汽车发动机原理
2020/3/19
目录
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
发动机的性能 发动机的换气过程 燃料与燃烧 汽油机混合气的形成和燃烧 柴油机混合气的形成和燃烧 汽车发动机特性 车用发动机废气涡轮增压 发动机排气污染与噪声控制 新型汽车动力装置 发动机动力学
对于多电机分布驱动式（如电动轮驱动式）电动汽车，传 动部分结构差别较大，没有传动机构，采用电子差速等。
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二、动力电池
纯电动汽车的动力装置依靠动力电源来提供能量，电动机 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。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是锂 离子动力电池，其他可用的电源还有镍-氢电池、超级电 容等。
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第九章新 型汽车动力装置
第一节 概述
能源问题、环保问题和安全问题成为困扰汽车业 发展的三大难题，多能源、高效率、少污染和高 安全性是未来汽车的发展方向。
电动汽车动力装置因其效率高和清洁性成为未来 汽车动力的主要发展方向。电动汽车除了在能源、 环保和节能方面显示出优越性和具有强大的竞争 力外，在车辆性能方面也具备巨大的优势。
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➢ 锂离子蓄电池：正极是锂化过渡金属氧化物，负极 是球状石墨或球状石墨与片状石墨的锂碳化合物。 其化学方程式为：
C LiMO2 LixC Li(1x) MO2
➢ 超级电容：超级电容是一种介于传统电解质电容器 和电化学电池之间的新型储能组件。电化学电容器 是依靠电解质与电极间形成特有的双电层结构 （Electric Double Layers）和电极表面的氧化还 原反应来存储能量。
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目前电动汽车上使用的基本都是交流电机，在驱动过程中， 电能转换装置按照DC/AC逆变器模式工作，把蓄电池的直 流电变换为交流电供给交流电机；在制动能量回收过程中 以AC/DC变换器模式工作，把交流发电机发出的电能变换 为直流电，向蓄电池充电。
电动汽车对电机的要求：
1、动力电源的主要性能指标 ➢ 电池容量 ➢ 电池能量 ➢ 能量密度 ➢ 循环使用寿命 ➢ 电池功率
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目前商业化的电动汽车动力蓄电池的性能比较
种类
能量密度 (Wh/kg) (Wh/L)
功率密 度
(W/kg)
寿命（充 电次数）
成本
特点
缺点
密封 铅酸
35
80
200
400～800
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电动汽车在广义上可分为3类，即纯电动汽车 (Battery Electrical Vehicle，BEV)、混合动力电动汽 车(Hybrid Electrical Vehicle，HEV) 和燃料电池 电动汽车(Fuel cell Electrical Vehicle，FCEV)
PbO2 Pb 2H 2SO4 2Pb SO4 2H 2O
➢ 镍-氢蓄电池：正极为Ni(OH)2（充电时）和NiOOH （放电时），负极为H2O（充电时）和H2（放电时）， 电解质采用氢氧化钾溶液。其化学反应方程式为：
Ni(OH )2 M NiOOH MH x
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低
功率密度 较大，安
全
能量密 度低
镍-氢
30~80
140~300
250~10 00
600～ 1200
功率密度 成本高， 较高 和能量密 温度特
度大 性差
锂离 子
110~200 250~530
300~15 00
500~2000
很高
高电压， 高能量密
度
成本高
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2. 常用的动力电池 ➢ 铅酸蓄电池：正极采用二氧化铅（PbO2），负极采 用海绵状铅（Pb），电解液是稀硫酸溶液（H2SO4）， 单体电池标称电压为2V。其化学方程式为：
电池状态估计
安全管理
能量管理 安全管理
电池 状态计算
能量管理
接口
模拟量 数字量
热管理
热管理
数据采集
继电器
充电量 负载
温度控制
电压 电流 温度 电池组
信号流 功率流
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三、电机驱动系统
电机驱动系统的作用是通过电机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。其基本构 成主要有两部分：电机和控制器。
➢ 转矩、转速变化范围大
➢ 过载能力满足短时间内加速要求
➢ 过载能力满足最大爬坡度要求
➢ 电机功率密度高
➢ 可控性高、稳态精度高、动态性能好
➢ 能适应恶劣环境
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目前电动汽车主要采用的电机驱动系统有：直流电机驱 动系统、三相交流感应电机驱动系统、永磁电机驱动系统 和开关磁阻电机驱动系统。
目前，这3种电动汽车都处于不同的发展阶段，面临 着不同的困难和挑战。
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第二节 纯电动汽车动力装置
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。
纯电动汽车的动力装置主要包括动力电源、电源管理 系统、电动机及其控制系统等。
构双 示电 意层 图结
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微观力行成的一层在电极上，另一层在溶液中的两 个异种电荷层，称为双电层。双电层结构形成一个 平板电容器，其电容量为：
C=Q/M-S Q/
✓ 其中 M-S 为固体与液体之间双电层的电位差， M-S M S ；Q为双电层的电荷量； 为从
零电荷电位算起的电极电位。
电容器存储能力为
E=
1 2
CVw2
✓ Vw为电容器的最大工作电压。
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2. 电池管理系统
➢ 现有的研究主要在两个方面，一是开发高性能的电池， 另一方面就是采用电池管理系统，在使用方面进行优 化，充分发挥电池的性能，提高电池的寿命。
➢ 电池管理系统主要功能：
数据采集
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一、纯电动汽车动力装置原理
按照传动系的不同，纯电动汽车可以分为：单电机集中驱 动和多电机分布驱动式电动汽车。
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纯电动汽车能量来源主要为外部的充电，外部电能通过车 载充电机给二次电源（如蓄电池等）充电，供给车辆能量。 同时，还有一部分能量来自于制动能量回收。单电机集中 驱动式电动汽车的工作原理如下：