2.燃料电池车

燃料电池车是利用氢气(或碳氢化合物质)与空气中的氧在催化剂的作用下，透过固体高分子电解质膜进行电化学反应产生电能，向电动机供电产生动力源驱动的车辆(燃料电池的电化学反应如图5所示)。燃料电池能量转换效率可达60%以上，为内燃机的2～3倍。零排放，无环境污染，燃料电池的燃料是氢和氧，氧化还原产生反应后生成清洁的水，即使使用甲醇，然气或者汽油作为燃料，反应后产生的也是极少量的二氧化碳和氮氧化合物，而且氢燃料属于再生能源，来源广泛，不依赖于石油燃料，图6为燃料电池系统分类框图。

燃料电池进行化学反应时会产生热量，反应温度为80℃左右，所以系统装有水泵和散热器，在燃料电池极板两端用冷却水循环冷却。

车辆搭载氢燃料大都采用压缩氢气或液态氢，35MPa高压氢气，一次充气后可以行使距离350km，为进一步提高续航里程。70MPa的高压容器也已经试制成功，并已投入使用，美国GM的燃料电池车Hybrogen3采用液态氢的形式，罐装68L液态氢，可以行驶400km。

由于燃料电池是一种原电池，只能产生电能而不能储存电能，所以需要蓄电装置来用于减速时的能量再生储存和高负荷时的动力辅助输出。现在很多燃料电池车都使用镍氢电池，锂电池或超级电容器作为蓄电置。图7为燃料电池+蓄电池+超级电容(FC+B+C)驱动形式的燃料电池车系统结构，这种形式在动力能量流上再并联一组超级电器，用于提供 吸收加速和紧急制动时的峰值电流，从而减轻蓄电池的负担，延长蓄电池的使用寿命。

图8为燃料电池车的整车控制系统框图，整车控制器是以驾驶员操作信号进行驾驶意图反映，根据各个部件和整车的工作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发送控制命令，操纵硬件驱动执行器。

3.混合动力汽车

纯电动汽车和燃料电池有着新能源使用和无环境污染堵多优于传统内燃机车辆的优点。但是与内燃机用的燃油的能量密度相比较，蓄电池的能量密度还很低。蓄电池每次充电后所行驶距离短。而且纯电动汽车和燃料电池车在目前的使用上还存在着基础配套设施(如充电站，加氢站)的建设不完整，带来投运困难。因此，一种以油、电结合的过渡时期的混合动力汽车(HV)应运而生。

混合动力汽车的最大特点是油耗比传统的汽油机轿车低50%。由此，也能够大幅度降低CO2的排放。混合动力汽车是汽、柴油机和电动机组合而成的混合驱动车辆，它可以根据车辆行驶状态，灵活地使用两种动力。并且弥补两种动力之间的不足，从而发挥车辆最大动力。电动机和发动机扭矩曲线如图9所示。

(1)混合动力汽车分类

混合动力汽车因各个组合部件的布置方式及控制策略的不同，形成各种类型。如根据发动机和电机的功率比的大小，分为轻度混合型(电动不能单独驱动车辆)、中度混合型(功率混合型或电动辅助型)和重度混合型(能量混合型或燃油辅助型)；根据动力源传递方式不同，分为串联式、并联式和混联式三种。

串联式混合动力汽车驱动示意图如图10所示。发动机、发电机以及电动机机械或电动式直接连接在一起。发动机驱动发电机产生电力传递给电动机，再由电动机驱动车轮。另外在发电机和电动机之间连接了储存电力的蓄电池，在储存电能和再生能量的同时向电动机供给所需电能。这样发动机只需要工作在高效率，高负荷区域而降低了油耗。

并联式混合动力汽车，发动机直接驱动力的传递路径和电动机驱动力传递路径相对于驱动轴并列一体，如图11所示。本田IMA即在发动机和变速器之间布置永磁同步电机，如图12所示。发动机作为主要动力源，电机作为加速的辅助动力源和用于减速时的再生制动。也用于发动机的启动和怠速停机的启动。

混联型混合动力汽车驱动如图13所示，它弥补了串联和并联的缺点，充分发挥了各自的优势。丰田Prius 采用的就是混联驱动系统(THS-Ⅱ系统)。它的动力管理系统(HV控制 ECU)以加速踏板开度及HV蓄电池荷电状态为控制参数，决定车辆运行模式，即电动机独立工作模式；发动机独立工作模式和发动机与电动机联合工作模式，通过动力分配装置变速驱动桥行星齿轮机构调节动力流动途径，(图14所示)，使发动机和电动机运行在最大效率工作区，以获得最佳燃油经济性。图15为丰田Prius动力传递列线图

(2)混合动力汽车动力分配

起步及低速工况：车辆从静止起步到车速低于30km/h时，车辆由电动机独立驱动。动力流向如图16所示。中等负荷工况：此时发动机被启动(发动机转速在1000～1200r/min，开始启动喷油)，发动机的动力通过驱动桥变速机构行星齿轮系统分为两条线路：一条是通过齿圈直接传到减速机构驱动车轮，另一条是驱动发电机发电，给HV电池充电或者为电动机运转提供电能。如图17所示。大负荷及加速工况：此时电动机从HV电池获得电能，作为辅助动力，提供此行驶工况所需的峰值功率，与发动机共同驱动车辆。如图18所示。减速及制动工况：在踩下制动踏板后，车辆减速，此时齿圈轴反拖电动机旋转，电动机作为发电机发电向HV电池充电，同时产生制动转矩。如图19所示。

HV电池充电工况：根据HV蓄电池荷电状态需要时，发动机可以仅驱动发电机向HV电池充电。如图20所示。

上一页  [1] [2] [3]  下一页