还是从能量利用率看，燃料电池都具有优势。燃料电池适用于大功率、长距离运输，在公交车和货车等大中型车辆上有明显优势。氢燃料电池电动汽车可能是未来商用车领域的最佳替代方案，伴随着氢燃料电池电动汽车技术的进步，以及生产成本的下降，氢燃料电池电动汽车未来的综合优势将会越发明显，尤其是氢燃料电池商用车的发展未来可期。,三、氢燃料汽车的特点,2.机遇与挑战并存 几种较成熟的氢燃料电池电动汽车参数见表6-7。,三、氢燃料汽车的特点,第五节,活塞连杆组故障诊断与修复,燃 气 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）。天然气主要成分为甲烷，极难液化，通常将天然气压缩至20MPa，充入车用气瓶中储存，供汽车使用；石油气主要成分为丙烷、丁烷和少量的乙烷和戊烷，在常温下加压到1.6MPa即可液化成液化石油气，适于用作车用燃料。燃气汽车排放中的HC排放量可减少90%，CO可减少约80%，CO2可减少约15%，NOx可下降40%。,将汽油机改装为汽油/CNG两用燃料发动机后，燃用天然气时，发动机的功率和转矩都明显下降。但适当提高改装机的压缩比，可减小功率损失，还能改善发动机的燃油经济性。混合器式闭环控制CNG供给系统采用步进电动机伺服阀和比例调节式混合器进行闭环控制，如图6-16所示。,一、汽油/CNG两用燃料发动机,图6-16 混合器式闭环控制CNG燃料供给系统1-汽油箱；2-油位传感器；3-汽油表；4-汽油滤清器；5-电动汽油泵；6-车用气瓶；7-充气阀；8-过滤器；9-手动截止阀；10-CNG电磁阀；11-高压表；12-安全阀；13-低压表；14-减压调节阀；15-步进电动机；16-混合器；17-化油器；18-压力显示器；19-压力传感器；20-发动机转速传感器；21-氧传感器；22-排气管；23-三元催化转换器；24-电控单元；25-汽油/CNG转换开关,利用步进电动机伺服阀和比例调节式混合器的电控CNG环控制系统能改善空燃比的控制精度，但小负荷工况的空燃比仍难以准确、稳定控制。为此，CNG和汽油的供给都采用电控喷射方式，如图6-17所示。,一、汽油/CNG两用燃料发动机,图6-17 电控汽油/CNG两用燃料发动机燃料供给系统1-充装阀；2-车用气瓶；3-输出阀；4-压力表；5-CNG电磁阀；6-气量显示器；7-两级减压调节器；8-天然气喷射器；9-进气管；10-喷油器；11-油压调节器；12-燃烧分配管；13-汽油电磁阀；14-汽油泵；15-油箱,电控单元根据传感器和开关信号，进行运算、判断和处理，向天然气喷射器发出适时启闭指令。喷气量与喷射器开启的持续时间成正比，电控CNG喷射系统要求减压调节器出口压力保持在0.6MPa左右，其变化范围不能超过平均值的3%，通常采用两级减压调节器。,一、汽油/CNG两用燃料发动机,目前，车用LPG燃料供给装置与CNG燃料供给装置的基本部件都可通用，但对车用气瓶及其附件、管阀件有特殊要求。混合器式闭环控制LPG给系统如图6-18所示，当汽油/LPG转换开关置于LPG位置时，LPG电磁阀开启，LPG从车用气瓶流入蒸发调压器，并在其中蒸发减压，然后进入混合器，在混合器中与空气混合后进入汽缸，电控单元根据氧传感器和发动机转速传感器的信号，通过改变通向真空电磁阀的脉冲信号占空比，调节蒸发调压器膜片室的压力，以控制蒸发调压器的输出压力和供气量，实现供气量闭环控制。,二、汽油/LPG两用燃料发动机,二、汽油/LPG两用燃料发动机,图6-18 混合器式闭环控制LPG供给系统1-汽油箱；2-油位传感器；3-汽油滤清器；4-电动汽油泵；5-汽油表；6-辅助液面显示器；7-车用气瓶；8-集成阀；9-LPG电磁阀；10-蒸发调压器；11-混合器；12-真空电磁阀；13-汽油/LPG转换开关；14-节气门位置传感器；15-发动机转速传感器；16-电控单元；17-氧传感器；18-三元催化转换器；19-发动机排气管,柴油/CNG双燃料发动机在原柴油机燃油系统之外增加了一套CNG供给装置，如图6-19所示。,三、柴油/CNG双燃料发动机,图6-19 柴油/CNG双燃料发动机燃料供给系统1-柴油机；2-喷油泵；3-喷油泵供油量调节齿杆限位器；4-电磁阀；5-气体压力异常信号发生器；6-安全阀；7-高压减压器；8-预热器；9-供气阀；10-充气阀；11-总阀；12-车用气瓶；13-压力表；14-气体压力传感器；15-低压减压器；16-通阀；17-计量器；18-混合器；19-联锁传感器；20-活动挡铁；21-曲轴转速传感器；A-来自空气滤清器；B-通向柴油机冷却系统；C-自柴油机冷却系统；D-充气；E-通向堵塞显示,第六节,活塞连杆组故障诊断与修复,醇类燃料汽车,醇类燃料汽车是我国新能源汽车战略中的重要组成部分，甲醇原料来源广泛，可利用天然气、劣质煤、焦炭、重油和木柴等原料制取，技术完善，在油价高时竞争力较强；可在汽油中以不同比例掺用，加油比充天然气更方便；辛烷值高，可作为抗爆添加剂，因此甲醇汽车的动力性能与燃油汽车相差不多；运行中尾气排放少，PM和NOx较汽油机和柴油机均大幅下降。汽车使用车用乙醇汽油，油耗变化不大，动力性能也基本不变，但排放有较大改善，CO排放下降30%以上，HC排放下降10%以上。,1.按组成成分和性质分类 醇类燃料汽车指以甲醇汽油、乙醇汽油、甲醇、乙醇为燃料的汽车，以甲醇为燃料的汽车称为甲醇汽车，以乙醇为燃料的汽车称为乙醇汽车。醇类燃料可以与汽油或柴油按一定比例配制成混合燃料，也可直接采用醇类燃料作为发动机燃料。,一、醇类燃料汽车分类,2.按在汽车上的应用分类（1）掺烧类型。该类型是醇类燃料在汽车上的主要应用方式，醇类燃料（甲醇或乙醇）以不同的体积比掺入汽油或柴油中，实现混合燃料性质调整。有混合燃料法、熏蒸法和双供油系统法三种方法，前两种方法既可用柴油机，也可用于汽油机；双供油系统法仅用于柴油机。（2）纯烧类型。纯烧指纯燃烧甲醇或乙醇燃料，主要方式有裂解法、蒸气法、火花塞法、电热塞法、炽热表面法、加入着火改善剂法。其中，后三种方法用于柴油机，其他方法既可用于柴油机，也可用于汽油机。（3）改质类型。该类型是对醇类燃料改质。甲醇利用发动机的余热将甲醇生成H2和CO，然后输送到发动机内燃烧。,一、醇类燃料汽车分类,上海通用别克M85甲醇燃料汽车如图6-20所示。,二、甲醇燃料汽车,图6-20 上海通用别克M85甲醇燃料汽车,1.燃料系统及汽车底盘 发动机采用博世公司的多点燃油喷射系统，向6个喷油器提供燃油；调节喷油器压力，使喷油器能安装到进气管上。油轨用不锈钢制造，直径由原汽油机采用的19mm加大到25.4mm，油箱用不锈钢制造，容积为106L。油箱内有隔板，以减少燃料晃动。2.发动机 采用排量为3.8L的6缸发动机，原汽油机压缩比为8，通过改变活塞结构将压缩比提高到10.6，将原来使用的ACR4T型火花塞改为AC436TS冷型火花塞，防止甲醇燃料早燃。,二、甲醇燃料汽车,3.汽车性能（1）动力性。与原车相比，发动机功率和转矩增加，分别如图6-21和图6-22所示。发动机转速为4000r/min时，甲醇发动机的最大功率为182kW，比汽油机增加22%；转速为3000/min时，最大转矩为350Nm，比汽油机增加了11%。,二、甲醇燃料汽车,3.汽车性能（2）燃油经济性。按每单位热值汽车行驶的里程数计算，根据市区燃油经济性（FTP）及高速公路燃油经济性（HWFET）试验程序，甲醇燃料汽车比汽油车的行驶里程分别增加11%和13%。（3）汽车加速性能和驾驶驱动性能。对比试验，由0加速到96.6km/h，甲醇燃料汽车比汽油车快1.8s。,二、甲醇燃料汽车,双燃料喷射是指柴油机具有两套分开的喷油泵喷油器系统或一套喷油泵-喷油器系统，能向汽缸内喷射两种不同的燃料，能用大比例的醇与柴油的混合燃料或用少量的柴油引燃大量的醇类燃料。1.两套喷油泵-喷油器系统 一套喷射醇类燃料，另一套喷射引燃柴油。全负荷时，甲醇喷射量（体积比）达到90%，引燃柴油为10%。影响双燃料喷射系统柴油机性能的主要因素有：引燃油束的喷射角度、喷射定时和引燃油量。2.供油管及喷油器 将喷油器前面的高压管稍加改装，利用喷油泵出油阀回位时，在出油阀上部至喷油器之间的高压油管内产生负压，醇类燃料或其他替代燃料在此负压作用下，通过单向阀被吸入喷油器，在高压柴油紊流作用下形成乳化液后喷入燃烧室。,三、双燃料喷射系统的醇类燃料汽车发动机,3.双燃料汽车用新型供油系统 该系统为在柴油机原有的喷油泵、喷油器的基础上开发的单一喷油泵、喷油器供应双燃料系统。,三、双燃料喷射系统的醇类燃料汽车发动机,常规燃料与替代燃料发动机技术的CO2排放对比见表6-8；各种汽车燃料常规排放对比见表6-9；替代能源与常规能源的相对价格对比见表6-10。,四、替代能源的节能减排成效,常规燃料与替代燃料发动机技术的CO2排放对比见表6-8；各种汽车燃料常规排放对比见表6-9；替代能源与常规能源的相对价格对比见表6-10。,四、替代能源的节能减排成效,四、替代能源的节能减排成效,谢谢观看！,