第章-新能源汽車(chē)的動(dòng)力

第2章新能源汽車(chē)的動(dòng)力2.1動(dòng)力電源2.2燃料電池動(dòng)力2.3混合動(dòng)力2.1動(dòng)力電源動(dòng)力電源主要針對(duì)電源的儲(chǔ)能方式進(jìn)行分類(lèi)的，目前動(dòng)力電源的儲(chǔ)能技術(shù)主要有化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三大類(lèi)?；瘜W(xué)儲(chǔ)能通過(guò)提升化學(xué)材料的應(yīng)用范圍，提高能量密度，主要的電化學(xué)儲(chǔ)能電池有鉛酸電池、鎳基電池、鋰離子電池、鈉硫電池、鋅空電池和超級(jí)電容器等。物理儲(chǔ)能主要是指抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。典型的物理儲(chǔ)能的動(dòng)力電源如飛輪電池。電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)線(xiàn)圈和超級(jí)電容器等。超導(dǎo)儲(chǔ)能采用超導(dǎo)體材料制成線(xiàn)圈，利用電流流過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)儲(chǔ)存電能。1.鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池又稱(chēng)為鉛酸水電池，其電極由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液為硫酸的水溶液，一個(gè)單格鉛酸電池的標(biāo)稱(chēng)電壓是2.0V，能放電到1.5V、充電到2.4V。在應(yīng)用中，經(jīng)常用6個(gè)單格鉛酸電池串聯(lián)起來(lái)組成標(biāo)稱(chēng)是12V的鉛酸電池。此外，還有24V、36V和48V等規(guī)格2.鎳基電池鎳基電池主要包括鎳鎘、鎳鋅和鎳氫三種。鎳鎘電池的比能量可達(dá)55Wh／kg，比功率超過(guò)190W／kg，可快速充電，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)(＞2000次)，自放電率低(＜0.5％／天)，但成本高(約為鉛酸電池的2-4倍)，動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)的方式電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽(yáng)極和金屬極板構(gòu)成的燃料化釔穩(wěn)定氧化鋯那樣的陶瓷給氧離子通電的電解質(zhì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)以機(jī)械能疊加的方式鉛酸蓄電池又稱(chēng)為鉛酸水電池，其電極由鉛和鉛的在應(yīng)用中，經(jīng)常用6個(gè)單格鉛酸電池串聯(lián)起8-水蒸氣由出口排出；混合動(dòng)力系統(tǒng)有四種基本構(gòu)型，即串聯(lián)式、并聯(lián)式、鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽(yáng)極和陰極，Beta-氧化步、加速所需轉(zhuǎn)矩，將車(chē)輛制動(dòng)能量回收并返回儲(chǔ)混合動(dòng)力新能源汽車(chē)將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和一定根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，可以分為液190W／kg，可快速充電，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)(＞2000第2章新能源汽車(chē)的動(dòng)力可分為前置式(電機(jī)在變速器前)單軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)和后置3.鋰離子電池根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類(lèi)鋰離子電池工作原理4.鈉硫蓄電池鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽(yáng)極和陰極，Beta-氧化鋁陶瓷同時(shí)起隔膜和電解質(zhì)的雙重作用。鈉硫電池結(jié)構(gòu)及工作原理5.鋅空電池鋅空電池靠金屬鋅和空氣在特種電解質(zhì)作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲得電能.6.飛輪電池飛輪電池是20世紀(jì)90年代才提出的新概念，其突破了化學(xué)電池的局限，采用物理方法的飛輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。7.超級(jí)電容器超級(jí)電容器不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲(chǔ)存電能。但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的2.2燃料電池燃料電池的原理是一種電化學(xué)裝置，組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極，正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。2.2.1主要類(lèi)型按工作溫度不同，燃料電池可分為低溫燃料電池和高溫燃料電池（亦稱(chēng)為面向高質(zhì)量排氣而進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)的燃料電池）兩大類(lèi)。按燃料的處理方式的不同，可分為直接式、間接式和再生式。2.2.2常見(jiàn)的幾種燃料電池1.質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池的單電池由陽(yáng)極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽(yáng)極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。2.固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，由用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯那樣的陶瓷給氧離子通電的電解質(zhì)和由多孔質(zhì)給電子通電的燃料及空氣極構(gòu)成。3.熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽(yáng)極和金屬極板構(gòu)成的燃料電池4.堿性燃料電池堿性燃料電池以碳為電極,使用氫氧化鉀為電解質(zhì)，操作溫度約為100℃～250℃通過(guò)氫和氧之間的氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)電力堿性燃料電池工作原理1-氫氣流入；2-產(chǎn)生電子及水；3-電子經(jīng)由外電路流回陰極；4-氧氣流入與水及電子反應(yīng)形成氫氧根離子；5-陰極；6-電解質(zhì)；7-陽(yáng)極；8-水蒸氣由出口排出；9-氫氧根離子流回陽(yáng)極四種燃料電池的比較PEMFCPAFCMCFCSOFC電解質(zhì)材料交換膜磷酸鹽碳酸鋰，碳酸鈉，碳酸穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)移動(dòng)離子H+H+CO32-O2-使用模式膜在基質(zhì)中浸漬在基質(zhì)中浸漬或粘貼薄膜、薄板催化劑鉑鉑無(wú)無(wú)反應(yīng)陽(yáng)極H2→2H++2e-H2+2OH-→2H2O+e-H2+CO32-→H2O+CO2+2e-H2+O2-→H2O+2e-陰極O2+2H++2e-→H2OO2+2H++2e-→H2OO2+CO2+2e-→CO32-O2+2e-→O2-運(yùn)行溫度（℃）80-100150-200600-700700-1,000燃料氫氫氫、一氧化碳?xì)?、一氧化碳發(fā)電效率（%）30-4040-4550-6550-70燃料電池城市客車(chē)2.3混合動(dòng)力混合動(dòng)力新能源汽車(chē)將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和一定容量的儲(chǔ)能器件（主要是高性能電池或超級(jí)電容器）與先進(jìn)控制系統(tǒng)相組合，用電動(dòng)機(jī)補(bǔ)充提供車(chē)輛起步、加速所需轉(zhuǎn)矩，將車(chē)輛制動(dòng)能量回收并返回儲(chǔ)能器件存儲(chǔ)，以此大幅度降低油耗和減少污染物排放?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)有四種基本構(gòu)型，即串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和插電式混合動(dòng)力2.3.1串聯(lián)式混合動(dòng)力串聯(lián)式混合動(dòng)力包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成，它們之間以串聯(lián)的方式組成動(dòng)力單元系統(tǒng)，工作時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,電能通過(guò)控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī),由電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。小負(fù)荷時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)再驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。2.3.2并聯(lián)式混合動(dòng)力并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和電機(jī)布置型式的不同，分為雙軸并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)和單軸并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)兩種。1.雙軸并聯(lián)混合動(dòng)力總成構(gòu)型雙軸并聯(lián)式混合動(dòng)力總成，根據(jù)動(dòng)力合成裝置在變速器的前與后，可分為前置式(動(dòng)力合成裝置在變速器前)雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)和后置式(動(dòng)力合成裝置在變速器后)雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)2.單軸并聯(lián)混合動(dòng)力總成構(gòu)型單軸并聯(lián)式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是指發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)同軸聯(lián)接和布置的結(jié)構(gòu)，根據(jù)電機(jī)在變速器的前與后，可分為前置式(電機(jī)在變速器前)單軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)和后置式(電機(jī)在變速器后)單軸并聯(lián)結(jié)構(gòu).2.3.3混聯(lián)式混合動(dòng)力混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)以機(jī)械能疊加的方式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛，但驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)串聯(lián)于發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間。2.3.4插電式混合動(dòng)力插電式混合動(dòng)力串聯(lián)式系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電