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    燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV),兴起于20世纪70年代末,以燃料电池作为动力源,通过氢氧反应产生电能驱动电动机来驱动车辆行驶。由于该车型的排放物为水,氢氧利用率较高,因此被普遍认为是一种新型、高效、清洁的环保车型。

    按“多电源”配置分类,燃料电池电动汽车可以分为纯燃料电池驱动(PFC)燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)燃料电池与超级电容联合驱动(F+C)燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动(FC+B+C)

    PFC型燃料电池电动汽车

    PFC型燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源,汽车需要的所有功率都由燃料电池提供。PFC型燃料电池电动汽车动力系统结构如图所示。

    这种系统结构简单,系统控制和整体布置容易;系统部件少,有利于整车的轻量化;整体的能量传递效率高,从而提高整车的燃油经济性。但燃料电池功率大、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。

    这种结构的燃料电池电动汽车采用的是混合动力结构。它与传统意义上的混合动力结构的差别仅在于发动机是燃料电池而不是内燃机。在燃料电池混合动力结构的汽车中,燃料电池和辅助能量存储装置共同向驱动电机提供电能,通过减速机构来驱动汽车。

    PFC型燃料电池电动汽车在工作的过程中,将燃料电池中的氢气和氧气反应产生的电能,通过DC/DC转换器转化传给驱动电机,驱动电机将电能转化成机械能再传给减速机构,从而驱动汽车行驶。

    FC+B型燃料电池电动汽车

    FC+B型燃料电池电动汽车与PFC型燃料电池电动汽车结构有些不同,该类型汽车是在PFC型燃料电池电动汽车的结构上增加辅助动力电池,来联合驱动燃料电池电动汽车动力系统。FC+B型燃料电池电动汽车的动力系统结构如图所示。

    目前这种结构形式应用较为广泛,它解决了诸如辅助设备供电、水热管理系统供电、燃料电池堆加热、能量回收等问题。主要优点是系统对燃料电池的功率要求较纯,燃料电池结构形式有很大的降低,从而大大降低了整车成本;燃料电池可以在比较好的、设定的条件下工作,工作时燃料电池的效率较高;系统对燃料电池的动态响应性能要求较低;汽车的冷启动性能较好;可以回收汽车制动时的部分动能。但这种结构形式由于动力电池的使用使得整车质量增加,动力性和经济型受到影响,这一点在能量复合型混合动力电动汽车上表现更为明显;动力电池充放电过程会有能量损耗,系统变得更复杂,系统控制和整体布置难度增加。

    F+C型燃料电池电动汽车

    F+C型燃料电池电动汽车在加速形式的过程中,燃料电池和动力电池一起为电动机提供能量,驱动电机将电能转换成机械能再传递给减速机构,从而驱动汽车行驶;在正常行驶过程中,由燃料电池为整车提供能量;在制动过程中,驱动电机变成发电机,动力电池将储存制动回馈的能量。动力电池充放电响应较快,当能量需求变化较大时由动力电池迅速释放或吸收能量,对动力系统进行能量补偿和调节,从而保障汽车的动力性能。燃料电池与超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构如图所示。

    但是,超级电容器的比能量低,能量存储有限,峰值功率持续时间短,同时这种混合动力系统结构复杂,对系统各部件之间的匹配控制要求高,这些成为制约燃料电池和超级电容器混合动力系统发展的关键因素。随着超级电容器技术的不断进步,这种结构将成为一种重要的发展方向。

    F+C型燃料电池电动汽车在加速行驶过程中,燃料电池和超级电容联合为电动机供能,驱动电机将电能转换成机械能再传递给减速机构,从而驱动汽车行驶;在正常行驶过程中,主要由燃料电池提供电能;在制动过程中,驱动电机变成发电机,超级电容将存储制动回馈的能量。超级电容充放电响应较快,从而保障了汽车的动力性能。

    FC+B+C型燃料电池电动汽车

    FC+B+C型燃料电池电动汽车燃料电池与动力电池和超级电容器联合驱动车辆行驶。FC+B+C型燃料电池电动汽车主要组成如图所示。

    这种结构与燃料电池+动力电池的结构相比优点更加明显,尤其是在部件效率、动态特性、制动能量回馈等方面。缺点也一样更加明显,增加了超级电容器,整个系统的重量可能增加;系统更加复杂化,系统控制和整体布置的难度也随之增大。

    FC+B+C型燃料电池电动汽车在行驶过程中,燃料电池和超级电容一起为驱动电机提供能量,驱动电机将电能转换成机械能再传递给减速机构,从而驱动汽车行驶;在汽车制动时,驱动电机变成发电机,动力电池和超级电容存储回馈的能量。在燃料电池、动力电池和超级电容联合供电时,燃料电池能量输出较为平缓,随时间波动小,而能量需求变化的低频部分由动力电池分担,能量需求变化的高频由超级电容承担。在这种结构中,各动力源的分工更加明确,因此它们的优势得到更好的发挥。

    笔记分享:摘自于《新能源汽车概论(全彩版)》。

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    摘自:http://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-172-10864192-1.html###

    先来一个总图:这就是汽车的动力系统的结构,下面的问题就是围绕这个图来讲解的:

    发动机

    一、基本理论

    汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车,最简单的办法是通过在发动机
    内部燃烧汽油来获得动能。因此,汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。

    有两点需注意:
    1. 内燃机也有其他种类,比如柴油机,燃气轮机,各有各的优点和缺点。
    2. 同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料
    (煤、木头、油)在发动机外部燃烧产生蒸气,然后蒸气进入发动机内部来产生动
    力。内燃机的效率比外燃机高不少,也比相同动力的外燃机小很多。所以,现代汽车不用蒸汽机。
    相比之下,内燃机比外燃机的效率高,比燃气轮机的价格便宜,比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。

    二、燃烧是关键

    汽车的发动机一般都采用4冲程。(马自达的转子发动机在此不讨论,汽车画报曾做过介绍)

    4冲程分别是:进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程,发动机完成一个周期(2圈)。

    理解4冲程

    活塞,它由一个活塞杆和曲轴相联,过程如下

    1.活塞在顶部开始,进气阀打开,活塞往下运动,吸入油气混合气
    2.活塞往顶部运动来压缩油气混合气,使得爆炸更有威力。
    3.当活塞到达顶部时,火花塞放出火花来点燃油气混合气,爆炸使得活塞再次向下运动。
    4.活塞到达底部,排气阀打开,活塞往上运动,尾气从汽缸由排气管排出。
    注意:内燃机最终产生的运动是转动的,活塞的直线往复运动最终由曲轴转化为转动,这样才能驱动汽车轮胎。

    三、汽缸数

    发动机的核心部件是汽缸,活塞在汽缸内进行往复运动,上面所描述的是单汽缸的运动过程,而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的(4缸、6缸、8缸比较常见)。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类:直列、V或水平对置(当然现在还有大众集团的W型,实际上是两个V组成)。
    不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点,配备在相应的汽车上。

    四、排量

    混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行,活塞往复运动,你可以看到燃烧室容积的变化,最大值和最小值的差值就是排量,用升(L)或毫升(CC)来度量。汽车的排量一般在1.5L~4.0L之间。每缸排量0.5L,4缸的排量为2.0L,如果V型排列的6汽缸,那就是V6 3.0升。一般来说,排量表示发动机动力的大小。

    所以增加汽缸数量或增加每个汽缸燃烧室的容积可以获得更多的动力。

    五、发动机的其他部分

    凸轮轴 控制进气阀和排气阀的开闭
    火花塞 火花塞放出火花点燃油气混合气,使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。
    阀门 进气、出气阀分别在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和
    燃烧时,这两个阀都是关闭的,来保证燃烧室的密封。
    活塞环 在气缸壁和活塞中提出密封:
    1.防止在压缩和燃烧时油气混合气和尾气泄漏进润滑油箱。
    2.防止润滑油进入汽缸内燃烧。
    大多“烧机油”的汽车就是因为发动机太旧:活塞环不再密封引起的(尾气管冒
    青烟)
    活塞杆 连接活塞环和曲轴,使得活塞和曲轴维持各自的运动。
    润滑油槽 包围着曲轴,里面有相当数量的油.

    一般发动机外观

    下面说下集中常见汽缸结构不同的发动机

    直列4缸(A3就是这样的结构)

    V6(中高档轿车)

    水平对置(比如斯巴鲁的翼豹)

    变速箱

    一、变速箱的作用

    发动机的物理特性决定了变速箱的存在。首先,任何发动机都有其峰值转速;其次,发动机最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。比如,发动机最大功率出现在5500转。变速箱可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比,换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。理想情况下,变速箱应具有灵活的变速比。无级变速箱(CVT)就具有这种特性,可以较好的发挥发动机的动力性能。

    (1)CVT

    无级变速箱有着连续的变速比。其一直因为价格、尺寸及可靠性的关系而没有大量装备汽车。现在,改进的设计使得CVT的使用已比较普遍。
    国产AUDI 2.8 CVT 


    (2)这个是手动的变速箱

    奔驰C级Sport Coupe 6速手动变速箱

    变速箱通过离合器与发动机相连,这样,变速箱的输入轴就可以和发动机达到同步转速

    一般都是5速的,参数仅供参考
    一个5档的变速箱提供5种不同的变速比,在输入轴和输出轴间产生转速差。见下表:


    二、简单的变速箱模型

    为了更好的理解变速箱的工作原理,下面让我们先来看一个2档变速箱的简单模型,看看各部分之间是如何配合的:

    •输入轴(绿色)通过离合器和发动机相连,轴和上面的齿轮是一个部件。

    •轴和齿轮(红色)叫做中间轴。它们一起旋转。轴(绿色)旋转通过啮合的齿轮带动中间轴的旋转,这时,中间轴就可以传输发动机的动力了。

    •轴(黄色)是一个花键轴,直接和驱动轴相连,通过差速器来驱动汽车。车轮转动会带着花键轴一起转动。

    •齿轮(蓝色)在花键轴上自由转动。在发动机停止,但车辆仍在运动中时,齿轮(蓝色)和中间轴都在静止状态,而花键轴依然随车轮转动。

    •齿轮(蓝色)和花键轴是由套筒来连接的,套筒可以随着花键轴转动,同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮(蓝色)。


    挂进1档时,套筒就和右边的齿轮(蓝色)啮合。见下图:

    如图所示,输入轴(绿色)带动中间轴,中间轴带动右边的齿轮(蓝色),齿轮通过套筒和花键轴相连,传递能量至驱动轴上。在这同时,左边的齿轮(蓝色)也在旋转,但由于没有和套筒啮合,所以它不对花键轴产生影响。

    当套筒在两个齿轮中间时(第一张图所示),变速箱在空挡位置。两个齿轮都在花键轴上自由转动,速度是由中间轴上的齿轮和齿轮(蓝色)间的变速比决定的。

    三、真正的变速箱(A3的变速箱原理亦如此)

    如今,5档手动变速箱应用已经很普遍了,以下是其模型。 


    换档杆通过三个连杆连接着三个换档叉,见下图 


    在换挡杆的中间有个旋转点,当你拨入1档时,实际上是将连杆和换档叉往反方向推。

    你左右移动换档杆时,实际上是在选择不同的换档叉(不同的套筒);前后移动时则是选择不同的齿轮(蓝色) 

    四、倒档


    倒档 通过一个中间齿轮(紫色)来实现。如图所示,齿轮(蓝色)始终朝其他齿轮(蓝色)相反的方向转动。因此,在汽车前进的过程中,是不可能挂进倒档的,套筒上的齿和齿轮(蓝色)不能啮合,但是会产生很大的噪音。

    五、同步装置

    同步是使得套筒上的齿和齿轮(蓝色)啮合之前产生一个摩擦接触,见下图

    齿轮(蓝色)上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口,两者之间的摩擦力使得套筒和齿轮(蓝色)同步,套筒的外部滑动,和齿轮啮合。

    转载于:https://www.cnblogs.com/zhuwenlubin/p/5667379.html

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  • 电动车结构及其工作原理

    万次阅读 多人点赞 2018-12-06 18:03:10
    电动车结构及其工作原理电动车定义电动车结构电源系统电力驱动系统整车控制器辅助系统 转自:汽车维修技术网 电动车定义 纯电动汽车是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂电子电池)提供动力源...

    参考来源:
    精通维修下载网
    汽车维修技术网
    太阳能电动汽车网
    新能源汽车四种常用电机驱动系统详解

    电动车定义

    纯电动汽车是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂电子电池)提供动力源,以电动机为驱动系统的汽车。其主要动力系统由动力电池、驱动电机组成,从电网取电或更换蓄电池获得电能。

    电动车结构

    传统内燃机车主要由发动机、车身、底盘、电气设备等四大部分组成;
    纯电动车主要由电力驱动控制系统、底盘、车身、辅助系统等四大部分组成。

    图1 纯电动车整车控制原理图

    典型的纯电动车组成如上图所示,主要包括:电源系统、电力驱动系统、整车控制器和辅助系统等。动力电池输出电能,通过电机控制器驱动电机运转产生动力,在通过减速机构将动力传给驱动车轮,使电动汽车行驶。

    电源系统

    电源系统主要包含动力电池、电源管理系统、车载充电机以及辅助动力源等。
    动力电池:电动汽车的动力源,储能装置,以锂电子电池为主;
    电源管理系统:实时监控动力电池使用情况,对动力电池的端电压、内阻、温度、蓄电池电解液浓度、电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等动力蓄电池状态参数进行检测,并按动力电池对环境温度的要求进行调温控制,通过限流控制避免动力蓄电池过充、过放电,对有关参数进行显示和报警,其信号流向辅助系统,并结合仪表显示相关信息,以便驾驶员及时掌握车辆信息;
    车载充电机:把电网供电制式转换为对动力电池充电要求的制式,即把交流电(220V或380V)转换为相应电压(240~410V)的直流电,并按要求控制其充电电流(家庭充电一般为10或16A);
    辅助动力源:一般为12V~24V的直流低压电源,主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动车窗等各种辅助用电装置供电。

    图2 电源系统

    电力驱动系统

    电力驱动子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。驱动系统一般由电子控制器、功率变换器、驱动电动机、机械传动装置和车轮等部分构成。驱动系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能进而推进汽车行驶,并能够在汽车减速制动或者下坡时,实现再生制动。

    图3 电力驱动系统

    驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能,通过传动装置驱动或直接驱动车轮。早期电动汽车上广泛采用直流串激电动机,这种电动机具有“软”的机械特性,与汽车的行驶特性非常适应。但直流电动机由于存在换向火花、比功率较小、效率较低和维护保养工作量大等缺点,随着电动机技术和电动机控制技术的发展,正在逐渐被直流无刷电动机(BCDM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代。

    整车控制器

    整车控制器是电机系统的控制中心,也就是常说的VCU(Vehicle Control Unit),也就是图1中的中央控制单元。它对所有的输入信号进行处理,并将电机控制系统运行状态的信息发送给整车控制器。根据驾驶员输入的加速踏板和制动踏板的信号,向电机控制器发出相应的控制指令,对电机进行启动、加速、减速、制动控制。在纯电动汽车减速和下坡滑行时,整车控制器配合电源系统的电池管理系统进行发电反馈,使动力蓄电池反向充电。整车控制器还对动力蓄电池充放电过程进行控制。对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流等信息传输到车载信息显示系统进行相应的数字或模拟显示。

    电机控制器内含功能诊断电路。当诊断出现异常时,它将会激活一个错误代码,发送给整车控制器。电机控制系统使用了以下传感器来提供电机的工作信息。
    电流传感器:用以检测电机工作的实际电流(包括母线电流、三相交流电流);
    电压传感器:用以检测供给电机控制器工作的实际电压(包括高压电池电压、蓄电池电压);
    温度传感器:用以检测电机控制系统的工作温度(包括模块温度、电机控制器温度)。

    辅助系统

    辅助系统包括车载信息显示系统、动力转向系统、导航系统、空调、照明及除霜装置、刮水器和收音机等,借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和成员的舒适性。

    图4 辅助系统

    电动车可能存在的结构形式

    由于在电驱特性和能源方面的多样性,可能有各种的EV(Electric Vehicle)结构形式,如下图所示。

    图5 电动车可能存在的结构形式

    图5a为电动机中央驱动形式,借用了内燃机汽车的驱动方案,其中电驱动装置替代了传统车辆驱动系的内燃机,它由电动机、离合器、变速器和差速器组成。离合器和变速箱可由自动传动装置予以替代,离合器用以将电动机的动力连接到驱动轮,或从驱动轮处脱开。变速箱提供一组传动比,以满足不同转速的需求。差速器是一种机械器件(通常是一组行星齿轮),当车辆沿着弯曲的路径行驶时,它使两侧车轮以不同的转速行驶。

    图5b为电动机中央驱动形式,借助于电动机在大范围转速变化中所具有的恒功率特性,可用固定档的齿轮传动装置替代多速变速箱,并缩减了对离合器的需要。这一结构不仅减小了机械传动装置的尺寸和重量,而且由于不需要换挡,故可简化驱动系的控制。

    图5c类似于图4b中的驱动系,为另一种电动机中央驱动形式。固定档的齿轮传动装置和差速器可以进一步集成为单个组合件,而其两侧的轴连接两边的驱动轮。整个驱动系由此可以进一步得到简化和小型化。

    图5d为双电动机电动轮驱动方式,机械差速器被两个牵引电动机所替代。该两电动机分别驱动相应侧的车轮,并当车辆沿弯曲路径行驶时,两者以不同转速运转。

    图5e为轮毂电动机驱动方式,为进一步简化驱动系,牵引电动机可安置在车轮内。这种配置就是通常所说的轮式驱动。一个薄型行星齿轮组可用以降低电动机转速,并增大电动机转矩,该薄型行星齿轮组具有高减速比以及输入和输出轴纵向配置的优点。

    图5f为另一种轮毂电动机驱动方式,通过完全舍弃电动机和驱动轮之间的任何机械传动装置,应用于轮式驱动的低速外转子型电动机可直接连接至驱动轮。此时,电动机的转速控制等价于车轮的转速控制,即车速控制。然而,这一配置要求电动机在车辆起动和加速运行时具有高转矩性能。

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    汽车电脑控制系统所用的计算机通常为微型计算机。基于大规模集成电路的

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    汽车电脑的结构框图

    汽车电脑的基本结构

    (1)微处理器(Central Processing Unit,CPU}

    微处理器是运算器和油供应量,使

    (2)存储器

    存储器是存放数据和程序的部件,它在汽车电脑中起记忆作用。

    存储器由许多存储单元组成对八位存储器而言,每一单元存储一个八位二进制数表示的信息 —般汽车电脑中即以一个八位二进制数表示汽车或发动机中某装置在某种工况下的工作状态的信息, 如点火时刻、喷油量、

    存储器可分为二种,一种是随机存取存储器(RAM,另一种是只读存储器(ROM)。

    RAM

    RAM是Random Access Memory的缩写,意思是随机存取存储器操作时,既能对它写入信息, 又能从它那里读出信息,因此又称读写存储器

    RAM主要用来存储汽车电脑操作时的可变数据,如用来存储汽车电脑输入、输出数据和计算过程 中产生的中间数据等,根据需要,可随时调出或被新的数据代替(改写)。RAM在汽车电脑中起暂时存 储信息的作用当电源切断时,所有存入RAM的数据均完全消失汽车运行中,存入RAM的有些数 据,如故障码、空燃比学习修正值等,为了能较长期地保存,防止点火开关关断时,由于电源被切断 而造成数据丟失,一般这些RAM都通过专用的电源备用电路与蓄电池直接连接,使它不受点火开关的 控制当然,当电源后备专用电路断开时或蓄电池上的电源线都拔掉时,存入RAM的数据会自然丟失。

    ROM

    ROM是Read Only Memory的缩写,意思是只读存储器.即存储在这种存储器内的信息是不能随 便改变的,工作时只能读出而不能写入ROM的特点是信息存入后就永远不会消失,因此,它常被用来存放程序及一些重要数据,所以又称程序存储器根据写入ROM的方法不同,ROM可分为掩膜 ROM.可编程ROM (PROM ).紫外线擦抹的可编程ROM(EPROM).电子擦抹的可编程 ROM(EEPROM)四种类型

    (3)输入输出接口

    输入输出设备(也称外部设备 ) 是通过接口电路与微处理器相连的汽车微机常用的外部设备有传感器.发光二极管显示器(LED).真空荧光管显示器(VFD、液晶显示器(LCD)、A/D和 D/A转换器.执行器等由于这些设备本身的复杂性及多样性,通常不能直接与微处理器相连,因此必须通过接口电路来进行隔离.变换或锁存,所以接口电路是保证信息和数据在外设与微处理器之间正常传送的电路,它起着数据缓冲、电平匹配、时序匹配等多种功能

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    (4)总线

    汽车电脑的上述三个主要部件,微处理器.存储器及输入漱出接口电路,它们之间是通过系统总线连接起来的。

    系统总线根据传输信号的不同可分为三种:数据总线、地址总线和控制总线

    数据总线:

    一般为八根双向总线,用于微处理器与外部单元之间的数据传输

    地址总线:

    一般为十六根单向总线,微处理器通过地址总线输出地址用来选择某一个存储单元或某一个I/O接口

    控制总线:

    传送微处理器发出的或者送至微处理器的控制信息与状态信息,用“读”或“写”来 表示,“读”表示数据传送给微处理器,“写”表示数据由微处理器输出微处理器可以通过它随时 掌握各器件的状况,并根据需要随时向有关器件发出控制命令

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    汽车电脑的工作原理

    汽车发动机

    汽车工作时,微机的运行速度是相当快的,如点火正时,每秒钟可以修正上百次,因此其控制精度相当高

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    汽车电脑的工作原理如图

    (汽车维修技朮wang ωωω.QcwxJs.com 原创 )

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发动机的结构和工作原理