電動汽車及混合動力汽車技術(shù)

1、2 第一節(jié)第一節(jié) 電動汽車的結(jié)構(gòu)原理電動汽車的結(jié)構(gòu)原理 第二節(jié)第二節(jié) 電動汽車的控制技術(shù)電動汽車的控制技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 混合動力汽車混合動力汽車 第四節(jié)第四節(jié) 燃料電池汽車技術(shù)燃料電池汽車技術(shù)首頁返回章返回節(jié)3第一節(jié)電動汽車的結(jié)構(gòu)原理第一節(jié)電動汽車的結(jié)構(gòu)原理 一、電動汽車及其發(fā)展一、電動汽車及其發(fā)展 二、電動汽車的結(jié)構(gòu)原理二、電動汽車的結(jié)構(gòu)原理 三、電動汽車的總體布置三、電動汽車的總體布置首頁返回章返回節(jié)4 一、電動汽車及其發(fā)展一、電動汽車及其發(fā)展 電動汽車（電動汽車（Electric VehicleElectric Vehicle）是以電池）是以電池為動力的汽車。為動力的汽車。 德國德國1

2、9721972年開始研制。年開始研制。 日本日本19761976年成立年成立“日本電動汽車協(xié)會日本電動汽車協(xié)會”，19781978年制定了年制定了“電動汽車試用制度電動汽車試用制度”，每，每年給試用者試用費。年給試用者試用費。 通用公司通用公司20002000年推出的混合動力汽車百公年推出的混合動力汽車百公里油耗只有里油耗只有2.94L2.94L。 我國首輛電動轎車我國首輛電動轎車20012001年年6 6月在東風汽車公月在東風汽車公司問世。司問世。首頁返回章返回節(jié)5 二、電動汽車的結(jié)構(gòu)原理二、電動汽車的結(jié)構(gòu)原理 電動汽車由車載電源（電池和充電器等）、電動汽車由車載電源（電池和充電器等）、驅(qū)動

3、電機及控制器、車體（底盤和車身等）驅(qū)動電機及控制器、車體（底盤和車身等）三部分組成。三部分組成。 由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅(qū)由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，電機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)動電機運轉(zhuǎn)，電機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)帶動車輪旋轉(zhuǎn)。帶動車輪旋轉(zhuǎn)。首頁返回章返回節(jié)6 電動汽車的基本骨架應(yīng)具備以下幾點：電動汽車的基本骨架應(yīng)具備以下幾點： 1 1）為了確保行駛安全性，提高維護保養(yǎng)性，）為了確保行駛安全性，提高維護保養(yǎng)性，采用低重心和免維護一體型蓄電池，并將采用低重心和免維護一體型蓄電池，并將其放在車身后部的車廂地板下。其放在車身后部的車廂地板下。 2 2）為減輕車架質(zhì)量，提高

4、剛度，將大斷面）為減輕車架質(zhì)量，提高剛度，將大斷面主車架設(shè)計成縱直車架。主車架設(shè)計成縱直車架。 3 3）為了確保車廂內(nèi)部具有最大限度的乘員）為了確保車廂內(nèi)部具有最大限度的乘員空間，最大限度地緊縮機械空間而采取將空間，最大限度地緊縮機械空間而采取將乘員空間與驅(qū)動系統(tǒng)動力源等完全分開的乘員空間與驅(qū)動系統(tǒng)動力源等完全分開的處置，將電動機、高壓電氣系統(tǒng)集中配置處置，將電動機、高壓電氣系統(tǒng)集中配置在車身前部。在車身前部。首頁返回章返回節(jié)7 1.1.電動機電動機 直流電機和交流電機兩大類。直流電機和交流電機兩大類。 直流電機不需離合器、變速器，起步加速直流電機不需離合器、變速器，起步加速牽引力大，控制系統(tǒng)

5、較簡單，成本低，但牽引力大，控制系統(tǒng)較簡單，成本低，但需電刷和換向器，體積大、重量大。需電刷和換向器，體積大、重量大。 交流電機（包括異步、同步、開關(guān)磁阻）交流電機（包括異步、同步、開關(guān)磁阻）體積小、質(zhì)量輕、效率高、免維護、調(diào)速體積小、質(zhì)量輕、效率高、免維護、調(diào)速范圍寬。范圍寬。首頁返回章返回節(jié)8 2.2.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制車輛各類工況下的行駛速度、加速度控制車輛各類工況下的行駛速度、加速度和能源轉(zhuǎn)換情況。和能源轉(zhuǎn)換情況。 包括電動機驅(qū)動器、控制器及各種傳感器，包括電動機驅(qū)動器、控制器及各種傳感器，其中最關(guān)鍵的是電動機逆變器。其中最關(guān)鍵的是電動機逆變器。首頁返回章返回節(jié)9 3.3.管理、監(jiān)

6、控系統(tǒng)管理、監(jiān)控系統(tǒng) 管理系統(tǒng)包括能源、安全管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)包括能源、安全管理系統(tǒng)。 能源管理系統(tǒng)包括車載充電器、行車時能能源管理系統(tǒng)包括車載充電器、行車時能源分配、能源再生。源分配、能源再生。 安全管理系統(tǒng)包括各類信號檢測及防誤裝安全管理系統(tǒng)包括各類信號檢測及防誤裝置等。置等。首頁返回章返回節(jié)10 監(jiān)控系統(tǒng)包括：監(jiān)控系統(tǒng)包括： 1 1）駕駛員信息中心（）駕駛員信息中心（DICDIC） 汽車的各種參數(shù)顯示，電池電量指示，放汽車的各種參數(shù)顯示，電池電量指示，放電情況監(jiān)視及報警，車速、自動防抱、制電情況監(jiān)視及報警，車速、自動防抱、制動能量自動回收和電差速等。動能量自動回收和電差速等。 2 2）車

7、輛電子裝置中心（）車輛電子裝置中心（VECVEC） 對動力對動力- -驅(qū)動系統(tǒng)監(jiān)控，平穩(wěn)調(diào)速，換擋提驅(qū)動系統(tǒng)監(jiān)控，平穩(wěn)調(diào)速，換擋提示，車燈監(jiān)視，懸架控制，汽車電話等。示，車燈監(jiān)視，懸架控制，汽車電話等。首頁返回章返回節(jié)11 三、電動汽車的總體布置三、電動汽車的總體布置 1.傳統(tǒng)的驅(qū)動模式傳統(tǒng)的驅(qū)動模式 1）電機替代發(fā)動機。）電機替代發(fā)動機。 2）離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等。）離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等。 3）電機前置、驅(qū)動橋前置；電機前置、驅(qū)）電機前置、驅(qū)動橋前置；電機前置、驅(qū)動橋后置等。動橋后置等。 4）結(jié)構(gòu)復雜，效率低，不能充分發(fā)揮電機）結(jié)構(gòu)復雜，效率低，不能充分發(fā)揮電機的性能

8、。的性能。首頁返回章返回節(jié)12 2.2.電動機電動機- -驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) 1 1）在電機端蓋處裝置變速齒輪、差速器等）在電機端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動總成，形成電機驅(qū)動總成，形成電機- -驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)。統(tǒng)。 2 2）電機前置、驅(qū)動橋前置；電機后置、驅(qū)電機前置、驅(qū)動橋前置；電機后置、驅(qū)動橋后置等。動橋后置等。 3）傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，安裝方）傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，安裝方便。便。首頁返回章返回節(jié)13 3.3.電動機電動機- -驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) 1 1）在電機端蓋處裝置變速齒輪、差速器等）在電機端蓋處裝置

9、變速齒輪、差速器等驅(qū)動總成，電動機有一個空心軸，有一個驅(qū)動總成，電動機有一個空心軸，有一個驅(qū)動橋的半軸從電動機空心軸中通過。驅(qū)動橋的半軸從電動機空心軸中通過。 2 2）電機前置、驅(qū)動橋前置；電機后置、驅(qū)）電機前置、驅(qū)動橋前置；電機后置、驅(qū)動橋后置等。動橋后置等。 3 3）傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，可作為）傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，可作為驅(qū)動橋布置在車架下面。驅(qū)動橋布置在車架下面。首頁返回章返回節(jié)14 4.4.輪轂電動機分散驅(qū)動系統(tǒng)輪轂電動機分散驅(qū)動系統(tǒng) 1 1）電動機裝在輪轂中，有）電動機裝在輪轂中，有4 42 2和和4 44 4兩種兩種布置方式，各個車輪之間的同步轉(zhuǎn)動或差布置方式，各個車

10、輪之間的同步轉(zhuǎn)動或差速轉(zhuǎn)動由中央控制器的計算機系統(tǒng)控制。速轉(zhuǎn)動由中央控制器的計算機系統(tǒng)控制。 2 2）4 42 2布置方式有雙前輪驅(qū)動模式和雙后布置方式有雙前輪驅(qū)動模式和雙后輪驅(qū)動模式。輪驅(qū)動模式。 3 3）能騰出大量有效空間，便于總體布置。）能騰出大量有效空間，便于總體布置。首頁返回章返回節(jié)15第二節(jié)第二節(jié) 電動汽車的控制技術(shù)電動汽車的控制技術(shù) 一、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成一、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成 二、電動汽車驅(qū)動控制技術(shù)二、電動汽車驅(qū)動控制技術(shù) 三、電動汽車的能量管理與再生控制技術(shù)三、電動汽車的能量管理與再生控制技術(shù)16 一、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成一、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成

11、 1.驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由牽引電機、控制系統(tǒng)電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由牽引電機、控制系統(tǒng)（包括電機驅(qū)動器、控制器和各種傳感（包括電機驅(qū)動器、控制器和各種傳感器），機械減速及傳動裝置、車輪等構(gòu)成。器），機械減速及傳動裝置、車輪等構(gòu)成。首頁返回章返回節(jié)17 2.2.驅(qū)動系統(tǒng)的類型驅(qū)動系統(tǒng)的類型 按驅(qū)動電機類型分類按驅(qū)動電機類型分類 1 1）直流驅(qū)動系統(tǒng)）直流驅(qū)動系統(tǒng) 直流電機控制系統(tǒng)較簡單，效率較高、成直流電機控制系統(tǒng)較簡單，效率較高、成本低、技術(shù)成熟，但需電刷和換向器，體本低、技術(shù)成熟，但需電刷和換向器，體積大、重量大。積大、重量大。首頁返回章返回節(jié)18 2 2）交流驅(qū)動系統(tǒng)

12、）交流驅(qū)動系統(tǒng) 3 3）永磁同步電動機交流驅(qū)動系統(tǒng)）永磁同步電動機交流驅(qū)動系統(tǒng) 4 4）開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)）開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng) 歐美多用交流感應(yīng)電動機，日本多用直流歐美多用交流感應(yīng)電動機，日本多用直流電動機。電動機。 交流感應(yīng)電動機更有前途。交流感應(yīng)電動機更有前途。首頁返回章返回節(jié)19 二、電動汽車驅(qū)動控制技術(shù)二、電動汽車驅(qū)動控制技術(shù) 希望能利用調(diào)整電動機磁通來保證電動機希望能利用調(diào)整電動機磁通來保證電動機完成特定的運行，但需考慮電動機的工作完成特定的運行，但需考慮電動機的工作效率。效率。首頁返回章返回節(jié)20 1.自控式同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)自控式同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng) 能從根本上消除

13、同步電動機轉(zhuǎn)子振蕩和失能從根本上消除同步電動機轉(zhuǎn)子振蕩和失步的隱患。因為給同步電動機定子供電的步的隱患。因為給同步電動機定子供電的變頻裝置的輸出頻率受轉(zhuǎn)子位置檢測器的變頻裝置的輸出頻率受轉(zhuǎn)子位置檢測器的控制，即定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)控制，即定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速相等，始終保持同步，不會由于負的轉(zhuǎn)速相等，始終保持同步，不會由于負載沖擊造成失步現(xiàn)象。載沖擊造成失步現(xiàn)象。首頁返回章返回節(jié)21 2.2.直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) 用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩。采用系下計算與控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩。采用定子磁

14、場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)產(chǎn)生信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行產(chǎn)生信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。 3.3.感應(yīng)電動機矢量變換控制系統(tǒng)感應(yīng)電動機矢量變換控制系統(tǒng)首頁返回章返回節(jié)22 三、電動汽車的能量管理與再生控制技術(shù)三、電動汽車的能量管理與再生控制技術(shù) 1.能量管理系統(tǒng)能量管理系統(tǒng) 協(xié)調(diào)各功能部分工作，使有限的能量源最協(xié)調(diào)各功能部分工作，使有限的能量源最大限度得到利用。大限度得到利用。首頁返回章返回節(jié)23 2.能量再生控制系統(tǒng)能量再生控制系統(tǒng) 電動機由于自身及其所帶負載的慣性作用，電動

15、機由于自身及其所帶負載的慣性作用，切斷電源后，不可能立即停止運轉(zhuǎn)切斷電源后，不可能立即停止運轉(zhuǎn)可可利用的剩余能源。利用的剩余能源。 電動機制動方法：機械制動和電氣制動。電動機制動方法：機械制動和電氣制動。電氣制動又有反接制動、能耗制動和再生電氣制動又有反接制動、能耗制動和再生發(fā)電制動。發(fā)電制動。首頁返回章返回節(jié)24 在機械制動時，將電機的狀態(tài)由控制系統(tǒng)在機械制動時，將電機的狀態(tài)由控制系統(tǒng)改變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，在機械制動的同時，將改變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，在機械制動的同時，將能量的一部分轉(zhuǎn)換為電池能量，減少機械能量的一部分轉(zhuǎn)換為電池能量，減少機械制動系統(tǒng)的能量消耗。制動系統(tǒng)的能量消耗。首頁返回章返回節(jié)25我國電

16、動汽車驅(qū)動電機及其控制器我國電動汽車驅(qū)動電機及其控制器行業(yè)分析行業(yè)分析2010年年08月月31日日 中國工業(yè)報中國工業(yè)報驅(qū)動電機及其控制器驅(qū)動電機及其控制器 1. 驅(qū)動電機類型及其發(fā)展驅(qū)動電機類型及其發(fā)展 驅(qū)動電機是電動汽車的關(guān)鍵部件，直接影響整車的動驅(qū)動電機是電動汽車的關(guān)鍵部件，直接影響整車的動力性及經(jīng)濟性。驅(qū)動電機主要包括直流電機和交流電力性及經(jīng)濟性。驅(qū)動電機主要包括直流電機和交流電機。目前電動汽車廣泛使用交流電機，主要包括：異機。目前電動汽車廣泛使用交流電機，主要包括：異步電機、開關(guān)磁阻電機和永磁電機（包括無刷直流電步電機、開關(guān)磁阻電機和永磁電機（包括無刷直流電機和永磁同步電機）。機和永

17、磁同步電機）。 26 車用電機的發(fā)展趨勢如下：車用電機的發(fā)展趨勢如下： (1)(1)電機本體永磁化：永磁電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高電機本體永磁化：永磁電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因效率、高可靠性等優(yōu)點。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國車用驅(qū)動電機的重要發(fā)展方向。此高性能永磁電機是我國車用驅(qū)動電機的重要發(fā)展方向。 (2)(2)電機控制數(shù)字化：專用芯片及數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，促進了電機控制數(shù)字化：專用芯片及數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，促進了電機控制器的數(shù)字化，提高了電機系統(tǒng)的控制精度，有效減小了電機控制器的數(shù)字化

18、，提高了電機系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積。系統(tǒng)體積。 (3)(3)電機系統(tǒng)集成化：通過機電集成（電機與發(fā)動機集成或電機與電機系統(tǒng)集成化：通過機電集成（電機與發(fā)動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅(qū)動系統(tǒng)的重量和體積，變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅(qū)動系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本?？捎行Ы档拖到y(tǒng)制造成本。27 2. 國外發(fā)展情況國外發(fā)展情況 近年來美、歐開發(fā)的電動客車多采用交流異步電機。為了近年來美、歐開發(fā)的電動客車多采用交流異步電機。為了降低車重，電機殼體大多采用鑄鋁材料，電機恒功率范圍降低車重，電機殼體大多采用鑄鋁材料，電機恒功率范圍較寬，最高轉(zhuǎn)速可達

19、基速的較寬，最高轉(zhuǎn)速可達基速的2 22.52.5倍。倍。 日本近年來問世的電動汽車大多采用永磁同步電機。產(chǎn)品日本近年來問世的電動汽車大多采用永磁同步電機。產(chǎn)品功率等級覆蓋功率等級覆蓋3 3123kW123kW，電機恒功率范圍很寬，最高轉(zhuǎn)速，電機恒功率范圍很寬，最高轉(zhuǎn)速可達基速的可達基速的5 5倍。倍。 28 3. 我國發(fā)展現(xiàn)狀我國發(fā)展現(xiàn)狀 (1) (1) 我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)異步電機我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿足整車需求

20、，大功率異步電機系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用足整車需求，大功率異步電機系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類電動客車；通過示范運行和小規(guī)模市場于各類電動客車；通過示范運行和小規(guī)模市場化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證?；瘧?yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。29 (2)(2)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成優(yōu)化設(shè)計和開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成優(yōu)化設(shè)計和自主研發(fā)能力，通過合理設(shè)計電機結(jié)構(gòu)、改進自主研發(fā)能力，通過合理設(shè)計電機結(jié)構(gòu)、改進控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿足整車需求；部分控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿足整車需求；部分公司已具備年產(chǎn)公司已具備年產(chǎn)20002000套的生產(chǎn)能力，能滿足小套的生產(chǎn)能力，能滿足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車示范批量

21、配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車示范運行，效果良好。運行，效果良好。30 (3)(3)無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)企業(yè)通過合理無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)企業(yè)通過合理設(shè)計及改進控制技術(shù)，有效提高了無刷直流電設(shè)計及改進控制技術(shù)，有效提高了無刷直流電機產(chǎn)品性能，基本滿足電動汽車需求；已初步機產(chǎn)品性能，基本滿足電動汽車需求；已初步具有機電一體化設(shè)計能力。具有機電一體化設(shè)計能力。31 (4)(4)永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成了一定的研永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應(yīng)用發(fā)和生產(chǎn)能力，開發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應(yīng)用于各類電動汽車；產(chǎn)品部分技術(shù)指標接近國際于各類電動汽車；產(chǎn)品部分

22、技術(shù)指標接近國際先進水平，但總體水平與國外仍有一定差距；先進水平，但總體水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設(shè)計能力；多數(shù)基本具備永磁同步電機集成化設(shè)計能力；多數(shù)公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資建立車用驅(qū)動電機系統(tǒng)專用生產(chǎn)線。建立車用驅(qū)動電機系統(tǒng)專用生產(chǎn)線。32 (5) (5) 永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部分公司掌握了電機轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁分公司掌握了電機轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達技術(shù)。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫

23、度可達280280，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大差距。硅鋼，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大差距。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體的的20%20%左右，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出左右，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出0.27mm0.27mm硅鋼片用于車用電機，我國僅開發(fā)出硅鋼片用于車用電機，我國僅開發(fā)出0.35mm0.35mm硅硅鋼片。鋼片。33 (6)(6)電機控制器關(guān)鍵部件電機控制器關(guān)鍵部件位置轉(zhuǎn)速傳感位置轉(zhuǎn)速傳感器多為旋轉(zhuǎn)變壓器，目前基本采用進口產(chǎn)品，器多為旋轉(zhuǎn)變壓器，目前基本采用進口產(chǎn)品，我國部分公司已具備旋

24、轉(zhuǎn)變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能我國部分公司已具備旋轉(zhuǎn)變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國外仍有差距。力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國外仍有差距。IGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar Insulated Gate Bipolar TransistorTransistor絕緣柵雙極型功率管）基本依絕緣柵雙極型功率管）基本依賴進口，價格昂貴，國產(chǎn)車用賴進口，價格昂貴，國產(chǎn)車用IGBTIGBT尚處于研究尚處于研究階段。階段。34 4. 4. 我國驅(qū)動電機及其控制器存在的主要問題我國驅(qū)動電機及其控制器存在的主要問題 (1)(1)電機原材料、控制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴電機原材料、控

25、制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴進口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置轉(zhuǎn)速傳感器、進口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置轉(zhuǎn)速傳感器、IGBTIGBT模塊等。進口產(chǎn)品成本高，影響電機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。模塊等。進口產(chǎn)品成本高，影響電機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。 (2)(2)我國車用電機的機電集成水平與國外差距較大?？匚覈囉秒姍C的機電集成水平與國外差距較大?？刂破骷啥容^低，體積、重量相對偏大。制器集成度較低，體積、重量相對偏大。35 (3)(3)我國車用電機系統(tǒng)尚處于起步階段，制造工藝水平我國車用電機系統(tǒng)尚處于起步階段，制造工藝水平落后，缺乏自動化生產(chǎn)線，造成產(chǎn)品可靠性、一致性落后，缺乏自動化生產(chǎn)線，造成產(chǎn)品可靠性、一致性差

26、。產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較小，成本較高。差。產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較小，成本較高。 (4)(4)現(xiàn)階段國家出臺的電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標準較少，現(xiàn)階段國家出臺的電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標準較少，且不完善。如：不同類型電機系統(tǒng)采用同一檢測標準，且不完善。如：不同類型電機系統(tǒng)采用同一檢測標準，缺乏可靠性、耐久性評價方法等。缺乏可靠性、耐久性評價方法等。36整車控制器1. 1. 國外發(fā)展情況國外發(fā)展情況 整車控制器的開發(fā)包括軟、硬件設(shè)計。核心軟件整車控制器的開發(fā)包括軟、硬件設(shè)計。核心軟件一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動軟件可選擇一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。由汽車零部件廠商提供。 (1)(1)國

27、外整車控制器技術(shù)趨于成熟國外整車控制器技術(shù)趨于成熟, ,國外大部分國外大部分汽車企業(yè)在電動汽車領(lǐng)域積累充足，控制策略汽車企業(yè)在電動汽車領(lǐng)域積累充足，控制策略成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通過市場檢驗證實了其可靠性。過市場檢驗證實了其可靠性。37 (2)(2)汽車電子零部件企業(yè)積極開展整車控制器汽車電子零部件企業(yè)積極開展整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造。各汽車電子零部件巨頭，如研發(fā)和生產(chǎn)制造。各汽車電子零部件巨頭，如德爾福、大陸、博世集團都紛紛進行整車控制德爾福、大陸、博世集團都紛紛進行整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車設(shè)計公司也為整車廠器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車

28、設(shè)計公司也為整車廠提供整車控制器技術(shù)方案，如提供整車控制器技術(shù)方案，如AVLAVL、FEVFEV、RICARDORICARDO等，在電動汽車整車控制器領(lǐng)域也有等，在電動汽車整車控制器領(lǐng)域也有不少成功的案例。不少成功的案例。38 (3)(3)控制器日趨標準化。控制器的標準化已引控制器日趨標準化?？刂破鞯臉藴驶岩鹣嚓P(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車制造商、部件起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車制造商、部件供應(yīng)商及電子、半導體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合供應(yīng)商及電子、半導體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟，形成了建立了汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟，形成了AUTOSARAUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）標準，簡化了

29、（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）標準，簡化了開發(fā)流程并使開發(fā)流程并使ECUECU軟件具有復用性，是控制器軟件具有復用性，是控制器開發(fā)的一個趨勢。開發(fā)的一個趨勢。39 2. 2. 我國發(fā)展現(xiàn)狀我國發(fā)展現(xiàn)狀 “863”863”計劃中我國整車控制器主要是以高校為依托進行計劃中我國整車控制器主要是以高校為依托進行研究，如清華大學、同濟大學、北京理工大學等，目前已研究，如清華大學、同濟大學、北京理工大學等，目前已初步掌握了整車控制器的軟、硬件開發(fā)能力。產(chǎn)品功能較初步掌握了整車控制器的軟、硬件開發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿足電動汽車需求，已經(jīng)應(yīng)用到樣車及為完備，基本可以滿足電動汽車需求，已經(jīng)應(yīng)用到樣車及小批量

30、產(chǎn)品上。部分整車企業(yè)與國外公司進行合作，如小批量產(chǎn)品上。部分整車企業(yè)與國外公司進行合作，如FEVFEV、RICARDORICARDO。通過聯(lián)合開發(fā)，吸收國外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗，。通過聯(lián)合開發(fā)，吸收國外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗，增強自主開發(fā)能力。目前各廠家基本掌握整車控制器開發(fā)增強自主開發(fā)能力。目前各廠家基本掌握整車控制器開發(fā)技術(shù)，但技術(shù)積累有限，水平參差不齊。技術(shù)，但技術(shù)積累有限，水平參差不齊。40 我國控制器硬件水平與國外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)我國控制器硬件水平與國外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)化能力相對不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動汽車化能力相對不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動汽車產(chǎn)品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應(yīng)商

31、。產(chǎn)品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應(yīng)商。另外，控制器基礎(chǔ)硬件、開發(fā)工具等基本依賴進另外，控制器基礎(chǔ)硬件、開發(fā)工具等基本依賴進口?？?。 總體來講，控制器產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力與總體來講，控制器產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力與國外仍有較大差距。國外仍有較大差距。41 3. 3. 我國整車控制器存在的主要問題我國整車控制器存在的主要問題 (1)(1)應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實現(xiàn)，軟件診斷應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實現(xiàn)，軟件診斷功能、整車安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化功能、整車安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化和提高。和提高。 (2)(2)我國電動汽車處于樣車研發(fā)和示范運行階段，我國電動汽車處于樣

32、車研發(fā)和示范運行階段，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器設(shè)計水平。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器設(shè)計水平。42 (3)(3)部分企業(yè)能根據(jù)部分企業(yè)能根據(jù)V V型開發(fā)流程（一種軟件和產(chǎn)型開發(fā)流程（一種軟件和產(chǎn)品開發(fā)工具）引進相關(guān)的設(shè)備和軟件，普遍使用品開發(fā)工具）引進相關(guān)的設(shè)備和軟件，普遍使用通用開發(fā)工具進行二次開發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前通用開發(fā)工具進行二次開發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前期開發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務(wù)的工具，期開發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務(wù)的工具，不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。43 (4)(4)國內(nèi)企業(yè)能夠完成整車控制器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，國內(nèi)企業(yè)能夠完成整車控制器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)

33、計，但由于我國芯片集成力量比較薄弱，制造能力較但由于我國芯片集成力量比較薄弱，制造能力較差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間。差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間。44 (5)(5)目前各整車企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議定目前各整車企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議定義互不相同，造成控制器之間的通用性和復用性義互不相同，造成控制器之間的通用性和復用性差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化。45第三節(jié)第三節(jié) 混合動力汽車混合動力汽車 一、混合動力汽車的特點一、混合動力汽車的特點 二、混合動力汽車的類型二、混合動力汽車的類型46 一、混合動力汽車的特點一、混合動力汽車的特點

34、同時擁有燃油驅(qū)動系統(tǒng)和電驅(qū)動系統(tǒng)。同時擁有燃油驅(qū)動系統(tǒng)和電驅(qū)動系統(tǒng)。 低排放、低噪聲、省油，有一定的續(xù)駛里低排放、低噪聲、省油，有一定的續(xù)駛里程。程。首頁返回章返回節(jié)47 二、混合動力汽車的類型二、混合動力汽車的類型 1.串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng) 發(fā)動機帶動發(fā)電機，電能在控制器的調(diào)節(jié)發(fā)動機帶動發(fā)電機，電能在控制器的調(diào)節(jié)下帶動電動機運轉(zhuǎn)以驅(qū)動車輪。下帶動電動機運轉(zhuǎn)以驅(qū)動車輪。 發(fā)動機始終在熱效率高而排放較低的單一發(fā)動機始終在熱效率高而排放較低的單一最佳工況行運轉(zhuǎn)。最佳工況行運轉(zhuǎn)。首頁返回章返回節(jié)48 發(fā)電機發(fā)出的功率超過電機（驅(qū)動車輛）發(fā)電機發(fā)出的功率超過電機（驅(qū)動車輛）的需要時（減

35、速、低速行駛或短時間停車的需要時（減速、低速行駛或短時間停車等），多余的電能向蓄電池充電。等），多余的電能向蓄電池充電。 發(fā)電機發(fā)出的功率低于電機（驅(qū)動車輛）發(fā)電機發(fā)出的功率低于電機（驅(qū)動車輛）的需要時（起步、加速、爬坡、高速行駛的需要時（起步、加速、爬坡、高速行駛等），蓄電池向電機提供額外的電能，補等），蓄電池向電機提供額外的電能，補充發(fā)電機功率的不足。充發(fā)電機功率的不足。首頁返回章返回節(jié)49燃料燃料原動機原動機發(fā)電機發(fā)電機控控制制器器電機電機驅(qū)動橋驅(qū)動橋電池組電池組串聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)串聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)首頁返回章返回節(jié)50 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點：串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點： 1 1）發(fā)

36、動機工作狀態(tài)不受車輛行駛工況的影）發(fā)動機工作狀態(tài)不受車輛行駛工況的影響，始終在最佳的工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行，響，始終在最佳的工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行，因此，發(fā)動機具有良好的經(jīng)濟性和低的排因此，發(fā)動機具有良好的經(jīng)濟性和低的排放性能。放性能。 2 2）發(fā)動機與電機之間無機械連接，整車的）發(fā)動機與電機之間無機械連接，整車的結(jié)構(gòu)布置自由度大。結(jié)構(gòu)布置自由度大。 3 3）由于電機的功率大，制動能量回收的潛）由于電機的功率大，制動能量回收的潛力大，從而提高能量效率。力大，從而提高能量效率。首頁返回章返回節(jié)51 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的缺點：串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的缺點： 1 1）發(fā)電機將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽┌l(fā)電機將

37、發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，電機又將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，電池的充電電機又將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，電池的充電和放電都有能量損失，因此，發(fā)動機輸出和放電都有能量損失，因此，發(fā)動機輸出的能量利用率較低。的能量利用率較低。 2 2）電機是唯一驅(qū)動汽車行駛的動力裝置，）電機是唯一驅(qū)動汽車行駛的動力裝置，因此，其功率要足夠大。蓄電池既要滿足因此，其功率要足夠大。蓄電池既要滿足驅(qū)動的要求，又要滿足吸收能量的要求，驅(qū)動的要求，又要滿足吸收能量的要求，需要較大的電池容量。所以電機和電池的需要較大的電池容量。所以電機和電池的體積和重量都比較大，使整車的重量較大。體積和重量都比較大，使整車的重量較大。首頁返回章返回節(jié)52

38、2.2.并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng) 發(fā)動機和電動機可以分別獨立地向汽車的發(fā)動機和電動機可以分別獨立地向汽車的驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，也可以一起協(xié)調(diào)工作，驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，也可以一起協(xié)調(diào)工作，共同驅(qū)動。共同驅(qū)動。 改進了串聯(lián)系統(tǒng)最大功率不足的缺陷。改進了串聯(lián)系統(tǒng)最大功率不足的缺陷。首頁返回章返回節(jié)53蓄電池組蓄電池組發(fā)動機發(fā)動機電機電機驅(qū)動橋驅(qū)動橋變速器變速器單軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)單軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)控制器控制器首頁返回章返回節(jié)54發(fā)動機發(fā)動機變速器變速器驅(qū)動橋驅(qū)動橋雙軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)雙軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)齒齒輪輪系系蓄電池組蓄電池組電機電機變速器變速器首頁返回章返回節(jié)55并聯(lián)式混合動

39、力電動汽車的特點：并聯(lián)式混合動力電動汽車的特點： 發(fā)動機通過機械傳動直接驅(qū)動汽車，無機發(fā)動機通過機械傳動直接驅(qū)動汽車，無機- -電能量電能量轉(zhuǎn)換損失，發(fā)動機輸出能量的利用率相對較高。轉(zhuǎn)換損失，發(fā)動機輸出能量的利用率相對較高。 當電機僅起功率當電機僅起功率“調(diào)峰調(diào)峰”作用時，電機、發(fā)動機作用時，電機、發(fā)動機的功率可適當減小，電池的容量也可減小。的功率可適當減小，電池的容量也可減小。 市區(qū)行駛時，可關(guān)閉發(fā)動機，污染小，但需電池市區(qū)行駛時，可關(guān)閉發(fā)動機，污染小，但需電池的容量大。的容量大。 傳動機構(gòu)較復雜。傳動機構(gòu)較復雜。 發(fā)動機的運行工況會受車輛行駛工況的影響，發(fā)發(fā)動機的運行工況會受車輛行駛工況的

40、影響，發(fā)動機有可能不在最佳工作區(qū)域內(nèi)運行，油耗和排動機有可能不在最佳工作區(qū)域內(nèi)運行，油耗和排放不如串聯(lián)混合動力系統(tǒng)。放不如串聯(lián)混合動力系統(tǒng)。首頁返回章返回節(jié)56 3.3.串并聯(lián)靈活驅(qū)動式混合動力系統(tǒng)串并聯(lián)靈活驅(qū)動式混合動力系統(tǒng) 通過一種行星齒輪系統(tǒng)組成的動力分配裝通過一種行星齒輪系統(tǒng)組成的動力分配裝置，將整個系統(tǒng)耦合在一起，根據(jù)行駛工置，將整個系統(tǒng)耦合在一起，根據(jù)行駛工況靈活采取串聯(lián)或并聯(lián)方式，以達到熱效況靈活采取串聯(lián)或并聯(lián)方式，以達到熱效率最高、排氣污染最低的效果。率最高、排氣污染最低的效果。 起步或低負荷時由電池電能驅(qū)動，勻速行起步或低負荷時由電池電能驅(qū)動，勻速行駛時由發(fā)動機驅(qū)動，加速行駛

41、時發(fā)動機和駛時由發(fā)動機驅(qū)動，加速行駛時發(fā)動機和電池共同提供動力。電池共同提供動力。 停車或滑行時，發(fā)動機帶動發(fā)電機向電池停車或滑行時，發(fā)動機帶動發(fā)電機向電池充電，制動和減速時通過能量回收系統(tǒng)向充電，制動和減速時通過能量回收系統(tǒng)向電池充電。電池充電。首頁返回章返回節(jié)57發(fā)動機發(fā)動機功率分流裝置功率分流裝置發(fā)電機發(fā)電機控制器控制器電池電池傳動系傳動系驅(qū)動橋驅(qū)動橋電機電機混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)首頁返回章返回節(jié)58電電機機發(fā)動機發(fā)動機逆變器逆變器蓄電池蓄電池發(fā)電機發(fā)電機 豐田豐田Prius的的THS混合動力系統(tǒng)混合動力系統(tǒng)12645378Toyota Hybrid System起

42、步：起步：8-1-2-3-4起動：起動：8-1-7-6-5起動后：起動后：5-6-7-1-8正常行駛：正常行駛：不發(fā)電不發(fā)電5-6-3-4 發(fā)電發(fā)電5-6-3-4；5-6-7-1-8 或或5-6-7-1-2 低速行駛：發(fā)動機關(guān)閉，低速行駛：發(fā)動機關(guān)閉，8-1-2-3-4加速或爬坡：混合驅(qū)動加速或爬坡：混合驅(qū)動5-6-3-4；8-1-2-3-4減速行駛：發(fā)動機關(guān)閉減速行駛：發(fā)動機關(guān)閉4-3-2-1-8靜止：靜止：5-6-7-1-8首頁返回章返回節(jié)59第四節(jié)第四節(jié) 燃料電池汽車技術(shù)燃料電池汽車技術(shù) 1.1.概述概述 2.2.燃料電池的種類及特點燃料電池的種類及特點 3.3.車用燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)車

43、用燃料電池的關(guān)鍵技術(shù) 4.4.燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成及發(fā)電原理燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成及發(fā)電原理60 1.1.概述概述 第一個發(fā)現(xiàn)燃料電池原理的英國人第一個發(fā)現(xiàn)燃料電池原理的英國人William William Grove Grove 爵士是一位律師和業(yè)余科學愛好者。爵士是一位律師和業(yè)余科學愛好者。 18391839年在一次電解實驗中，觀察到把電解年在一次電解實驗中，觀察到把電解器中兩個電極連到一起時，有電流反向流器中兩個電極連到一起時，有電流反向流過，同時消耗氫氣和氧氣。過，同時消耗氫氣和氧氣。首頁返回章返回節(jié)61 第一個實用的燃料電池是第一個實用的燃料電池是19501950年由化學工年由化學工程師程

44、師Francis BaconFrancis Bacon在劍橋大學研制出來的。在劍橋大學研制出來的。 2020世紀世紀6060年代，美國年代，美國IFCIFC公司為阿波羅登月公司為阿波羅登月飛船制造一套燃料電池裝置，以提供電力飛船制造一套燃料電池裝置，以提供電力和宇航員的飲用水。和宇航員的飲用水。 該燃料電池可連續(xù)提供該燃料電池可連續(xù)提供1.5kw1.5kw的電力，工作的電力，工作超過超過10000h10000h，累計完成，累計完成1818次使命沒有出過次使命沒有出過問題。問題。首頁返回章返回節(jié)62 1 1）燃料電池汽車的特點）燃料電池汽車的特點 燃料電池汽車（燃料電池汽車（Fuel Cell

45、VehicleFuel Cell Vehicle）以氫）以氫氣為燃料，與氧氣發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生電氣為燃料，與氧氣發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生電能啟動電動機，進而驅(qū)動汽車。能啟動電動機，進而驅(qū)動汽車。 燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率極高，理論上其化燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率極高，理論上其化學能轉(zhuǎn)化效率可達學能轉(zhuǎn)化效率可達100%100%，實際效率已達，實際效率已達60%60%80%80%。是普通內(nèi)燃機熱效率的。是普通內(nèi)燃機熱效率的2 23 3倍。倍。 克服了蓄電池續(xù)駛里程低的缺點。克服了蓄電池續(xù)駛里程低的缺點。首頁返回章返回節(jié)63 2 2）燃料電池的發(fā)展及展望）燃料電池的發(fā)展及展望 19971997年戴年戴克公司與巴拉德

46、動力系統(tǒng)公司克公司與巴拉德動力系統(tǒng)公司聯(lián)合，投資聯(lián)合，投資3.33.3億美元進行開發(fā)。億美元進行開發(fā)。 隨后豐田和通用宣布聯(lián)合開發(fā)燃料電池汽隨后豐田和通用宣布聯(lián)合開發(fā)燃料電池汽車。車。首頁返回章返回節(jié)64 2.2.燃料電池的種類及特點燃料電池的種類及特點燃料電池是一種把儲存在燃料和氧化劑中燃料電池是一種把儲存在燃料和氧化劑中的化學能，等溫地按化學原理轉(zhuǎn)化為電能的化學能，等溫地按化學原理轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。的能量轉(zhuǎn)換裝置。 燃料電池由含氧化劑的陽極、陰極和離子燃料電池由含氧化劑的陽極、陰極和離子導電的電解質(zhì)構(gòu)成。燃料在陽極氧化，氧導電的電解質(zhì)構(gòu)成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽

47、極通過負載流化劑在陰極還原，電子從陽極通過負載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動負載向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電能而驅(qū)動負載工作。工作。首頁返回章返回節(jié)65 燃料電池與常規(guī)電池不同的是，它工作時燃料電池與常規(guī)電池不同的是，它工作時需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，通過電化學反應(yīng)生產(chǎn)水并釋放電能。劑，通過電化學反應(yīng)生產(chǎn)水并釋放電能。只要保持燃料供應(yīng)，電池就會不斷工作。只要保持燃料供應(yīng)，電池就會不斷工作。首頁返回章返回節(jié)66 種類：堿性燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電種類：堿性燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池，直接甲醇燃料電池，磷酸燃料電池，池，直接甲醇燃料電池，磷酸燃

48、料電池，熔融碳酸鹽燃料電池，固體氧化物燃料電熔融碳酸鹽燃料電池，固體氧化物燃料電池等。池等。首頁返回章返回節(jié)67 燃料電池的主要類型燃料電池的主要類型電池電池類型類型工作工作溫度溫度燃燃料料氧化氧化劑劑電解電解質(zhì)質(zhì)效率效率特點特點技術(shù)狀態(tài)及技術(shù)狀態(tài)及應(yīng)用應(yīng)用堿性堿性燃料燃料電池電池（AFC）室室溫溫200純純氫氫純氧純氧水氧水氧化鉀化鉀50 能量轉(zhuǎn)化率高，能量轉(zhuǎn)化率高，高比功率、比高比功率、比能量，不適合能量，不適合地面使用地面使用高度發(fā)展，高度發(fā)展，航天中已應(yīng)航天中已應(yīng)用用質(zhì)子質(zhì)子交換交換膜燃膜燃料電料電池池（PEMFC）室室溫溫200純純氫氫氧氣、氧氣、空氣空氣陽離陽離子交子交換膜換膜50

49、（60%80%）可室溫快速啟可室溫快速啟動，無電解液動，無電解液流失，水易排流失，水易排出，壽命長，出，壽命長，比功率與比能比功率與比能量高量高高度發(fā)展，高度發(fā)展，適用于分散適用于分散電站、電動電站、電動車、潛艇推車、潛艇推動、各種移動、各種移動電源、家動電源、家庭動力源。庭動力源。已有樣車，已有樣車，需降低成本需降低成本首頁返回章返回節(jié)68電池電池類型類型工作工作溫度溫度燃料燃料氧化氧化劑劑電解質(zhì)電解質(zhì)效率效率特點特點技術(shù)狀態(tài)及技術(shù)狀態(tài)及應(yīng)用應(yīng)用直接直接燃料燃料電池電池（DMFC）室室溫溫200CH3OH空氣空氣 磷酸載磷酸載體離子體離子交換膜交換膜40能量轉(zhuǎn)化率能量轉(zhuǎn)化率高，高比功高，高比

50、功率、比能量，率、比能量，不適合地面不適合地面使用使用適用于手機、適用于手機、筆記本電腦筆記本電腦磷酸磷酸燃料燃料電池電池（PAFC）100200重整氣重整氣天然氣、天然氣、氫氫空氣空氣 磷酸水磷酸水溶液溶液4050建分散電站建分散電站運行可靠度運行可靠度高，啟動時高，啟動時間長，成本間長，成本高（高（2500歐歐元元/kw），），余熱利用價余熱利用價值低值低高度發(fā)展，高度發(fā)展，適用于特殊適用于特殊需求、區(qū)域需求、區(qū)域性分散電站，性分散電站，目前商業(yè)上目前商業(yè)上已可得到已可得到200kw的系的系統(tǒng)統(tǒng)首頁返回章返回節(jié)69電池電池類型類型工作工作溫度溫度燃料燃料氧化氧化劑劑電解質(zhì)電解質(zhì)效率效率特點

51、特點技術(shù)狀態(tài)及技術(shù)狀態(tài)及應(yīng)用應(yīng)用熔融熔融碳酸碳酸鹽燃鹽燃料電料電池池（MCFC）600700凈化煤凈化煤氣、重氣、重整氣、整氣、天然氣天然氣空氣空氣 磷酸鋰磷酸鋰碳酸碳酸55具有建分散具有建分散電站的優(yōu)勢，電站的優(yōu)勢，余熱利用價余熱利用價值高值高適宜建區(qū)域適宜建區(qū)域性分散電站，性分散電站，需延長壽命，需延長壽命，可靠性和腐可靠性和腐蝕性有待解蝕性有待解決決固體固體氧化氧化物燃物燃料電料電池池（SOFC）8001000凈化煤凈化煤氣、天氣、天然氣然氣空氣空氣 氧化鋯氧化鋯陶瓷陶瓷50全固體結(jié)構(gòu)，全固體結(jié)構(gòu)，無腐蝕和液無腐蝕和液體流失，壽體流失，壽命長。但工命長。但工作溫度高作溫度高適宜建大、適宜

52、建大、中型電站，中型電站，分散電站，分散電站，原料與成本原料與成本仍需研究仍需研究首頁返回章返回節(jié)70 3.3.車用燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)車用燃料電池的關(guān)鍵技術(shù) 1 1）質(zhì)子交換膜（）質(zhì)子交換膜（PEMPEM） 是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心材料。是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心材料。 當前研究主要包括提高膜的質(zhì)子交換容量。當前研究主要包括提高膜的質(zhì)子交換容量。降低膜厚度以減小電阻，降低膜的制作成降低膜厚度以減小電阻，降低膜的制作成本以延長膜的使用壽命等。本以延長膜的使用壽命等。 目前應(yīng)用最多的全氟磺酸型離子聚合物材目前應(yīng)用最多的全氟磺酸型離子聚合物材料，如杜邦的料，如杜邦的NafionNafion、日本的

53、、日本的AsahiAsahi等，等， 800800/m/m2 2，價格昂貴。，價格昂貴。首頁返回章返回節(jié)71 2 2）電極催化劑）電極催化劑 目前主要采用鉑（目前主要采用鉑（PtPt）為催化劑，對于電）為催化劑，對于電池電壓的提高非常重要。池電壓的提高非常重要。 價格昂貴，會中毒而失去催化作用。價格昂貴，會中毒而失去催化作用。 研究重點：一是提高研究重點：一是提高PtPt的利用率（目前只的利用率（目前只有有20%20%），減少單位面積電極的使用量，增），減少單位面積電極的使用量，增強抗強抗COCO中毒、抗衰老能力；一是尋找高效中毒、抗衰老能力；一是尋找高效廉價的廉價的PtPt替代品。替代品。首頁返回章返回節(jié)72 3 3）雙極板）雙極板 現(xiàn)現(xiàn)PEMFCPEMFC廣泛采用無孔石墨板，但制作工藝廣泛采用無孔石墨板，但制作工藝和機械加工工藝復雜，成本較高。和機械加工工藝復雜，成本較高。 關(guān)鍵是材料的選擇（耐腐蝕性、導電性好，關(guān)鍵是材料的選擇（耐腐蝕性、導電性好，接觸阻力小，重量輕及價格低廉）、流體接觸阻力小，重量輕及價格低廉）、流體流動的流場設(shè)計及其加工技術(shù)。流動的流場設(shè)計及其加工技術(shù)。首頁返回章返回節(jié)73 4 4）燃料電池的組裝）燃料電池的組裝 單個電堆輸出的電壓較小，需多個組裝。單個電堆輸出的電壓較小，需多個組裝。 選擇合適的電路連接方式，使內(nèi)阻最低且選擇合適的電路連接方