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电动汽车与能源汽车技术特点 0 收藏

目录

  1. 1、 电动汽车主要特点
  1. 2、 电动车≠电池+车 科普详解何谓电动汽车
  1. 3、 电动汽车技术概述之一:无污染,噪声低
  1. 4、 电动汽车技术概述之二:能源效率高,多样化
  1. 5、 电动汽车技术概述之三:结构简单,使用方便
  1. 6、 电动汽车技术概述之四:动力电源成本高
  1. 7、 电动汽车与能源汽车的区别
  1. 8、 国内甲醇汽车研究现状
  1. 9、 纯电动汽车介绍
  1. 10、 超级电容车介绍
  1. 11、 新能源汽车纯电动汽车定义
  1. 12、 新能源汽车插电式混合动力汽车定义
  1. 13、 新能源汽车燃料电池汽车定义
  1. 14、 新能源汽车的“新宠”—微型燃气涡轮发动机
  1. 15、 电动汽车水热管理子系统
  1. 16、 电动汽车巡航控制系统的简介及特点
  1. 17、 电动汽车防滑转系统的工作原理及作用
  1. 18、 电动汽车漆面封釉的定义及作用
  1. 19、 【电动汽车知识大全】如何评价电动汽车动力性?
  1. 20、 电动汽车主要干扰传播途径
  1. 21、 纯电动汽车高压电安全设计
  1. 22、 并联式混合动力驱动系统的控制策略以及控制方法
  1. 23、 串联式混合动力电动汽车的驱动系统主要特点
  1. 24、 纯电动汽车信息电子控制系统主要组成部分有哪些
  1. 25、 新能源电动汽车整车电子控制系统
  1. 26、 燃料电池汽车能量管理系统及控制策略
  1. 27、 电动汽车整车控制核心技术详解
  1. 28、 新能源汽车电气绝缘监测的一般方法
  1. 29、 电动车功率变换器的分类及功能特点分析
  1. 30、 混合动力汽车的车辆结构要求
  1. 31、 电动汽车的再生制动原理
  1. 32、 新能源汽车分布式电液制动系统的原理及执行机构
  1. 33、 混合动力新能源汽车的主要技术总成
  1. 34、 新能源汽车车辆路面识别及换挡控制技术
  1. 35、 新能源车辆变速器的执行器控制技术
  1. 36、 新能源汽车车辆变速器传动控制技术
  1. 37、 纯电动汽车车联网技术的组成
  1. 38、 电动轿车交流充电桩系统工作原理
  1. 39、 新能源汽车几种常见的混合能源系统
  1. 40、 超级电容器储能技术及其在电动汽车上的应用分析
  1. 41、 新能源汽车电驱动系统的构成
  1. 42、 怎样考察电动汽车的安全性是否好坏
  1. 43、 电动客车关键部件及控制技术
  1. 44、 电动货车空调系统的技术特点
  1. 45、 混合动力新能源电动汽车的功能安全要求
  1. 46、 电动车DC/DC变换器的基本功能介绍
  1. 47、 开关磁阻电机在电动汽车中的应用
  1. 48、 陆地方舟教你快速了解AMT综合控制技术
  1. 49、 新能源车辆变速器的执行器控制技术
  1. 50、 新能源车能量存储技术分析

1、电动汽车主要特点

    纯电动汽车,相对燃油汽车而言,主要差别(异)在于四大部件,驱动电机,调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言,它由公用超快充电站。
    纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件,其价值高低也取决于这四大部件的品质。纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。
    纯电动汽车时速快慢,和启动速度取决于驱动电机的功率和性能,其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小,车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等,它们体积,比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。
    纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分,再有交流步进电机等,它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速,有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响。公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施,将它做完善到位了才能使前者畅行无忧,反之则是它的短腿,受其制约和影响,欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。我们对此认识到了,但行动不力。另外,充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范,形成电池品种、电压分档、快慢(功率大小)诸要素的一致,否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接,这个产业目前白纸一张,待我们去开拓,但必须规划、设计成型后实施,以免徒劳,以免劳命伤财。
    纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机,专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统,这是汽车行业新的零部件,没它们将是无米之炊,没做到位、不完善则是短腿受其制约。同时与此相关的零部件制造商应以此形成产业链,共图发展。
国家发政委“新能源汽车公告管理办法和实施细则”已于2007年11月1日施行。“城镇乡村农用(专用)电动汽车通用技术条件”也在酝酿过程中,纯电动汽车商业化在农村已经初现雏形,我们不该视而不见。将来符合国际和符合市场需求的纯电动汽车必定遵守以下几项:
1、电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。
2、电动车辆是以电为能源,由电动机驱动行驶的,不再产生新的污染,不再产生易燃、易爆之隐患。
3、电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。且具有耐久的寿命,具备超快充电(2-3C以上电流)的功能。车辆根据用途确定一次充电之续行里程,以此装置够用电量的电池组,充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程。
4、电动机组应有高效率的能量转换。刹车、减速之能量的直接利用和回收,力求车辆之综合能源利用的高效率。
5、根据车辆用途和行驶场合设定最高车速,且不得超过交通法规的限定值,以合理选择电动机的功率和配置电池组容量。
6、车辆驾驶操作,控制简单有效、工作可靠,确保行车安全。
7、机械、电气装置耐用少维修。车辆运营之费用低廉。
8、以目标市场需求为依据,提供实用、合适车型满足之,力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。
    将来产业化、商业化为用户所欢迎的电动汽车,必定符合以下几点特征:准确的定位、恰当的用途、宜驶的区域、最佳的效能。合适的车型、经济的配置。可靠的性能、便当的操控。环保的电池、耐久的寿命、够用的电量、超快的充电、完善的网络、到位的服务。低廉的费用、最少的维修。

2、电动车≠电池+车 科普详解何谓电动汽车

    纵观汽车发展史,电动汽车比搭载内燃机的奔驰专利一号车还要早面世半个世纪。而在二十一世纪的今天,电动汽车又将会成为未来新能源的最终解决方案。毫无疑问,电动汽车最大的优势便是无排放污染。电动汽车在行驶时与燃料电池车一样不会产生尾气,可以做到真正意义上的零排放。另外,由于电能做为可快速再生能源,它可以由多种清洁能源如水力、核能、太阳能、风力、潮汐等快速转化而来,所以可以有效地减少汽车对石油资源的依赖。同时通过对车载电池的回收利用,电动汽车对环境保护和减少大气污染的有益推动是无需质疑的。其次电动汽车还具有噪音低,结构简单,使用维修方便等特点。
    电动汽车还具有噪音低,结构简单,使用维修方便等特点 ,不过我们也要清晰的看到,纯电动汽车的普及需要相当长的过程,这不仅仅是汽车本身的技术问题,同时还牵涉着社会问题。如何将快速充电钻建设成如同当今加油站一样便捷的服务网络并不是一朝一夕能完成的巨大工程,并且这当中石油巨头,汽车公司,政府多方的角力结果也将明显的影响着这一进程发展的快慢。
1.电动车的心脏:电动机 

    电力驱动及控制系统是电动车辆的核心,也是区别与内燃机车辆的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电池组和电动机的调速控制装置等组成。电动车的其他装置则基本与内燃机车辆相同。纯电动汽车是完全用电动机来取代发动机驱动的,不少人认为电动机的动力没有发动机好,然而在先进的交流电机的驱动下,现代电动汽车的动力性甚至远远超过了不少大排量内燃机。
电动机可以在相当宽广的速度范围内高效地产生转矩,这意味着电动车甚至只需要单级减速齿轮就可以驱动车辆。
    事实上,电动机驱动与发动机相比有两大技术优势:首先,发动机能高效产生转矩时的转速被限制在一个较窄的范围内(即经济运行区),因此需要变速器适应这一特性。而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效地产生转矩,这意味着电动车甚至只需要单级减速齿轮就可以驱动车辆。其次,由于高度电气化的控制系统引入,电动机实现动力输出的快速响应能力远高于发动机,这意味着电动机的响应比发动机更加灵敏。
    在先进的交流电机的驱动下,现代电动汽车的动力性甚至远远超过了不少大排量内燃机
通用在十年前推出的第一款电动汽车EV1便可以实现百公里加速小于8秒,最高车速为130km/h(电子限速)。而在1994年研发时,通用EV1原型车更是创下了最高车速295km/h的惊人记录。不过量产电动车一般并不会完全发挥出电动机的全部实力,因为电动车上搭载的电池所储存的电量十分宝贵。为了节省电力,量产电动车的加速性能大多与同级的内燃机车型接近或略优(电动跑车除外)。
2.电动车的“油箱”:电池组
    制约电动汽车发展的主要问题还是集中于电池成本较高,充电时间长,续驶里程较短。近年来,不少汽车公司和研究机构的最新研究正在逐渐弥补电动汽车的这些先天缺陷。目前镍氢电池和锂电池为不少电动车和混合动力车所使用,其中镍氢电池可快速充电,循环寿命长,同时它不存在重金属污染,也被称为“绿色电池”,但是比能量没有锂电池高。锂电池有很多种类,例如锂离子电池、锂熔盐电池、锂聚合物电池,其具备较高的能量密度,等比功率大、比能量高,非常适合作为电动车车载电池。近年来,锂电池的研究使其在寿命和稳定性方面有大幅提升,因此锂电池很可能成为未来电动车的主力电池类型。
    锂电池很可能成为未来电动车的主力电池类型,而国家电网规定的标准目前还不得知。
由富士汽车,东电和NEC锂电合作开发的富士R1e纯电动车代表了目前纯电动汽车领域的前沿科技。富士R1e电动汽车的车重仅为870公斤,在一台最高功率40kW的电动机的带动下,其最高车速可以达到100km/h。车载电池可以保证最大80公里的续驶里程。由东电公司主要负责完成的车载电池充电系统可以在15分钟之内充入80%的电量。如此快速的充电时间,使得电动汽车的使用者不再为长达数小时的充电时间而头痛了。另外,由NEC锂电公司开发的车载电池寿命可以达到10年或20万公里。这款富士R1e纯电动车预计将会于明年在日本上市,折合售价低于20万人民币。
日产Leaf电动车采用薄型化锂电池模块,由日产与NEC合资的AESC汽车能源公司所生产供应
即将量产上市的日产Leaf电动车,一大突破同样也是锂电池的应用。Leaf电动车采用薄型化锂电池模块,由日产与NEC合资的AESC汽车能源公司所生产供应。在完全充满电的情况下,日产Leaf电动车最长续驶里程可以达到160公里,这一续航能力已经可以满足70%消费者每日的驾驶里程所需。同时日产为这套锂电池提供8年/16万公里质保,消除消费者对于电池寿命的后顾之忧。
为了提升电动车的实用性,日产Leaf电动车提供两种充电插槽和两种充电方式。其中快速充电插槽可在30分钟内充电80%;而利用一般家庭200伏特电源进行充电,则需时约8小时完成充电。日产Leaf在车头前方布置两组充电插槽,可分别就一般200伏特电压或快速充电系统进行充电;而在前挡玻璃处也具备充电电量显示。 
电力驱动控制系统按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分
3.电动车的神经中枢:电控系统
    电力驱动控制系统是电动车的神经中枢,它将电动机,电池和其他辅助系统互为连接并且加以控制。电力驱动控制系统按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。
电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置等组成。
车载电源模块主要由电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。由于电动机驱动所需的等级电压往往与辅助装置的电压要求不一致,辅助装置所要求的一般为12V或24V的低压电源,而电动机驱动一般要求为高压电源,并且所采用的电动机类型不同,其要求的电压等级也不同。为满足该要求,可以用多个12V或24V的蓄电池串联成96 -384V高压直流电池组,再通过DC/DC转换器供给所需的不同电压。
    能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配,协调各功能部分工作的能量管理,使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合一起控制发电回馈,使在电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收,从而有效地利用能源,提高电动汽车的续航能力。充电控制器则是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式,即把交流电转换为相应电压的直流电,并按要求控制其充电电流。
    电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置等组成。中央控制单元根据加速踏板与制动踏板的输入信号,向驱动控制器发出相应的控制指令,对电动机进行起动、加速、降速、制动控制。驱动控制器的功能是按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反馈信号号,对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。
逆变器
    辅助模块包括辅助动力源、动力转向单元、显示仪表和各种辅助装置等。这部分装置的功能与传统汽车上的非常类似。
总结:电能驱动将是汽车的未来
    “石器时代并不是因为没有石头而结束” (The Stone Age did not end due to a lack of stones),正如这句谚语所暗含的道理一样:科技必然将会推动人类社会的进步。从蒸汽机车到内燃机车再到电力机车的演变已经预示了未来汽车的发展方向。
通用十年前制造的EV1电动车和即将上市的雪佛兰Volt插电式混合动力车,两者的底盘布置非常相似
事实上,无论是已经量产的混合动力和插电式混合动力车,还是虚无缥缈的燃料电池车,它们的本质都是电动车,依靠电能驱动是共同的解决方案。我们可以看到,汽车,这个伴随着人类走过一百多年的交通工具,将会迎来历史上最重要的一次变革,一场围绕着汽车动力系统革命正在逐渐拉开。

3、电动汽车技术概述之一:无污染,噪声低

电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气,不产生排气污染,对环境保护和空气的洁净是十分有益的,几乎是“零污染”。众所周知,内燃机汽车废气中的CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声,电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。

4、电动汽车技术概述之二:能源效率高,多样化

电动汽车的研究表明,其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行,汽车走走停停,行驶速度不高,电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量,在制动过程中,电动机可自动转化为发电机,实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。 
另一方面,电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖,可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外,如果夜间向蓄电池充电,还可以避开用电高峰,有利于电网均衡负荷,减少费用。 

5、电动汽车技术概述之三:结构简单,使用方便

电动汽车较内燃机汽车结构简单,运转、传动部件少,维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时,电机无需保养维护,更重要的是电动汽车易操纵。

6、电动汽车技术概述之四:动力电源成本高

目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善,尤其是动力电源(电池)的寿命短,使用成本高。电池的储能量小,一次充电后行驶里程不理想,电动车的价格较贵。但从发展的角度看,随着科技的进步,投入相应的人力物力,电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短,电动汽车会逐渐普及,其价格和使用成本必然会降低。

7、电动汽车与能源汽车的区别

电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。 
新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。其废气排放量比较低。据不完全统计,全世界现有超过400万辆液化石油气汽车,100多万辆天然气汽车。中国市场上在售的新能源汽车都是混合动力汽车。

8、国内甲醇汽车研究现状

我国对甲醇燃料的研究起步于20世纪70年代初期。“六五”期间由国家科委组织、交通部负责将M15(甲醇占15%)甲醇渗烧汽油研究列入国家重点攻关项目,在山西组织有480辆汽车、并建有4个加油站的营运规模。“七五”期间,由国家科委组织,中科院负责将北内的492发动机改烧甲醇(M85以上)技术列入攻关项目。“八五”期间,进行中、德M100科技合作项目,有8辆桑塔纳轿车在北京行驶,并建有一个加油站。同期,国家继续将低比例M3、M5甲醇燃料应用列入攻关计划。在四川、重庆等地有数百辆汽车投入运营试验。

多年来,有关部门和科研院所进行了相应甲醇燃料汽车的开发研究。1996年由国家科委和福特汽车公司组织中科院、清华大学、化工部、山西省等单位参加并完成“中国山西和其他富煤地区,把煤转化汽车燃料及其应用的经济、环境和能源利用的生命周期评估”的课题研究。在此基础上由国家科委推荐,原国家经贸委于1997年对国家甲醇燃料汽车试验示范项目立项,由山西佳新能源化工实业有限公司承担实施,组建50辆甲醇轻型客车队进行商业化试验示范。

另外,山西省自行研制成功的“华顿甲醇汽油”,在太原经23辆汽车试验运行5个月效果良好,并组织了卡迪拉克、凌志400、本田雅阁、富康、捷达、桑塔纳、金杯、解放140、微型车等十几种车型共23辆汽车参加试用,3个月销售使用20吨,无一例不良反应。它不仅每吨售价比国标号汽油低出200元至800元,而且二氧化碳等尾气排放平均降低了30%以上。此次检测认定,其各项指标均达到或超过同标号国标无铅汽油,环保与节能功效突出,取得较为理想的效果。 

实验证明,甲醇作为燃料应用于汽车已完全突破技术关,特别是以15%的比例将甲醇掺入汽油中燃烧,无任何技术和环保问题,也不用改造发动机,加注燃料也不受地域限制。2002年山西省在太原、阳泉、临汾、晋城等4个城市进行了甲醇汽油产业化示范推广。到今年3月底,中石化山西分公司所属各试点城市石油公司,已新建和改建了100座加油站销售甲醇汽柴油。山西佳新公司生产的M85~M100甲醇燃料公交车和城际公交车,先后在阳泉、太原至晋中等地投入运营;大同云岗汽车集团公司全甲醇燃料装置,在省内外改装在用车的数量已达1000辆,年燃用甲醇1万多吨。全省累计使用甲醇汽油的机动车达到了近50万辆次,涉及近50种车型,共消耗甲醇汽油12192吨,使用变性甲醇1836吨。 

经过多年的研究开发,我国在甲醇燃料汽车的开发方面已具有了一定基础,作为在汽油中掺入5%、15%、25%和85%的甲醇及纯甲醇(100%)汽车燃料的试验研究,也进行了大量的实质性工作。特别是低比例掺烧甲醇,汽车无需做任何改动,直接掺入汽油中使用。 

来源:EV视界

9、纯电动汽车介绍

关于纯电动汽车

目前人们所说的电动汽车多是指纯电动汽车,即是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车前进。从外形上看,电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别,区别主要在于动力源及其驱动系统。即纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机,蓄电池相当于原来的油箱。

纯电动汽车-简介

纯电动汽车

电动汽车是针对内燃机车辆提出来的概念。谓之“电动”,是因为它的能源是蓄电池而不是汽油(或柴油)等石油产品。纯电动汽车是指以车载电源为动力,用电 机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。一般采用高效率充电电池,或燃料电池为动力源。电动汽车无需再用内燃机,因此,电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机,蓄电池相当于原来的油箱,由于电能是二次能源,可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。

纯电动汽车-结构

电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性,因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。

纯电动汽车-原理

纯电动汽车,顾名思义,是由蓄电池的能量使电机驱动车轮前进;燃料电池区别于纯电动汽车,由常见的氢燃料电池不断的产生电能,并储存在蓄电池中,依然由电机驱动车轮。混合动力汽车是为解决纯电动汽车续驶里程短而提出的一种折中方案。它既有发动机,又有电机,可单独由电机驱动或发动机参与电机驱动。系统的复杂性增加,但是改善了发动机的工作状况而具有很高的燃油利用率,通常也把它归入电动汽车。

纯电动汽车-分类

就开发的电动汽车来讲,可分三类:纯电动汽车(Pure EV)、混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle:HEV)和燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle:FCV)。

纯电动汽车-优点

电动汽车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量 换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高其经济效益。

有些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个"热点"。 

纯电动汽车-应用

纯电动汽车是完全由二次电池( 如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等) 提供动力的汽车。目前纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验, 各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。天津清源电动车辆有限公司、深圳雷天公司等单位研发的纯电动轿车, 其整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已达到甚至超过国外同级别车型, 初步形成了关键技术的研发能力。目前, 进行纯电动汽车示范运行的城市有若干个, 但是规模都比较小。2005 年1 月, 天津市的22 辆轿车和1 辆公共汽车的示范运行通过了国家验收。同年12 月, 武汉市进行的95 辆纯电动小型公共汽车( 另有20 辆混合动力公共汽车和3 辆混合动力轿车) 的3 年示范运行也通过了国家验收。因为纯电动汽车受到续驶能力的约束, 纯电动汽车试验主要集中在小型公共汽车上。根据“中国电动汽车网”报道, 2006 年1 月, 湖南省株洲市有50 台小型电动汽车进行社区内运行, 该市有若干辆电动公共汽车也在运行中。同年4 月, 浙江省杭州市启动了电动汽车示范项目, 6 辆轿车和5 辆公共汽车在市内进行示范运行。

纯电动汽车-面临的问题  

电动汽车的困难是目前蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些试用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

纯电动汽车-现状

1、发达国家与主要汽车集团的电动汽车现状

国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车, 世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发, 并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。

美国目前正在大力研制和推广使用燃料电池电动汽车和纯电动汽车, 政府能源部与通用、福特和戴- 克三大汽车制造商联合开发燃料电池电动汽车。现在, 美国已有7 个州加入了零排放计划, 到规定年限后这些地区销售的汽车必须为零排放, 即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。

以美国蓝鸟客车公司、英国的FRZAERNASH公司、日本丰田、日本本田为代表的电动客车和轿车已经上市, 英国已有数万辆电动汽车在使用; 

法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一, 成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会,巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施, 制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策, 且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。

在近年的国际性大型运动会上, 电动汽车也成为各国展示其科技实力和环保意识的工具之一。亚特兰大奥运会使用了美国蓝鸟客车公司生产的纯电动客车作为公务和电视转播车, 悉尼奥运会购买了英国FRAZER- NASH 公司的近400 辆电动客车作为运动员接送车辆。混合动力电动汽车领域, 

日本丰田公司开发的Prius 和本田公司开发的Insight2 种混合动力电动汽车已开始批量投放市场。丰田公司的Prius 销售已在2006 年累计突破150 万辆, 并于2005 年底在我国长春一汽进行了组装生产和销售。日产公司也于2003 年推出Tino 混合动力汽车, 在日本国内市场上销售了100 多辆。

欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车, 甚至德国的博世(BOSCH) 等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。美国已有近20 个城市试验使用混合动力电动公交车,瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9 个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。燃料电池电动汽车斩露头角, 国外企业界纷纷组成强大的跨国联盟, 以期达到优势互补的目的。如日本丰田与美国通用公司, 日本东芝公司与美国国际燃料电池公司, 德国BMW公司与西门子公司, 雷诺汽车公司与意大利De Nora 公司分别组成联盟开发燃料电池电动汽车; 本也已投资数亿美元开发燃料电池电动汽车。其中, 以加拿大的巴拉德、美国的福特、德国的戴姆勒- 克莱斯勒联(XCELLSIS)最具代表性, 该联盟投资10亿加元开发生产电动汽车用燃料电池动力系统。在燃料电池电动汽车的研发热潮中, 几乎所有的国外大型企业集团全部介入, 投入的总额超过百亿美元。但是, 由于燃料电池的成本和寿命问题, 使得这一项目目前进展缓慢。在燃料电池电动汽车的示范运行方面, 世界各国也都不约而同地把注意力集中在大客车上, 如欧盟的CUTE 示范项目、UNDP/GEF 燃料电池商业化示范项目、美国加州的CAHFC 示范项目和日本的JHFC计划等。与此同时, 部分国家政府为促进电动汽车的发展, 通过财税手段调整汽车发展结构。像美、日等国政府对于电动车产品给予10%的鼓励性补贴, 荷兰政府的补贴更是高达30%。并对传统汽车开征燃料税, 如欧洲部分国家燃料税高达200~300%,最低的美国也有34%。

2、中国电动汽车现状

中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早, 但国家从维护能源安全, 改善大气环境, 提高汽车工业竞争力, 实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑, 从“八五”开始到现在, 电动汽车研究一直是国家计划项目, 并在2001 年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构, 集中各方面力量进行联合攻关, 现正处于研发势头强劲阶段, 部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。“电动汽车重大科技专项”实施以来, 已成功开发出燃料电池汽车样车, 累计运行数千公里; 混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里; 纯电动汽车已通过国家有关认证试验。

纯电动汽车-发展

电池是电动汽车发展的首要关键,汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车,要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选,现在普遍看好的氢镍电池,铁电池,锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍,正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料,成本得到大幅度降低,也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池为4倍,而且锂资源较丰富,价格也不很贵,是很有希望的电池。中国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术,近年都有巨大的进步,如:交流感应电机及其控制,稀土永磁无刷电机及其控制,电池和整车能量管理系统,智能及快速充电技术,低阻力轮胎,轻量和低风阻车身,制动能量回收等等,这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城市的大气污染已不能忽视,汽车排放是主要污染源之一,中国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。中国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车,但石油资源不足,每年已进口几千万吨石油,随着经济的发展,假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平---每1000人有110辆汽车,中国汽车持有量将成10倍地增加,石油进口就成为大问题。因此在中国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施,而是意义重大的、长远的战略考虑。

经历了长期发展,纯电动汽车技术逐步成熟,并在美、日、欧等国家得到商业化的推广应用。目前世界上有近4万辆纯电动汽车在运行,其中法国8000辆,美国7000辆,在日本7400辆。主要用在公共运输系统。

纯电动汽车-核心技术

发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术:电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。

1、电池技术

电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。

到目前为止,电动汽车用电池经过了3代的发展,已取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池,目前主要是阀控铅酸电池(VRLA),由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电,因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池,主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等多种电池,其比能量和比功率都比铅酸电池高,因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程,但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能,能量转变效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反应过程,能量转化过程可以连续进行,因此是理想的汽车用电池,但目前还处于研制阶段,一些关键技术还有待突破问。

2、 电力驱动及其控制技术

电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件,要使电动汽车有良好的使用性能,驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。目前,电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。

近几年来,由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速,因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM),它们都具有较高的功率密度,其控制方式与感应电动机基本相同,因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率,其体积小、惯性低、响应快,非常适应于电动汽车的驱动系统,有极好的应用前景。目前,由日本研制的电动汽车主要采用这种电动机。

开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点,应用受到了限制。

随着电动机及驱动系统的发展,控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术,都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。

3、 电动汽车整车技术

电动汽车是高科技综合性产品,除电池、电动机外,车体本身也包含很多高新技术,有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料,优化结构,可使汽车自身质量减轻30%-50%;实现制动、下坡和怠速时的能量回收;采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎,可使汽车的滚动阻力减少50%;汽车车身特别是汽车底部更加流线型化,可使汽车的空气阻力减少50%。

4、 能量管理技术

蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性,必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能,就必须对蓄电池进行系统管理。

能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车,除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外,还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统,它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态,并根据各种传感信息,包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等,合理地调配和使用有限的车载能量;它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式,以尽可能延长电池的寿命。

世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能,还能行驶多少公里,是电动汽车行驶中必须知道的重要参数,也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统,可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统,确定一个最佳的能量存储及管理结构,并且可以提高电动汽车本身的性能。

在电动汽车上实现能量管理的难点,在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据,来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。

纯电动汽车-研发历史

一百多年来,电动汽车在汽车发展史中经历了三次重大机遇:

第一次发生在一百余年前。由于当时电池和电机的发展较内燃机成熟,而且石油的运用还没有普及,使电动汽车在早期的汽车领域中占有举足轻重的位置。第一辆电动汽车(3轮)由法国人古斯塔夫•土维(Gustave Trouve)在1881年制造出来,此后三四十年间,电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。例如,世界上首辆车速超过100公里/小时的汽车就是电动汽车。那是在1899年,由比利时工程师卡米乐•热纳茨(Camille Jenatzy)设计的名为“从不满意”(La Jamais Contente)的铝制车身汽车,现在保存在法国贡批尼(Compiegne)博物馆中。据统计,到1890年在全世界4200辆汽车中,有38%为电动汽车,40%为蒸汽车,22%为内燃机汽车。到了1911年,就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头上运营,到了1912年在美国更有至少3.4万辆电动汽车运行。 

第二次是在70年代石油危机的爆发时.由于石油的大量开采和内燃机的种种优越性,电动汽车渐渐被人们忽视。直到上世纪70年代石油危机的爆发,给世界各国政界一次不小的打击,开始考虑替代石油的其他能源,包括风能、太阳能、电能等可再生能源。因此从政治经济方面考虑,才又给了电动汽车第二次机遇,又一次被人瞩目。 

第三次机遇开始于若干年前,世界上除了已存在的能源问题之外,环境保护问题也逐渐成为了各个方面所关心重大课题,内燃机汽车的排放污染,给全球的环境以灾难性的影响,因此开发生产零污染交通工具成为各国所追求的目标,电动汽车的无(低)污染优点,使其成为当代汽车发展的主要方向。

来源:EV视界

10、超级电容车介绍

电车虽无废气排放,头顶上的“蜘蛛网”却影响城市景观,有没有两全其美的办法?上海首批 7辆超级电容车月底前将在公交 11路内圈投入试运行,运营中无需连接电缆,只需在候客上车间隙充电 30秒到 1分钟,就能行驶 3到 5公里。

很多城市都曾为电车的去留问题引发争论。据统计,近年来沪上电车线路呈逐渐缩减趋势,目前全市还剩电车公交线路 16条,电车 500多辆。当公交汽车拖着黑尾奔跑在路上,行人常常掩鼻:汽车废气污染太严重,还是电车环保。

据介绍,超级电容车外观与普通无轨电车相似,只是头上不见了两根“辫子”。电车底部装了一种超级电容,车辆进站后的上下客间隙,车顶充电设备随即自动升起,搭到充电站的电缆上,通过 200安培的电流强度完成充电。

据介绍,电容车在一个站点充电 30秒至 1分钟后,空调车可以连续运行 3公里,不开空调则可以坚持行驶 5公里,最高时速可达 44公里。 11路里圈共有 10个站点,总长 5公里多。理论上讲,在不开空调情况下,电容车即使只在终点站充电,基本上一圈都可以坚持下来。但为了防止由于堵车等导致电力不足, 10个站点中有 7个设立了充电站。

超级电容车除了能兼顾环保和景观,运营成本的优势也比较明显。据测算,以百公里燃料消耗成本计算,柴油车约为 220元,天然气车约为 140元,电车则只需 70元左右。记者了解到,目前一辆超级电容车的造价在 80万元左右,其中包含了科研开发费用。市公交协会有关负责人表示,电容车一旦转化为产品,造价可以降到每辆 65万元。

《上海城市交通“十一五”规划纲要》中明确,上海将积极发展低能耗、环保、舒适的新型公交汽电车。交通管理部门也表示,假如电容车在 11路上运营良好,将逐步推广应用,使“蜘蛛网”淡出上海天空。  

11、新能源汽车纯电动汽车定义

纯电动汽车(Blade Electric Vehicles ,简称BEV),它是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供动力源的汽车。虽然它已有134年的悠久历史,但一直仅限于某些特定范围内应用,市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池,普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。

主要结构

组成

电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

电源

为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电源的电能转化为机械能。目前,应用最广泛的电源是铅酸蓄电池,但随着电动汽车技术的发展,铅酸蓄电池由于能量低,充电速度慢,寿命短,逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等,这些新型电源的应用,为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

驱动电动机

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。但直流电动机由于存在换向火花,功率小、效率低,维护保养工作量大;随着电机控制技术的发展,势必逐渐被直流无刷电动机(BLDCM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代,如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。

电动机调速控制装置

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂,现已很少采用。目前应用较广泛的是晶闸管斩波调速,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中,它也逐渐被其他电力晶体管(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看,伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。

在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,控制电路更加简单。

传动装置

电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴,当采用电动轮驱动时,传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动,所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换,所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时,电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时,电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

行驶装置

行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力,驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的,由车轮、轮胎和悬架等组成。

转向装置

转向装置是为实现汽车的转弯而设置的,由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力,通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度,实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向,工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

制动装置

电动汽车的制动装置同其他汽车一样,是为汽车减速或停车而设置的,通常由制动器及其操纵装置组成。在
电动汽车上,一般还有电磁制动装置,它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。目前国内电动汽车在大功率载客汽车,给提供空气制动设备有耐力NAILI滑片式空气压缩机,主要是压缩空气的制动方式。

工作装置

工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的,如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

来源:EV视界

12、新能源汽车插电式混合动力汽车定义

插电式混合动力汽车指车辆驱动系统由电驱动和另外一个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供,且电池容量很大,可以外部充电,可以以纯电模式行驶,电池电量耗尽后再以混合动力模式行驶,并适时向电池充电。

主要特点

插电式混合动力汽车装备有一台为电池充电的发动机。

在日常使用过程中,可以当作一台纯电动汽车使用,单次使用不超过电池可提供续航里程,可以做到零排放和零油耗。


插电式混合动力汽车原理图


主要区别普通混合动力汽车

常规车用燃料动力与电驱动结合的混合动力汽车的电池容量很小,仅在起/停、加/减速的时候供应/回收能量,不能外部充电,不能用纯电动模式较长距离行驶。

插电式混合动力汽车技术是全球新的研发热点

技术分类:

1. 采用混联式混合动力技术改进升级,具备插电式短途纯电驱动功能的车型,以丰田的插电式普锐斯为代表;

2. 采用串联式混合动力技术改进(增程式),具备短途纯电驱动能力的车型,以通用的雪佛兰沃蓝达为代表;

3. 采用并联式混合动力升级改进(双模驱动),具备短途纯电动驱动能力的车型,以比亚迪F3DM为代表。

来源:EV视界

13、新能源汽车燃料电池汽车定义

燃料电池汽车是使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中,与大气中的氧发生化学反应,产生出电能驱动电动机,再由电动机带动汽车中的机械传动结构,进而带动汽车的前后驱动轴、轮毂及车轮的汽车。

核心部件燃料电池是通过氢气和氧气的化学作用,直接变成电能。

采用的能源:

间接来源是甲醇、天然气、汽油等烃类化学物质,通过相关的燃料重整器发生化学反应间接地提取氢元素;

直接来源是石化裂解反应提取的纯液化氢。

燃料电池的反应排放物是极度少的二氧化碳和氮氧化物和绝大部分的水。

优点

燃料电池的能量转换效率是内燃机的3~4倍,提高燃油经济性和发动机燃烧效率;

零排放或近似零排放,降低温室气体的排放;

减少机油泄漏带来的水污染;

运行平稳、无噪声。

车辆结构

一类是车辆直接携带纯氢燃料;

另一类装载燃料重整器,将烃类燃料转化为富氢气体;

单个燃料电池必须结合成燃料电池组。

技术

燃料电池是第三代电动汽车用电池,能量转变效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反应过程,能量转化过程可以连续进行,是理想的电动汽车用电池,处于研制阶段,一些关键技术有待突破。

来源:EV视界

14、新能源汽车的“新宠”—微型燃气涡轮发动机

 上回车云菌给大家介绍了特斯拉前联合创始人Ian Wright的新创业项目——用在卡车上的混合动力系统。而作为这个混合动力系统中最为重要的一员,是大家相对来说比较陌生的微型燃气涡轮发动机(Microturbine,被顶石涡轮公司注册)。

  但是其实,微型燃气涡轮发动机已经作为下一代产品,开始涉足新能源车,作为纯电动车上的增程设备使用。所以,车云菌打算好好聊聊关于微型燃气涡轮发动机的话题。这一篇,先给大家讲讲,这个微型燃气涡轮发动机到底是个什么鬼。

 什么是微型燃气涡轮发动机?

  要想弄清楚这是个什么东东,从名称里面看,我们至少要弄明白两个词,微型和燃气涡轮发动机。

  所谓燃气涡轮发动机,不放在这个专有名词里面说,它一般被叫做燃气轮机。广义上的燃气轮机是一种原理与活塞式发动机类似,但是其内部部件运动方式与活塞式发动机却完全不同的另外一种内燃机。

  同样是通过进气-压缩-燃烧-做功的四个行程,两者的进气环节基本类似,但是燃气轮机的空气并非进入气缸,而是经过一个叶片式压缩机进行压缩,然后再进入燃烧室,在燃烧室与燃油混合之后会被点燃,燃烧排出的气体经过涡轮,推动涡轮转动,从而产生动力。

  所有采用类似方式产生动力的发动机都可以被称之为燃气轮机,一般狭义的燃气轮机指的是用在船舶、特殊车辆(比如坦克、工程车等)和发电机组上的发动机。飞机上的发动机都属于燃气轮机,只不过会根据组成部件有更具体的分类,比如涡扇发动机、涡轴发动机等等,就不再今儿的讨论范围之内了。

  所谓微型,即小型。通常所说的燃气轮机基本上体积会很大,难以用在普通车辆上,所以必须小型化,但是在小型化之后,其输出性能必须能够满足车用需求才行。最早的微型燃气涡轮发动机的输出功率只在30-70千瓦左右,功率体积比太低,不足以商业化。现在基本上的输出功率能够达到200-250千瓦,还能够进行组合,达到1-10兆瓦的输出,用在工业上。

 为什么要在混合动力系统中用微型燃气涡轮发动机?

  单纯从定义上看,并不能得到这个答案。那么,让微型燃气涡轮发动机取代传统的活塞式发动机的关键点是什么?

  首先,是可以使用不同种类的燃油。

  从原理我们就能够看出,燃气涡轮发动机的循环过程比活塞式发动机简单了不是一点半点,没有复杂的配气机构、正时机构,传动链十分简单。因而也就与活塞发动机不同,对用于燃烧的燃油并没有种类的限制,可以将氢气、CNG/LPG、酒精、煤油以及可再生燃油等作为燃料,摆脱柴油和汽油的控制。

  其实,需要申明的一点是,虽然叫做微型燃气涡轮发动机,但是其实最后的那个发电机也是被集成到了这个发动机之内的。所以,这个也被叫做涡轮发电机(Turbogenerator,由霍尼韦尔电子公司注册)。  


  微型燃气涡轮发动机结构示意图

 从结构图上就可以看到,发电机的位置在进气气道的中间,进入的新鲜空气可以对发电机进行冷却。发电机、压缩器与涡轮都由同一根轴连起来,当排气推动涡轮旋转时,涡轮的转动会带动同轴的压缩器与发电机运转。发电机上输出的是高频交流电,所以,通常会根据负载设备的情况接入不同的转换器。

  其次,是更低的排放和热电联供带来的更高热效率。

  微型燃气涡轮发动机中,在压缩器与燃烧室之间,有一个组件,叫做换热器。以换热器为主要部件的系统叫做热交换系统。在这个微型燃气涡轮发动机中,换热器的主要作用是将排气产生的热量用于给将要进入燃烧室的压缩空气加热。具体参见下面的原理简图。


  微型燃气涡轮发动机原理


  这样做的好处是,一方面,可以通过提升进气温度来降低燃油消耗;另一方面,配合稀薄燃烧等技术能够降低排放物中氮氧化物、一氧化碳与碳氢化合物的排放,使其能够满足日渐苛刻的排放标准。

  单纯比较燃气涡轮发动机和活塞发动机的话,前者的一个缺点很明显,那就是相对来说热效率较低。经过技术改进,现在较为成熟的微型燃气涡轮发动机技术的热效率能够达到32%左右。不过,从图中可以看到,排气的热量还可以用作其他用途,叫做热电联供。比如说用在混动车辆上,这部分热量就可以用来在冬天给驾驶舱加热,或者说可以作为朗肯循环(Rankine cycle,将热能转化为功产生电力的循环)的热能供应,产生更多的电能。

  热电联供之后,微型涡轮发动机的发电综合热效率能够达到80%以上。这也是它现在应用场景越来越宽泛的原因之一。在工业上,热电联供的用途更多。

  当然,除了能源和排放上的益处之外,作为燃气涡轮发动机最大的优势在于动部件少,维护简单。并且,目前的技术已经能够在输出同等功率条件下,做到体积比柴油机更小。

  小结:

  对于微型燃气涡轮发动机,现在可以算是知其然了。但是,要做到低排放高热效率,是用了什么诀窍?目前除了Wright先生的卡车公司之外,貌似并没有听到其他的商业化实例。在乘用车上,还有什么应用呢?关于这些话题,咱们to be continued~

来源:车云网


15、电动汽车水热管理子系统

    电动汽车水热管理子系统主要包括冷却水泵、散热器及风扇、加湿水泵、水箱及相应的管路等,同时加湿器、冷凝器、水分离器的部分功能也属于电动汽车水热管理子系统。质子交换膜燃料电池的正常工作温度范围较窄,因为过低的温度会影响燃料催化剂的活度,阻抗较大;温度过高则又容易导致质子交换膜脱水,引起膜的电导率下降和损坏等情况,因此目前质子交换膜燃料电池的正常工作范围控制在60~80℃。对于质子交换膜燃料电池来说,最理想的情况是整个电堆内部的工作温度完全一致,这样有利于提高电堆内部各单片电池的一致性,有利于改善整个电堆的工作特性和寿命。但由于燃料电池在电化学反应过程中产生的热量需要由冷却系统带走,因此允许电堆内部有一定温度差以便冷却系统带走多余的热量,但温差控制在5~10℃以内,以免温差过高对电堆性能产生较大不利影响。但由于受各种极化现象的影响,目前质子交换膜燃料电池实际使用时其效率一般在50%-60%之间。由于其工作温度较低,因此从电堆表面以热辐射、对流形式以及电堆尾排处散发的热量非常少,大部分热量需要利用冷却系统带出,利用散热系统来散发。所以相对于传统车用内燃机而言,在发出相同功率的条件下,质子交换膜燃料电池发动机需要由散热系统散发的热量更多,一般为传统内燃机的两倍左右。这就对燃料电池的水热管理系统提出了更高的要求,这也是目前燃料电池发动机开发过程中的难点之一。表7-3列出了质子交换膜燃料电池与传统内燃机在散热方面的一些比较。


电动汽车水热管理子系统


    按照目前的质子交换膜燃料电池技术状态,与传统内燃机发动机相比燃料电池发动机的水热管理系统有以下几点不同:

(1)燃料电池发动机工作时的冷却循环水温度要比传统发动机工作时的冷却液循环温度低20℃以上,也意味着冷却系统与外界环境的温差更小,会增加冷却系统的工作难度。

(2)在发出相同功率时,燃料电池发动机需要通过冷却系统带走的热量约为传统发动机的2.5~3倍,对冷却系统的散热能力提出了更大的要求。

(3)由于质子交换膜对工作温度的敏感性较高,过低的温度会影响膜的工作性能和寿命,过高的温度又会造成膜的损坏;并且为了尽量保证燃料电池内部工作温度的一致性,冷却循环水进、出燃料电池的温差必须控制在1 0℃以内,因此对冷却系统的响应速度和控制精度要求较高。

    综上所述,质子交换膜燃料电池发动机的热管理系统设计要求非常严格,这也是燃料电池发动机设计成败的关键问题之一。质子交换膜燃料电池发动机冷却系统原理如图7-12所示。


电动汽车水热管理子系统


    如图7-12所示,冷却系统的主要部件由冷却水泵、散热器及电子风扇、补水箱、旁路阀组成。在某些燃料电池发动机系统中,有些部件可能需要利用冷却循环水,如膜加湿器和喷水加湿器,此时就需要在冷却系统中引出一条支路以便将部分冷却循环水引入相应部件。旁路电磁阀的作用是在发动机起动阶段将散热器短路以减少冷却系统的散热量,这样有利于加快燃料电池的温升尽快达到正常工作温度。其目的是尽量缩短冷起动时间,减少燃料电池在低温、低效区域工作的时间,有利于提高燃料电池的性能和寿命。

    质子交换膜燃料电池的水热管理系统主要目的就是维持质子交换膜适合的水合程度,同时保证电池内部适合的湿润状态,以免产生膜脱水或电池内部发生堵水等现象。具体的氢气与空气的加湿过程和方式已在前面氢气供应子系统与空气供应子系统中进行了详细介绍。冷却系统的设计就是要根据所选质子交换膜燃料电池的类型、电堆功率的大小等实际情况,确定合适的加湿方式及整个水热管理系统的结构,同时还要保证加湿用水与回收水之间的平衡。

来源:陆地方舟集团

16、电动汽车巡航控制系统的简介及特点

    电动汽车巡航控制系统( Cruise Control System)是指电动汽车在运行中不踩加速踏板便可按照驾驶人的要求,自动保持一定行车速度的控制装置,简称CCS。根据其特点,又称恒速控制系统、车速控制系统或自动驾驶系统。

    电子巡航控制系统主要由巡航控制各传感器、控制开关、巡航控制ECL和执行器等组成,典型的电子巡航控制系统组成如图1-28所示。


电动汽车巡航控制系统

    驾驶人通过控制开关向巡航控制ECU输入设定车速,其ECU中的存储器对设定车速进行记忆作为目标车速。巡航行驶时,车速传感器向巡航控制ECU输入实际车速信号,于是巡航控制ECU对两车速进行比较,当实际车速偏离设定的巡航车速时,其ECU就根据车速的偏离程度,计算出节气门应有的开度,向巡航控制执行器发出控制信号,使执行器动作来调节节气门开度,使电动汽车在设定的车速下稳定行驶。电动汽车在巡航控制状态时,一般当车速低于40km7h时,巡航控制ECU将取消巡航控制;当电动汽车减速度大于2rrr7s2,以及电动汽车制动灯开关动作时,其ECU也自动取消巡航控制,以确保行车安全。
电动汽车使用巡航控制系统有哪些优点?
(1)自动控制汽车恒速行驶
在高速公路上行车时,打开巡航控制系统,CCS能根据行车阻力自动控制节气门开度,调节发动机动力,使电动汽车按驾驶人设定的车速稳定行驶。无论是上坡、下坡或平路行驶或是在风速变化的情况下行驶,只要在发动机功率允许的范围内,电动汽车的行驶速度就能保持不变。
(2)减轻驾驶人劳动程度
CCS实现了部分自动驾驶,电动汽车在上坡、下坡或平路行驶时,驾驶人只需掌握好转向盘,即可避免频繁地踩加速踏板和换档,这样就可大大减轻驾驶人长途行车时的劳动强度。
(3)降低耗电、延长续航里程
CCS工作时,始终使电动汽车电机供给处于最佳状态,能减少耗电量。CCS实现定速行驶,其加速踏板及制动踏板的踩放次数大大减少,能降低耗电,行车较为经济。
(4)提高行驶舒适性
CCS工作时,车速恒定,可以减少变速引起的惯性冲击,大大提高乘坐的舒适性。
(5)延长电动汽车使用寿命
CCS工作时,车速恒定,额外惯性力减少,可使机件损伤减少,电动汽车故障减少,电动汽车使用寿命延长。推荐阅读的好文章——【电动汽车知识大全】使用盘式制动器有哪些优点?
(6)提高行车安全性

CCS工作时,由于减轻了驾驶入的劳动强度,驾驶人不易疲劳,能集中精力控制转向盘,因而能提高行车安全性。CCS还能确保驾驶入的操作优先权,这为驾驶人的安全驾驶提供了有利条件。另外,当车辆速度超过人为设定范围时,CCS能自动停止工作,以确保车辆行驶安全。

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17、电动汽车防滑转系统的工作原理及作用

    电动汽车防滑转系统( Anti Slip Regulation)是指电动汽车在驱动过程中防止驱动轮发生滑转的控制系统,简称ASR。电子控制防滑转系统能有效控制电动汽车驱动轮的运动状态,避免车轮在路面上驱动滑转,提高电动汽车在驱动过程中的驱动能力和驱动时的方向稳定性,改善或提高汽车行驶的通过性。

    驱动防滑转系统在电动汽车上已经得到了广泛应用,它主要由ASR传感器。ASR ECU和ASR制动压力调节器组成。典型的ASR如图1-27所示。


电动汽车防滑转系统

    电动汽车驱动力大于驱动轮与路面间的附着力是电动汽车发生加速滑转的直接原因。电动汽车在附着系数小的路面行驶,会经常出现驱动轮滑转现象。要防止驱动轮滑转,就必须对驱动力矩加以控制,适当降低电动汽车驱动力。降低电动汽车驱动力的控制方式主要有制动控制、发动机控制和发动机与制动综合控制三种方案,当ASR ECU检测到驱动轮滑转时,则ASR ECU就对驱动轮的滑转加以控制。
    电动汽车行驶时,ABS/ASR ECU根据各车轮转速传感器产生的车轮转速信号,确定驱动轮是否滑转。当驱动轮滑转时,ABS/ASR ECU则指令驱动步进电动机逐渐关闭辅助节气门,使发动机输出转矩降低,驱动轮的驱动力减小,从而抑割驱动轮滑转;如果驱动轮仍滑转,ABS7ASR ECU则又发出控制信号,控制ASR制动压力调节器工作,对驱动轮施加适当制动,使驱动轮速下降,将驱动轮滑转率控制在最佳范围。当电动汽车在附着系数不对称路面行车时,若处于泥泞路面的驱动轮产生滑转,则ABS7ASR ECU控制ASR制动压力调节器对滑转驱动轮进行制动,同时发动机对另一侧无滑转驱动轮施加正常力矩,其效果相当于差速锁的作用,好路面的驱动轮可获得较大的驱动转矩,使整车的驱动力达到最大值,从而提高电动汽车的行驶能力,增强电动汽车的通过性。
电动汽车配装防滑转系统后有哪些优点?
装防滑转系统(ASR)的汽车与不装ASR的汽车相比较,具有如下优点。
(1)动力性好
ASR能使电动汽车充分利用驱动轮的最大附着力,使电动汽车获得较大的驱动力,因而可提高电动汽车的起步能力、加速能力和爬坡能力。尤其在附着系数小的路面,或者在不对称的附着系数路面,电动汽车动力性的提高更加显著。
(2)方向稳定性好
ASR能使电动汽车行驶时,保证汽车驱动轮也获得较大的侧向附着力,因而可提高汽车抵抗侧滑的能力,使电动汽车在驱动过程中具有良好的方向稳定性,对于后轴驱动电动汽车可减少后轴侧滑的危险,对于前轴驱动电动汽车可避免电动汽车失去转向能力。这对电动汽车在湿滑的路面上起步、加速、转弯行驶来说,显得尤为重要。
(3)通过性好
由于ASR能够充分利用驱动轮的最大附着力,因而电动汽车在溜滑路面行驶时通过性较好。尤其是电动汽车行驶在不对称的附着系数路面时,电动汽车的通过性将会显著提高。
(4)驾驶性能好
由于ASR极大地改善了电动汽车的行驶性能,在很大程度上使驾驶人操作电动汽车得心应手,大大减少了驾驶电动汽车的紧张程度,提高了驾驶的舒适性。如当电动汽车遇到恶劣的路面状况时,驾驶人可以减少在转向盘和加速踏板上的很多动作,使得驾驶容易,驾驶性能好。
(5)驱动轮胎磨损减少

由于消除了驱动轮的滑转现象,因而使得驱动轮胎的磨损减少。

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18、电动汽车漆面封釉的定义及作用

1.什么是电动汽车漆面封釉

    釉是一种从石油副产品中提炼出来的抗氧化剂,其特点是防酸、抗腐、耐高温、耐磨、耐水洗、高光泽度等。封釉美容是用专用的封釉机将釉剂压进车漆内部,在电动汽车漆表面形成一层类似“唐三彩’’等陶器制品外表的保护膜,具有隔紫外线、防氧化、抵御高温和酸雨的功能。通常’对新车进行一次封釉美容可以延长车漆的使用寿命,减缓褪色,如果能对旧车封釉其效果就更明显。

2.电动汽车漆面封釉的目的
(1)可以防腐蚀。电动汽车漆面封釉之后可以有效抵抗如酸雨、化学制剂、树胶等对车漆的伤害。
(2)有效抵抗紫外线。电动汽车的车漆犹如人的皮肤般娇嫩,假如长时间的在烈日下曝晒,很容易影响车漆的颜色,如果本身车漆就不好的话,还可能会局部脱离。
(3)可以抗划痕。好的漆面封釉可以成为车漆的保护衣,还能阻挡外界对于车漆的损伤。例如:用掸子清理车身上的土、灰尘、洗车形成的轻微划痕等。
(4)能抗氧化。首先它与空气隔绝,不被氧化;其次它内含紫外线反射剂使车漆不再被辐射褪色,可以延缓车漆在大气下的氧化时间。
(5)起到上光作用。因为其中的一道工序可使氧化褪色的车漆还原增艳,颇有翻新的效果。车展上的样车大多都经过了这种处理,因此看起来晶莹剔透,光彩照人。

(6)还能防静电。釉中的静电吸收剂可以排除静电,不易吸收灰尘,便于清理。

3.进行电动汽车漆面封釉的前提

    许多车主认为,只有新车才需要“封釉”,达到在车漆外部附着一层保护,不会被紫外线辐射,不会被空气氧化,不会被酸、碱腐蚀的目的。殊不知,为旧车封釉也是非常有必要的。因为,当电动汽车开过一段时间,空气中的灰尘颗粒以及不专业的洗车过程都会在车漆表面留下许多微小的划痕。这些划伤在灯光下会形成密密的同心圆,俗称“太阳圈”。当这难看的“太阳圈’’出现的时候,封釉可以起到车漆颜色还原如新的神奇效果。由于釉里的增艳剂可使褪色变乌的漆面还原到新车的颜色,封釉就会像重新喷了一层亮油般光艳照人。而且车漆表面如同罩上一层强的保护膜,延长漆面寿命,一年之内可以不用打蜡。由于旧车封釉需要对车子进行漆面的抛光、研磨等漆面处理,减少漆面的厚度,因此旧车封釉的价格比新车封釉要略微贵些。

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19、【电动汽车知识大全】如何评价电动汽车动力性?

一、如何评价电动汽车动力性?

    电动汽车动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度,表示汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘员的能力。
从获得尽可能高的电动汽车平均行驶速度的观点出发,电动汽车的动力性可由电动汽车的最高车速、加速时间、最大爬坡度等指标评价。最高车速高,说明该车的驱动功率大,在各种路面高速行驶的可能性大,因而平均速度高,动力性好;电动汽车加速时间短,说明电动汽车在单位时间内提高电动汽车动能的能力强,驱动功率大.因而电动汽车起步较快,超车迅速,能提高电动汽车的平均行驶速度,动力性好;最大爬坡度大,说明电动汽车克服外界阻力的能力强,电动汽车在各种路面行驶的通过性好,具有潜在提高电动汽车平均行驶速度的能力,因而动力性好。
二、什么是电动汽车的最大爬坡度?
    坡度是指道路坡度角正切值的百分数。最大爬坡度是指汽车在良好的路面上满载等速行驶所能通过的最大坡度,显然它就是电动汽车最低档时的最大爬坡度。专用最大爬坡度来反映电动汽车的上坡能力。
    电动汽车的类型不同,则对最大爬坡度的要求也不一样。由于电动货车在各种路面上行驶,故要求具有较高的爬坡能力,一般电动货车的最大爬坡度在30%左右。电动汽车最大爬坡度越大,说明电动汽车行驶的通过性越好,它对山区行驶车辆的平均行驶速度有很大影响。
电动汽车的实际爬坡度往往比其最大爬坡度大,这是因为电动汽车实际爬最大坡道时,不是等速上坡,而是减速上坡,这样可以利用惯性上坡。另外,汽车倒车上坡时,其最大爬坡度会更大,这是因为一般电动汽车的倒档传动比较l档的传动比大,因而其倒档具有更强的爬坡能力,这样当电动汽车前进爬坡过不去时,或许可用倒车爬坡通过。
    提示:最高车速、加速时间、最大爬坡度在新车使用手册上都有说明。不同类型的电动汽车,对于动力性评价参数的要求会有不同:对于电动轿车,往往要求较高的最高车速和,较短的加速时间;对于电动货车,则偏重考虑最高车速和最大爬坡度。
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20、电动汽车主要干扰传播途径

干扰源和受扰设备在一起,就有从一方到另一方的潜在干扰路径,这就是电磁干扰的耦合途径。电子装置普遍具有天线能力的部件,例如电缆、印刷电路板上的印制线(走线)、内部连接导线等,这些部件以电场、磁场或电磁场的方式传输能量,通过各种耦合方式耦合到线路中。干扰源和被干扰对象间的噪声耦合有两种方式:传导方式和辐射方式。电磁干扰三要素及其相互关系如图9 -12所示。传导耦合必须在于扰源和敏感设备之间有完整的电路连接,干扰能量沿连接电路传输到敏感设备,发生电磁干扰。连接电路可能由导线、导电部件、电源、公共阻抗、接地平面、电阻、电感、电容和互感元件等组成。辐射耦合是通过介质以电磁波的形式传播,干扰能量按电磁场传播的规律向周围空间发射,干扰源与敏感设备之间无连接电路。



传导耦合

    传导耦合是指电磁噪声在电路中以电压或电流的形式,通过金属导线或其他无源元件(如电容、电感、变压器等)耦合至被干扰设备(电路),是电路中最常见的干扰途径之一。在音频和低频时,由于电源线、接地导体、电缆的屏蔽层等呈现低阻抗,故电流注入这些导体时易于传播。当噪声侍导到其他敏感电路时,就可能产生干扰作用。在高频时,导体的电感和电容将不可忽略。此时电抗值将随频率而变化;感抗随频率增加而增加,容抗随频率增加而减少。在无线电频率范围内,长电缆上的干扰传播,应按传输线特性来考虑,而不能按集总电路元件来考虑。

这一耦合类型的典型例子是:噪声通过电源线传导进入一个电路。如果电路的设计人员没有对电源线进行滤波处理,或者如果还有其他设备连接到该电源上,则在噪声进入电路之前有必要对导线中的噪声进行去耦。根据传输线特性,对于长度与频率所对应的久/4可以比拟(或大于)的导体,其特性阻抗为L/C其端接阻抗应等于该导体的特性阻抗,实际上这是不大可能的。因此,在其终端会出现反射,形成驻波。在无线电频率范围内,许多实际系统中的驻波现象均有明显的干扰耦合作用。

    传导耦合又可以分为直接传导耦合和公共阻抗传导耦合,如图9 - 13所示。直接传导耦合是指干扰信号直接通过导线、金属体、电阻、电容、电感或变压器等实际元器件耦合至被干扰设备而对电路产生干扰噪声。公共阻抗传导耦合是指噪声源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合。公共阻抗耦合一般发生在两个电路的电流在流经一个公共的阻抗时,一个电流在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路,主要原因是不良的接地方式。常见的公共阻抗耦合有公共地和公共电源阻抗两种。电磁噪声通过印刷板电路和机壳接地线、设备的公共安全接地线以及接地网络中的公共地阻抗时产生公共地阻抗耦合;噪声通过交流供电电源及直流供电电源的公共电源阻抗时,产生公共电源阻抗耦合。



辐射耦合

    辐射耦合是指电磁噪声的能量,以电磁场能量的形式通过空间传播,耦合到被干扰设备(电路)。当高频电流流过导体时,在该导体周围便产生电力线和磁力线,并发生高频振荡,从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。根据电磁干扰源与被干扰设备(电路)之间耦合途径的不同,辐射耦合可以分为天线对天线、场对导线和导线对导线三种情况。

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21、纯电动汽车高压电安全设计

纯电动汽车高压电安全设计

    高压电系统的功能是保证整车系动力电能的传输,并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障和高压故障等,以保证设备和人员安全为首要任务,也是电动车辆产业化的关键技术之一。自1 9 70年前后,国际标准化组织(ISO,IEC)和美国、欧洲、日本等都先后成立了开展电动车辆标准研究和制定工作的标准化组织和机构,相继发布了若干电动车辆的技术标准。人们对电动车辆的高压电安全及控制制定了较为严格的标准和要求,并规定了高压系统必须具备高压自动切断装置。其中涉及与纯电动汽车安全有关的气特性有:绝缘特性、漏电流、充电器的过流特性、爬电距离及电气间隙等。

纯电动汽车高压电安全保护的执行要点是,首先确保高压电源等的运行安全和高压电的接通必须具备既定的先决条件,以及基于外部故障诊断的自动断开和被动断开。
1.高压互锁
    为确保高压母线快速连接器的连接可靠,在高压电回路中并联一组随快速连接器一起安装的高压互锁回路,并连接到EVSM,用来动态检测高压快速连接器连接的可靠程度。当检验到商压回路的连接没有达到预期的完整性要求时,EVSM将直接或通过整车控制器禁止相关动力电源的输出,直到该故障完全排除为止。否则会存在高压电暴露、连接不良造成动力回路输出功率下降,甚至使连接器烧毁等不良后果。
2.接通信号的互锁控制
    只有电动汽车上与高压电控制相关的管理模块都发出许可闭合的线控信号后,才能使专门设计的高压电闭合模块进入预充电过程,而只有符合事先设计要求的预充电过程才能最终使高压电回路完全闭合,电源系统才有能力向外供给能量。同样,在紧急的情况下,所有参与高压电控制的相关管理模块都可超越整车控制器,通过COMM控制线强行要求EVSM切断高压电源的输出。
3.被动安全控制

    在遇到紧急情况时,尤其是严重的碰撞,将会使车内的纯电动汽车蓄电池单元、高压用电器等与车身固定件之间发生碰撞挤压等情况,造成潜在的脱落、短路等瞬间绝缘性能的快速下降或高压主回路电路的短接等非常危险的情况。为适应这种被动控制的需求,在EVSM中可以设置一个加速度传感器的信号输入电路,经过一个专门的数据处理模块,诊断出一个被动安全信号送CPU处理,并通过事件CAN帧及时与整车控制器通信,快速切断电源系统的输出。

4.接通过程的安全珍断与控制

    正确的接通过程就是一个检验和确保供电(蓄电池等)、负载(电机及控制器、DC/DC等)及高压控制继电器自身的安全运行的过程。控制命令可以来自于线控信号,也可以来自于CAN网络。所有的请求接通命令,都需要一个定时的确认过程,确认的周期大约为60ms,与人工操作的反应时间相当。这样就十分有效地兼顾了命令的正确传递和必要的响应速度,提高了高压电接通过程的可靠性。引入预充电电阻,目的就是为了在安全接通高压系统前,正确感知输出线路是否存在负载过大甚至可能短路等故障。对高压输出端实行预充电,可有足够的时间来实时检测预充电过程中高压回路中电压与时间的变化关系,并据此来判断输出线路的状态,以确定下一步的控制操作——完全接通还是禁止接通。这种直流电源与负载接通过程的安全控制,可以最大程度地避免高压用电器的永久性损坏,及时告知驾驶员进行必要的车辆维护。
5.运行过程中绝缘电阻的安全诊断
    电动汽车在行驶过程中,由于振动、冲击以及动力电池腐蚀性液体、气体等的影响,使高压。电路与电底盘等低压电路之间的当量绝缘电阻成为一个动态变化的物理参量,其大小与高压电路回路中高压用电器的多少及用电的状态有关。为此对高压电绝缘状态的在线动态检测是安全诊断的关键,它综合了蓄电池主供电回路、高压电回路、电机驱动系统等高压用电器与汽车车身之间的绝缘状况。在出现绝缘故障时,首先启动故障诊断程序来对故障进行分级,通过判断故障的变化趋势来确定故障是渐进变化而来,还是突发产生。若故障是突发产生的,则迅速启动CAN事件帧通知上级控制器,否则仍然按既定的时序通报给上级控制器,上级控制器应当反馈相应的处理结果。
6.断开过程的控制策略
    在正常或在无重大故障时,与接通过程一样,接受请求断开的命令也需要一个确认的过程,同时保证命令的正确传递和必要的响应速度,邂免电动汽车正常行驶时的非正常断开,提高工作可靠性。而当高压电系统存在故障时,如何断开供电回路,是一个非常值得仔细研究的问题。在人身安全受到威胁的情况下应当毫不犹豫地断开高压电,而在其他情况下的断开则必须服从一定的优先级。首先必须了解高压电故障的严重等级,了解整车的驱动和能源装置的运行状态,并使整车控制器尽快转入非驱动状态等。其中包括在极端情况下的紧急断开策略;考虑到行车挡位和车速的高压安全断开策略;考虑各能源装置运行状况的断开策略。而一旦断开高压供电,则必须由操作者有意识地动作进行复位,并在一定的时间间隔待原先的故障消失后,才能进入下一次的接通过程。
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22、并联式混合动力驱动系统的控制策略以及控制方法

并联式混合动力驱动系统的控制策略以及控制方法

(1)运行模式

并联式混合动力电动汽车驱动系统可以按照以下几种运行模式工作。

①发动机单独驱动模式:电力驱动系统不工作,发动机提供功率。
②驱动电机单独驱动模式:功率需求仅由电力驱动系统提供。
③发动机一驱动电机混合驱动模式:发动机和电动机两者必须同时向驱动轮传递功率。
④再生制动模式:车辆行驶动能传至电动机(运行在发电机状态),动能转化为电能向动力电池充电。
⑤发动机充电模式:混合动力控制器或驱动电机控制器控制电动机运转在发电机状态,发动机驱动动力由发电机转化为电能,向动力电池组充电。

(2)控制策略

混合动力汽车可采用的有逻辑门限值控制、动态自适应控制、逻辑模糊控制和神经网络控制等几种控制策略。由于逻辑门限值控制方法快速简单、实用性较强,因此国外的样车和产品车型大部分都采用这种控制方法。采用其他三种复杂的控制方法需要采集和运算的数据量大。以T简要介绍一种常用的逻辑门限值控制策略。

①起步工况  在车辆起步时,发动机转速低,输出转矩较小;而驱动电机一般在低转速下具有良好的转矩特性,为此整车进入纯电动驱动工况。上述策略可简单描述为:当满足以下条件时SOC≥SOClow式中  SOClow——某一设定动力电池储能下限值。由电机启动整车,否则由发动机启动工作,带动车辆起步。该工况下整车能量流如图7-12所示。



②驱动行驶工况控制策略  汽车起步后,即进入驱动行驶工况,针对低速小负荷行驶工况、中速中负荷行驶工况、加速爬坡和高速行驶工况给出了不同的控制策略。

a.低速小负荷行驶工况  在轻载或低速行驶工况’,若电池SOC低于设定下限值SOClow,发动机启动工作,并恒定工作在设定的某一转矩,在驱动汽车行驶的同时,驱动电机给电池组充电直到SOC达到平均值SOCave;若SOC不低于设定下限值SOClow,发动机处于关闭状态,电机单独工作驱动汽车行驶。两种SOC状态下整车能量流动如图7-13和图7-14所示。当SOC Te-min——设定的发动机最小工作转矩,N.mo当SOC>SOClow时,轻载行驶工况判定的条件是Tdri,,e+Tcharge 式中  Tdri.e——驾驶员要求的用于整车驱动的转矩,N-m;Tcharge——用于给电池充电的转矩,N-m;

Te-off -设定的发动机最小工作转矩,N.m;7le -发动机工作转速,r7min;咒e-launch——设定的发动机最低工作转速,r/min 。


图7-13  SOC小于下限值时能量流示意图    图7-14  SOC不小于下限值时能量流示意图


b.中速中负荷行驶工况  中速中负荷行驶工况(即巡航工况)是汽车行驶的主要工况,该工况汽车的行驶功率全部由发动机提供。若电池SOC低于设定下限值,发动机在驱动汽车行驶的同时,驱动电机给电池组充电;若SOC不低于设定的平均值,电机处于关闭状态,发动机单独工作驱动汽车行驶。

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23、串联式混合动力电动汽车的驱动系统主要特点

串联式混合动力电动汽车的驱动系统主要特点

    串联式混合动力电动汽车(SHEV)主要由发动机、发电机、驱动电机和动力蓄电池组等部件组成。发动机仅仅用于发电,发电机所发出的电能供给电动机,驱动电机驱动汽车行驶,且是汽车行驶的唯一机械动力源。发电机发出的部分电能向电池充电,来延长混合动力电动汽车的行驶里程。另外,电池还可以单独向电动机提供电能来驱动电动汽车。串联式混合动力电动汽车的发动机一发电机组只能看为是一种电能供应系统,类似于一种车用电力传动系统,区别于传统的内燃机汽车发动机并不直接以机械传动形式进行SHEV车辆的驱动。串联式混合动力汽车(SHEV)的驱动如图7-4所示。


串联式混合动力示意图

图7-4  串联式混合动力示意图


    当SHEV车辆以低速小负荷行驶时,仅由动力电池提供电能使电动机产生驱动力矩,这是一种纯电动运行模式,为“零’’排放。当负荷较大时,发动机输出的机械能通过电动汽车发电机转化为电能,转化后的电能由电动机和传动装置驱动车轮,若发电机的输出功率大于电动机的输入功率,则多余的电能用于对动力电池充电。当SHEV车辆起步、加速、爬坡时,由于发电机输出功率小于电动机所需的输入功率,动力电浊和发动机一发电机组共同提供电能驱动车辆行驶;另外,可以实现的是当SHE~V车辆制动减速时,电动汽车电动机以发电模式工作回收再生制动能量。

串联式混合动力电动汽车的特点

串联式混合动力电动汽车具备以下优点。

①串联式混合动力电动汽车结构中发动机与电动机无机械连接,可使发动机保持在最佳工作范围内;由于动力蓄电池的蓄能作用,不管汽车处于何种工作状态,发动机都避免在怠速和其他不经济的工况下工作,且可能完全运行在其最大效率区,这明显减少排气污染并提高燃油经济性。

②串联式混合动力电动汽车结构简单,布置灵活,一般不需要多挡的传动装置(如变速器),其结构大为简化,且成本下降(相对于其他混合动力汽车)。

③串联式混合动力电动汽车控制系统相对简单、容易设计,仅需要根据蓄电池充电状态决定发动机的运行及停止。然而,串联式混合动力汽车也有以下一些缺点。

①增加了能量转换环节,降低了动力系统综合效率;电动汽车电池充放电效率有限,导致燃油能量利用率不高。

②需要配置大功率的发电机组,增大了车辆的额外负荷和制造成本;每一动力装置的功率均等于汽车要求的总功率,设备规模庞大,增加了车辆的成本及布置机构的难度。串联式混合动力电动汽车的优越性主要表现在低速、加速等运行工况,因此它适合在市区低速工况下运行。

串联式混合动力电动汽车的控制方法和控制策略

(1)运行棋式串联式混合动力电动汽车驱动系统可以按照以下几种运行模式工作。

①动力电池组驱动模式:发动机关闭,车辆仅由蓄电池组供电至驱动电机,驱动车辆行驶。

②发动机驱动模式:车辆驱动功率仅源于发动机一发电机组,而动力蓄电池组既不供电也不被充电。发动机一发电机组供电至驱动电机,驱动车辆行驶。

③混合驱动模式:驱动功率由发动机一发电机组和动力蓄电池组两者共同提供,两者共同供电至驱动电机,驱动车辆行驶。

④发动机驱动和动力蓄电池组充电模式:发动机一发电机组供给向动力电池组充电的同时,发动机一发电机组供电至驱动电机,驱动车辆行驶。

⑤再生制动模式:发动机一发电机组关闭,驱动电机运行于发电机工况,车辆行驶动能经驱动电机所产生的电功率用于向蓄电池组充电。

⑥动力蓄电池组充电模式:驱动电机不接受发动机一发电机组输出的功率,发动机一发电机组向动力蓄电池组充电。

(2)串联式混合动力汽车控制策略

串联式混合动力汽车控制策略的主要目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作,使电池、电力驱动系统、发动机一发电机的总体效率提高。串联型混合动力汽车基本的控制方式为恒温器式控制方式、功率跟踪式控制方式及其他控制策略。

①恒温器式控制  恒温器式控创策略也被称为开关型控制策略,特征是发动机开机后即恒定地工作于效率最高点。该策略的控制逻辑如下。

a.当动力蓄电池组荷电状态(SOC)降到设定的低门限值时,发动机工作,在最低油耗或低排放工作点按恒功率输出(经发电机转化为电能),一部分功率用于满足车轮驱动功率要求,电能提供给驱动电机;另一部分功率向动力蓄电池充电。

b.当动力蓄电池组SOC值上升到所设定的高门限值时,发动机关闭,由动力电池组提供电能,驱动电机驱动车轮。在这种控制策略中动力蓄电池组要满足所有瞬时功率的要求,动力蓄电池组的过度循环所引起的损失可能会减少发动机优化所带来的好处。也就是说,这种控制对发动机比较有利而对动力蓄电池不利。

②功率跟踪式控制  在这种控制策略中由发动机全程跟踪车辆功率需求,根据动力电池组SOC和车辆负荷确定发动机的开关状态和输出功率的大小。该策略的控制逻辑如下。

a.当车辆功率需求大于发动机一发电机组输出功率时,将发动机的输出功率调整为最大值;动力电池组参与工作,向驱动电机提供电能,但前提是动力电池SOC值高于设定下限值。

b.当车辆功率需求小于发动机一发电机组最佳运行区输出功率时,此时的控制按照动力电池的SOC值进行。动力电池SOC值小于设定的上限值时,发动机一发电机的部分输出功率用于供给驱动电机驱动车辆行驶,另一部分功率用于供给动力电池进行充电;动力电池SOC值达到设定的上限值时,友动机一发电机的全部输出用于供给驱动电机驱动车辆行驶。

c.在动力电池的SOC大于SOC设定上限值,且仅由动力电池提供的功率能满足车辆需求时,发动机才停机或怠速运行。采用这种控制策略,动力蓄电池工作循环将消失,充放电形成的动力蓄电池组损失被减少到最低程度。但发动机必须在从低到高的整个负荷区范围内运行,而且发动机的功率快速动态地变化,会损害发动机的效率和排放性能。发动机的功率紧紧跟随车辆功率的变化,这与传统的汽车运行相似。两种控制策略可以结合起来使用,其目的是充分利用发动机和电池的高效率区,使其达到整体效率最高。

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24、纯电动汽车信息电子控制系统主要组成部分有哪些

纯电动汽车信息电子控制系统主要组成部分有哪些?

    为了便于驾驶员随时了解汽车各种工作参数是否正常,以便及时采取措施,防止发生人身伤害和机械事故,电动汽车上都设置有各种信息显示系统。这些仪表有的显示汽车的常规运行参数,有的显示某些极限参数。由于传统的汽车仪表都是采用机械式或机电结合式仪表,都是通过指针和刻度实现模拟显示,因此,存在着显示信息量少、视觉特性不好、易使驾驶员疲劳、准确率低等缺点,难以满足人们对汽车性能越来越高的要隶。汽车信息电子控制系统由智能电子仪表显示系统、汽车显示与报警系统、全球卫星定位(GPS)系统、远程监控系统组成。电子显示器件包括发光显示器件、线条图形显示器件以及液  {晶显示屏等。随着新型传感器、电子显示器件以及电子技术在汽车上的广泛应用,汽车仪表电  {子化已经成为显示纯电动汽车信息的发展方向。

1.智能电子仪表显示系统

    由于电动汽车的构造与传统车不同,使得电动汽车的显示界面的参数也略有不同,例如发动机的转速表、温度表还有燃油量表,已被电动机功率表、燃料电池出水口温度和氢燃料余量  {显示所取代。在此基础上,还增加了DVD显示界面,DVD显示界面可以清晰地显示出能量  {流图,以及关键的系统参数,为驾驶员提供了更大的便利。

2.汽车显示与报警系统

    电动汽车故障自诊断系统如图8-12所示。故障自诊断模块监测的对象是电动汽车上的各种传感器,如冷却液温度传感器、电子控制系统本身以及各种执行元件,如继电器,故障判断正是针对上述三种对象进行的。故障自诊断模块共用汽车电子控制系统的信号输入电路,在汽车运行进程中监测上述三种对象的输入信息,当某一信号超出了预设的范围值,并且该现象在一定的时间内不消失,故障自诊断模块便判断为该信号对应的电路或元件出现故障,并把该故障以代码的形式存人内部存储器,同时点亮仅表板上的故障指示灯。针对三种监控对象产生的故障,故障自诊断模块采取不同的应急措施。当某一传感器或电路产生了故障后,其信号就不能再作为汽车的控制参数。

    为了维护新能源电动汽车的运行,故障自诊断模块便从其程序存储器中调出预先设定的经验值,作为该电路的应急输人参数,保证电动汽车可以继续工作。当电子控制系统自身产生故障时,故障自诊断模块便触发备用控制回路对汽车进行应急的简单控制,使汽车可以开到修理厂进行维修,这种应急功能就叫故障运行,又称“跋行’’功能。当某个执行元件可能导致其他元件损坏或严重后果的故障时,为了安全起见,故障自诊断模块采取一定的安全措施,自动停止某些功能的执行,这种功能称为故障保险。如当点火器出现故障,故障自诊断块就会切断燃油喷射系统电源,使喷油嘴停止喷油,防止未燃烧混合气体进入排气系统引起爆炸。从上述基本工作原理分析来看,故障自诊断模块包括监测输入、逻辑运算及控制、程序及数据存储器、备用控制回路、信息和数据驱动输出等模块。


汽车故障自诊断系统


    目前大部分车型采用了串行数据珍断模式,或作为过渡,同时支持两种模式。今后所有的车型都将采用串行数据诊断模式。该模式不仅能够准确及时反映汽车故障,而且能实时地输出汽车运行的各种参数。采用串行数据诊断模式以后,要和故障自诊断模块交互信息,就必须采用专用电脑故障检测仪——解码器。通过解码器可以读取电动汽车故障和各种运行参数,有的还能调整纯电动汽车运行参数,甚至可以对电动汽车电脑重新编程。

3.全球卫星定位(GPS)系统

    用户设备部分即信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息,接收机硬件和机内软件以及数据的后处理软件包构成完整的用户设备。接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时,机内电动汽车电池自动充电。关机后,机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丢失。车载数据采集系统利用CAN总线与整车网络进行通信,并对整车运行数据,如燃料电池和车辆工作时间、车速、燃料电池总电压、电流和冷却剂温度、总的燃料消耗、电动轿车电动机转速、电池/超级电容充放电的电流和电压等数据的采集和记录。数据记录长度不低于24h,采样周期为lOOms,所有采集数据存储在SD卡上以供离线分析。同时按收GPS定位信息,经过GPRS\Internet网络上传至服务器。车用导航仪运用导航系统准确定位,为驾驶员提供充足的路况及地理信息,为驾驶员行驶提供了便利及安全。

4.远程监控系统

    远程监控系统由车载端、网络和中心服务器组成。车载端负责采集车上的实时状态、故障数据并传送给中心服务器。中心服务器包括数据通信服务器、Web服务器和数据库服务器。数据通信服务器负责和车载端进行通信,将车载端采集的数据分析处理后,存储到数据库。服务器负责对用户提供WEB服务,用户可以通过用户端访问Web服务器,对车辆进行远程监控。数据库服务器则负责对数据库进行管理。

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25、新能源电动汽车整车电子控制系统

电动汽车整车电子控制系统由动力系统、底盘电子控制系统、汽车安全控制系统、汽车信息电子控制系统组成,这四大系统完成了电动汽车的使命。下面将分别介绍每个系统的功能及作用。

电动汽车整车电子控制系统

    电动汽车动力系统各零部件的工作都是由整车控制器统一协调。对纯电动汽车而言,电动机驱动和制动能量回收的最大功率都受到电池放电/充电能力的制约。对混合燃料电池轿车和燃料电池客车而言,由于其具有两个或两个以上的动力源,增加了系统设计和控制的灵活性,使汽车可以在多种模式下工作,适应不同工况下的需求,获得比传统汽车更好的燃料电池性能,降低了有害物的排放,减小对环境的污染和危害,从而达到环保和节能的双重标准。

首先要针对给定的车辆和参数的条件,选择合适的动力系统构型,完成动力系统的参数匹配和优化。在此基础上,建立整车控制系统来协调汽车工作模式的切换和多个动力源/能量源之间的功率/能量流的在线优化控制。整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成,其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况,在保证安全和动力性的前提下,选择尽可能优化的I作模式和能量分配比例,以达到最佳的燃料经济性和排放指标。

1.整车控制系统及功能分析

(1)控制对象:电动汽车驱动系统包括几种不同的能量和储能元件(燃料电池,内燃机或其他热机,动力电池或超级电容),在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。电动汽车动力系统能流图如图8-1所示。

(2)整车控制系统结构:电动汽车动力系统的部件都有自己的控制器,为分布式分层控制提供了基础。分布式分层控制可以实现控制系统的拓扑分离和功能分离。拓扑分离使得物理结构上各个子系统控制系统分布在不同位置上,从而减少了电磁干扰,功能分离使得各个子部件完成相对独立的功能,从而可以减少子部件的相互影响,并提高了容错能力。


电动汽车动力系统


    电动汽车分层结构控制系统如图8-2所示。最底层是执行层,由部件控制器和一些执行单元组成,其任务是正确执行中间层发送的指令,这些指令通过CAN总线进行交互,并且有一定的自适应和极限保护功能;中间层是协调层,也就是整车控制器(VMS),它的主要任务是一方面根据驾驶员的各种操作和汽车当前的状态解释驾驶员的意图,另一方面根据执行层的当前状态,做出最优的协调控制;最高层是组织层,由驾驶员或者制动驾驶仪来实现车辆控制的闭环。


电动汽车分层控制系统


(3)整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面:

①动力性和经济性:整车控制器决定发动机和电动机转矩的输出,直接关系到汽车动力性能,影响驾驶员的操纵感觉;燃料电池轿车和客车有两个或两个以上的能量来源,在汽车实际行使过程中,整车控制器实施控制能量源之间的能量分配,从而实现整车台旨量的优化,获得较高的经济性。

②安全性:燃料电池轿车和客车上包括氢气瓶、动力电池等能量储存单元和动力总线,电动机及其控制器等强电环节,除了原有的车辆安全性问题(如制动和操作稳定性)之外,还增加了高压电安全和氢安全等新的安全隐患。整车控制器必须从整车的角度及时检测各部件的工作状态,并对可能出现的危险进行及时处理,以保证成员和车辆的安全。

③驾驶舒适性及整车的协调控制:采用整车控制器管理汽车上的各部件工作,可以整合汽车上各项功能,如自动巡航、ABS、自动换档等,实现信息共享和全局控制,改善驾驶舒适性。整车控制器根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解释,根据各介部件和整车工作的状态进行整车安全管理和能量分配决策,通过CAN总线向部件ECU发送命令,并通过硬件资源驱动整车安全操作和仪表显示。

2.整车控制器

(1)整车控制器功能:整车控制器是控制系统的核心,承担了数据交换、安全管理和能量分配的任务。根据重要程度和实现次序,其功能划分如下。

①数据交互管理:整车控制器要实时采集驾驶员的操作信息和其他各个部件的工作状态信息,这是实现整车控制器其他功能的基础和前提。该层接受CAN总线的信息,对直接馈人整车控制器的物理层进行采样处理,并且通过CAN发送控制命令,通过I/O.D7A、PWM提供对显示单元、继电器等的驱动信号。

②安全故障管理层:实车运行中,任何部件都可能产生差错,从而可能导致器件损坏甚至危及车辆安全。控制器要能对汽车各种可能的故障进行分析处理,这是保证汽车行驶安全的必备条件。对车辆而言,故障可能出现在任何地方,但对整车控制器而言,故障只体现在第一层中继承的数据中。对继承的数据进行分析判断将是该层的主要工作之一。在检测出错误后,该层会做出相应的处理,在保证车辆足够安全的条件下,给各部件提供可使用的工作范围,以便尽可能地满足驾驶员的驾驶意图。

③驾驻员意图层:驾驶员的所有与驱动驾驶相关的操作信号都直接进入整车控制器,整车控制器对采集的驾驶员操作信息进行正确的分析处理,计算出驱动系统的目标转矩和车辆的需求功率来实现驾驶员的意图。

④能量流管理层:该层的主要工作是在多个能量源之间进行需求功率分配,这是提高燃料电池汽车经济性的必要途径。要实现整车控制器的上述功能,必须设计合理的硬件和软件,整车控制器功能划分如图8-3所示。

(2)整车控制器硬件:现有的动力总成控制器一般为采用高性能单片机的嵌入式系统,有Cygnal公司的C8051F020单片机,Intel的80C196, TI的TMIS320LF2407数字信号处理器,Freescale的MC68376系列单片机等方案,此外,支持Simulink自动代码生成的微处理器有Freescale公司的HC'12. MPC0555,Infineon公司的C166; TI公司的DSPC2000.C6000等。


整车控制器功能划分


以上这些控制器都具有高速高精度、存储器容量较大的特点,能满足实时控制算法对计算能力的需求。同时还具有丰富的片内i70接口、网络总线通信接口,为分布式网络控制和集中控制提供了可能。为了能在芯片上移植诸如OSEK7VDX之类的实时操作系统,对中断和定时器等硬件资源也有较为特殊的要求。其中一些控制器在传统汽车的发动机和传动系统的控制中已经得到广泛的应用,其可靠性也得到充分的验证。这其中以工作频率为40MHz且具有64位浮点运算PoWerPC内核的32位RISC构架的MPC555处理器运算能力最为强大,集成的片内RAM和Flash容量较大,片内外围设备接口最为丰富,Simulink对其所提供的驱动程序模块库支持也最完善。故选择其作为VMs控制器的嵌入式硬件平台基础oMPC555模块示意图如图8-4所示。


MPC555模块示意图


(3)整车控制器开发:在传统的控制单元开发流程中,通常采用串行开发模式,即首先根据应用需要,提出系统霈求并进行相应的功能定义,然后进行硬件设计,使用汇编语言或c语言进行面向硬件的代码编写,随后完成软硬件和外部接口集成,最后对系统进行测试标定。现在的开发多采用V模式开发流程(图8 -5)o软硬件技术的不断发展,为并行开发提供了强有力的工具。例如德国DSPACE公司开发了基于PowerPC和Matlab7Simulink的实时系统仿真,为控制器开发及半实物仿真提供了很好的软硬件工作基础。第一步,功能定义和离线仿真。首先根据应用需要明确控制器应该具有的功能,为硬件设计提供基础;然后借助MATLAB建立整个控制系统(包括控制器和被控对象)的仿真模型,并


v模式开发流程


进行离线仿真,运用软件仿真的方法设计和验证控制策略。第二步,快速控制器原型和硬件开发。从控制系统的仿真模型中取出控制器模型,并且结合DSPACE物理接口模块(A/D.D7A.170.RS232和CAN)来实现与被控对象的物理连接,然后运用dSPACE提供编译工具生成可执行程序,并下载到DSPACEo DSPACE此时作为目标控制器的替代物,可以方便地实现控制参数在线调试和控制逻辑调节。在进行离线仿真和快速控制其原型的同时,根据控制器的功能设计,同步完成硬件的功能分析并进行相应硬件设计、制作,并且根据软件仿真的结果对硬件进行完善和修改。第三步,目标代码生成。前述的快速控制原型基本生成了满意的控制策略,硬件设计也形成了最终物理载体ECU,此时运用DSPACE的辅助工具TargetLink生成目标代码,然后编写目标的底层驱动软件,两者集成后生成目标代码下载到ECU中。第四步,硬件在环仿真。其目的是验证控制器电控单元的功能。在这个环节中,除了电控单元是真实的部件,部分被控对象也可以是真实的零部件,如果将仿真模型中的被控对象模型生成代码并下载到DSPACE中,则可用于被控对象的特性。第五步,调试相标定。把经过硬件在环仿真验证链接到完全真实的被控对象中,进行实际运行试验和调试。

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26、燃料电池汽车能量管理系统及控制策略

    燃料电池汽车按照驱动系统概括起来有纯燃料电池驱动系统和燃料电池(FC)与辅助动力源组成的混合驱动系统两种形式。纯燃料电池驱动系统只有燃料电池一个动力源,汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。它的主要缺点有: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的要求;不能进行制动能量回收。因此,为了有效解决上述问题,必须使用辅助能量存储系统作为燃料电池系统的辅助动力源和燃料电池联合工作,组成混合驱动系统共同驱动汽车。

    在燃料电池汽车上,主动力源是燃料电池(FC),可应用的辅助动力源有蓄电池(B)、超级电容器(UC)和超高速飞轮(FW)o目前,燃料电池和辅助动力源混合驱动系统形式有以下几种:FC+UC.FC+FW.FC~-B和FC—-B+UCo目前,各大研究机构普遍研究的是混合驱动形式。传统内燃机混合动力汽车是内燃机与电动机之间驱动力的合成,即在两个动力源之间进行动力分配。在燃料电池混合动力电动汽车(FCHEV)中则是电与电的合成,即要进行的是功率分配oFCHEV的模型如图8- 23所示,它表示了电动机、电池以及燃料电池之间的功率输入输出关系。目前按它们之间分配的控制策略来分,可分为两种控制模式:功率跟随模式开关模式的基本思想为:对燃料电池进行最优控制,即以最低氢气消耗为目标调节燃料电池,使其在某一工作点工作,该工作点是燃料电池最佳效率点,使燃料电池始终工作于相对低的氢气消耗区,由蓄电池作为功率均衡装置来满足具体的汽车行驶功率要求。


FCHEV能量流动示意图

    

    功率跟随模式的基本思想为:当蓄电池荷电状态(SOC)在蓄电池荷电状态最低设定值与蓄电池荷电状态最高设定值之间时,燃料电池应在某一设定的范围内输出功率,输出功率不仅要满足车辆驱动要求,还要为蓄电池组充电,该功率称为均衡功率(即对蓄电池进行能量补充使其在最佳的SOC状态)o它有以下四种驱动模式:蓄电池单独驱动模式、燃料电池单独驱动模式、燃料电池单独驱动并给蓄电池充电模式、燃料电池和蓄电池并联驱动模式。

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27、电动汽车整车控制核心技术详解

尽管电动汽车的发展已有100多年的历史,但多能源动力电动汽车的研究开发则始于20世纪80年代。动力总成是整个电动汽车的重要部件,也是电动车区别于普通汽车的重要特点和发挥其节能、环保优势的关键,当然也就成为研究的重点。所以,多能源动力总成控制系统融合了现代电子技术、通信技术、计算机技术和控制技术等最新研究成果。

当前,人们一般都采用嵌入式计算机或高性能单片机作为主控计算机。就控制器的结构而言,国外主要经历了两代.第一代为集中式控制系统。也就是说,一台计算机采集电动汽车所有的输入信号,通过处理、计算然后输出控制信号。这种控制方式有其明显的局限性,因为电动汽车的输入、输出信号分布于汽车的各个部位,它们到计算机的连线不仅多而且长,这样增加了系统的复杂程度,降低了可靠性;而且一旦系统的软硬件确定下来之后,很难再进行任何扩展,不利于系统的升级.另一方面,由于控制系统不是模块化的结构,各个部分相互关联,开发效率不高。因此,这种方式目前已经遭淘汰.第二代为分布式控制系统.这种方式是根据汽车的布局,在相对输入输出比较集中的某一部位,用一个高性能单片机,组成一个相对独立的模块,完成这一部位的信号采集和控制。例如某电动汽车品牌公司的混合电动汽车,整车一共用了47个计算机模块。各个模块之间通过现场总线进行数据交换,也可以再用一台性价比较高的计算机通过现场总线与各个模块连接。这种方式的优点非常明显。其一是系统的连线大大减少,因为输入输出点与各个模块的距离较近,模块之间用现场总线相连。据报道,分布式控制方式比集中控制方式的连线少50%。其二是结构简化,可靠性大大提高.其三,系统具有通用、开放和可扩展性能。所以,这种分布式结构在当前电动汽车控制系统中得到了广泛的应用(如下图所示)。


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控制器硬件平台


下一代汽车动力总成控制设备的主流趋势为以32位处理器、嵌入式实时操作系统为基本技术特征的新一代软硬件平台,该产品日趋成熟,在国外各汽车企业得到广泛的应用。

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28、新能源汽车电气绝缘监测的一般方法

对于封闭回路的高压直流电气系统,其绝缘性能通常用电气系统中电源对地漏电流的大小来表征。现在普遍使用两种漏电流检测方法:辅助电源法和电流传感法。

①辅助电源法。在我国某些电力机车采用的漏电检测器中,使用一个直流110V的检测用辅助蓄电池,蓄电池正极与待测高压直流电源的负极相连,蓄电池的负极与车辆机壳实现一点连接。在待测系统绝缘性能良好的情况下,蓄电源没有电流回路,漏电流为零;在电源线缆绝缘层老化或者环境潮湿等情况下,蓄电池通过电源线缆绝缘层形成闭合回路、产生漏电流,检测器根据漏电流的大小进行报警,并关断待测系统电源。这种检测方法不仅需要直流110V电源,增加了系统结构的复杂度,而且这种检测方法难以区分绝缘故障源是来自电源正极引线电缆还是负极引线电缆。

②电流传感法。采用霍尔式电流传感器是对高压直流系统进行漏电流检测的另一种方法。将待测系统中电源的正极和负极一起同方向穿过电流传感器,当没有漏电流时,从电源正极流出的电流等于返回到电源负极的电流,因此穿过电流传感器的总电流为零,电流传感器的输出电压为零;当发生漏电现象时,电流传感器输出电流不为零。根据电压的正负可以进一步判断产生漏电流的来源是来自电源正极引线电缆还是电源负极引线电缆。但是,应用此方法的前提是待测电源必须处于工作状态。

在目前的电动汽车产品研发中,采用母线电压在“直流正极母线-底盘”和“直流负极母线-底盘”之间分压来表征直流母线相对于车辆底盘的绝缘程度。但是,这种电压分压法只能表征直流正、负母线对底盘的相对绝缘程度,无法判断直流正、负母线对底盘绝缘性能同步降低的情况。

29、电动车功率变换器的分类及功能特点分析

功率变换器可分为直流/直流(DC/DC)变换和直流/交流(DC/AC)变换两类。电动汽车电气系统中的功率变换器主要是DC/DC变换器,有降压、升压、双向三种形式,是实现电气系统电能变换和传输的重要电气设备。DC/DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,也称为直流斩波器。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动汽车的无级变速和控制,同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能。用直流斩波器代替变阻器可节约电能20%~30%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。DC/DC变换是将原直流电通过调整其占空比(PWM)来控制输出的有效电压的大小。DC/DC变换器又可以分为硬开关和软开关两种。DC/AC称为反用换流器,也称逆变器、变流器、反流器,或称电压转换器,是一个可将直流电变换成交流电的电路。这种技术被广泛应用于不间断电源、电动车辆及轨道交通系统、变频器等。电动汽车中的交流驱动电机的DC/AC一般集成于电机控制器中。

在各种电动汽车中,功率变换器主要实现下列功能:

①不同电源之间的特性匹配。例如,可利用DC/DC变换器实现燃料电池和动力电池之间的特性匹配。

②驱动辅助系统中的直流电动机。在小功率(一般低于5kW)直流电动机驱动的转向、制动等辅助系统中,一般直接采用DC/DC变换器供电。

③给低压辅助蓄电池充电。在电动汽车中,需要高压电源通过降压变换器给辅助电池充电。

一般来说,电动汽车电源系统输出的是直流能量,而电机驱动系统输入的也是直流能量。因而,电源系统和驱动系统的功率变换问题,实际上就是一个直流功率的变换问题,即DC/DC的变换问题。

一般电动汽车动力电源系统的输出特性偏软,难以直接与电机驱动器匹配。在电源系统加负载的起始阶段,输出电压下降较快,但随着负载的增加,电流增大,电压下降,下降的斜率会出现一个特定的曲线,这种特性使电源系统的输出功率波动进而导致车辆整体效能的下降。

在电池系统与汽车驱动系统之间加入DC/DC变换器,使电池系统和DC/DC变换器共同组成电源系统对驱动系统供电,从而增强驱动系统的稳定性。因此,合理的DC/DC变换器的设计对电动汽车电源系统也具有重要的意义。

一般电动汽车功率变换器要求须具有如下特点:

①变换功率大。由于电动汽车电机系统在起动、爬坡、加速时要求的功率较大,为保证车辆的动力性能  功率转换器一般功率较大,果用大电流电力电子器件,进行双路或多路设计。

②输出响应快捷。电动汽车在行驶过程中对驱动系统的动力响应提出了很高的要求。其实也是对功率变换器提出了很高的要求。功率变换器的输出响应必须跟上车辆路况等因素对驱动电机输出功率变化的要求,否则会影响整车性能。

③工作稳定,抗电磁干扰。电动汽车行驶的安全性,要求功率变换器要具有很强的稳定性,特别是在电动汽车这个相对比较恶劣的电磁环境下,抗电磁干扰性能尤其重要。

④控制方便、准确。从整体上看,电动汽车的功率变换器不仅仅是一个功率变换的过程,实际上也是一个动力系统能量输出的控制过程。因此要使其功率变换器有好的可控制性,在设计功率变换器的时候,明确其控制策略是很重要的环节。

⑤具有能量回馈功能。电动汽车能量回收系统是电动汽车有限能量高效率使用的一个重要措施。作为连接动力系统和电源系统的桥梁,功率变换器还必须具有能量回馈功能,以满足能量回收的需要。因此,电动汽车的功率变换器一般为双向设计。

30、混合动力汽车的车辆结构要求

(1)动力蓄电池

动力蓄电池的绝缘电阻、爬电距离的要求应符合GB/T 18384.1的要求。应保证车辆的任何地方不得有安装在车辆上的动力蓄电池产生的危险气体聚集。动力蓄电池舱应尽可能与乘客舱隔开。动力蓄电池舱应确保均匀散热和通风,使车辆在运行过程中或过程后,动力蓄电池处于安全允许的温度范围内,动力蓄电池排出的有害气体能安全(对于车内乘员)地逸到大气中,不允许排到乘客舱。在发生意外事故或其他故障条件下,动力蓄电池可能会释放出较多的有害物质,此时应使其危险降到最低限度,尤其要注意乘客舱。动力蓄电池和动力电路系统应通过断路器和熔断器进行保护。该装置应能在车辆制造厂规定的过流、与动力蓄电池连接的电路出现短路的情况下,自动断开与动力蓄电池的连接电路。该装置的响应时间应由车辆制造厂根据动力蓄电池参数、动力蓄电池和电路发生过流或短路的防护方式来确定。应清晰可见地注明动力蓄电池的化学类型以便于识别。

(2)触电防护要求

①防止与动力电路系统中带电部件直接接触,高电压动力电路系统应满足下列要求(非高电压动力电路系统本标准不做要求)。

a.车辆不得含有暴露的导线、接线端、连接单元。动力电路系统的带电部件,应通过绝缘或使用盖、防护栏、金属网板等来防止直接接触。这些防护装置应牢固可靠,并耐机械冲击。在不使用工具或无意识的情况下,它们不能被打开、分离或移开。

b.在乘客舱及行李箱中,带电部件在任何情况下都应由至少能提供IPXXD防护等级的壳体来防护。

c.发动机舱中的带电部件应设计为只有在有意接近的情况下,才有可能接触到。

d.打开机盖后,与系统连接的部件应具有IPXXB防护等级。

e.车辆其他地方的带电部件,应提供IPXXB防护等级.

上述IPXXB和IPXXD防护等级分别是指通过铰接试指、试线与危险部件的接触。

f.车辆标志  动力蓄电池包及容易接触的带电部件的防护罩等应清楚地标注图7-3规定的标志,标志应清晰牢固。高电压配线绝缘层应统一由橙色和/或橙色套管构成。


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②防止与动力电路系统中外露可导电部件的间接接触,高电压动力电路系统需满足下列要求(非高电压动力电路系统本标准不做要求)。

a.所有电气的设计、安装应避免相互摩擦,防止绝缘失效。

b.应通过绝缘的方法来防止间接接触,并且使车载的外露可导电部件电联接在一起,达到电位均衡。

(3)动力电路系统和燃料供给系统

燃油系统设计的安装位置及管路应避开温度较高的热源以及动力电路系统等可能产生电弧的地方,尤其不能在一个密闭的空间内。动力电路系统和燃油供给系统设计的安装位置及线路、管路走向应保证两个系统具有安全距离或保证有效隔离。车辆在各种使用条件下,供油管路与其接头不允许有泄漏。一旦发生燃油泄漏,设计上应保证绝不允许流到动力蓄电池和高电压电路系统。对于使用汽/柴油之外燃料的车辆,燃料供给系统须满足其相应燃料车辆标准的安全要求。

(4)车辆碰撞的特殊要求

除了按照国家强制性标准的规定进行相关的碰撞试验,满足其相关的要求,混合动力汽车按照《混合动力电动汽车安全要求》应满足下列要求。

①乘员保护  进行碰撞试验时应满足下列要求。

a.如果车载储能装置安装在乘客舱的外部,进行碰撞试验中和试验后,动力蓄电池包及其部件(动力蓄电池,蓄电池模块、电解液)不得穿人乘客舱内。

b.如果车载储能装置安装在乘客舱内,车载储能装置的任何移动应确保乘客的安全。

c.进行碰撞试验中和试验后均不能有电解液进入乘客舱。

d.进行碰撞试验中和试验后储能装置不能出现爆炸、着火。

②第三方保护  进行碰撞试验时,动力蓄电池包及其部件(动力蓄电池、蓄电池模块、电解液)或超级电容器等储能装置不能由于碰撞而从车上甩出。

③防止短路  进行碰撞试验时,应防止造成动力电路的短路。

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31、电动汽车的再生制动原理

再生制动的原理是在制动时将汽车行驶的惯性能量通过传动系统传递给电机,电机以发电机方式工作,为动力电池充电,实现制动能量的再生利用。与此同时,产生的电机制动力矩又可通过传动系统对驱动轮施加制动,产生制动力。在考虑设计再生制动发电的几种使用场合时,应全面综合考虑制动、下坡滑行、高速运行和低速运行等多种场合。

相对于车辆行驶所提出的高制动力矩需求,电机只能提供较小的制动力矩,因此电动汽车的制动系统不仅包括再生制动系统,还保留了传统汽车的液压制动系统。当车辆保持在制动频繁且制动强度较小的工况下行驶,可充分利用再生制动系统。若汽车制动过程中,所需要的制动强度较大,为保持车辆的制动安全,要尽可能地使用传统液压制动,而电机则较少参与或者不参与制动。

如图所示,在车辆需要减速时,通过控制系统,驱动轮反拖驱动电机,驱动电机转化为发电机工作状态,产生反向电流,同时产生作用于驱动轮的制动力矩,可通过动力电池将制动产生的电能回收。


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32、新能源汽车分布式电液制动系统的原理及执行机构

新能源汽车DEHB的原理如图所示,包括①四个执行机构:用于产生和控制制动器液压,每个制动器配备一个执行机构。每个执行机构包括一个作为动力源的电动机、一个将电动机的转动变为平动的丝杠螺母机构、一个与丝杠螺母机构相连的活塞和一个液压缸。活塞在丝杠螺母机构的推动下在液压缸中平动,将液压缸中的制动液推人制动器,从而实施制动。②制动器:使用普通的盘式或鼓式制动器。③电子制动踏板单元:通过踏板传感器采集踏板信号判断驾驶人制动意图,通过踏板模拟器向驾驶人提供踏板感觉。④线控制动控制器:接收各种传感器信号,计算各制动器的指令液压,并对各执行机构实施控。⑤电源系统和通信系统。其中执行机构各零部件串接在一起,电动机通过法兰安装在外壳上,丝杠螺母和活塞置于外壳内部。


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执行机构测试台如图所示,用于进行执行机构的开环性能测试和闭环液压控制。该测试台上安装着DEHB执行机构、电控单元、制动器,并保留一套独立的传统真空助力液压制动系统,实验人员可以通过踩该传统液压制动系统的制动踏板建立制动液压,作为DEHB的指令液压。


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执行机构测试台

1一执行机构  2一电控单元  3一制动器   4一车载电池

33、混合动力新能源汽车的主要技术总成

混合动力新能源汽车是指拥有两种不同动力源的新能源汽车,这两种动力源在汽车不同的行驶状态(如起步、低中速、匀速、加速、高速,减速或者刹车等)下分别工作,或者一起工作,通过这种组合达到最少的燃油消耗和尾气排放,从而实现省油和环保的目的。

(1)发动机

混合动力电动汽车可以广泛地采用四冲程内燃机(包括汽油机和柴油机)、二冲程内燃机(包括汽油机和柴油机)、转子发动机  燃气轮机和斯特林发动机等。转子发动机和燃气轮机的燃烧效率比较高,排放也比较洁净,采用不同的发动机就可以组成不同的HEV。

(2)电动机

混合动力新能源汽车可以采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。随着HEV的发展,多数采用了感应电动机和永磁电动机,开关磁阻电动机应用也得到重视,还可以采用特种电动机作为HEV的驱动电动机,采用不同的电动机就可以组成不同的HEV。

(3)储能装置

混合动力电动汽车可以采用各种不同的蓄电池、燃料电池、飞轮储能器和超级电容器等作为其储能装置,一般储能装置是作为HEV的辅助能源,只有在HEV电动机驱动工况或用电动机启动发动机时使用。

34、新能源汽车车辆路面识别及换挡控制技术

低附路面是常见的一种路面,冰雪路面、积水路面、泥泞路面等都比常规路面附着系数低很多。在低附路面上行驶,经常会出现轮胎打滑的现象。滑移率越高,地面附着力越小,这导致在冰雪路面上很难起步。同时,打滑后新能源汽车车辆的操纵稳定性也受到很大影响。对于后驱车,驱动轮打滑会导致严重甩尾现象,影响车辆的安全行驶,甚至会导致重大事故。由于AMT在换档控制中,轮速是一个重要参数,当轮胎打滑时,轮速就无法反映真正的车速,因此,车辆在低附路面上行驶,经常会由于打滑,出现误判而导致错误的换档,甚至会出现严重的安全问题。所以,很有必要加入低附路面控制策略,并对AMT系统进行动态特性实验。

对于混合动力新能源车辆,动力能源设备包含驱动电机和发动机。路面可选择结冰的低附路面,在冰雪路面上起步时,驾驶人踩下加速踏板,离合器逐渐接合。在很小的加速踏板开度下(不到30%),车速信号在小于1s的时间内快速上升至20km/h,这说明轮胎已经出现了滑转,这时的车速已经需要换人2档,降低动力能源设备转矩,然后分离离合器。此时,由于离合器的分离,受到地面摩擦力的作用,轮速迅速下降。由车速传感器得到的车速信号也迅速下降,下降到适合1档的车速,变速器又重新降回1档,这种非正常的换档模式,严重影响了车辆在低附路面上的行驶,以及TCU的路面识别与判断模式。同时,轮胎打滑不仅体现在起步状态,在车辆加速时,同样会出现轮胎打滑情况。由此可见,AMT系统在冰雪路面上存在两个控制难题:起步时车轮打滑和非正常换档模式。冰雪路面行驶曲线如图所示。


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冰雪路面行驶曲线


35、新能源车辆变速器的执行器控制技术

AMT变速器是在手动变速器的基础上,通过改变自动变速器换档操纵技术(对变速器结构、拨叉、换档轴指等优化设计)实现的。基于总体传动结构,AMT可通过加装变速器控制器(Transmission Control Unit,TCU)控制的自动操纵系统来实现换档的自动化。AMT也称电控机械式变速器。因此,AMT实际上是由一个自动控制系统来模拟驾驶者的操作离合器和选档等动作。由于AMT能在现有成熟技术和批量生产的机械变速器基础上进行改造,生产继承性好,并具有传动效率高、结构紧凑、成本低、易于制造、工作可靠及操纵方便等优点,尤其是AMT省油的特点,非常适合于新能源车辆的变速控制系统。AMT的核心技术是微机控制,电子系统的技术及质量直接决定AMT的性能与运行质量。驾驶者不需考虑油离配合的难处和换档时机的选择,这也降低了道路行驶的难度,避免了因为不熟悉换档而带来行驶中熄火的潜在危险。AMT在购车和油耗成本上比其他变速器也更具优势。AMT的缺点为换档舒适性差,顿挫明显,换档中易  动力中断,加速性能也不好。图5-13是AMT的结构组成示意图,说明了AMT 的结构原理及组成。AMT由于换档时需要对动力能源设备节气门,离合器位置及档位进行综合控制,因此,AMT执行机构包括图5-13所示的三部分。

对于新型的动力能源设备,TCU能够与动力能源设备ECU进行CAN通信,  在换档时根据需求通过CAN总线向动力能源设备发送转矩控制请求。AMT系统  总成结构如图5-14所示。从执行机构的组成来看,目前,AMT主要有三种结构  形式:电控液动、电控气动和电动机操纵。电控液动使用压力液体来推动液压活  塞驱动执行机构进行换档及离合器的分离接合。电控液压式机械自动变速器主要由电动液压泵、储液罐、高压蓄能器、液压控制单元(HCU)、离合器执行单元和选换档执行单元等部件组成。


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图5-13  AMT执行结构示意


电动液压泵将液压油增压并储存在高压蓄能器里。若高压蓄能器中的液体压力高于一定门限值,电动液压泵将自动关闭;若液体压力低于一定门限值,电动液压泵将自动打开,补入一定量的液体。需要换档时,HCU控制选换档及离合器电磁阀,高压蓄能器中的高压液体便推动选换档机构及离合器机构进行动作。图5-15是典型的液压AMT系统。液压AMT系统将能量储存在高压蓄能器中,在换档时突然释放,因此,液压AMT系统功率密度较高,适合用在对换档速度或换档力要求较高的车型上。但液压AMT系统需要采用一些高精度电磁阀,并且为避免漏油,执行机构上各个部件加工精度要求较高,因此成本较高。电动AMT系统采用直流电动机来带动执行机构操纵离合器的分离接合以及变速器的换档动作。由于电动机的输出转矩较小,电动AMT响应快、精度高,对于变速器动态特性的不一致性能够较好的调整。


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图5-14  AMT总成结构


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图5-15  液压AMT系统零部件简图

36、新能源汽车车辆变速器传动控制技术

新能源汽车车辆传动系统要实现减速增矩,变速(无级或有级)、倒向行驶、中断传动以及车轮差速等功能,变速器是其中重要的部件。驾驶入在汽车驾驶的过程中,换档是必不可少并且复杂的过程。换档的过程及换档点的选择也与汽车的动力性、经济性及换档平顺性关系紧密。

随着人们对汽车性能,尤其是驾驶舒适性要求越来越高,出现了自动变速器。最早实用的液力机械自动变速器由美国某汽车品牌公司在1939年开发制造成功,从那时算起,其在汽车上的应用已经有70多年的历史。自动变速器的产生大大提高了汽车驾驶的舒适性,并且对汽车动力性、经济性及环保性的提高提供了一个可控制的平台,使汽车能够在动力性或经济性最好的换档点快速换档,大大提高了汽车的动力性及经济性;由于自动变速器的换档是在最优模式下进行的,它将动力能源设备转速控制在一定转速以内,避免了动力能源设备转速的大起大落,使动力能源设备能较长时间工作在最优工况下,使动力能源设备噪声降低,寿命增加;自动变速器换档过程较为柔和,将传动系统换档时的冲击度降到最低,这不仅提高了驾驶及乘坐的舒适性,还降低了传动系统零部件的动载荷,提高了传动系统的寿命;自动变速器的自动换档代替了驾驶人的换档动作,这不仅简化了驾驶人的操作,使驾驶更加方便、舒适,同时使驾驶入能够把更多的精力放在方向控制上,降低了交通事故的发生概率。

随着电子信息技术的发展和应用,汽车电子技术的应用更是为自动变速的精确实现奠定了基础,开拓了前景,自动变速器的装车率也越来越高。现代自动变速器主要有四种,即液力机械式自动变速器( AT),即AutomaticTransmission,无级自动变速器(CVT),即Continuously VariableTransmission,双离合器自动变速器(DCT),即Dual ClutchTransmission及手自一体式自动变速器(AMT),即Automatic Mechanic,al Transmission


37、纯电动汽车车联网技术的组成

车联网系统从整个体系架构上主要分为三个模块,分别是车载智能终端、服务平台云端及无线通信网络。


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车载智能终端

终端设备是整个车联网系统的载体,负责发送车辆的各项信息,同时接收来自数据支持平台的数据信息,并根据各种指令对车辆做出相应的控制,配合无线通信网络完成整个车联网系统的功能。车载终端设备主要由无线发送与接收单元、信息融合与处理单元、加速度传感器、温度传感器、图像传感器、CAN总线、GPS模块、车速里程计、液晶显示屏、可扩展接口以及语音呼叫的等多种传感器和外设构成。

云端服务平台

分散、庞大、突发拥堵的车辆交通体系与分布式模型十分接近,通过采用分布式模型对其进行处理将具有先天的优势,因此,在基础系统上采用以云计算为核心,计算机集群与分布式系统为特色的未来车联网的中央信息处理平台,适应未来计算机与互联网技术的发展趋势。

无线通信网络

无线通信网络是车载终端与数据支持平台信息交互的通道,其将车辆的位置、求救、图像、服务请求等信息准确实时地传回数据支持平台,将平台的应答、服务、控制等信息准确及时地传给车载终端。无线通信网络采用CDMA/GPRS/3G多种通信方式结合的形式,可根据车辆以及当地网络的实际情况进行选择,从而能够最快速、最经济、最准确的传递信息。

来源:陆地方舟集团

38、电动轿车交流充电桩系统工作原理

依据GBT 20234.22011《电动汽车传道充电用连接装置:交流充电接口》中相关规定的要求,采用控制导引电路的方式作为充电连接装置的连接状态及额定电流参数的判断装置。典型控制导引电路如图所示。


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典型控制导引电路


供电设备插头与插座连接后,供电控制装置通过如图所示的检测点4的电压值判断供电插头与供电插座是否已完全连接。同时电动轿车车辆控制装置通过测量检测点3PE间的电阻值判断车辆插头与车辆插座是否已完全连接。在完成插头与插座连接状态检测后,操作人员对供电设备完成充电启动设置,则开关Sl从连接+12V状态切换至PWM连接状态,供电控制装置发出PWM信号。供电控制装置通过测量检测点1的电压值判断充电连接装置是否已完全连接。车辆控制端检测无误后闭合S2,供电控制装置通过再次测量检测点1的电压值判断车辆是否准备就绪,如满足要求则通过闭合K使交流供电回路道通。

来源;陆地方舟集团




39、新能源汽车几种常见的混合能源系统

混合能源系统是指由两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源,其中至少有一种能提供电能的系统。目前最常见的混合能源系统有动力电池十超级电容、动力电池十燃料电池、动力电池十内燃机等几种类型。

动力电池+超级电容构成的混合能源系统

当采用动力电池十超级电容的混合能源系统时,所选的动力电池必须能够提供高比能量,因为超级电容本身比动力电池具有更高的比功率和更高效回收制动能量的能力。由于超级电容器的工作电压比较低(即使采用多个电容器组合使用,工作电压通常也小于100V), 所以需要在动力电池和超级电容之间加一个DC/DC功率转换器。如图2-14所示为典型的动力电池十超级电容构成的混合能源系统的结构。


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典型的动力电池+超级电容构成的混合能源系统的结构


动力电池+燃料电池构成的混合能源系统

虽然燃料电池具有非常高的比能量,但比功率低并且难以实现再生能量回收、因此动力电池十燃料电池的混合动力系统是目前    燃料电池汽车最常见的结构型式,其中动力电池的选择用于弥补燃料电池的缺点。如图2-15所示为典型的动力电池十燃料电池构成的混合能源系统的结构形式。

动力电池+内燃机能源系统

同时采用内燃机和电动机作为动力来源的汽车,两种动力装置可以单独交替使用或同时使用。由于电动机的低速转矩特性较好,主要用在担负汽车低速负荷范围内工作;而内燃机则是用以满足汽车加速和高速大负荷工作的需要。即汽车在低速行驶时,多余的能量会变成电能储存起来;高速行驶时,电动机会自动工作,补充动力,以此达到最佳的节能效果。研究表明,与传统的单动力内燃机系统相比,混合动力系统汽车无论在燃料经济性或降低排气污染方面都有相当程度的改善。


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典型的动力电池 + 燃料电池构成的混合能源系统的结构形式


内燃机十电动机的混合动力系统按其结构形式来说,主要分为中联式和并联式两种。

串联式混合动力系统由中联起来的内燃机、发电机和电动机三个动力总成组成。内燃机输出的机械能由发电机转换成电能,再由电动机将电能转换为机械能用于驱动汽车,或同时用部分电能向蓄电池充电。其优点是内燃机可以固定在效率最高、排放污染物最少的工况点上;其缺点是系统的综合效率较低,这是因为在两次能量转换的过程中必然会伴随着能量的损失,另外其三个动力总成会给结构布置工作带来困难并会使制造成本增加。

电动汽车并联式混合动力系统其内燃机和电动机是并联连接的。在这种系统中,因为电动机也可作为发电机使用向蓄电池充电,所以不需要再装备一台发电机,从而使设备结构得到了简化。与串联式混合动力系统相比,并联式混合动力系统有许多优点。首先,由于内燃机的机械能是直接输人后桥的,中间没有能量的转换,因此系统的传动效率较高,燃料消耗也较少;其次,只有内燃机和电动机两个动力总成,不需要安装发电机,因此汽车的总重量和制造成本都将大大减少;此外,假定汽车所要求的最大功率为P,则汽车动力总成的功率总和往往是在P2P之间。由于设备功率较小,故附加的设备费用也较小。

内燃机和电动机可有多种结合方式,并联式混合动力系统也有双轴式并联混合动力系统、单轮式并联混合动力系统以及并联式复合动力系统等多种不同的结构形式。

据有关资料介绍,德国某汽车公司曾用高尔夫牌轿车的底盘进行并联式混合动力系统的开发。该系统在发动机与飞轮之间及飞轮与变速器之间各装设一个电控液压操纵离合器,同时将飞轮设计成飞轮一电动机/发电机的复合结构。若发动机侧的离合器处于分离状态,则汽车由蓄电池提供动力,依靠电动机驱动。在制动时,汽车的动能靠复合飞轮转化为电能送回蓄电池。若两个离合器均结合,此时汽车由发动机驱动,异步电动机的转子将起飞轮的作用;若汽车需要更大的动力输出,发动机和电动机可同时工作,使汽车获得最大动力。而且飞轮一电动机/发动机复合机构还可作为启动机和交流发电机使用。由于两套动力系统可由计算机控制使其各自在最适宜的条件下工作,因此混合动力系统的燃料经济性和排放性都比较理想。

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40、超级电容器储能技术及其在电动汽车上的应用分析

超级电容(uhracapacitor)是一种介于电解质电容器和电化学蓄电池之间的新型储能装置,其储能方式与传统电容器不同。传统电容器山电极和电解质构成,电极间的电解质在电场作用下产生极化效应而储存能量,而超级电容则不存在介质,是依靠电解质与电极接触界面上形成的特有双层结构储存能量。如图所示,超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引电解质的正离子,实际上形成两个容性存储层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。

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作为一种新型储能元件,电化学电容器的电容量可高达法拉级型甚至上万法拉,能够实现快速充放电和大电流放电,比蓄电池具有更高的功率密度(可达1000w/kg数量级)和更长的循环使用寿命(充放电次数可达10万次),同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用,并且无环境污染,在近期内,超级电容极低的比能量使得它不可能单独用作电动汽车能量源,但使用超级电容作辅助能量源具有显著优点。在电动汽车上使用的最佳组合为电池一超级电容混合能量系统,从而使得电动汽车对电池的比能量和比功率要求分离开来。电池设计可以集中于对比能量和循环寿命要求的考虑,而不必过多地考虑比功率问题。由于超级电容的负载均衡作用,电池的放电电流得到减少,从而使电池的可利用能量、使用寿命得到显著提高。而且与电池相比,超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能。

由于超级电容的载荷均衡和能量回收作用,车辆的续驶里程得到极大的提高。但该系统应对电池、超级电容、电动机和功率变换器等作综合控制和优化匹配,功率变换器及其控制器的设计应充分考虑到电动机和超级电容之间的匹配。

近年来,超级电容在混合动力系统、低温启动系统及车辆24V电源系统中都得到了应用。美国的Maxwell、韩国的Ness、俄罗斯ESMA以及一些日本公司都已经实现了超级电容的批量化生产,我国也进行了超级电容的研发并进行了小批量生产和装车试验。但在超级电容器广泛应用于电动汽车之前,提高其性能尤其是比能量,以及降低成本,成为迫切需要解决的问题。

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41、新能源汽车电驱动系统的构成

    现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心,其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。

    电驱动系统的由以下几个部分组成:

1.电动汽车驱动电机

    选用小型轻量的高效电机,对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制,进行平滑调速,具有良好的动态特性,并且有成本低、技术成熟等优点。但是,直流电机的绝对效率低,体积、质量大,碳刷和换向器维护量大,散热困难等缺陷,使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用,机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性,如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等,使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中,主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。

    永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机,具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点,在电动汽车上得到了广泛的应用,是当前电动汽车用电动机的研发热点,是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前,由日本研制的电动汽车主要采用这种电机,如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是,永磁电机的磁钢价格较高,磁性能受温度振动等因素的影响,有高温退磁等问题。

    开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时,依次使定子线圈中的电流导通或截止,电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单,成本较低,可靠性高,起动性能和调速性能好,控制装置也比较简单。然而在实际应用中,开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点,所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少,主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。

    异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点,因而在电动汽车驱动电机领域里,是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来,由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。


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    异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟,其电驱动系统具有良好的性能,因此被较早地应用于电动汽车,目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止,美国“Impact’’系列、“ETX.2”型,日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型,德国“T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂,效率比永磁电机和开关磁阻电机低,特别是在轻载运行时效率更低。因此,如何进一步提高异步电机的运行效率,己经成为人们关注的重要课题。

2.变速器

    电动汽车用的驱动电机具有宽广的运行范围,并且在低速恒转矩区和高速弱磁区具有良好的转矩.转速性能,为了提高传动系统效率,可以去掉内燃机汽车中必备的十分笨重的机械齿轮变速器,代之以固定速比减速器的传动系统。固定速比的确山东大学硕士学位论文定非常重要,如果选择不合适,将对整车的性能产生不利影响。通过多次仿真和实验测试,可对电动汽车的固定速比进行优化设计,使之具有良好的传动性能。

3.功率变换器

    在现代电动汽车电驱动系统中,通过功率变换器将电池储存的直流电经电压/频率变换后供给电机和其他交流负载使用。功率转换器技术发展的目标是要达到高功率密度、高效率、高可控性和高可靠性。功率变换器常见的是三相全桥的拓扑结构,其中,尤以电压型逆变器为研究最多,而控制方式也是PWM调制占主流。此外,某些电驱动系统的能量源如超级电容等,也会用到DC—DC变换器以控制各能量源的功率流动。对于电动汽车,在选用功率器件时,必须考虑额定值、转换效率、功率损耗、基极/门极的可驱动性、动态特性、坚固可靠性、成熟性与成本等要求。

    目前,电驱动系统的PVvGVI逆变器主要采用IGBT元件,提高工作频率,降低低频谐波分量和起动时的电流冲击。

    近年来,软开关代替强制式开关的功率逆变器也开始被应用于电动汽车中,其具有开关损耗小、电磁干扰小、低噪声、高功率密度和高可靠性等优点,已引起研究人员广泛的兴趣,其主要缺点在于谐振回路增加了成本及复杂性。

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42、怎样考察电动汽车的安全性是否好坏

    选购电动汽车时考察电动汽车的安全性十分重要,它体现了以人为本、生命第一的原则。可从以下几个方面考察电动汽车。
    电动汽车安全性可通过碰撞标准来反映。目前,我国汽车安全性的强制性碰撞标准,新车都能满足。但随着电动汽车市场的不断发展,人们对碰撞的评价要求越来越高。NCAP是最早在美国开展并已经在日本、欧洲等发达国家或地区运行多年的新车碰撞评价规程,一般由政府或具有权威性的组织机构,按照比国家法规更严格的方法对在市场上销售的车型进行碰撞安全性能测试、评分和划分星级,向社会公开评价结果。现阶段,中国新车评价规程即C—NCAP(China - NewCar Assessment Program)正在发展和完善。C- NCAP是将在市场上购买的新车型按照比我国现有强制性标准更严格和更全面的要求进行碰撞安全性能测试,评价结果按星级划分并公开发布,碰撞星级共划分6个等级:5+级、5级、4级、3级、2级、1级。购买者可通过C - NCAP官网了解和参考新车的C- NCAP星级,星级越高,安全性越好。

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    首先看普通制动系统,因为它对安全性的影响最大。若汽车前后轮均采用超大尺寸通风盘式制动器,则汽车制动效能的稳定性较好,有利于高速行车时的制动安全性。
    其次看安全性的附加配置,因为它们可以提高车辆安全性能。若电动汽车配有ABS,则ABS在紧急制动时可以缩短制动距离,并能够尽量保持制动时电动汽车的方向稳定性,绝大部分轿车已将ABS作为标准配置;若电动汽车配有EBD,则EBD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同,而自动调节前、后轴的制动力分配比例,提高制动效能,通常EBD用来配合ABS以提高制动稳定性;若汽车配有ASR,则ASR可抑制车辆在湿滑路面起步与加速时驱动轮的滑转,提高驱动力和行驶稳定性;若汽车配有ESP,则ESP在任何行驶状态下,不管是在紧急制动还是正常制动,以及在车辆自由行驶、加速、节气门或载荷发生变化时,ESP都能让车辆保持稳定,并确保驾驶人对车辆操纵自如;若汽车配有倒车影像,则倒车时驾驶人可通过倒车影像得到及时的警示,做到心中有“数”,使倒车变得更轻松、安全;若汽车配有自动防碰撞系统,则汽车高速行驶时不可能产生追尾碰撞;若汽车配有SRS,即安全气囊(双安全气囊、侧面安全气囊),则汽车发生碰撞事故时,安全气囊的引爆可减轻驾乘人员的伤害程度。
    提示:电动汽车的安全性配置越全,电动汽车能适应的行驶条件就越多,则电动汽车行驶的安全性就越高。
    对于轿车来说,乘员的安全性主要取决于车身结构。安全性高的车身,应做到刚柔结合:该柔软的地方应柔软,如在车体的前部设置较空旷的碰撞变形区以及中强度的保险横杠,在碰撞时能吸收大部分能量;该刚硬的地方应刚硬,如坚固的驾驶舱钢架结构在碰撞时能尽量减少变形以避免乘员受到挤压。车身结构好的轿车其碰撞星级较高。

    另外,车身的大小对安全性也具有重要影响。统计表明,轿车越大、车身越长,交通事故时乘员的死亡率越低,乘员越安全。

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43、电动客车关键部件及控制技术

(1)全封闭柔性涡旋压缩机

在电动客车空调系统中使用全封闭柔性涡旋压缩机,具有效率高、体积小、质量轻、噪声低、结构简单和运行平稳的特点。另外它内置的电动机可以直接由电驱动,没有开放式活塞压缩机的缺点。装车的安装方式、运行的可靠性和性能是设计和测试的关键。

(2)高效率的制冷剂

采用制冷能力更强的R407C制冷剂。R407C的导热系数高,粘度系数小,在同等条件下,其换热系数较R134a制冷剂高。管道的阻力损失也小,这对提高系统能效比、减小系统体积、减少车辆自重和节约成本有着不可低估的作用。相比于传统的R134a制冷剂,其破坏臭氧层潜能(ODP)、全球温室效应潜能(GWP)较小。

(3)高效传热和散热机构

传统管片式两器(蒸发器、冷凝器)传热管直径为Φ9.52mm,为市场使用主流。相比之下,Φ7mm的传热管具有重量轻、传热效率高、制冷剂使用少的优点。

管片式冷凝器一般采用铜管铝片式,但存在换热效率不足的缺陷,使用全铜翅片可以在有限的空间内将芯体的制冷能力发挥到极致。

(4)全焊接、高集成

由于采用电动压缩机,安装不再受发动机位置的限制,因此将两器、压缩机、系统管路和电器控制单元集成为一体。这种结构使得安装与维修变得非常简单。整个系统采用全焊接形式,实现制冷剂的零泄漏。技术难点在于:压缩机、冷凝风扇体积较大,壳体内有两套单独系统,因此零部件较多,所以整个零部件的布置和产品造型是很大的难点。

(5)变频器技术

随着电动压缩机技术的成熟,一种基于电动压缩机控制的变频器孕育而生。此变频器专用于车载空调交流异步电动机的起动和运行,采用脉宽调制方式,变频变压,主电路专门针对电动车辆电网设计,能在频繁的浪涌电压、电流下可靠工作。主开关器件使用IGBT,体积小、效率高,能实现交流电动机的柔性快速起动和变速运行。

(6)智能化模糊控制

随着人们对客车