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新能源汽车的基本构造和原理

2024-04-19 18:56:03 新闻中心

  作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和

  新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等。但现在市场的主流产品是纯电动汽车、增程式电动汽车和混合动力汽车这三类。这篇文章主要介绍这三类主流新能源汽车的构造和原理,和汽车的部分主要零部件的作用。

  纯电动汽车是指以可充放电的动力电池作为主要动力来源,以电动机为驱动系统的汽车。

  充电系统:纯电动汽车一定要通过外部电源进行充电。充电系统包括充电接口、充电线缆和充电桩等组成部分。充电桩可以是家用插座、专用充电桩或公共充电站。

  控制管理系统:纯电动汽车的控制系统包括电动机控制单元(ECU)、电池管理系统(BMS)和车辆控制单元(VCU)等。这些系统负责监测和控制电动汽车的每个部分,以实现安全、高效的驾驶和能量管理。

  辅助系统:纯电动汽车还配备了各种辅助系统,如空调系统、安全系统、娱乐系统等。这些系统与传统汽车类似,但通常会进行一定的优化,以提高能源效率和驾驶体验。

  三元锂电池(LiCoO2电池):三元锂电池采用锂钴酸作为正极材料,碳作为负极材料,通过锂离子在正负极之间的嵌入和脱嵌来实现充放电。

  优势:三元锂电池具有高单位体积内的包含的能量、较高的放电平台电压、较低的内阻和较好的循环寿命等。

  劣势:成本比较高、对温度和过充放电敏感、安全性较差,电压太低,单位体积内的包含的能量介于磷酸铁锂电池和钴酸锂电池之间。

  代表车型:北汽新能源EV200、北汽新能源EU260、特斯拉Model 3等。

  碳酸铁锂电池(LiFePO4电池):碳酸铁锂电池采用锂铁磷酸作为正极材料,碳作为负极材料,同样通过锂离子在正负极之间的嵌入和脱嵌来实现充放电。碳酸铁锂电池具有较高的循环寿命、较好的安全性和较低的成本等优点。然而,它的单位体积内的包含的能量相比来说较低,充电速度较慢。它深受大多数车企的喜爱。虽然相同的重量的电量不如三元锂电池,但热稳定性好,不易上火,散热零件的成本低了好多。

  劣势:单位体积内的包含的能量较三元锂电池、钴酸锂电池仍有不小的差距。还有就是当温度不高于-5℃的时候,充电效率有所降低。以及在温度过低的情况下,会影响电池的电容。磷酸铁锂电池应用的车型,不适合在北方行驶,尤其是东北等极寒地带,因为那里冬天的温度实在是太低了,会影响磷酸铁锂电池的使用寿命。

  镍氢电池采用氢化镍作为正极材料,钴、镍、铜等作为负极材料,通过氢离子在正负极之间的嵌入和脱嵌来实现充放电。镍氢电池具有较高的功率密度、较长的寿命、较好的充电性能和较好的安全性。然而,它的单位体积内的包含的能量相比来说较低,自放电率较高,体积和重量较大。

  钴酸锂电池(LiCoO2电池):钴酸锂电池采用锂钴酸作为正极材料,碳作为负极材料,同样通过锂离子在正负极之间的嵌入和脱嵌来实现充放电。钴酸锂电池具有高单位体积内的包含的能量、较高的放电平台电压、较低的内阻和较好的循环寿命等优点。然而,它的成本比较高,对温度和过充放电敏感,安全性较差。

  当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时,电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下,机械能将被转化成电能,通过发电机来给电池回馈充电。

  电动汽车常常采取的驱动电机有直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类。

  直流电机(DC电机):直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。它的主要特征是转矩稳定、启动和停止灵活、调速范围广。直流电机能够最终靠改变电流的方向和大小来调整转速和转矩。优点是具有较高的起动转矩和较好的调速性能,缺点是需要用电刷和电刷环进行换向,容易磨损和故障。

  异步电机(交流电机):异步电机是一种将交流电能转化为机械能的电动机。它的主要特征是结构相对比较简单、可靠性高、维护成本低。异步电机的转速受电源频率影响,转速范围相对较窄。优点是起动和停止简单,无需换向装置,缺点是转矩较小,调速性能相对较差。

  永磁同步电机(PMSM):永磁同步电机是一种将交流电能转化为机械能的电动机,它使用永磁体产生磁场,与旋转磁场同步运转。永磁同步电机具有高效率、高功率因数和高转矩密度的特点。优点是具有较高的效率和功率密度,缺点是对磁场控制要求比较高,制造成本相对较高。

  开关磁阻电机(SRM):开关磁阻电机是一种将电能转化为机械能的电动机,它利用磁阻效应来产生转矩。开关磁阻电机的主要特征是结构相对比较简单、无需永磁体、具有高转矩密度。优点是具有较高的转矩密度和较低的制造成本,缺点是转速范围较窄,对电子控制管理系统要求较高。

  总的来说,直流电机具有较高的起动转矩和调速性能,但需要用电刷和电刷环进行换向;异步电机结构相对比较简单、可靠性高,但转矩较小,调速性能较差;永磁同步电机具有高效率和功率密度,但制造成本比较高;开关磁阻电机结构相对比较简单、制造成本低,但转速范围较窄,对电子控制管理系统要求比较高。选择比较适合的电机类型需要仔细考虑具体应用场景和要求。

  就是一种串联式混合动力车,增程式车辆只用电机驱动,而不是使用内燃机进行驱动。对于增程式混合动力汽车,内燃机的唯一作用就是驱动发电机发电,为电池充电、驱动电机或者其他用电设备。

  1.电动机:增程式电动车配备了电动机作为主要的动力源。电动机通过电能转化为机械能,驱动车辆行驶。

  2.电池组:电池组是增程式电动车的主要能量储存装置。它负责存储电能,并通过电动机提供动力。电池组通常使用锂离子电池或别的类型的可充电电池。

  3.燃料发动机:增程式电动车还配备了一个燃料发动机,通常是内燃机或燃料电池。燃料发动机主要起到发电机的作用,为电池组充电,以延长车辆的续航里程。

  4.发电机:发电机是燃料发动机的一部分,它通过燃烧燃料产生动力,驱动发电机发电,向电池组提供电能,以延长车辆的续航里程。

  5.控制管理系统:增程式电动车还配备了一个复杂的控制系统,用于监测和管理电池与发动机的运作时的状态。控制管理系统可以根据车辆的需求自动切换电池与发动机的使用方式,以实现最佳的能源利用效率。

  1.续航里程更长:由于增程式电动车能够正常的使用燃油发动机为电池充电,满电满油下油电混合模式可以呈现较好的能耗比,所以它的续航能力相对较长,可以应对长途行驶的需求。

  2.充电时间更短:纯电动车要比较长的时间来进行充电,而增程式电动车由于能够正常的使用燃油发动机充电,所以充电时间相对较短。

  3.更好的灵活性:由于增程式电动车能够正常的使用燃油发动机提供动力,所以在没有充电设施的地方,仍旧能继续行驶,不受充电设施的限制。

  1.车辆重量增加:由于增程式电动车需要同时搭载电池和燃油发动机,所以车辆的重量相对较大,可能会影响车辆的操控性能和燃油经济性。

  2.操控性能:由于增程器(发动机)的布置原因,无法控制在较低的重心和比较好的前后配重比,导致车辆在特殊的路况下,无法保持四轮附着力较好的平衡,因此操控起来会差一点。

  2.成本较高:相对于纯电动车而言,增程式电动车的制造成本相比来说较高,购买价格也较高。

  3.燃料消耗:增程式电动车在长途行驶时需要用燃料发动机进行发电,这在某种程度上预示着它仍然会产生尾气排放和对燃料的需求,尤其是在高速行驶或者亏电情况下,油耗会相对高一点,甚至接近普通燃油车的油耗水平。

  4.维护保养成本:相对于纯电动汽车来说会相对高一点,经常使用来看不仅需要保养增程器(发动机),还需要保养动力电池和电机,所以增程汽车结合了燃油车和纯电车的两方面缺点。

  5.舒适度:由于增程器的加入,在高能耗的场景下(高速或亏电),增程器会产生噪音和抖动,会影响乘坐的舒适度。

  雪佛兰沃蓝达、宝马i3增程版、传祺GA5增程版,问界M5 M7增程版,理想one L7 L8 L9。

  现在很多燃油车都有加入混动系统,大多数都用在辅助发动机启停、发动机熄火滑行、制动能量回收、转炬助力、动力辅助、油电混合驱动、电力直接驱动等作用。混合动力有很多种分类,大致上可以分为轻混、强混和插电混合(包含增程式)。

  原理:当车辆处于停止状态(非驻车状态),发动机处于暂停工作(非传统怠速工作)。在暂停同时,发动机内部的润滑油还持续运转,使发动机内部保持润滑。当松开制动踏板之后,发动机将再次启动,为车辆提供动力。简单来说,由燃油和电池提供能源,燃油发动机和电动机提供动力。

  举例:现在最常见的轻混系统是48V轻混系统,如沃尔沃的B系列发动机,48V轻混系统的主要部件有48V储能电池(容量在1KWh以下)、48V/12V双向DCDC、48V BSG/ISG、电池管理系统BMS。总的来说,48V轻混系统具有启停、能量回收、动力辅助、纯电机驱动(短暂)滑行。

  一般这种车型电池容量较小,且不提供充电接口,电池的能量通过汽车运行过程的能量回收进行充电。

  优点:有电动机的辅助,充分的发挥电动机扭矩大的优势,在起步和加速过程中整体的效率得到提升,并使得车辆整体的油耗显著下降。

  可以使用外接电源为车辆动力电池充电的混合动力汽车。插电式混合动力汽车共有两套动力系统,分别是发动机和电动机。这两套动力系统不但可以相互独立工作,也可以互相协调,从而驱动汽车前进。

  这一类插电混合动力汽车那样两套驱动系统,大多数是在传统燃油车的基础上增加电动机、电池、电控而成,电动机与发动机共同驱动车辆。车内只有一台电机,驱动车轮的时候充当电动机,不驱动车轮给电池充电的时候当发电机。

  劣势:混合模式下发动机无法为电池充电,电池耗尽后发动机无法继续驱动车轮。

  与并联试插电混合动力英语,这种模式也有两套驱动系统,但是不同的是,混联式有两个电机。一个电动机仅用于直接驱动车轮,还有一个电机具有双重角色,当需要极限性能的时候,充当发电机,给电池充电。

  优势:相比并联模式结构,发电机可以带动发电机持续为电池充电,不会造成电池耗尽。