新能源汽車實訓指導書

圖一圖二1《能源汽車應用技術》課程——能源汽車構造與工況實訓指導書一、試驗目的與要求通過試驗,;通過試驗,學生應把握油-電混合動力汽沁能源汽車車動力總成及其主要部件的構造與功能;通過試驗,學生應了解油-電混合動力汽車運行工況,分析汽油機子系統(tǒng)和電機子系統(tǒng)自動交替工作的運行狀態(tài),總結其特點。二、試驗的主要儀器設備2007PSHEV油-1臺;NJLGPE-021套。1豐田普瑞斯油-2燃料電池仿真實訓系統(tǒng)平臺PRIUS-2007PSHEV油-1:THS混合動力系統(tǒng)(ToyotaHybridSystem);1.5L51.5kW;500V永磁無刷電機功率33kW;電動/發(fā)電機為永磁溝通同步電機;201V鎳-氫動力電池重75kg(由250個單體電池串連,1.2V);1240kg;160km/h;3.61L/100km。PEMFC為測控對象,承受LabVIEW進展軟件設計,利用該平臺可以呈現燃料電池的工作原理,測試燃料電池堆的性能和運行狀態(tài),全面監(jiān)測各種參數與電池堆性能之間的關系,通過掌握單元掌握電池實際運行所需的工作條件。實訓系統(tǒng)包括:風冷型質子交換膜燃料電池堆、供氣單元、電力電子轉換單元、掌握單元、負載試驗單元、系統(tǒng)掌握分析軟件六局部。三、根底學問能源汽車是指承受格外規(guī)的車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)的車用燃料、承受型車載動力裝置),綜合車輛的動力掌握和驅動方面的先進技術,形成的技術原理先進、具有技術、構造的汽車。能源汽車包括混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEV,包括太陽能汽車)、燃料電池電動汽車(FCEV)、氫發(fā)動機汽車、其他能源(如高效儲能器、二甲醚)汽車等各類別產品。質子交換膜燃料電池的原理質子交換膜燃料電池,簡稱PEMFC,由于它適用范圍廣,無需特別的運行條件,牢靠性高等特點,使得它成為目前全球進展最快速的一種燃料電池。PEMFC它 由雙極板(流場板)、 集中電極、和膜組成 一個單電池,它的結 構如圖3所示。3質子交換膜燃料電池單電池構造原 理圖圖4質子交換膜燃料電池電堆雙極板常用的材料有石墨板和改性金屬板,在雙擊板的兩側分別加工有燃料和氧化劑的流場,流場主要是引導反響劑在電池氣室內的流淌,確保整個電極反響劑的均勻分布并排誕生成物。另外,雙擊板還具有傳輸電流和阻氣作用。集中電極分為兩局部,集中層和催化層。集中層一般以碳紙或碳布為基底,并涂以具有疏水功能的聚四氟乙烯(PTFE),使其具有多孔構造。它的功能是支撐催化層、導電及為氣體集中和生成水排出供給通道。催化層是由催化劑Pt/C(或其它形式的催化劑)和(或)疏水性的PTEF構成,它分別是燃料和氧化劑發(fā)生電化學反響的場所。膜 是電池的關鍵部件, 目前主要承受全氟磺 酸型質子交換膜 (Nafion膜)其主要 擔當水合H+的傳輸。 并隔離陰陽極的燃料 和氧化劑。單電池輸出 功率取決于單電池的 輸出電壓和工作電 流由于單電池往往功 率較小,無法直接驅動 負載,在實際應用中都 是由多個單電池串聯 構成不同等級功率的 電堆,以適應不同負載的需要。電堆功率的大小由單電池的個數和功率打算。圖4為實際電堆照片圖。PEMFC5所示。5質子交換膜燃料電池的工作原理圖燃料H2和氧化劑O2(或空氣)分別送入陽極和陰極流道,H2和氧化劑分別通過陽極和陰極集中層到達各自的催化層,陽極H2在催化劑的作用下發(fā)生電極反響:222HHeHeat+-++生成的H+穿過電解質膜到達陰極,同時產生的電子經過外電路也到達陰極。此時陰極的氧化劑同樣在Pt催化劑作用下和H+及電子發(fā)生反響生成水,水通過電極隨反響尾氣排出。陰極反響式為:221222HeOHOHeat+-++總化學反響為:22212HOHOHeatElectricalenergy+?++PEMFC具有以下主要特點:可在室溫條件下運行,并啟動快速。能量轉化效率高。效率高達50%-60%,通過對余熱的二次利用,總效率可高達80%-85%,是2-3倍。無污染,可實現零排放。工作過程的唯一產物是水。運行噪聲低,牢靠性高。無機械運動部件,工作時僅有氣體和水的流淌。本錢高(目前主要表現為材料價格昂貴)?；旌蟿恿ζ嚮旌蟿恿κ侵改切┏惺軅鹘y(tǒng)燃料的,同時配以電動機/發(fā)動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。依據燃料種類的不同,主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。目前國內市場上,混合動力車輛的主流都是汽油混合動力,而國際市場上柴油混合動力車型進展也很快。混合動力汽車的優(yōu)點是:(1)承受混合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率,此時處于油耗低、污染少,由電池來補充;負荷少時,充裕的功率可發(fā)電給電池充電,由于內燃機可持續(xù)工作,電池又可以不斷得到充電,故其行程和一般汽車一樣。(2)由于有了電池,可以格外便利地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。在繁華市區(qū),可關停內燃機,由電池單獨驅動,實現“零”排放。有了內燃機可以便利地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。(5)可以利用現有的加油站加油,不必再投資。(6)可讓電池保持在良好的工作狀態(tài),不發(fā)生過充、過放,延長使用壽命,降低本錢?；旌蟿恿ζ嚨娜秉c:長距離高速行駛根本不能省油?；旌蟿恿ζ嚨年P鍵是混合動力系統(tǒng),它的性能直接關系到混合動力汽車整車性能。經過十多年的進展,混合動力系統(tǒng)總成已從原來發(fā)動機與電機離散構造向發(fā)動機電機和變速箱一體化構造進展,,可分為串聯式、并聯式和混聯式等三種。串聯式動力由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三局部動力總成組成,它們之間用串聯方式組成SHEV動力單元系統(tǒng),發(fā)動機驅動發(fā)電機發(fā)電,電能通過掌握器輸送到電池或電動機,由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時由電池驅動電動機驅動車輪,大負荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅動電動機。當車輛處于啟動、加速、爬坡工況時,發(fā)動機、電動機組和電池組共同向電動機供給電能;,則由電池組驅動電動機,當電池組缺電時則由發(fā)動機-發(fā)電機組向電池組充電。串聯式構造適用于城市內頻繁起步和低速運行工況,可以將發(fā)動機調整在最正確工況點四周穩(wěn)定運轉,通過調整電池和電動機的輸出來到達調整車速的目的。使發(fā)動機避開了怠速和低速運轉的工況,從而提高了發(fā)動機的效率,削減了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換,機械效率較低。并聯式裝置的發(fā)動機和電動機共同驅動汽車,發(fā)動機與電動機分屬兩套系統(tǒng),可以分別獨立地向汽車傳動系供給扭矩,在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動。當汽車加速爬坡時,電動機和發(fā)動機能夠同時向傳動機構供給動力,一旦汽車車速到達巡航速度,汽車將,又稱為電動-發(fā)電機組。由于沒有單發(fā)動機可以直接通驅動車輪,這種裝置的汽車驅動系統(tǒng),機與一般汽車差不多,泛的應用?；炻撌窖b置包含并聯式的特點。動發(fā)動機、發(fā)電機和助力裝置不同,它又為主和電機為主兩為主的形式中,發(fā)動力源,電機為關心動為主的形式中,發(fā)動動力源,電機為主動的優(yōu)點是掌握便利,比較簡單。四、試驗的內容與電混合驗內容豐田混聯式油-汽車動力總成的及的構造與功能。

獨的發(fā)電機,過傳動機構更接近傳統(tǒng)械效率損耗得到比較廣了串聯式和力系統(tǒng)包括依據分為發(fā)動機機作為主動力源以電機機作為關心缺點是構造方法、步驟動力汽車實電混合動力其主要部件圖6豐田普瑞斯THSII混和動力系統(tǒng)構造圖①THSII構造-發(fā)動機1NZ-FXE阿特金森式直列/416氣門雙頂置凸輪軸1.5升汽油發(fā)動機。②THSII構造-驅動橋500V電動機,發(fā)電機,行星齒輪,減速齒輪和主減速齒輪。使用連續(xù)變速傳動裝置,到達操作的平滑性和安靜性。7THSII構造-發(fā)動機圖8THSII構造-驅動橋構-HV

9THSII結電池圖電池承受減輕重量,安裝位于后備箱內后排座位下。④THSII構造-變頻器

10THSII構造-變③THSII構造-HV201.6V 直流HV閉的鎳- 氫(Ni-MH)蓄電池以變頻作用:直流?溝通高電壓;變壓作用:200V500V;直流-直流轉換:直流200V12V;A/C變頻器:DC→AC驅動,A/C壓縮機。觀看混聯式油-電混合動力汽車根本運行工況混聯式油-電混合動力汽車行駛方式:車輛可由汽油機來驅動,而無需對車輛進展充電;假設車輛電池的電量消耗,發(fā)動時機驅動發(fā)電機,對電池充電;車輛只有在“READY”燈點亮時,才可行駛;為了改善燃油經濟性,當車輛停頓時,發(fā)動機停機;車輛起動后,發(fā)動機的起動由系統(tǒng)自動掌握。油-電混合動力汽車的幾種典型運行工況:①發(fā)動機為動力電池充電:動力電池容量低于額定值時,發(fā)動機自動為動力電池充電。②啟動與低速行駛:汽車由靜止開頭低速行駛時由驅動電機推動汽車前進。車速到達肯定值時,“電動/發(fā)電機”處于電動機狀態(tài),啟動發(fā)動機;發(fā)動機啟動后,“電動/發(fā)電機”處于發(fā)電機狀態(tài),向動力電池充電。③正常時速行駛:汽車由發(fā)動機驅動。④加速行駛:發(fā)動機節(jié)氣門全開;發(fā)動機-驅動電機混合驅動。發(fā)動機動力傳遞路線是:發(fā)動機→THS混合動力系統(tǒng)→車輪;動力電池動力傳遞路線是:動力電池→電流轉換器→驅動電機→THS混合動力系統(tǒng)→車輪;發(fā)動機-THS混合動力系統(tǒng)上混合。由教師駕駛車輛行駛,模擬混聯式油-電混合動力汽車三種根本運行工況,學生觀看并思考。①發(fā)動機為動力電池充電工況演示②驅動電機驅動低速行駛工況演示③油-電混合動力驅動低速行駛工況演示1112電機驅動低速行駛工況演示圖13油-電混合動 力驅動低速行駛工況演示氫燃料電池試驗內容燃料電池發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺如圖14所示,平臺中的設備主要包括:兩級減壓閥,減壓閥,壓力表,氣體流量計,燃料電池,1個,功率表(可選作電壓表和電流表)3個,電源開關1個,負載開關2個,LED燈各一組,直流電機及其調速器旋紐各一個,直流可編程電子1個,電路接口假設干。直流可編程電子負載直流電機上位機顯示LED燈變阻器負載局部電源(DC/DC電源輸出(+)電源輸出電壓表(V(W))旋鈕阻性負載(+)阻性負載(直流電機(+)直流電機(14燃料電池發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺①展現燃料電池的工作原理,系統(tǒng)包括:一個PEM燃料電池,一個流量計顯示氫氣流速,一個減壓閥顯示進氣壓力,系統(tǒng)由一個風扇冷卻和供氣。掌握器自動的監(jiān)視全部主要參數,并使系統(tǒng)操作安全,;數碼管顯示系統(tǒng)的氫氣流量,輸出功率,電堆溫度,輸出電壓,負載電流。②計算機實時紀錄不同的特性曲線,如V-I、P-I、P-V的動態(tài)變化曲線,檢測曲線上不同參數及各種參數間的作用。③直流電機作為演示用負載,可實現電動汽車的負載特性,表達電動汽車不同的運行工況,并可以檢驗試驗過程中的不同參數。④可以設定負載