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1、-二、简答题1、超级电容器在汽车中有哪些应用？超级电容器在新能源汽车中的应用目前主要有两种模式：以水系超级电容器为主作电源的纯电动模式和以有机系超级电容器为主作电源的混合动力模式。1）纯电动模式。采用以超级电容器电源电机为主的电机直驱控制策略：当汽车行驶时，电机直接驱动整车；当汽车制动时，电机转换为发电机，尽可能地回收能量。2）混合动力模式。采用以发动机为主，超级电容器电源电机为辅的电机辅助控制策略：当汽车起步时，速度低于所设定值，电机单独驱动整车；当车速达到所设定值时，电机关闭，发动机单独驱动整车，富裕功率向超级电容器充电；当汽车在加速、爬坡及大负荷情况下，发动机和电机共同驱动整车；当汽车在
2、制动时，电机转换为发电机，尽可能地回收能量。2、电动汽车使用的动力电池可以分几类？1铅酸电池铅酸电池是采用金属铅作为负极，二氧化铅作为正极，用硫酸作为电解液2镍金属电池 镍氢蓄电池正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为贮氢合金，电解液为氢氧化钾溶液，3锂离子蓄电池 锂离子电池使用锂碳化合物作负极，锂化过渡金属氧化物作正极，液体有机溶液或固体聚合物作为电解液。4锂聚合物电池 锂聚合物电池又称高分子锂电池，它也是锂离子电池的一种，但是与液锂电池相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化以及高安全性和低成本等多种明显优势。5高温钠电池 高温钠电池主要包括钠氯化镍电池（）和钠硫蓄电池种。 锌空气电
3、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，负极为（吸收空气中的氧气），电解液为。7超级电容 超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器、 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学电容，兼具电池和传统物理电容的优点。其特点是寿命长、 效率高、比能量低、放电时间短。超级电容往往和其它蓄电池联合应用作为电动汽车的动力电源， 可以满足电动汽车对功率的要求而不降低蓄电池的性能8飞轮电池 飞轮电池是一种以动能方式存储能量的机械电池，它由电动发电机、功率转换、电子控制、飞轮、磁浮轴承和真空壳体等部分组成， 具有高比功率、高比能量、高效率、长寿命和环境适应性好等优点.9燃料电池
4、 燃料电池是一个能量生成装置，并且一直产生能量，直到燃料耗尽。10太阳能电池 太阳能电池是一种把光能转换为电能的装置。3、电动汽车对动力电池的要求主要有哪些？1 比能量高比能量是指单位蓄电池重量所能提供的电能，它是保证电动汽车能够达到基本合理的行驶里程的重要性能。2 连续放电率高、自放电率低电池能够适应快速放电的要求，连续1h 放电轻型汽车技术 2012（10）总 278 技术纵横率（又称放电深度）可以达到额定容量的 70或更高。自放电率要低，电池能够长期存放。3 输出功率高这个主要是对于在全电模式情况下提出的要求，这个时候车辆的动力完全依赖电力，就需要保证一定的输出功率，否则动力不够，车走不
5、动，有再多的能量也没用。不同电池单位重量可以输出的功率也是不同的。还是引用 wiki 的数据，铅酸电池的峰值输出功率是每公斤 180W，磷酸铁锂电池可以达到每公斤1400W。比如同样输出 50kW 功率，也就是一个微型轿车需要的功率水平，铅酸电池需要的电池组重量要达到至少 278 公斤，磷酸铁锂电池则只需要 36 公斤，差距十分明显。4充电技术成熟、时间短，充放电次数足够高电池应对充电技术没有特殊要求，并且能够实现感应充电。在充电时间上能够实现快速充电，电池的正常充电时间应小于 6h，电池快速充电达到额定容量 50的时间应为 20min 以下。5适应车辆运行环境电池能够在常温条件下正常稳定地工
6、作，不受环境温度的影响，不需要特殊的加热、保温系统，能够适应电动汽车行驶时的振动。6. 安全可靠电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废电池能够回收处理和再生利用，电池中有害重金属能够集中回收处理。电池组可以采用机械装置进行整体快速更换，线路连接方便。7 寿命长、免维护电池的循环寿命不低于 1000 次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护和修理。这方面，目前丰田的混合动力车对电池的保修是 10 年，有调查认为用户的想法是 15 年会更好一些。8 价格合适无疑，动力电池的价格不能太贵，否则，相应电动汽车产品就无法市场化。
7、目前，锂离子电池的价格在每度电700- 1000 美元之间，显然这个价格仍然太贵了，30 度电就需要 2- 3 万美元。尽管人们希望随着锂电池工艺成熟，市场扩大，这个价格能降下来，不过从过去的十年来看，这个价格比较稳定，很难说短期内市场会真得把价格降下来。4、混合动力电动汽车按结构分哪几类？画出结构图混合动力电动汽车将原动机、电动机、能量储存装置(蓄电池)按某种方式组合在一起,有串联式、并联式和混合式3种布置形式。1、串联式驱动系统 1.1 结构特点 串联式驱动系统的示意图见图1。发动机带动发电 机发电,其电能通过电动机控制器直接输送到电动机,由电动机产生电磁力矩驱动汽车。在发动机与驱动桥之间
8、通过电实现动力传递,因此更像是电传动汽车。电池通过控制器串接在发电机和电动机之间,其功能相当于发电机与电动机之间的“水库”,起功率平衡作用,即:当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时(如汽车减速滑行、低速行驶或短时停车等工况),控制器控制发电机向电池充电;而当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时(如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况),电池则向电动机提供额外的电能1.2性能特点 发动机功率是以汽车某一速度下稳定运行工况所需的功率选定的,当汽车运行工况变化,电动机所需的驱动功率与发动机输出功率不一致时,由控制器控制发电机向电池充电(吸收发电机富余的电能)或使电池向电动机放电(协助发电机供电
9、),电池充电和放电电流的大小由控制器根据电动机驱动功率的变化情况进行控制。这样的结构形式和控制方式,使串联式混合动力电动汽车具有如下性能特点(1)发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响,始终在其最佳的工作区域内稳定运行,因此,发动机具有良好的经济性和低的排放指标。(2)由于有电池进行驱动功率“调峰”,发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳定运行工况所需的功率,因此可选择功率较小的发动机。(3)发动机与驱动桥之间无机械连接,因此,对发动机的转速无任何要求,发动机的选择范围较大,比如,可选用高速燃气轮机等效率高的原动机。(4)发动机与电动机之间无机械连接,整车的结构布置自由度较大。(5)发动机的输出
10、需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能,需要功率足够大的发电机和电动机。(6)要起到良好的发电机输出功率平衡作用,又要避免电池出现过充电或过放电,就需要较大的电池容量。(7)发电机将机械能量转变为电能、电动机将电能转变为机械能、电池的充电和放电都有能量损失,因此,发动机输出的能量利用率比较低。串联式混合动力电动汽车发动机能保持在最佳工作区域内稳定运行这一特点的优越性主要表现在低速、加速等运行工况,而在汽车中、高速行驶时,由于其电传动效率低,抵消了发动机油耗低的优点,因此,串联式混合动力电动汽车更适用于在市内低速运行的工况。在繁华的市区,汽车在起步和低速时还可以关闭发动机,只利用电池进行功率输出
11、,使汽车达到零排放的要求。2并联式驱动2.1结构特点并联式驱动系统结构示意图见图2。发动机通过机械传动装置与驱动桥连接,电动机通过动力复合装置也与驱动桥相连,汽车可由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱动。并联式混合动力电动汽车的结构形式更像是附加了一个电动机驱动系统的普通内燃机汽车。电动机起“调峰”作用,即:当汽车运行工况所需的功率超过了发动机的功率时,电动机从电池取得电能产生电磁力矩,并向驱动桥提供额外的驱动功率。有的并联式混合动力电动汽车也有发电机,但其主要作用是向电池充电,以保持电池的荷电状态(SOC),即:当电池放电较多,其SOC的值较低时,控制器可控制发动机驱动发电机并向电池充电,使
12、电池的SOC恢复到设定的值,以保证混合驱动方式下的续驶里程。2.2性能特点并联式混合动力电动汽车其发动机功率也是以汽车某一速度下稳定行驶工况所需的功率选定的,当汽车在低速或变速工况行驶时,需通过加速踏板和变速器来调节发动机的功率输出;而在汽车高速行驶,发动机的输出功率低于汽车行驶所需功率时,由控制器控制电动机协助驱动。这样的结构形式和控制方式,使并联式混合动力电动汽车具有如下性能特点:(1)发动机通过机械传动机构直接驱动汽车,无机电能量转换损失,因此发动机输出能量的利用率相对较高,当汽车的行驶工况使发动机在其最佳的工作范围内运行时,并联式的HEV燃油经济性比串联式的高。(2)有电动机进行“调峰
13、”作用,发动机的功率也可适当减小。(3)当电动机只是作为辅助驱动系统时,功率可以比较小。(4)如果装备发电机,发电机的功率也可较小。(5)由于有发电机补充电能,比较小的电池容量即可满足使用要求。(6)由于并联式驱动系统的发动机运行工况要受汽车行驶工况的影响,因此在汽车行驶工况变化较多、较大时,发动机就会比较多地在其不良工况下运行,因此,发动机的排污比串联式的高。(7)由于发动机与驱动桥之间直接机械连接,需要通过变速装置来适应汽车行驶工况的变化,此外,发动机与电动机并联驱动,还需要动力复合装置,因此,并联式驱动系统其传动机构较为复杂。并联式驱动系统最适合于汽车在中、高速稳定行驶的工况。而在其它的
14、行驶工况,由于发动机不在其最佳的工作区域内运行,发动机的油耗和排污指标不如串联式。并联式混合动力电动汽车也可实现零排放控制,在繁华的市区低速行驶时,可通过关闭发动机和使离合器分离,也可以使汽车以纯电动方式运行。但这样就需要功率足够大的电动机,所需的电池容量也相应要大。3、混联式驱动系统 混联式驱动系统是串联式与并联式的综合,其结构示意图见图3。发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥,另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能由控制器控制,输送给电动机或电池,电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是:在汽车低速行驶时,驱动系统主要以串联方式工作;当汽车
15、高速稳定行驶时,则以并联工作方式为主混联式驱动系统的结构形式和控制方式充分发挥 了串联式和并联式的优点,能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配,从而在结构上保证了在更复杂的工况下使系统工作在最优状态,因此更容易实现排放和油耗的控制目标。6、简述飞轮电池的工作过程的三个阶段飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置。它最基本的工作原理就是，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载，要求空闲运转时候损耗非常小。它的原理图如图1所示当外设通过电力电子装置给电机供电时，电机就作为电动机
16、使用，它的作用是给飞轮加速，储存能量；当负载需要电能时，飞轮给电机施加转矩，电机又作为发电机使用，通过电力电子装置给外设供电；当飞轮空闲运转时，整个装置就可以以最小损耗运行。7、目前电动汽车的关键技术有哪些？1电池技术电池技术存在的问题 电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约 电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本等。要使电动汽车具有竞争力,就要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。目前面临最关键的电池技术问题是: (1)极低的电池能量密度。(2)过重的电池组(3)有限的续驶里程与汽车动力性能。(4)电池组昂贵的价格及有限的循环
17、寿命。(5)汽车附件的使用受到限制。2电力驱动及其控制技术电动车辆的驱动电机属于特种电机,是电动汽车的关键部件。要使电动汽车有良好的使用性能,驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速,足够大的启动扭矩,体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。3、电动汽车整车技术电动汽车是高科技综合性产品,除电池、电动 机外,车体本身也包含很多高新技术。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料,优化结构,可使汽车自身质量减轻30%50%;实现制动、下坡和怠速时的能量回收;采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎,可使汽车的滚动阻力减少50%;汽车车身特别是汽车底部流线型化,可使汽车的空气阻力减少50%
18、4、能量管理技术 蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性,必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。因此必须对蓄电池进行系统管理。10、简述并联式混合动力电动汽车的工作模式。 并联混合动力汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统,发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮,既可以采用发动机单独驱动,也可以采用电动机单独驱动,或者两者混合驱动等3种驱动模式。纯蓄电池模式 图5为并联式混合动力汽车纯电动机模式时能量流动图。在汽车起步时,利用电动机低速大扭矩的特性使车辆起步;在车辆低速运行时,可以避免发动机工作在低效率和高排放的工作范围,高效并且动态特性好的电
19、动机可以单独驱动汽车低速运行纯发动机模式汽车在高速稳定行驶的工况下,发动机工作在高效和低排放工作区域,或者汽车行驶在郊外等对排放状况要求不高的地区,可以用发动机单独驱动汽车。并联式混合动力汽车纯发动机机模式时能量流动图如图6所示。混合驱动模式 汽车在加速和爬坡时,发动机和电动机同时工作,由电动机提供辅助功率使车辆加速和爬坡。能量流动图如图7所示发动机驱动+发电模式 当蓄电池荷电状态值较低时,发动机可以驱动启动电机对电池组充电,汽车正常运行工况下当发动机输出功率大于车辆需求功率时,发动机也可以驱动以发电状态工作的电动机向蓄电池充电。能量流动图如图8所示回馈制动模式车辆减速和制动时,可以利用电动机
20、的反拖作用,一方面使车辆减速,同时电动机以发电状态工作,回收部分制动能量,实现再生制动。能量流动图如图9所示。停车充电模式 起步前或停车后,如果电池很低,可以进行停车充电,能量流动图如图10所示11、请说明质子交换膜燃料电池的三个关键问题1、催化剂与电解质的高成本其制造成本主要集中在催化剂与电解质等关键材料上。降低催化剂成本主要有两种途径：一是降低阴阳两极的Pt裁量。二是研制新型的非铂催化剂。2、膜电极的性能PEMFC的核心部件是膜电极组件.研究表明，MEA的制备工艺直接影响质子交换膜燃料电池的性能。改进气体扩散层的材料组成和制备工艺也是提高膜电极性能的有效途径之一3、燃料的安全性与实验性目前
21、，应用最广泛的质子交换膜燃料电池是氢燃料电池。由于氢气在储存和运输环节具有危险性，而且原来的加油站改为加气站将花费巨额投资，难以满足电池车燃料补给。因此，燃料的安全性与实用性成为制约PEMFC发展的主要问题之一4、CO对于P催化剂的毒化采用重整气作为PEMFC的燃料，H2中通常会混有10100ppm的CO；直接以甲醇为燃料同样会生成CO中间体。痕量的CO在低温下（T130）将会导致Pt催化剂失活。其原因是CO在催化剂表面的吸附能力远比H2强，可以优先占据阳极催化剂的活性位，阻碍H2的电化学氧化，从而引起严重的阳极极化现象，大大降低电池性能5、电池的寿命稳定性与寿命是PEMFC最值得考虑的问题之
22、一。未来的燃料电池汽车的设计寿命不少于5000h，而固定电站的设计寿命则在40000h以上。12、燃料电池汽车优、缺点是什么？燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆其最大特点是能量转换效率高，可达到60 以上；另外，它还具有燃料多样性、排气清洁、噪声低、对环境污染小、可靠性及维修性好等优点。因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有的优点： 1) 零排放或近似零排放。 2) 减少了机油泄漏带来的水污染。 3) 降低了温室气体的排放。 4) 提高了燃油经济性。 5) 提高了发动机燃烧效率。6) 运行平稳、无噪声.燃料电池汽车的
23、特点 燃料电池汽车的优点: 1）燃料直接通过电化学反应产生电能，无热能转换过程，故不受卡诺循环的限制，能量转换效率高，实际能量转换效率高达50%70%。 2）当燃料电池使用氢燃料时，其排放的是水，无污染；当使用甲醇、汽油等其他燃料时，排放的二氧化碳比汽油机少二分之一。 3）燃料电池堆可由若干单元电池串联或并联而成，可根据质量分配均衡和空间有效利用的原则，机动灵活地进行配置。 4）燃料电池无运动部件，振动小，噪声低，零部件对机械加工精度要求不高。 燃料电池汽车的缺点: 1)辅助设备复杂。以甲醇或汽油为燃料的燃料电池电动汽车，甲醇或汽油等燃料进行重整后，有少量的CO、C02、CH和NOx等气体混杂
24、在氢气中，其中CO会使催化剂“中毒”而失效，在H2进入燃料电池组之前，必须采用净化装置对CO、C02和NO，进行分离处理，增加了结构和工艺的复杂性。由于甲醇或汽油在重整过程中会产生热量，因此还需要对重整系统进行热的控制和管理。 2)辅助设备重而体积大。目前燃料电池电动汽车大多数是采用氢气作为燃料，但氢气的制取、储存、运输和灌装还没有实现规模化，安全保护要求高。采用氢气作为燃料需要特种储存罐（高压、低温和防护），罐体体积大，占用空间大。目前使用成本也很高，给燃料电池电动汽车的使用带来不便。在采用甲醇、汽油等燃料的燃料电池系统中，需要通过重整器对甲醇、汽油等燃料进行重整后才能制取氢气。目前重器、净
25、化器和其辅助装置在燃料电池电动汽车上所占的体积和重量都较大，还必须进一步解决其小型化和轻量化的问题。 3)起动时间长并需提高系统耐振动能力。采用甲醇或汽油等作为燃料时，需要通过重整器进行重整，一般需要10 min以上才能产生足够的氢气，比内燃机起动的时间长得多，影响了车辆的机动性。燃料电池发动机系统包括燃料电池本身和各种辅助备，在车辆受到振动或冲击时，各种管道的连接和密封的可靠性需要进一步提高，以防止发生氢泄漏，降低氢的利用率，影响燃料电池的效率，严重时还会引发氢气燃烧事故。由于要求严格的密封，使得燃料电池的制造工艺很复杂，并给使用和维护带来困难。14、请列举出至少6种汽车节能技术。混合动力汽
26、车技术 2高效汽油机、柴油机技术 3高效载重汽车及发动机技术4轿车、轻型车的柴油化技术 5整车轻量化技术 6 氢燃料与电驱动混合动力技术 7均质压然发动机技术 8其他类型发动机（非活塞式内燃机技术） 9先进高效的传动系技术2、阐述纯电动汽车的结构组成。1.车载电源在目前的电动汽车上，车载动力源一般都是各式各样的蓄电池，利用周期性的充电来补充电能。动力电池组是电动汽车的关键装备，它储存的电能、质量和体积，对电动汽车的性能起到决定性的影响。2.电池管理系统对动力电池组的管理包括：对动力电池组的充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、电池温度等进行控制。因为个别的蓄电
27、池性能变化后，影响到整个动力电池组的性能，用蓄电池管理系统对整个动力电池组和动力电池组中的每一个单体电池进行控制，保持各个电池间的一致性，还要建立动力电池组的维护系统，来保证电动汽车的正常运行。3。驱动电动机和驱动系统驱动电机是电动汽车的动力装置，这是电动汽车和传统汽车最根本的区别。现代电动汽车一般使用的是交流电机、永磁电动机或者是开关磁阻电机。电动汽车的驱动系统由驱动电机和驱动系统共同组成，随着电动汽车结构形式的不同，采用了不同的驱动系统。电动汽车的驱动系统有电动轮方案（轮边驱动系统）和差速半轴方案（集中驱动系统）两种方案。4、控制技术对于广大汽车使用者来说，加速踏板、方向盘、制动踏板等操纵
28、装置是非常熟悉的。电动汽车也应当继承和尊重这一习惯。通过各种踏板和控制手柄，将踏板和手柄的位移信号转化成电信号，输入中央控制器，通过电动汽车控制模块来控制电动机的运行5、车身及底盘电动汽车已经具有各种车型，包括电动轿车、电动客车（微型、小型、中型和大型）、电动货车（微型、小型、中型和大型）及其他改装的电动车辆。为适应城市、家庭、学校和服务行业的需要，电动汽车的车身造型，特别是微型电动轿车，已经有了多种多样、丰富多彩的造型。电动汽车的车身造型特别重视流线型，使得电动汽车的造型更加具有特色，更加的丰富多彩。也使得电动汽车的车身的空气阻力系数大大的降低了。电动汽车大多采用复合材料来制造车身结构和车身内饰，有的豪华气派，有的简单实用，并且更加轻盈且美观。6、安全保护系统 电动汽车的动力电池组具有96312V的高压直流电，人身触电时会造成致命的危险。因此必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。另外在撞车、翻车或线路发生短路时，驾驶员能够迅速地切断电源，避免发生火灾，保护乘员的安全，同时还需要注意防止电池中的电解液溢出对乘员造成的伤害。电动汽车必须装备电气装置的故障自动检测系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制电动汽车不能启动等，及时防止事故的发生。-第 10 页-