2019专业课作业

2023年黑龙江省专业技术人员继续教育。

知识更新培训 (中级职称)专业课作业。

7、简述串联混合动力电动汽车的结构特点和主要工作模式。

答：串联式混合动力汽车的结构特点：串联式混合动力系统，发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。

尽管串联式混合动力的结构简单，但它需要三个驱动装置：发动机、发电机和电动机。因而，该种混合方式的车辆的效率通常较低。

如果串联式混合动力车设计时考虑到要爬长坡，那么提供最大功率的驱动装置的尺寸就会较大；如果用作短途运行，如当通勤车或购物车，相应的内燃机/发电机装置应采用较低的功率。

8、简述并联混合动力电动汽车的结构特点和主要工作模式。

答：并联式混合动力汽车的结构特点：并联式混合动力系统，采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。

当发动机提供的功率大于车辆所需驱动功率时或者当车辆制动时，电动机工作于发电机状态，给蓄电池充电。与串联式混合动力相比，它只需要两个驱动装置，即发动机和电动机。而且，在蓄电池放完电之前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式的发动机和电动机的尺寸要小。

主要工作模式：发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮，可以采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或者发动机和电动机混合驱动三种工作模式。

9、应用于电动汽车中的电驱动系统有哪几类？

答：1.直流有刷电动机系统；2. 交流感应电动机系统；3. 开关磁阻电动机系统；4.永磁无刷电动机系统。

10、简述应用于电动汽车中各种电驱动系统的主要特点。

答：1. 直流有刷电动机系统主要特点：

有刷直流电动机的主要优点是控制简单，技术成熟，具有交流电动机所不可比拟的优良控制特性。目前直流电动机一般采用斩波器控制。它励直流电动机的驱动控制最为典型，一般采用电枢电压调节与弱磁控制相结合的方法。

主电路中采用典型的转速、电流双闭环系统，弱磁过程的完成则采用非独立励磁结构2. 交流感应电动机系统主要特点：感应电动机的控制一般采用vvvf场定向以及直接转矩控制。

vvvf在基速以下能够维持反电动势与频率之比恒定，但在基速以上，磁通必须与f成反比降低，相当于直流电机的弱磁升速。定向矢量控制应用最广，基本思想是以磁链定向为控制目标，通过矢量运算，做别控制旋转坐标系中的磁场电流分dqo与转矩电流分量 , 实现类似直流电动it转速调节。具体实现时一般采用间接法子磁链，常用的有定子电流、转速磁链模以及定子电压、电流磁链模型法。

直接转矩控制不需要磁向矢量控制那样复杂的坐标变换技术，直接在电动机定子坐标上计算磁链的模矩的大小，直接控制电机电压以达到电统的高性能。由于感应电动机存在转差损耗，效节应包括转差损耗。绕线式感应电动机调速系统可以实现转差功率的回馈，效高，但控制复杂，一般电动汽车中很少采用。

3. 开关磁阻电动机系统主要特点：开关磁阻电动机结构简单，是一种双凸极磁阻电动机，基于磁阻最小原理工作。

开关磁阻电机一般采用三相以上的结构，随着相数增多，步距角减小，转矩脉动随之减小，但结构、控制趋于复杂。4. 永磁无刷电动机系统主要特点：

在永磁无刷直流电动机中，反电势波形设计为梯波形，以期获得更大更平稳的电磁转矩。因而定子绕组常采用集中绕组 , 转子上的磁钢常采用表面磁钢结构。在永磁同步电动机系统中，气隙磁场常设计为正弦波，定子采用分布式、分数槽绕组，转子可以采用表面磁钢、嵌入式、埋藏式结构。

另外，方波无刷直流电动机系统不需要绝对位置传感器，一般采用霍尔元件或增量式码盘，也可以通过检测反电动势波形换相。永磁同步电动机系统一般需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器。

11、电动汽车的能量源主要有哪几种形式？其主要特点是什么？

答：能量源形式：蓄电池、燃料电池、超级电容和超高速飞轮等四种主要形式。

蓄电池主要特点：以较长时间的中等电流持续放电为主，间或以大电流放电（起动、加速时），并以深循环使用为主。

燃料电池主要特点：1.能量转化效率高。

燃料电池的能量转换效率可高达60～80%，为内燃机的2～3倍；2.零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水；3.

氢燃料**广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。

超级电容主要特点：超级电容在充电一放电的整个过程中，没有任何化学反应和无高速旋转等机械运动，不存在对环境的污染，也没有任何噪声，结构简单，质量轻，体积小，是一种更加理想的储能器。超级电容器是在混合动力汽车和电动汽车停车时，由外接电源向超级电容器充电使电容器集聚大量的电荷，然后在电动汽车行驶时放电，向驱动电动机提供电能；超级电容器能够实现快速允电，在极短时间内即可完成电容器的充电。

超高速飞轮主要特点：比能量高、比功率高、电能和机械能之间的转化效率高，成为远期储能装置的一种选择。首先，减弱了对电池比能量和比功率之间的要求，有利于优化电池的比能量密度和循环寿命设计；其次，由于飞轮的负载均衡作用，降低了电池的输出功率以及放电电流，电池的可利用能量、使用寿命得到了提高；最后，在车辆低功率行驶以及再生制动时，飞轮可以高效率地实现补充充电。

12、用于电动汽车中的电池主要有哪几种类型？其主要特点是什么？

答：电池类型：1.

蓄电池：铅酸电池、镍基电池、金属空气电池、常温锂电池等。2.

燃料电池：酸燃料电池、碱燃料电池、熔态碳化燃料电池、固态氧化燃料电池、固态聚合燃料电池、直接甲醇燃料电池。

1、铅酸电池：铅酸电池广泛用作内燃机汽车的起动动力源，它也是成熟的电动汽车蓄电池。铅酸电池正负电极分别为二氧化铅和铅，电解液为硫酸。

铅酸电池又可以分为两类，即注水式铅酸电池和阀控式铅酸电池。前者价廉，但需要经常维护，补充电解液；后者通过安全控制阀自动调节密封电池体内在充电或工作异常时产生的多余气体，免维护，更符合电动汽车的要求。总体上说，铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、**便宜等优点，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。

但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。

2、镍基电池：目前在电动汽车上使用的镍金属电池主要有镉镍电池和氢镍电池两种。镉镍电池和铅酸电池相比，能够达到比能量55wh/kg，比功率200w/kg，循环寿命2000次，而且可以快速充电，虽说其**为铅酸蓄电池的4～5倍，但由于其在比能量和使用寿命方面的优势，因此其长期的实际使用成本并不高。

但由于其含有重金属镉，在使用中不注意**的话，就会形成环境污染，目前许多发达国家都已限制发展和使用镉镍电池。而氢镍电池则是一种绿色镍金属电池，它的正负极分别为镍氢氧化物和储氢合金材料，不存在重金属污染问题，且其在工作过程中不会出现电解液增减现象，电池可以实现密封设计。镍氢电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都比镉镍电池有所提高，使用氢镍电池的电动汽车一次充电后的续驶里程曾经达到过600公里，目前在欧美已实现了批量生产和使用。

氢镍电池就其工作原理和特点是适合电动汽车使用的，它已被列为近期和中期电动汽车用首选动力电池，但其还存在**太高，均匀性较差（特别是在高速率、深放电下电池之间的容量和电压差较大），自放电率较高，性能水平和现实要求还有差距等问题，这些问题都影响着氢镍电池在电动汽车上的广泛使用。

3、金属空气电池：锌空气电池是一种机械更换离车充电方式的高能电池，正极为zinc，负极为carbon（吸收空气中的氧气），电解液为koh。锌空气电池具有高比能量（200wh/kg），免维护、耐恶劣工作环境，清洁安全可靠等优点，但是其具有比功率较小（90w/kg），不能存储再生制动的能量，寿命较短，不能输出大电流及难以充电等缺点。

一般为了弥补它的不足，使用锌空气电池的电动汽车还会装有其它电池（如镍镉蓄电池）以帮助起动和加速。

4、常温锂电池：锂离子蓄电池是90年代发展起来的高容量可充电电池，能够比氢镍电池存储更多的能量，比能量大，循环寿命长，自放电率小，无记忆效应和环境污染，是当今各国能量存储技术研究的热点，主要集中在大容量、长寿命和安全性三个方面的研究。锂离子蓄电池中，锂离子在正负极材料晶格中可以自由扩散，当电池充电时，锂离子从正极中脱出，嵌入到负极中，反之为放电状态，即在电池充放电循环过程中，借助于电解液，锂离子在电池的两极间往复运动以传递电能。

锂离子蓄电池的电极为锂金属氧化物和储锂碳材料，根据电解质的不同，锂离子蓄电池一般可分为锂离子电池和锂聚合物电池两种。

5、燃料电池：燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置，它的基本化学原理是水电解反应的逆过程，即氢氧反应产生电、水和热。它不需要燃烧、无转动部件、无噪声、运行寿命长、可靠性高、维护性能好，实际效率能达到普通内燃机的2至3倍，加之其最终产物又是水，真正达到清洁、可再生、无排放的要求，是21世纪的首选能源。

而且，燃料电池也不需要像其它电池那样进行长时间的充电，它只需要像给汽车加油一样补充燃料即可。

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