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十二(2)、電動(dòng)汽車

   2011-03-30 9270

第二節(jié) 電動(dòng)汽車

一、概述

本節(jié)所講述的電動(dòng)汽車是指以蓄電池或燃料電池為動(dòng)力、在市區(qū)街道或城間公路上行駛的用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車,不包括無軌電車及在車站、碼頭或廠區(qū)內(nèi)使用的電動(dòng)叉車和普通的電瓶車。

世界上第一輛電動(dòng)汽車,是1873年由英國人R?戴彼特遜用手工制作的。此后,電動(dòng)汽車發(fā)展很快,自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初,電動(dòng)汽車幾乎成為汽車的主流。以美國為例,在此期間的汽車保有量中,蒸汽機(jī)汽車占40%,電動(dòng)汽車占38%,內(nèi)燃機(jī)汽車只占22%。1915年,美國電動(dòng)汽車的年產(chǎn)量達(dá)5000輛。但是,隨著汽油機(jī)汽車的發(fā)展及普及,電動(dòng)汽車便逐漸衰落了。其原因是電動(dòng)汽車充電時(shí)間長(zhǎng),續(xù)駛里程短,這就限制了它的應(yīng)用。然而,在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重和石油資源面臨危機(jī)的20世紀(jì)末,世界各國又興起了研究、開發(fā)和使用電動(dòng)汽車的熱潮。很多國家為了鼓勵(lì)生產(chǎn)和使用電動(dòng)汽車,實(shí)行多項(xiàng)優(yōu)惠政策:或撥出巨款對(duì)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的廠家和購買電動(dòng)汽車的客戶給予資助或補(bǔ)貼;或免收電動(dòng)汽車用戶的牌照稅、養(yǎng)路費(fèi)以及夜間充電只收一半的電費(fèi)等。1990年,美國加里福尼亞州議會(huì)通過一項(xiàng)強(qiáng)制推廣電動(dòng)汽車的法規(guī)。這項(xiàng)法規(guī)要求:在1998年的汽車總銷售量中,必須有2%的零排放污染汽車;到2000年,零排放污染汽車應(yīng)占汽車總銷售量的3%;2001年達(dá)5%;而2003年增至10%。目前,只有電動(dòng)汽車能做到零排放污染。

近年來,電動(dòng)汽車有了較大的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù),尤其是高新技術(shù)的發(fā)展,電動(dòng)汽車技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

車名車種公司名蓄電池
類型
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)
類型
功率
(kW)
最高車速
(km/h)
續(xù)駛里程
(km)
生產(chǎn)年份
EVI轎車通用鉛酸三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)102128 1997
ALTRA EV轎車尼桑(北美)鈷基鋰離子永磁同步電動(dòng)機(jī)64120 1997
P2000轎車福特質(zhì)子交換膜三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)671281602000
燃料電池
NECAR5轎車戴姆勒-克萊斯勒甲醇燃料 75150 2000
電池
BMW EI轎車寶馬鈉硫永磁無刷32120160-230 
直流電動(dòng)機(jī)
Insight
混合動(dòng)力型
轎車本田鎳氫永磁同步電動(dòng)機(jī)10   
三缸發(fā)動(dòng)機(jī)50kW
(5700r/min)
Prius
混合動(dòng)力型
轎車豐田鎳氫永磁同步電動(dòng)機(jī)33160 2000
四缸發(fā)動(dòng)機(jī)52kW(4500r/min)
Reva EV轎車印度鉛酸他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)1365802001
YW6-120DD大客車中國遠(yuǎn)望 三相異步電動(dòng)機(jī) 901501996

電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是:

1)在行駛中無廢氣排出,不污染環(huán)境,所以電動(dòng)汽車可稱為"零排放污染汽車"。

2)能源有效利用率高。按10種行駛方式對(duì)電動(dòng)汽車與汽油機(jī)汽車能源利用總效率的比較。

3)振動(dòng)及噪聲小,車廂內(nèi)外十分安靜。

4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修使用方便。

電動(dòng)汽車目前尚存在下列缺點(diǎn):

1)一次充電所能行駛的里程短。裝載與汽油質(zhì)量相同的鉛酸蓄電池的電動(dòng)汽車,其續(xù)駛里程僅為汽油機(jī)汽車的1/70。

2)成本高。蓄電池及電機(jī)控制器價(jià)格昂貴是電動(dòng)汽車成本高的主要原因。另外,蓄電池壽命短,折舊費(fèi)高。

3)充電時(shí)間長(zhǎng),一般需要6~10h。

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第二節(jié) 電動(dòng)汽車

二、電動(dòng)汽車的組成

電動(dòng)汽車由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等三部分組成。

電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪,其功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能,并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí),將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。后一種功能稱作再生制動(dòng)。

電源系統(tǒng)包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機(jī),其功用主要是向電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電能、監(jiān)測(cè)電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。

輔助系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機(jī)等等,借助這些輔助設(shè)備來提高汽車的操縱性和乘員的舒適性。

典型的電動(dòng)汽車組成。圖中雙線表示機(jī)械連接,粗線表示電氣連接,細(xì)線表示控制信號(hào)連接,線上的箭頭表示電功率或控制信號(hào)的傳輸方向。

各個(gè)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車上的布置各式各樣,這是因?yàn)樵陔妱?dòng)汽車上能量是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳輸?shù)模虼?,電?dòng)汽車各個(gè)系統(tǒng)或各個(gè)部件的布置有很大的靈活性。例如一輛電動(dòng)機(jī)前置,前輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車。充電機(jī)經(jīng)汽車前端的充電接口向置于汽車尾部的蓄電池充電。在汽車行駛時(shí),蓄電池經(jīng)控制器向電動(dòng)機(jī)供電。來自加速踏板的信號(hào)輸入控制器并通過控制器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。

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第二節(jié) 電動(dòng)汽車

三、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)方式基本上可分為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)兩種。由電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器等構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,由于沒有離合器和變速器,因此可以減少機(jī)械傳動(dòng)裝置的體積和質(zhì)量。

另一種電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置形式,它與前輪驅(qū)動(dòng)、橫向前置發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油汽車的布置形式相似,將電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成一體,兩根半軸連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪,這種布置形式在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用最普遍。

電動(dòng)機(jī)和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面,沒有傳動(dòng)軸和差速器,從而簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)。但是,電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式需要兩個(gè)或四個(gè)電動(dòng)機(jī),其控制電路也比較復(fù)雜,這種驅(qū)動(dòng)方式在重型電動(dòng)汽車上有較廣泛的應(yīng)用。

電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在20世紀(jì)90年代以前主要采用直流電動(dòng)機(jī)。它具有起動(dòng)加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力大、調(diào)速控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但是直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流由電刷和換向器引入,換向時(shí)產(chǎn)生電火花,換向器容易燒蝕,電刷容易磨損,需經(jīng)常更換,維護(hù)工作量大。接觸部分存在摩擦損失,不僅使電機(jī)效率降低,還限制了電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。

目前,無換向器真流無刷電動(dòng)機(jī)已經(jīng)面世,它由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角傳感器和電子開關(guān)控制電路組成。其中電子開關(guān)控制電路起到了普通直流電動(dòng)機(jī)中換向器的作用。直流無刷電動(dòng)機(jī)既有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn),又具備運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗、運(yùn)行成本低和調(diào)速性能好等特點(diǎn)。因此,它在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用與日俱增。例如,寶馬公司生產(chǎn)的BMW EI電動(dòng)汽車和東京電力公司開發(fā)的IZA電動(dòng)汽車,均采用永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)輪。

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車上廣為應(yīng)用,這是因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速時(shí),可以取消機(jī)械變速器,實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速,使傳動(dòng)效率大為提高。另外,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),再生制動(dòng)能量的回收也更加簡(jiǎn)單。當(dāng)采用鼠籠型轉(zhuǎn)子時(shí),感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、價(jià)格便宜、工作可靠、效率高和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

另一種用于電動(dòng)汽車上的交流電動(dòng)機(jī)是交流同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)以永磁材料替代同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組時(shí),則這種永磁同步電動(dòng)機(jī)可以取消電刷和滑環(huán),而且沒有勵(lì)磁繞組的銅損,它比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率還要高,體積還要小。

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)被公認(rèn)是一種極有發(fā)展前途的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。它的定子和轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成,轉(zhuǎn)子上既無繞組,也無永磁體,只在定子上繞有集中繞組。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有普通直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)所不能比擬的優(yōu)點(diǎn):①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低,可在極高的轉(zhuǎn)速下工作,能適應(yīng)高溫和強(qiáng)振動(dòng)的工作環(huán)境;②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,低速性能好;③調(diào)速范圍廣,控制靈活,易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性;④在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都有很高的效率。

電動(dòng)汽車用的功率轉(zhuǎn)換器用作不同頻率的DC-DC轉(zhuǎn)換和DC-AC轉(zhuǎn)換。DC-DC轉(zhuǎn)換器又稱直流斬波器,用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩象限直流斬波器能把蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為可變的直流電壓,并能將再生制動(dòng)能量進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換。DC-AC轉(zhuǎn)換器通常稱作逆變器,用于交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),它將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓均可調(diào)的交流電。電動(dòng)汽車一般只使用電壓輸入式逆變器,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又能進(jìn)行雙向能量轉(zhuǎn)換。

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第二節(jié) 電動(dòng)汽車

四、電源系統(tǒng)

電源是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的因素。作為電動(dòng)汽車的電源應(yīng)該具有高比能和高比功率等性能,以滿足汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求。另外,還應(yīng)具有與汽車使用壽命相當(dāng)?shù)难h(huán)壽命、效率高、成本低和免維護(hù)等特點(diǎn)。

目前用于電動(dòng)汽車上的電源主要是蓄電池,其次是燃料電池。蓄電池是能量存儲(chǔ)裝置,通過外界充電實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能;燃料電池是能量生成裝置,通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。蓄電池技術(shù)成熟,價(jià)格合理,而燃料電池則被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的電動(dòng)汽車動(dòng)力源。

蓄電池的主要性能指標(biāo)有:①比能量--單位電池質(zhì)量所能存儲(chǔ)的電量(W?h/kg),是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車整車質(zhì)量和續(xù)駛里程的指標(biāo);②能量密度--單位電池體積所存儲(chǔ)的電量(W?h/L),它影響蓄電池的尺寸;③比功率--單位電池質(zhì)量所能輸出的功率(W/kg),是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車加速性、爬坡能力及最高車速的指標(biāo);④功率密度--單位電池體積所能輸出的功率(W/L);⑤循環(huán)壽命--蓄電池充、放電一次稱為一個(gè)循環(huán),循環(huán)壽命表示更換電池前所能完成的循環(huán)數(shù)。循環(huán)壽命短,將增加電動(dòng)汽車的維護(hù)費(fèi)用。

1.蓄電池

鉛酸蓄電池廣泛地應(yīng)用于電動(dòng)汽車上,其主要原因是技術(shù)成熟,價(jià)格便宜,可靠性好,單體額定電壓高(2.0V)。另外,輸出電流大以及良好的高、低溫性能等均適合電動(dòng)汽車使用。但是鉛酸蓄電池存在比能量低,充電時(shí)間長(zhǎng),使用壽命較短等缺點(diǎn)。

鎳隔(Ni-Cb)電池比功率大,比能量高,可快速充電,使用壽命長(zhǎng),抗電流沖擊能力強(qiáng),工作溫度范圍寬(-40℃~85℃),在較大的放電電流范圍內(nèi)電壓變化較小等,成為電動(dòng)汽車很具吸引力的電源。但是生產(chǎn)成本高(約為鉛酸電池的2~4倍),單體額定電壓只有1.2V,重金屬鎘具有致癌性等,限制了它在電動(dòng)汽車上的廣泛應(yīng)用。

鎳氫(Ni-MH)電池與Ni-Cd電池有許多相同的特性,但由于無鎘,因此不存在重金屬污染問題,被稱為"綠色電池"。批量生產(chǎn)的成本約為鉛酸電池的四倍。Ni-MH電池單體額定電壓為1.2V,其負(fù)電極為經(jīng)吸氫處理后的儲(chǔ)氫合金,正電極為氫氧化鎳,電解液為KOH溶液。

鈉硫(Na-S)電池有很高的比功率和比能量,但其工作溫度高,再加上鈉的活化性和腐蝕性,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須保證堅(jiān)固和安全。Na-S電池以熔融態(tài)鈉為負(fù)電極,熔融態(tài)硫?yàn)檎姌O,陶瓷β-Al2O3作電解質(zhì),并作為離子傳導(dǎo)媒介和熔融態(tài)電極的隔離物,以避免電池自放電。

鋰離子(Li-Ion)電池自20世紀(jì)90年代初問世以來發(fā)展很快。雖然目前鋰離子電池仍處于開發(fā)階段,但在Nissan FEV、Nissan Prairic Joy和Altra等電動(dòng)汽車上都采用鋰離子電池。它具有單體額定電壓高,比能量和能量密度高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是自放電率高。

電動(dòng)汽車用的各種蓄電池的性能參數(shù)見表,美國先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)(USABC)制定的電動(dòng)汽車用蓄電池遠(yuǎn)期性能指標(biāo)也列于表中。

蓄電池類型比能量(W?h/kg)能量密度(W?h/L)比功率(W/kg)循環(huán)壽命
(循環(huán)數(shù))
預(yù)計(jì)成本
(US$/kW?h)
鉛酸30-4560-90200-300400-600150
Ni-Cd40-6080-110150-350600-1200300
Ni-MH60-70130-170150-300600-1200200-350
Na-S100150200800250-450
Li-Ion90-130140-200250-450800-1200>200
USABC2003004001000<100

2.燃料電池

燃料電池是燃料與氧化劑通過電極反應(yīng)將其化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池不需要充電,只要外部不斷地供給燃料和氧化劑,就能連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。電動(dòng)汽車用燃料電池的燃料為氫和甲醇,氧化劑為空氣。燃料電池具有比能量高、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)工作量少以及能連續(xù)大功率供電等優(yōu)點(diǎn)。另外,燃料電池電動(dòng)汽車可達(dá)到與燃油汽車相同的續(xù)駛里程。(如下左圖)

根據(jù)電解質(zhì)的不同,燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、溶融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池五類。適于電動(dòng)汽車用的有堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。在燃料電池中,燃料作負(fù)電極的工作物質(zhì),在負(fù)電極發(fā)生氧化反應(yīng);氧氣(空氣)作正電極的工作物質(zhì),在正電極發(fā)生還原反應(yīng)。在堿性燃料電池中,氫氣和氧氣(空氣)分別吸附在用活性炭制成的電極上,并將兩個(gè)電極置于KOH電解液中,若接通外電路,便有電流流過負(fù)載。

使用鎳作為正電極的催化劑,鋰鎳氧化物作為負(fù)電極的催化劑,可以加速電池的反應(yīng)過程。質(zhì)子交換膜燃料電池使用固體隔膜作電解質(zhì),隔膜夾在正、負(fù)電極之間,并以鉑作電極反應(yīng)的催化劑。(如下右圖)
點(diǎn)擊查看動(dòng)畫 
質(zhì)子交換膜燃料電池用作電動(dòng)汽車的電源有以下優(yōu)點(diǎn):①在所有燃料電池當(dāng)中,質(zhì)子定換膜燃料電池的比功率和功率密度都最高,在相同輸出功率的情況下,體積最?。虎诠ぷ鳒囟鹊?,起動(dòng)時(shí)間短;③電池中惟一的液體為水,從而避免了腐蝕作用;④使用固體電解質(zhì),因而不會(huì)發(fā)生電解液蒸發(fā)、外溢等問題。質(zhì)子交換膜燃料電池的缺點(diǎn)是內(nèi)阻稍大,而且需使用貴金屬鉑作電極催化劑。

直接用甲醇作燃料的燃料電池稱為直接甲醇燃料電池。發(fā)展直接甲醇燃料電池的原因是甲醇來源豐富,生產(chǎn)成本低,而且易于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售,便于電動(dòng)汽車使用。

燃料電池類型比功率(W/kg)功率密度(W?h/L)工作溫度(℃)預(yù)期壽命
(103h)
預(yù)計(jì)成本
(US$/kW)
堿性燃料電池(AFC)30-1050.2-0.360-10010200
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)340-15000.35-0.650-10040200
直接甲醇燃料電池(DMPC)-0.04-0.2350-10010200

3.能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)由電壓、電流和溫度等傳感器以及控制單元及其輸入/輸出接口等組成,其功用為:①檢測(cè)電動(dòng)汽車電池組中各單體電池的端電壓和溫度以及各單體電池充、放電電流;②預(yù)報(bào)電池組剩余的電量和電動(dòng)汽車還能續(xù)駛的里程;③電池需要充電時(shí),及時(shí)報(bào)警,以防電池過放電而影響其使用壽命;④當(dāng)電池組充電時(shí),能量管理系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的各單體電池的相關(guān)數(shù)據(jù),確定各單體電池的充電狀態(tài),并控制充電機(jī)的充電過程,保證各單體電池均衡充電,不使其過充電或欠充電;⑤合理分配電池能量,以達(dá)到節(jié)能目的,例如,當(dāng)鉛酸電池作為電動(dòng)汽車的主電源時(shí),在汽車起動(dòng)和爬坡時(shí),暫時(shí)關(guān)閉空調(diào)器等耗電大的電器,以使電池放電流不致過大。

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第二節(jié) 電動(dòng)汽車

五、輔助系統(tǒng)

電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)中的大部分輔助設(shè)備與燃油汽車基本相同,如輔助動(dòng)力源、空調(diào)器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、刮水器、收音機(jī)以及照明和除霜裝置等。

電動(dòng)汽車的輔助動(dòng)力源主要由輔助電源和DC-DC功率轉(zhuǎn)換器組成,其功用主要是向動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)器及其他輔助設(shè)備提供動(dòng)力。

電動(dòng)汽車的輔助系統(tǒng)與燃油汽車的輔助系統(tǒng)的區(qū)別是燃油汽車的輔助電源由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)充電,而電動(dòng)汽車的輔助電源則由主電源通過DC-DC功率轉(zhuǎn)換器來充電。

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第二節(jié) 電動(dòng)汽車

六、混合動(dòng)力汽車

混合動(dòng)力汽車是指裝有內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力的汽車。按照內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接方式的不同,混合動(dòng)力汽車分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和串并聯(lián)型三種?;旌蟿?dòng)力汽車既能減少汽車對(duì)環(huán)境的污染,又能延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

串聯(lián)型混合動(dòng)力汽車最簡(jiǎn)單,內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)出的電供給電動(dòng)機(jī)用來驅(qū)動(dòng)車輛行駛。若有剩余,則對(duì)蓄電池充電。在需要大功率輸出時(shí),發(fā)電機(jī)和蓄電池同時(shí)向電動(dòng)機(jī)供電。顯然,串聯(lián)型混合動(dòng)力汽車有著與燃油汽車一樣的續(xù)駛里程。

并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套各自獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛,電動(dòng)機(jī)也可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛,內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)還可以聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛,當(dāng)內(nèi)燃機(jī)輸出的功率大于驅(qū)動(dòng)車輛所需要的功率或者再生制動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài),將多余的能量轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。顯然,并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車可以減少汽車尾氣的排放和燃油消耗。

串-并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車同時(shí)具有串聯(lián)型和并聯(lián)型的特點(diǎn),但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。

作為混合動(dòng)力汽車的實(shí)例,一種新型并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),該系統(tǒng)中采用二自由度行星齒輪機(jī)構(gòu)作為減速器。當(dāng)汽車滿載加速行駛時(shí),內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作,共同提供汽車所需動(dòng)力;當(dāng)汽車等速或輕載行駛時(shí),汽車所需動(dòng)力主要由電動(dòng)機(jī)提供,電動(dòng)機(jī)通過二自由度行星齒輪機(jī)構(gòu)減速,這時(shí)內(nèi)燃機(jī)只提供最小轉(zhuǎn)矩和最小功率;汽車在市郊行駛時(shí),僅內(nèi)燃機(jī)工作,電動(dòng)機(jī)不工作,行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈被鎖死,這時(shí)行星齒輪機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度。

大眾汽車公司曾在高爾夫轎車上安裝一套柴油機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在相當(dāng)于柴油機(jī)飛輪的位置安裝一個(gè)6KW的緊湊型感應(yīng)電動(dòng)機(jī),在柴油機(jī)側(cè)和變速器側(cè)各裝有自動(dòng)操縱的離合器。當(dāng)柴油機(jī)側(cè)的離合器處于分離狀態(tài)時(shí),轎車由電力驅(qū)動(dòng)。當(dāng)轎車由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),柴油機(jī)側(cè)的離合器接合。此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子起飛輪作用,而且該電動(dòng)機(jī)還作為起動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)使用。

由于兩種動(dòng)力裝置分別用于各自最適宜的工作條件,因此,這套混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性非常好,綜合排放水平非常低。與一般裝有柴油機(jī)的高爾夫轎車相比,柴油消耗降低62%,有害排放物減少40%~60%,在夜間為電池充電需要12~16kW?h。

 
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