,第四章 其它燃料汽车,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,#,第四,章 其它,燃料汽车,人民邮电出版社,新能源汽车概论（,AR,增强现实版）,职业院校“十三五”汽车专业规划教材,目录导航,第一节 燃料电池,电动汽车,第二,节 气体,燃料汽车,第三,节 太阳能汽车,（,1,）,纯燃料电池电动汽车,一、燃料电池电动汽车分类,1.,按多电源配置不同分类,纯燃料电池驱动的燃料电池电动汽车（,PFC,）只有一个燃料电池动力源，如图,4.1,。,特点：结构简单，便于实现系统控制和整体布置；系统部件少，有利于整车轻量化；部件比较少使得整体能量传递效率高。缺点是燃料电池功率大，成本高；对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高要求；不能进行制动能量回收。,（,2,）燃料电池,与蓄电池联合驱动,一、燃料电池电动汽车分类,1.,按多电源配置不同分类,燃料电池,与辅助蓄电池,联合驱动（,FC+B,）的,燃料电池电动汽车结构有串联式和并联式。在图,4.2,所示的并联结构中，燃料电池和蓄电池一起为驱动电动机提供,能量。,特点：增加,了蓄电池组，系统对燃料电池的功率,要求有,很大降低，从而大大降低整车成本；燃料电池可以在比较好的设定工作条件下工作，效率比较高,；可以采用制动,能量,回收。蓄电池,的使用使整车质量增加，动力性和经济性收到影响,；系统,变得复杂，控制和整体布置难度增加。,（,3,）燃料电池与超级电容联合驱动,一、燃料电池电动汽车分类,1.,按多电源配置不同分类,燃料电池与超级电容联合驱动电动汽车（,FC+C,）与,FC+B,结构相似，只是把蓄电池换成超级电容。相对应蓄电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，比蓄电池功率密度大，在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长，但是超级电容的能量密度小。,（,4,）,燃料电池,+,蓄电池,+,超级电容结构,一、燃料电池电动汽车分类,1.,按多电源配置不同分类,燃料电池,+,蓄电池,+,超级,电容（,FC+B+C,）结构,形式如图,4.3,所示，这种结构在部件效率、动态特性和制动能量回收等方面优势突出。而其缺点也更明显：增加超级电容，系统质量增加；系统更加复杂，控制和整体布置难度更大。,一、燃料电池电动汽车分类,2.,按主要燃料种类分类,（,1,）纯氢气燃料电池电动汽车,（,2,）燃料重整反应制取氢气,纯氢气燃料电池电动汽车储氢技术是关键，常见储氢系统有高压储氢、低温储存液氢和金属氢化物三种。,通过重整反应制取氢气燃料电池电动汽车由于燃料携带方便，提高燃料能量利用率，增加电动汽车续驶里程，得到更大发展。,（,1,）能量混合型,一、燃料电池电动汽车分类,3.,根据,燃料电池所提供的功率,能量,混合型是在车辆行驶过程中燃料电池只能提供整车功率需求的一部分，不足的部分还需要其它动力源,(,如辅助电池,),来提供，如同,4.4,所示。能量混合型燃料电池汽车为了满足一定的性能指标，往往需要配备较大容量的蓄电池组，从而导致整车的自重增加、动力性变差、空间布置紧张。,（,2,）功率混合型,一、燃料电池电动汽车分类,3.,根据燃料电池所提供的功率,功率,混合型是燃料电池作为主动力源，蓄电池作为辅助动力源，如同,4.5,所示，车辆所需的功率主要由燃料电池提供，电池只是在燃料电池汽车启动、爬坡和加速时提供功率，在汽车制动时回收能量。随着燃料电池技术的不断成熟，燃料电池性能逐渐提高，燃料电池所提供的功率比例越来越大，这样就可以减少蓄电池的容量，从而减轻车重、提高动力性。,二、燃料电池电动汽车结构与工作原理,目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合式燃料电池驱动系统，如同,4.6,所示。将燃料电池与辅助动力源（蓄电池）相结合，燃料电池可以只满足持续功率需求，借助辅助动力源提供加速、爬坡等所需的峰值功率，而且在制动时可以将回馈的能量存储在辅助动力源中。,（,1,）底盘布置,二、燃料电池电动汽车结构与工作原理,1.,燃料电池电动汽车结构,燃料电池电动汽车底盘与传统燃油汽车比，除了增加燃料电池动力总成，对汽车制动总成、前后悬架总成及轮胎等方面也应作相应的调整。特别是随着轮毂电机技术的发展,使燃料电池汽车在电动机的放置有了新的选择,增大了汽车内部空间。,（,1,）底盘布置,二、燃料电池电动汽车结构与工作原理,1.,燃料电池电动汽车结构,燃料电池汽车的动力系统一般由质子交换膜燃料电池、蓄电池、电机和系统控制设备组成。燃料电池所生成的电能经过,DC/DC,转换器、,DC/AC,逆变器等的变换,带动电机的运转,将电能转变为机械能,为汽车提供动力，如同,4.8,所示。,（,2,）电子控制系统,二、燃料电池电动汽车结构与工作原理,1.,燃料电池电动汽车结构,电子控制系统主要由电动机驱动子系统、能源子系统和辅助子系统组成，如同,4.9,所示。能源子系统中的峰值电源即为蓄电池。当汽车急加速时，对应于峰值功率指令，燃料电池系统与峰值电源两者同时向电动机供电，以增大驱动功率；在制动时，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；当负载功率小于燃料电池系统的额定功率时，峰值电源也能从燃料电池系统中补充、恢复其能量。,二、燃料电池电动汽车结构与工作原理,2.,燃料电池电动汽车结构与工作原理,燃料电池电动汽车基本工作原理是：燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。其主要组成包括：驱动系统、,DC/AC,逆变器、蓄电池组、燃料电池发动机及其辅助系统、,DC/DC,转换器、中央控制器等。,二、燃料电池电动汽车结构与工作原理,(1),燃料与氧化剂供给系统 通常由压气机将经过净化的空气供入燃料电池。,(2),电池组的水,/,热管理系统 保证燃料电池正常工作,必须使反应气含一定水分,同时又要确保反应生成水的顺利排出。,(3),输出电能的调整系统 燃料电池电能调整系统的功能主要包括直流电压的稳定、过载保护以及视需要的直流变交流的逆变器等。,(4),燃料电池自动控制系统 燃料电池自动控制系统由多种传感元件、执行元件以及电控单元的软硬件等构成,对上述系统的关键控制参数进行监测、调整和控制,。,(5),再生制动系统 再生制动系统是指汽车在减速或者制动过程中,通过带动发电机发电的方式,将车辆的动能转化为电能储存在蓄能装置中,实现能量回收,同时产生车辆制动所需的部分,制动力,。,（,6,）整车控制系统 整车控制系统核心是多能源控制策略,(,包括制动能量回馈功能,),/,燃料电池发动机管理系统,（,1,）汽车总布置,设计,三、燃料电池电动汽车实例,1.,通用“氢动三号”（,HYDROGEN 3),主要技术参数,尺寸（长,X,宽,X,高,）,431517501685mm,车重：,1750kg,乘员：,5,续驶里程：,400km,最大功率：,60 kW,最大扭矩：,215Nm,驱动方式：前轮驱动,燃料电池型号：质子交换膜燃料电池,燃料类型：氢气,燃料储存方式：液态氢,（,1,）汽车总布置,设计,三、燃料电池电动汽车实例,2.,丰田,Mirai,主要技术参数：,尺寸（长,X,宽,X,高,）,489018151535mm,电动机最大输出功率,113KW,，峰值扭矩,335Nm,燃料电池堆：固体高分子型,最大功率：,114KW,，体积,功率密度,3.1KW/L,加湿方式：内循环方式加湿。,燃料电池升压器最大输出电压,650V,，,4,相。,储气罐：,122.4L,最高车速：,160km/h,从,0,加速至,100km/h:9.6,秒,（,1,）汽车总布置,设计,三、燃料电池电动汽车实例,3.,奥迪,A7 Sportback h-tron quattro,插电式混合动力燃料电池汽车,主要技术参数：,每个电动机最大输出功率：,85kw,，峰值扭矩为,270N.m,。在两个电动机的共同作用下,，最大,扭矩,540N.m,燃料电池：聚合物隔膜,锂离子电池功率：,8.8kwh,充满电池,标,准,家用,220v,电压，,4h,。高压,360v,，,2h,0,加速到,100km/h,时间：,7.9,秒,最高车速：,180km/h,目录导航,第一节 燃料电池电动汽车,第二节 气体燃料汽车,第三节,太阳能汽车,一、气体燃料汽车类型,气体燃料汽车是利用可燃气体作能源驱动的汽车。,注意：两用燃料与双燃料的区别。,气体燃料汽车类型,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发动机燃料的,汽车,2.,两用燃料汽车具有两套相对独立的供给统,系统,3.,双燃料汽车具有两套燃料供给系统两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料,二,.,天然气汽车（,NGV,）,（,1,）辛烷值高,(,可达,120,以上,),，抗爆性好，可通过提高发动机的压缩比的办法，提高发动机的热效率。,（,2,）天然气本身是气态，与空气混合均匀，燃烧完全，不结炭，可提高热效率,10%,以上。,（,3,）对环境污染小。汽车使用天然气与使用汽油相比，一氧化碳,(CO),减少,97%,，碳氢化物,(HC),减少,72%,，氮氧化物,(NOx),减少,39%,，二氧化碳,(CO2),减少,24%,，二氧化硫,(SO2),减少,90%,，苯、铅等粉尘减少,100%,，噪声降低,40%,。,（,4,）天然气进入发动机气缸内时是气态，对润滑油无冲刷稀释作用，有利于延长机油的使用寿命和减少机油的消耗量，发动机磨损也相应减少。,（,5,）用天然气作发动机燃料，其燃料费用是汽油车的,2/3(,天然气尽管其热值较汽油略低，但其价格便宜,),，由于燃料燃烧完全，无结炭，无爆震，汽车使用寿命大大延长，维修费用仅为汽油车的,70%,。,（,6,）安全性好，天然气相对密度较空气小，为,0.58,，一旦发生泄漏，会很快在空气中消失。但汽油不易扩散，一遇火星，易于着火。,1.,天然气汽车的,优点,二,.,天然气汽车（,NGV,）,2.,天然气汽车（,NGV,）的分类,(1),压缩天然气,(CNG),汽车,（,2,）液化天然气,(LNG),汽车,压缩天然气是将天然气用压缩机加压到,20MPa,储存在车载高压气瓶中，经减压后供发动机使用,。,液化天然气是指常压下、温度为,-162,的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。使用时要先经过蒸发调压器汽化后，提供给发动机。,（,1,）,CNG,汽车结构,二,.,天然气汽车（,NGV,）,3.CNG,汽车的结构与原理,通常,CNG,汽车都是采用定型汽油车改装，在保留原车供油系统的情况下，增加一套“,CNG,型车用压缩天然气装置”,，改装,部分由天然气系统、天然气供给系统及油气燃料转换系统三,个,部分,组成,，在车中的相对安装位置如图,4.21,所示。,（,2,）,CNG,汽车的工作原理,二,.,天然气汽车（,NGV,）,3.CNG,汽车的结构与原理,CNG,汽车燃料供给系统分天然气气路、汽油油路和控制电路三大部分，如图,4.22,所示。充气站将压缩天然气，通过充气阀充入贮气瓶至,20MPa,。当使用天然气作燃料时，安装在驾驶室内的油气燃料转换电开关，扳到“气”的位置，此时天然气电磁阀打开，汽油电磁阀关闭，燃气,ECU,根据发动机工况等自动控制燃料停供和转换，同时由燃气,ECU,、氧传感器、电控调节阀共同实现空燃比闭环控制。,（,1,）比亚迪,F6CNG,二,.,天然气汽车（,NGV,）,4.CNG,轿车应用实例,F6CNG,轿车在保留,F6,轿车汽油供油系统的基础上，增加了一套车用压缩天然气燃气系统，如图,4.23,所,示。,F6CNG,轿车所配备的压缩天然气系统（,CNG,）是一种燃气多点顺序喷射供气系统。系统工作时，燃气,ECU,以原车喷油信号为基础输入信号，同时通过对发动机水温、燃气温度、压力等相关参数校正，确定最终的喷气时间，由燃气喷嘴向对应的发动机气缸