CONTENTS目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)01項(xiàng)目描述02知識(shí)鏈接03項(xiàng)目實(shí)施04項(xiàng)目評(píng)價(jià)05項(xiàng)目小結(jié)0601學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握燃料電池汽車的定義、分類及特點(diǎn)。2.掌握燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。3.了解燃料電池汽車的典型車型。4.熟悉各種氣體燃料汽車的類型及特點(diǎn)。5.熟悉各種生物燃料汽車的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。6.了解太陽能汽車的組成結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。能力目標(biāo)1.能夠從多途徑的信息源中查找車型的基本參數(shù)。2.能夠識(shí)別燃料電池汽車的各組成部分。3.能夠獨(dú)立描述燃料電池汽車動(dòng)力傳遞路線。素質(zhì)目標(biāo)1.結(jié)合氫燃料電池汽車的發(fā)展,培養(yǎng)學(xué)生能源安全和節(jié)能環(huán)保的理念。2.結(jié)合氣體燃料汽車、生物燃料汽車等的發(fā)展,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新探索的思維和意識(shí)。3.通過分小組完成燃料電池資料收集及匯報(bào)展示,加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通交流的能力。02項(xiàng)目描述項(xiàng)目描述生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)》顯示,機(jī)動(dòng)車排放污染已成為我國(guó)大中城市空氣污染的主要來源之一,是造成細(xì)顆粒物、光化學(xué)煙霧污染的重要原因。為了解決城市大氣污染問題,全國(guó)各地都在大力推廣新能源汽車,如電動(dòng)汽車。但電動(dòng)汽車電池能量密度、低溫衰減、充電不便和電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染等問題還有待突破,而氫燃料電池汽車、天然氣汽車等在這些方面具有相對(duì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此,為了保證我國(guó)新能源汽車發(fā)展路徑的靈活性,應(yīng)根據(jù)不同需求和不同技術(shù)特點(diǎn),堅(jiān)持多元化發(fā)展戰(zhàn)略。假設(shè)你是一名剛進(jìn)入工作崗位的新能源汽車結(jié)構(gòu)工程師,領(lǐng)導(dǎo)希望你了解燃料電池汽車和其他新能源汽車的類型、結(jié)構(gòu)及原理,并針對(duì)目前市場(chǎng)上典型的氫燃料電池汽車的參數(shù)、結(jié)構(gòu)和工作原理向團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行介紹。以小組為單位,首先進(jìn)行組內(nèi)模擬,再進(jìn)行小組匯報(bào)展示,要求內(nèi)容準(zhǔn)確、信息完整、表達(dá)流暢,匯報(bào)時(shí)間控制在5min之內(nèi)。03知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接單元一燃料電池汽車燃料電池汽車又稱燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)，是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動(dòng)力的汽車,如圖4-1所示。車載燃料電池裝置使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經(jīng)重整所得到的高含氫重整氣。與常規(guī)的電動(dòng)汽車比較，其動(dòng)力方面的不同在于燃料電池汽車使用的電力來自車載燃料電池裝置，電動(dòng)汽車所用的電力來自電網(wǎng)充電的動(dòng)力蓄電池。因此,燃料電池汽車的關(guān)鍵是燃料電池。圖4-1燃料電池汽車一、燃料電池汽車的定義及發(fā)展知識(shí)鏈接燃料電池是一種能通過發(fā)生在陽極和陰極的氧化還原反應(yīng),持續(xù)地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池與常規(guī)電池的區(qū)別在于,它工作時(shí)需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑,只要持續(xù)供應(yīng),燃料電池就會(huì)不斷提供電能。氫燃料電池的發(fā)展歷程最早可追溯到1802年,世界上第一塊氣體燃料電池是在1839年由英國(guó)的威廉·格羅夫發(fā)明的,這個(gè)時(shí)間比世界公認(rèn)的第一輛汽車誕生要早47年。燃料電池問世之后便被嘗試應(yīng)用在航空航天、船舶等領(lǐng)域,直到20世紀(jì)中后期,才開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。2000年之前,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要集中在氫燃料電池汽車,且處于概念設(shè)計(jì)及原理性認(rèn)證階段,主要以概念車形式推出氫燃料電池汽車。2007年,本田宣布量產(chǎn)FCXClarity,FCXClarity成為第一款量產(chǎn)的燃料電池汽車。2014年現(xiàn)代的TucsonFCV和豐田的MIRAI這兩款燃料電池車型實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并推向市場(chǎng),這年也是燃料電池汽車商業(yè)化的元年。2017年,奔馳推出世界首款插電式燃料電池技術(shù)量產(chǎn)汽車GLCF-CellEQPower,續(xù)駛里程達(dá)483km。越來越多的汽車制造商投入氫燃料電池汽車的研發(fā)和生產(chǎn)中。知識(shí)鏈接我國(guó)研究燃料電池的歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代。2000年科技部的973基礎(chǔ)項(xiàng)目研究投入了3000萬元用于氫能的規(guī)模制備、存儲(chǔ)和相關(guān)燃料電池的研究。2008年,福田汽車和清華大學(xué)共同研發(fā)的燃料電池城市客車作為“奧運(yùn)節(jié)能與新能源示范車”用于接載來自全世界的運(yùn)動(dòng)員,如圖4-2所示。2001年我國(guó)確立了以純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車為“三縱”,以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力蓄電池為“三橫”的新能源汽車“三縱三橫”布局，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)成為新能源汽車版圖的重要組成,，在政策端得到不斷支持和完善。圖4-2氫燃料電池城市客車知識(shí)鏈接燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)形式可按照不同的分類方法進(jìn)行分類。1.按照燃料電池系統(tǒng)內(nèi)氫燃料的來源不同分類按照用途不同分類，純電動(dòng)汽車可分為純電動(dòng)乘用車、純電動(dòng)貨車、純電動(dòng)客車。（1）純電動(dòng)乘用車按照燃料電池系統(tǒng)內(nèi)氫燃料的來源不同,燃料電池汽車可分為兩種:以純氫氣為燃料的燃料電池汽車;以經(jīng)過重整產(chǎn)生的氫氣為燃料的燃料電池汽車。（2）按照驅(qū)動(dòng)形式不同分類按照驅(qū)動(dòng)形式不同分類,燃料電池汽車可分為兩種:純?nèi)剂想姵?PureFuelCell，PFC)驅(qū)動(dòng)的燃料電池汽車;混合驅(qū)動(dòng)的燃料電池汽車?；旌向?qū)動(dòng)的燃料電池汽車按輔助動(dòng)力源又分為以下三種:燃料電池與動(dòng)力蓄電池(FC+B)混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車;燃料電池與超級(jí)電容器(FC+C)混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車;燃料電池與動(dòng)力蓄電池和超級(jí)電容器(FC+B+C)混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車。二、燃料電池汽車的分類知識(shí)鏈接

1）純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車純?nèi)剂想姵仄囍挥腥剂想姵匾粋€(gè)動(dòng)力源,汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān),其結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)控制和整體布置容易；系統(tǒng)部件少,有利于整車的輕量化;較少的部件使整體的能量傳遞效率高,從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性。圖4-3純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的FCEV的結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接2）

燃料電池+動(dòng)力蓄電池混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,燃料電池和動(dòng)力蓄電池一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量,驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系,從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn);在汽車制動(dòng)時(shí),驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī),動(dòng)力蓄電池將儲(chǔ)存回饋的能量,其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。圖4-4燃料電池+動(dòng)力蓄電池混合驅(qū)動(dòng)的FCEV的結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接3）燃料電池+超級(jí)電容器混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+動(dòng)力蓄電池混合驅(qū)動(dòng)的FCEV相似,只是把動(dòng)力蓄電池?fù)Q成超級(jí)電容器,如圖4-5所示。相對(duì)于動(dòng)力蓄電池,超級(jí)電容器充、放電效率高,能量損失小,比功率密度大,在回收制動(dòng)能量方面比動(dòng)力蓄電池有優(yōu)勢(shì),循環(huán)壽命長(zhǎng)，使用成本低;但是超級(jí)電容器的能量密度較小,能量存儲(chǔ)有限,峰值功率持續(xù)時(shí)間短。同時(shí)這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)系統(tǒng)各部件之間的匹配控制要求高,這些成為制約燃料電池+超級(jí)電容器混合驅(qū)動(dòng)的FCEV發(fā)展的關(guān)鍵因素。圖4-5燃料電池+超級(jí)電容器混合驅(qū)動(dòng)的FCEV的結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接4）燃料電池+動(dòng)力蓄電池+超級(jí)電容器混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車燃料電池+動(dòng)力蓄電池+超級(jí)電容器混合驅(qū)動(dòng)的FCEV的結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。它是在燃料電池與動(dòng)力蓄電池混合驅(qū)動(dòng)的燃料電動(dòng)汽車電壓總線上再并聯(lián)一組超級(jí)電容器,用于提供加速動(dòng)力,或用于吸收緊急制動(dòng)的尖峰電流,減輕動(dòng)力蓄電池負(fù)擔(dān),延長(zhǎng)其使用壽命。圖4-6燃料電池+動(dòng)力蓄電池+超級(jí)電容器混合驅(qū)動(dòng)的FCEV的結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接燃料電池汽車實(shí)質(zhì)上是電動(dòng)汽車的一種,在車身、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面,燃料電池汽車與普通電動(dòng)汽車基本相同,主要區(qū)別在于動(dòng)力蓄電池的工作原理不同。圖4-7為典型燃料電池汽車結(jié)構(gòu)組成示意圖,它通常由燃料電池堆、輔助動(dòng)力源、儲(chǔ)氫罐、DC-DC轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控系統(tǒng)等部件組成。三、燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)及工作原理圖4-7典型燃料電池汽車結(jié)構(gòu)組成示意圖知識(shí)鏈接1.燃料電池堆燃料電池堆是燃料電池汽車的主要?jiǎng)恿υ?它是一種不燃燒燃料而直接以電化學(xué)反應(yīng)方式,將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。根據(jù)電解質(zhì)類型的不同,當(dāng)前燃料電池堆主要分為以下6種：質(zhì)子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DirectMethanolFuelCell,DMFC)、磷酸鹽燃料電池(PhosphoricAcuidFellCell,PAFC)、堿性燃料電池(AlkalineFuelCell,AFC)、熔融鹽燃料電池(MoltenCarbonateFuelCell,MCFC)和固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,SOFC)。從實(shí)際應(yīng)用情況觀察,質(zhì)子交換膜燃料電池以其功率密度大、質(zhì)量小、體積小、壽命長(zhǎng)、工藝成熟、可低溫下快速起動(dòng)等突出優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是車用燃料電池堆的理想型技術(shù)方案,也是當(dāng)前應(yīng)用廣泛且較為成熟的技術(shù)路徑,質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)原理如圖4-8所示。圖4-8質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)原理知識(shí)鏈接質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電的基本原理是,電池的陽極輸入氫氣,氫分子(H2)在陽極催化劑作用下,離解為氫離子(H+)和電子(e-),氫離子(H+)穿過燃料電池的電解質(zhì)層向陰極方向運(yùn)動(dòng),電子(e-)因不能通過電解質(zhì)層而由外電路流向陰極。在電池陰極輸入氧氣,氧氣在陰極催化劑作用下離解成為氧原子(O),與外部電路過來的電子(e-)和穿過電解質(zhì)的氫離子(H+)結(jié)合生成水,完成電化學(xué)反應(yīng)。負(fù)極H2→2H++2e-(4-1)正極1/2O2+2H++2e-→H2O(4-2)總反應(yīng)2H2+O2→2H2O(4-3)只要陽極不斷輸入氫氣,陰極不斷輸入氧氣,電化學(xué)反應(yīng)就會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去,電子(e-)就會(huì)不斷通過外部電路流動(dòng)形成電流,為汽車提供電力。知識(shí)鏈接2.輔助動(dòng)力源在燃料電動(dòng)汽車上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是主要?jiǎng)恿υ?另外還配備有輔助動(dòng)力源。根據(jù)燃料電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)方案不同,其所采用的輔助動(dòng)力源也有所不同,可以用動(dòng)力蓄電池組、飛輪儲(chǔ)能器或超大容量電容器等共同組成雙電源系統(tǒng)。在具有雙電源系統(tǒng)的燃料電動(dòng)汽車上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源可以出現(xiàn)以下驅(qū)動(dòng)模式。（1）燃料電動(dòng)汽車起動(dòng)時(shí),由輔助動(dòng)力源提供電能帶動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),或帶動(dòng)車輛起步。（2）車輛行駛時(shí),由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)所需全部電能,剩余的電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。（3）在加速和爬坡時(shí),若燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供的電能不足以滿足燃料電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)功率要求,則由輔助動(dòng)力源提供額外的電能,使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率或轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大,形成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力源同時(shí)供電的雙電源供電模式。（4）儲(chǔ)存制動(dòng)時(shí)反饋的電能,以及向車輛的各種電子、電器設(shè)備提供所需要的電能。知識(shí)鏈接3.儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)氫罐是氣態(tài)氫的儲(chǔ)存裝置,如圖4-9所示,用于給燃料電池提供氫氣。為了保證燃料電池汽車一次充氣即有足夠的續(xù)駛里程,就需要多個(gè)高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存氣態(tài)氫氣。一般轎車需要2~4個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐,大客車需要5~10個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐。圖4-9儲(chǔ)氫罐知識(shí)鏈接4.DC-DC轉(zhuǎn)換器DC-DC轉(zhuǎn)換器是氫燃料電池汽車的關(guān)鍵部件,是轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。在燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)中,燃料電動(dòng)汽車的燃料電池需要安裝單向DC-DC轉(zhuǎn)換器,動(dòng)力蓄電池和超級(jí)電容器需要安裝雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器。DC-DC轉(zhuǎn)換器的主要功能有調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓、調(diào)節(jié)整車的能量分配、穩(wěn)定整車直流母線電壓等。5.驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(見圖4-10)在燃料電池汽車中承擔(dān)了驅(qū)動(dòng)車輛的任務(wù),因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要具有響應(yīng)迅速、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、后備功率高、效率高的特性,同時(shí)要求可靠性高,耐高溫及耐潮,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、適合大規(guī)模生產(chǎn)?？捎糜谌剂想姵仄嚨尿?qū)動(dòng)電機(jī)種類,主要有直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī),其中交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)應(yīng)用較多。圖4-10驅(qū)動(dòng)電機(jī)知識(shí)鏈接6.電控系統(tǒng)燃料電池汽車的電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力控制系統(tǒng)及整車控制系統(tǒng)組成。1）燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)按整車控制器的功率設(shè)定值控制燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率,監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài),保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,同時(shí)進(jìn)行故障診斷及管理。該系統(tǒng)具體組成包括供氫系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、水循環(huán)及冷卻系統(tǒng)。2）動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)分上下兩級(jí),下級(jí)負(fù)責(zé)蓄電池組電壓、溫度等物理參數(shù)的測(cè)量,進(jìn)行過充電、過放電保護(hù)及組內(nèi)組間均衡;上級(jí)負(fù)責(zé)動(dòng)力蓄電池的電流檢測(cè)及剩余電量(SOC)估算,以及相關(guān)的故障診斷,同時(shí)運(yùn)行高壓漏電保護(hù)策略。知識(shí)鏈接3）動(dòng)力控制系統(tǒng)動(dòng)力控制系統(tǒng)包含DC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器、DCL和空調(diào)控制器及空調(diào)壓縮機(jī)變頻器,以及電機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器。DCL負(fù)責(zé)將高壓電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)零部件所需的12V/24V低壓電源,電機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)電機(jī)及PCU的水冷卻系統(tǒng)控制。4）整車控制系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)的核心是多能源控制系統(tǒng)(包括制動(dòng)能量回饋功能),它一方面接收來自駕駛員的需求信息(如點(diǎn)火開關(guān)、加速踏板、制動(dòng)踏板、擋位信息等)實(shí)現(xiàn)整車工況控制;另一方面基于反饋的實(shí)際工況(如車速、制動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等),以及動(dòng)力系統(tǒng)的狀況(燃料電池及動(dòng)力蓄電池的電壓、電流等),根據(jù)預(yù)先匹配好的多能源控制系統(tǒng)進(jìn)行能量分配調(diào)節(jié)控制。知識(shí)鏈接當(dāng)燃料電池汽車行駛時(shí),儲(chǔ)氫罐中的氫氣與空氣中吸入的氧氣在汽車搭載的燃料電池堆中發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的電能使驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作,驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能經(jīng)變速傳動(dòng)裝置傳給驅(qū)動(dòng)輪,驅(qū)動(dòng)汽車行駛;反應(yīng)產(chǎn)生的剩余電能則存入動(dòng)力蓄電池中,在需要的時(shí)候,動(dòng)力蓄電池也可以給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電,其過程如圖4-11所示.圖4-11燃料電池汽車工作過程知識(shí)鏈接

1.優(yōu)點(diǎn)（1）零排放或近似零排放,綠色環(huán)保（2）能量轉(zhuǎn)換效率高,節(jié)約能源（3）燃料多樣化,優(yōu)化了能源消耗結(jié)構(gòu)（4）續(xù)駛里程長(zhǎng),性能優(yōu)于其他電池的電動(dòng)汽車（5）過載能力強(qiáng)（6）運(yùn)行平穩(wěn),噪聲低2.缺點(diǎn)（1）制造成本和使用成本高（2）輔助設(shè)備復(fù)雜,且質(zhì)量和體積較大（3）起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),系統(tǒng)抗振能力有待進(jìn)一步提高四、燃料電池汽車的特點(diǎn)知識(shí)鏈接

1.豐田MIRAI2014年12月15日,豐田汽車在日本發(fā)布全球首款量產(chǎn)氫燃料電池汽車MIRAI,MIRAI是世界上率先投入量產(chǎn)的燃料電池汽車。截至2019年，豐田氫燃料電池汽車MIRAI在全球的銷量突破1萬輛。2020年12月9日,第二代MIRAI正式上市,如圖4-12所示。五、燃料電池汽車車型實(shí)例第二代MIRAI燃料電池堆由330節(jié)燃料電池發(fā)電單體串聯(lián)組成,峰值功率為128kW，體積功率密度達(dá)到5.4kW/L；搭載的儲(chǔ)氫罐數(shù)量從第一代的2個(gè)增至3個(gè),搭載儲(chǔ)氫容積總計(jì)141L,氫氣搭載量擴(kuò)大約20%，工作壓力70MPa，續(xù)駛里程達(dá)到850km(全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)工況)，支持L2級(jí)自動(dòng)駕駛。圖4-12第二代豐田MIRAI氫燃料汽車知識(shí)鏈接2.長(zhǎng)安深藍(lán)SL03氫電版2022年,中國(guó)首款量產(chǎn)氫燃料電池轎車長(zhǎng)安深藍(lán)SL03氫電版(見圖4-13)上市,該車采用單電機(jī)后置布局,電機(jī)最大功率達(dá)到160kW,動(dòng)力蓄電池組采用寧德時(shí)代/上海神力電芯品牌的磷酸鐵鋰電池,容量達(dá)到28.39kW·h;風(fēng)阻系數(shù)低至0.23，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。除此以外,該車還具有以下特點(diǎn)。（1）SL03的氫燃料電池系統(tǒng)具備10000h性能衰減<10%的超長(zhǎng)壽命,。（2）氫電版SL03在CLTC工況下的百公里饋電氫能耗為0.65kg，續(xù)駛里程可達(dá)到700km以上。（3）在補(bǔ)能方面,氫電版SL03可實(shí)現(xiàn)1kg氫氣產(chǎn)生20.5度電的充電效率,做到3min快速補(bǔ)能。（4）在安全保障方面,氫電版SL03的氫燃料電池的高壓儲(chǔ)氫罐受到三重保護(hù)，分別是航天供應(yīng)商、航天工藝及航天材料，能夠承受70MPa壓力。圖4-13長(zhǎng)安深藍(lán)SL03氫電版知識(shí)鏈接單元二其他新能源汽車1.天然氣汽車1）天然氣汽車簡(jiǎn)介可以使用天然氣作為燃料的汽車稱為天然氣汽車。天然氣是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類和非烴類體的混合物,是很好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。與同功率的傳統(tǒng)燃油汽車相比,天然氣汽車尾氣中的碳?xì)渑欧帕靠蓽p少90%,一氧化碳可減少約80%,二氧化碳可減少約15%,氮氧化物可下降40%,并且沒有含鉛物質(zhì)排出。因此,大力推廣天然氣汽車,對(duì)于減少城市大氣污染、改善空氣質(zhì)量、美化城市環(huán)境、提高居民生活水平作用重大。截至2022年,我國(guó)天然氣汽車保有量約為553.2萬輛。天然氣汽車如圖4-14所示。圖4-14天然氣汽車一、氣體燃料汽車知識(shí)鏈接2）天然氣汽車的分類（1）按照燃料儲(chǔ)存形式分類。按照燃料儲(chǔ)存形式分類,可以將天然氣汽車分為壓縮天然氣(CompressedNaturalGas,CNG)汽車、液化天然氣(LiquefiedNaturalGas,LNG)汽車和吸附天然氣汽車。①壓縮天然氣汽車。壓縮天然氣汽車是將天然氣壓縮到20~25MPa,儲(chǔ)存在車載高壓氣瓶中使用。②液化天然氣汽車。液化天然氣是將天然氣在常壓下冷卻至-162℃后液化形成,可以明顯地減小天然氣體積(縮小到標(biāo)準(zhǔn)狀況的1/625)。③吸附天然氣汽車。吸附天然氣汽車氣瓶?jī)?nèi)的天然氣以吸附方式存儲(chǔ),壓力為3~6MPa。這種車輛的供氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單,成本低,但裝載的天然氣數(shù)量少,汽車的行駛距離短,加氣次數(shù)多。知識(shí)鏈接（2）按燃料種類分類。按燃料種類分類,可以將天然氣汽車分為單燃料天然氣汽車、兩用燃料天然氣汽車和雙燃料天然氣汽車。①單燃料天然氣汽車。單燃料天然氣汽車只使用天然氣作為燃料。這種車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)專門針對(duì)天然氣的供給、燃燒特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),因此燃燒效率高、排放低。②兩用燃料天然氣汽車。兩用燃料天然氣汽車既可以使用天然氣,也可以使用汽油作為燃料。這類車輛多由燃油汽車改進(jìn)而來,具有兩套燃料供給系統(tǒng),一套系統(tǒng)供給汽油,一套系統(tǒng)供給天然氣,但只能分別單獨(dú)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給而不能同時(shí)供給。使用時(shí),可以在燃燒汽油和燃燒天然氣兩種模式間切換。③雙燃料天然氣汽車。雙燃料天然氣汽車可以同時(shí)使用柴油和天然氣。這類車輛也具有兩套燃料供給系統(tǒng),一套系統(tǒng)供給柴油,一套系統(tǒng)供給天然氣,并且能同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給柴油和天然氣,形成混合燃燒,使用時(shí),可以在單獨(dú)燃燒柴油和柴油/天然氣混合燃燒兩種模式間切換。知識(shí)鏈接3）天然氣汽車結(jié)構(gòu)與工作原理(以壓縮天然氣汽車為例)（1）壓縮天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成。壓縮天然氣汽車與傳統(tǒng)汽油或柴油汽車的主要區(qū)別在于發(fā)動(dòng)機(jī),需要采用配備有天然氣供給系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的專用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī),主要有燃料供給系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩大部分。其中,燃料供給系統(tǒng)主要由天然氣瓶、充氣閥、高壓燃料切斷閥、減壓閥、混合器部件、壓力表、高壓電磁閥等組成,實(shí)現(xiàn)燃料壓縮天然氣的隨車儲(chǔ)存、在各種管路內(nèi)輸送、充裝和向發(fā)動(dòng)機(jī)噴射等功能,如圖4-15所示;電控系統(tǒng)主要由氣體壓力傳感器、溫度傳感器、電子節(jié)氣門等組成,與原車的ECU配合,實(shí)現(xiàn)燃料壓縮天然氣的定時(shí)定量噴射。圖4-15壓縮天然氣汽車燃料供給系統(tǒng)的總體組成知識(shí)鏈接（2）壓縮天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理。如圖4-16所示,壓縮天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),高壓的壓縮天然氣從天然氣瓶出來，經(jīng)過天然氣濾清器過濾后,經(jīng)高壓電磁閥進(jìn)入高壓減壓閥,高壓電磁閥的開合由ECU控制。高壓減壓閥的作用是將高壓的壓縮天然氣(工作壓力25MPa左右),經(jīng)過減壓加熱將壓力調(diào)整到0.7~0.9MPa。經(jīng)減壓后的天然氣進(jìn)入電控調(diào)壓器,電控調(diào)壓器的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況,精確控制天然氣噴射量。天然氣與空氣在混合器內(nèi)充分混合,進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi),經(jīng)火花塞點(diǎn)燃進(jìn)行燃燒,火花塞的點(diǎn)火時(shí)刻由ECU控制,氧傳感器即時(shí)傳遞燃燒后的尾氣的氧含量,ECU根據(jù)氧傳感器反饋的信號(hào),及時(shí)修正天然氣噴射量。圖4-16玉柴壓縮天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理知識(shí)鏈接

4）天然氣汽車的特點(diǎn)天然氣汽車具有以下優(yōu)勢(shì)。（1）天然氣儲(chǔ)量豐富,可以用其替代短缺的汽油和柴油燃料。（2）減輕大氣污染。（3）安全性高。（4）燃料切換方便。（5）社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。但是天然氣汽車也有以下一些缺點(diǎn)。（1）行駛距離短。（2）供氣體系建設(shè)有困難。（3）車輛質(zhì)量增加。知識(shí)鏈接2.液化石油氣汽車1）液化石油氣的特點(diǎn)液化石油氣是一種在常溫、常壓下為氣態(tài)的烴類混合物。它比空氣重,有較大的辛烷值,具有混合均勻、燃燒充分、不積炭、不稀釋潤(rùn)滑油等優(yōu)點(diǎn),能夠延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命,而且單次載氣量大,續(xù)駛里程長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的車用燃料(汽油和柴油)相比,液化石油氣具有優(yōu)良的理化特性,是公認(rèn)的清潔燃料。2）液化石油氣汽車簡(jiǎn)介以液化石油氣(LiquefiedPetroleumGas,LPG)為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。液化石油氣汽車具有尾氣污染物排放低、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好、運(yùn)行和維修成本低、安全性高等特點(diǎn),是目前在全世界范圍內(nèi)的應(yīng)用最為廣泛的替代能源汽車。液化石油氣城市客車如圖4-17所示。圖4-17液化石油氣城市客車知識(shí)鏈接3）液化石油氣汽車的類型（1）按照燃料供給系統(tǒng)特征分類。按照燃料供給系統(tǒng)特征分類,可以分為單燃料液化石油氣汽車、液化石油氣-汽油兩用燃料汽車、液化石油氣-柴油雙燃料汽車。①單燃料液化石油氣汽車:僅使用液化石油氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料,不再使用其他燃油或代用燃料的汽車。與單燃料壓縮天然氣汽車相比,因液化石油氣的辛烷值比壓縮天然氣的低,故液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比稍低,燃料經(jīng)濟(jì)性略差;因液化石油氣含碳比例較大,故排污比壓縮天然氣稍多;因液化石油氣擠占空氣容積較少,故動(dòng)力性優(yōu)于壓縮天然氣。②液化石油氣-汽油兩用燃料汽車:可以視情況交替燃用液化石油氣或汽油的汽車。與單燃料液化石油氣汽車相比,液化石油氣-汽油兩用燃料汽車的優(yōu)點(diǎn)是改裝方便,原機(jī)基本不變;在保證供應(yīng)的情況下可以盡可能地燃用液化石油氣,而在需要時(shí)又可以隨時(shí)方便地改用汽油;由于保存了原車的燃油箱,續(xù)駛里程比原車還要多。但其缺點(diǎn)是性能低。③液化石油氣-柴油雙燃料汽車:指同時(shí)燃用液化石油氣和柴油的汽車。與壓縮天然氣-柴油雙燃料汽車的主要優(yōu)點(diǎn)類似,可以大幅降低大負(fù)荷工況的微粒排放,但小負(fù)荷時(shí)的碳?xì)浠衔锱欧庞兴黾?。知識(shí)鏈接（2）按照液化石油氣的供給方式分類。按照液化石油氣的供給方式分類,可以分為真空進(jìn)氣式液化石油氣汽車和噴氣式液化石油氣汽車。①真空進(jìn)氣式液化石油氣汽車是指液化石油氣在進(jìn)氣管真空度作用下,經(jīng)混合器進(jìn)入進(jìn)氣管的液化石油氣汽車。其燃料供給方式與化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)相類似。②噴氣式液化石油氣汽車是指液化石油氣以一定的壓力經(jīng)噴氣嘴直接噴入氣缸或進(jìn)氣管的液化石油氣汽車。其燃料供給方式與汽油噴射式汽油機(jī)或柴油機(jī)相類似。（3）按照燃料供給的控制方式分類。按照燃料供給的控制方式分類,又可以分為機(jī)械控制式液化石油氣汽車、機(jī)電聯(lián)合控制式液化石油氣汽車和電控式液化石油氣汽車。①機(jī)械控制式液化石油氣汽車是指以機(jī)械控制方式為主,控制液化石油氣供給的液化石油氣汽車。②機(jī)電聯(lián)合控制式液化石油氣汽車是指以機(jī)電聯(lián)合控制方式控制液化石油氣供給的液化石油氣汽車。③電控式液化石油氣汽車是指利用微機(jī)來控制不同工況液化石油氣供給量的液化石油氣汽車。電控方式又有開環(huán)和閉環(huán)之分。知識(shí)鏈接1.醇類燃料汽車1）醇類燃料汽車簡(jiǎn)介醇類燃料汽車是利用醇類燃料做能源驅(qū)動(dòng)的汽車。醇類燃料一般是指甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH),以甲醇為燃料的汽車稱為甲醇汽車(見圖4-18),以乙醇為燃料的汽車稱為乙醇汽車。圖4-18甲醇汽車二、生物燃料汽車知識(shí)鏈接2）醇類燃料汽車的組成醇類燃料汽車電控燃料供給系統(tǒng)主要由油箱、燃油泵總成(燃油泵、粗細(xì)濾清器等)、油管、噴油器等組成,與傳統(tǒng)汽油汽車電控燃料供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理基本相同,不同之處如下。（1）油箱需要采用與甲醇或乙醇相容的材料制造,如不銹鋼、鈍化或陽極氧化處理的鋁合金、氟化高密度聚乙烯、氟丁橡膠或者其他與甲醇相容的合成橡膠、纖維加強(qiáng)塑料等。由于醇類燃料的熱值低,為了使甲醇燃料汽車一次加油后的續(xù)駛里程和原汽油車基本一樣,油箱的容積應(yīng)該加大。醇與汽油的混合燃料在低溫狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)分離的情況,解決的辦法之一是在油箱中設(shè)置一電動(dòng)攪拌器,需要時(shí)用機(jī)械攪拌法使其混合。（2）由于醇類燃料的潤(rùn)滑性差,所以需要向噴油泵供給專用潤(rùn)滑油,或在醇類燃料中加入0.5%~1%(體積分?jǐn)?shù))的蓖麻油。（3）需要增加一個(gè)燃料切換控制器,用以切換燃料供給模式,同時(shí)能夠智能改變發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)參數(shù),使醇類燃料在氣缸內(nèi)充分燃燒,該點(diǎn)火系統(tǒng)一般是與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU集成在一起。知識(shí)鏈接（4）噴油器采用電磁閥式,用不銹鋼制造噴油器本體,各處密封件的材料是氟化橡膠,而其中金屬過濾器則是使用能與甲醇相容的金屬粉末燒結(jié)而成,其孔隙較小。噴油器的流量范圍既要能夠滿足全負(fù)荷時(shí)醇類燃料循環(huán)供應(yīng)量的要求,又要滿足使用汽油時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)流量小的要求,其工作原理與電噴汽油機(jī)類似。醇類燃料噴油器如圖4-19所示。圖4-19醇類燃料噴油器知識(shí)鏈接3）醇類燃料在汽車上的應(yīng)用甲醇作為燃料在汽車上的應(yīng)用主要有摻燒和純甲醇替代兩種。摻燒是指將甲醇以不同的比例(如M10、M15、M30)摻入汽油中作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料,一般稱為甲醇汽油;純甲醇替代是指將高比例甲醇(如M85)直接用作汽車燃料(Mx表示在汽油里添加x%的甲醇)。汽車使用燃料按照甲醇在混合燃料中的比例分類,可以分為以下幾種。（1）低比例(如M5)甲醇汽油,可以和汽油一樣使用,發(fā)動(dòng)機(jī)不做任何改動(dòng)。（2）中比例(如M15)甲醇汽油,可以和汽油一樣使用,發(fā)動(dòng)機(jī)不做任何改動(dòng),但調(diào)配時(shí)必須添加助溶劑。（3）高比例(如M85)甲醇汽油和M100燃料甲醇,需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)制造。乙醇與普通汽油的性能接近,適用于點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。但汽車一般不會(huì)使用純乙醇作為燃料,因?yàn)榧円掖荚谡舭l(fā)時(shí)需要更多的熱量(蒸發(fā)潛熱大),導(dǎo)致汽車在低溫時(shí)的起動(dòng)性能不好,故通常在汽油中加入一定量的乙醇作為燃料使用,稱為乙醇汽油。一般最高使用E85乙醇汽油,即含85%乙醇和15%的汽油的混合燃料。目前使用較多的是E22乙醇汽油。小比例的乙醇汽油可以繼續(xù)使用原汽油發(fā)動(dòng)機(jī),大比例的乙醇汽油則需要使用專門設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。知識(shí)鏈接4）醇類燃料汽車的特點(diǎn)（1）醇類燃料作為汽車燃料的優(yōu)點(diǎn)。①醇類燃料辛烷值比汽油高,可以采用高壓縮比提高熱效率。②醇類燃料常溫下為液體,操作容易,攜帶方便。③醇類燃料可燃界限寬,燃燒速度快,可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。④使用醇類燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)之間有繼承性。（2）醇類燃料代替化石燃料的缺點(diǎn)。①醇類燃料熱值低。甲醇的熱值只有汽油的48%,乙醇的熱值只有汽油的64%。②醇類燃料沸點(diǎn)低。醇類燃料蒸氣壓力高,容易產(chǎn)生氣阻。③蒸發(fā)潛熱大,使得醇類燃料的汽車?yán)淦饎?dòng)困難和在低溫運(yùn)行時(shí)性能變化。④甲醇有毒,會(huì)刺激眼結(jié)膜,通過呼吸、消化系統(tǒng)和皮膚接觸進(jìn)入人體會(huì)造成人體中毒。⑤醇類燃料腐蝕性大。⑥醇類混合燃料易分層,使用時(shí)必須加入助溶劑。知識(shí)鏈接2.二甲醚燃料汽車1)二甲醚燃料汽車簡(jiǎn)介二甲醚(DimethylEther,DME)是一種優(yōu)良的清潔能源,以二甲醚為燃料的汽車稱為二甲醚燃料汽車。二甲醚作為汽車燃料時(shí),汽車尾氣排放量低,可以應(yīng)用在城市公交車(見圖4-20)、出租車、家庭用車上,其動(dòng)力性能與92號(hào)汽油相當(dāng),有優(yōu)良的性價(jià)比,燃料成本可以降低10%。由于其十六烷值比柴油高,發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)力大,力學(xué)性能好,因此還可替代柴油作為柴油汽車燃料,這是其他同類替代燃料不具備的優(yōu)勢(shì)。圖4-20二甲醚城市公交車知識(shí)鏈接2）二甲醚燃料汽車的組成二甲醚燃料汽車燃料供給系統(tǒng)主要由二甲醚罐、輸油泵、濾清器、壓力表、蓄能器、噴油泵、噴油器、冷卻器和各種閥門等組成,與傳統(tǒng)柴油汽車燃料供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理基本相同,不同之處如下。（1）二甲醚常溫下為氣態(tài),需要在0.5MPa壓力下實(shí)現(xiàn)液化,所以必須使用專門的二甲醚罐加壓儲(chǔ)存,如圖4-21所示。圖4-21二甲醚罐知識(shí)鏈接（2）二甲醚的熱值低,只有柴油機(jī)的70%,為了達(dá)到原柴油機(jī)的動(dòng)力水平,必須增大二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的每循環(huán)供油量,可以采取加大噴油泵中柱塞直徑和柱塞有效行程、加大噴油器中噴孔直徑等方法來解決,使用噴油泵、噴油器的技術(shù)參數(shù)與原柴油機(jī)不同。（3）由于二甲醚的黏度低,這就使得燃油潤(rùn)滑效果較差,柴油機(jī)上的柱塞、出油閥與噴油器三對(duì)精密部件會(huì)因?yàn)闈?rùn)滑不良而產(chǎn)生磨損。因此,必須在二甲醚燃料中加入適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑,以保證柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與耐久性。（4）在環(huán)境溫度和壓力下,二甲醚的爆炸極限范圍比較寬。因此,在使用二甲醚時(shí)要注意防止二甲醚蒸氣的溢出。同時(shí),二甲醚的黏度低也容易使其泄漏氣化。另外,二甲醚雖然對(duì)金屬?zèng)]有腐蝕性,但對(duì)一些彈塑性密封件來說,如果長(zhǎng)期暴露在二甲醚中,則會(huì)使其密封性能惡化,并逐漸腐蝕剝落。所以在柴油機(jī)上使用二甲醚,必須解決好密封問題。知識(shí)鏈接3）二甲醚燃料汽車的特點(diǎn)二甲醚燃料汽車特點(diǎn)如下。（1）十六烷值大于55,比柴油高,滯燃期短,自燃溫度低。（2）污染少,其本身氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.8%,能夠充分燃燒,不積炭,無殘液,汽車尾氣無須催化、轉(zhuǎn)化處理,即可達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)。二甲醚重型商用車一氧化碳排放能減少20%,碳?xì)浠衔锬軠p少30%,氮氧化物能減少60%,顆粒物排放為零。在大氣中,二甲醚在短時(shí)間內(nèi)可分解為水和二氧化碳,不會(huì)污染環(huán)境。（3）按等放熱量計(jì)算,二甲醚的汽化潛熱為柴油的2.53倍,因此會(huì)大幅降低柴油機(jī)最高燃燒溫度,減少一氧化氮的排放量。（4）低沸點(diǎn)的特點(diǎn)使二甲醚在噴入氣缸后即可汽化,其霧化特性優(yōu)于柴油。（5）資源較為豐富,二甲醚可以從來源豐富的煤、天然氣和生物質(zhì)中提煉,大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),其成本低于柴油。知識(shí)鏈接1.太陽能汽車簡(jiǎn)介太陽能汽車是利用太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能,再利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的一種新型汽車。在光照情況下,通過光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生電流,可以直接或者協(xié)同動(dòng)力蓄電池供電來驅(qū)動(dòng)電機(jī),或?qū)⒍嘤嗟哪芰績(jī)?chǔ)存在動(dòng)力蓄電池中以便在陽光不足的環(huán)境下使用。相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車,太陽能汽車不會(huì)向大氣中排放廢氣,真正做到了零排放。三、太陽能汽車2.太陽能在汽車上的應(yīng)用到目前為止,太陽能在汽車上的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面,一是作為驅(qū)動(dòng)力;二是作為汽車輔助設(shè)備的能源。1）太陽能作為驅(qū)動(dòng)力太陽能作為驅(qū)動(dòng)力,一般采用太陽能電池吸收太陽能,再轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。按照應(yīng)用太陽能的程度分類,又可分為以下兩種形式。知識(shí)鏈接（1）太陽能作為第一驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車。這種太陽能汽車與傳統(tǒng)的汽車不論在外觀還是運(yùn)行原理上都有很大的不同,太陽能汽車已經(jīng)沒有發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、變速箱等構(gòu)件,而是由太陽能電池板、儲(chǔ)電器和電機(jī)等組成。利用貼在車體外表的太陽能電池板,將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能,再通過電能的消耗,驅(qū)動(dòng)車輛行駛,車輛的行駛快慢只要通過控制輸入電機(jī)的電流就可以解決。（2）太陽能和其他能量混合驅(qū)動(dòng)汽車。太陽能輻射強(qiáng)度較弱,光伏電池板造價(jià)昂貴,加之蓄電池容量和天氣的限制,使完全靠太陽能驅(qū)動(dòng)的汽車實(shí)用性受到極大限制,不利于推廣。因此就出現(xiàn)了一種采用太陽能和其他能量混合驅(qū)動(dòng)的汽車。這種汽車既有汽油發(fā)動(dòng)機(jī),又有電機(jī),汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪,蓄電池給電機(jī)供電驅(qū)動(dòng)后輪。電機(jī)用于低速行駛,當(dāng)車速達(dá)到某一速度以后,汽油發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),電機(jī)脫離驅(qū)動(dòng)軸,此時(shí)汽車便像普通汽車一樣行駛?；旌向?qū)動(dòng)形式帶來了諸多好處。一方面,因?yàn)橛衅桶l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),所以蓄電池不會(huì)過放電,蓄電池的容量只要滿足一天使用即可,可采用小容量蓄電池來減輕車重;另一方面,城市中大多數(shù)車輛都處于低速行駛狀態(tài)下,采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)可減少污染。知識(shí)鏈接2）太陽能作為汽車輔助設(shè)備的能源傳統(tǒng)汽車功率一般為幾十千瓦,而太陽每平方米輻射功率小于1kW,且目前的光電轉(zhuǎn)換率小于30%,因此全部用太陽能驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的汽車,需要幾十平方米的太陽光接收面積,這是很難達(dá)到的。但在傳統(tǒng)汽車上可以用太陽能作為輔助動(dòng)力,以減少常規(guī)燃料的消耗。而且,現(xiàn)代汽車的電氣化程度日益提高,各種輔助設(shè)備的耗電量也因此急劇增加,因此可將太陽能發(fā)電作為補(bǔ)充。其應(yīng)用主要有以下幾種形式。（1）太陽能作為汽車蓄電池的輔助充電能源。在汽車上加裝太陽能電池后,可以在汽車停止使用時(shí),繼續(xù)為電池充電,從而避免電池過度放電,節(jié)約能源。（2）用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和汽車空調(diào)等系統(tǒng)。汽車停在陽光下時(shí),車內(nèi)空氣不流通,車體成為收集太陽能的溫室,造成車內(nèi)溫度升高,大量的有害物質(zhì)被釋放,從而導(dǎo)致車內(nèi)空氣品質(zhì)變差。若加裝太陽能裝置,如太陽能風(fēng)扇等,則可以為車輛在停泊期間無能耗提供新風(fēng)并降溫,保證車輛有良好的空氣品質(zhì)。知識(shí)鏈接3.太陽能汽車的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽能汽車主要由太陽能電池方陣、控制器、動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及一些機(jī)械裝置等組成,基本結(jié)構(gòu)如圖4-22所示。圖4-22太陽能汽車的基本結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接(1)太陽能電池方陣。太陽能電池方陣是太陽能汽車的能源,如圖4-23所示。方陣由許多PV光電池(通常有好幾百個(gè))組成,方陣類型受到太陽能汽車尺寸和部件費(fèi)用等的制約。目前主要有兩種類型的光電池:硅電池和砷化合物電池。環(huán)繞地球衛(wèi)星使用的太陽能電池是典型的砷化合物電池,而硅電池則更為普遍地為地面基礎(chǔ)設(shè)備所使用。一般等級(jí)的太陽能汽車通常使用硅電池。硅電池由許多獨(dú)立的硅片組合起來,形成太陽能電池方陣,依靠光伏電源供電驅(qū)動(dòng)太陽能汽車。方陣輸出功率的大小受到太陽、云層的覆蓋度和溫度的影響。圖4-23太陽能電池方陣知識(shí)鏈接(2)控制器?？刂破魇翘柲芷?yán)镒顝?fù)雜的零部件,其包括峰值功率追蹤器、電機(jī)控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？刂破鞯闹饕δ転楸O(jiān)控系統(tǒng)與控制電機(jī)。峰值功率追蹤器決定了太陽能電池板輸送給動(dòng)力蓄電池或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大功率,即當(dāng)太陽能電池板給動(dòng)力蓄電池充電時(shí),峰值功率追蹤器可以保護(hù)蓄電池,防止過充過載而損壞;當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使車輛行駛時(shí),峰值功率追蹤器可以限制其最大功率。(3)動(dòng)力蓄電池。動(dòng)力蓄電池用于儲(chǔ)存太陽能轉(zhuǎn)換的電能,當(dāng)車輛行駛時(shí),動(dòng)力蓄電池的能量用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率;當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí),動(dòng)力蓄電池可以接收發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。(4)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)相比,太陽能汽車的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)有很大差異。一般來說,太陽能汽車由電機(jī)通過動(dòng)力傳動(dòng)零部件驅(qū)動(dòng)車輪。由于太陽能汽車本身質(zhì)量較小,行駛時(shí)所需要的動(dòng)力比傳統(tǒng)汽車要小,因此通常只用一個(gè)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪。知識(shí)鏈接在電機(jī)的選擇方面,太陽能汽車使用的類型較多,沒有什么限制，但其功率一般較小，在1.5~4.0kW范圍內(nèi)。由于無刷直流電機(jī)具有輕便、效率高等優(yōu)點(diǎn),因此目前在太陽能汽車上使用較多。但其價(jià)格比普通有刷直流電機(jī)要高出許多。在太陽能汽車行駛過程中,由太陽能電池方陣接收來自太陽的光照,并將其轉(zhuǎn)化為電能。由太陽能轉(zhuǎn)換的電能直接輸送到電機(jī)的同時(shí),如果還有更多剩余的能量,則通過控制器儲(chǔ)存到動(dòng)力蓄電池組中,供以后使用。相反,當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)換的能量不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)來滿足車輛行駛功率要求時(shí),動(dòng)力蓄電池中所儲(chǔ)存的能量就補(bǔ)充太陽能來驅(qū)