《汽车结构认识》项目六教案.docx

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《汽车结构认识》项目六教案

教师姓名

授课形式

一体化

授课时数

4

授课日期

年月日

授课班级

授课项目及

任务名称

项目6汽车动力革命——认识新能源汽车

任务1认识混合动力汽车

教学目标

知识目标

1.了解混合动力汽车的组成。

2.了解混合动力汽车的分类。

3.了解混合动力汽车的工作原理。

技能目标

1.叙述混合动力汽车的组成。

2.叙述混合动力汽车的分类。

3.叙述混合动力汽车的工作原理。

教学重点

叙述混合动力汽车的组成。

教学难点

叙述混合动力汽车的工作原理。

教学方法

教学手段

借助于多媒体课件，通过动画模拟了解混合动力汽车的组成、分类、工作原理进行讲授，使学生更形象了解混合动力汽车的组成、分类、工作原理通过老师的示范叙述混合动力汽车的组成、分类、工作原理，使学生了解混合动力汽车。

学时安排

1.叙述混合动力汽车的组成，约40分钟。

2.叙述混合动力汽车的分类，约40分钟。

3.叙述混合动力汽车的工作原理，约80分钟。

教学条件

多媒体课件、汽车实训车间、实训轿车。

课外作业

阅读维修手册、完成工作页

检查方法

1.随堂提问，计平时成绩。

2.认识混合动力汽车完成质量评分，计平时成绩。

教学后记

授课主要内容

任务1认识混合动力汽车

【知识目标】

1.了解混合动力汽车的组成。

2.了解混合动力汽车的分类。

3.了解混合动力汽车的工作原理。

【技能目标】

1.叙述混合动力汽车的组成。

2.叙述混合动力汽车的分类。

3.叙述混合动力汽车的工作原理。

【知识链接】

混合动力汽车（HybridElectricalVehicle，简称HEV）是指同时具备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。

通过在混合动力汽车上使用电动机，使得其动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，且发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。

通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。

混合动力装置的发动机具有工作持续时间长、动力性好的优点，而其电动机又具有无污染、低噪声的好处，二者优点的结合使得混合动力汽车的性能更佳。

混合动力与原有柴油机体系衔接好，且为国家重点扶补贴的新能源动力形式，技术成熟度和使用经济性都大大超过纯电动。

在中期来看，混合动力是非常重要的替代现有车用动力的动力方式。

一、混合动力汽车与传统汽车

1.混合动力汽车与传统汽车的对比

混合动力汽车与传统汽车相比，在油耗、电池寿命、成本、性能和技术成熟度等方面都存在差异，具体见表6-1-1。

表6-1-1混合动力汽车与传统汽车的对比

汽车类型

传统汽车

纯电动汽车EV

燃料电池电动车FC

混合动力

电动汽车HEV

燃油消耗

100

0

0

40~60

电池寿命

1~2年

>5年

>5年

成本

100

1000

>1000

130

性能

100

50

50

90

技术成熟度

成熟

成熟

不成熟

成熟

2.混合动力汽车的特点

混合动力汽车与传统汽车相比，具有以下特点：

①与传统汽车相比，混合动力汽车的内燃机总是工作在最佳工况，油耗非常低；燃烧充分，排放气体较干净；起步无怠速（怠速停机）。

②混合动力汽车不需要外部充电系统，一次充电，续驶里程、基础设施等问题都已得到解决。

③电池组的小型化使成本和重量低于电动汽车。

④混合动力汽车的发动机和电机动力互补，低速时可用电机驱动行驶。

在目前的技术水平和应用条件下，混合动力汽车是电动汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。

3.混合动力汽车的优势

混合动力汽车最大的优势在于“节油”。

其原因在发动机燃烧效率低时使用电能；车辆等待红绿灯、堵车时可以熄火，发动机不工作；制动时，动能转化成电能，储存入HV电池；在动力不足时，HV电池能补充动力；车辆正常行驶时，发动机能为HV电池进行充电，便于HV电池储存电能，为车辆使用电能与动力不足时提供动力。

这些设计都能大大地减少燃油消耗。

二、混合动力汽车的组成

混合动力汽车使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。

蓄电池使用的有铅酸电池、镍锰氢电池和锂电池，将来可能还会使用氢燃料电池。

（1）发动机：

采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。

（2）电动机：

采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。

（3）蓄电池：

采用不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等。

混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。

（1）控制系统：

是指汽车动力总成集中控制系统，它是整车正常行驶的核心单元。

传统内燃汽车的控制系统包括发动机的空燃比（或喷油量）控制、点火控制和怠速控制以及变速器的挡位变换和换挡感觉控制等。

（2）驱动系统：

是指包括两种或两种以上的能源存储器，能源或能量转换器。

既装有内燃机，又配备有高性能和价格合理的电池，采用串联或并联等多种方式进行驱动。

其工作方式有三种：

首先是由发动机传递动驱力；其次是利用发动机的动力发电，则进入发动机机驱动方式；当发动机停机时，只用电池进行供电，发电机进行驱动。

采用哪种行驶模式，要根据路况和行驶要求而定。

（3）辅助动力系统：

是指当车子能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，会对蓄电池组充电。

（4）电池组：

由28个模块串联而成，每个模块由6个1.2v的单体蓄电池串联而成，总共是168个单体蓄电池，电压能达到201.6v的高电压。

三、混合动力汽车的分类

1．根据混合动力驱动的连接方式分类

根据混合动力驱动的连接方式的不同，可以将混合动力汽车分为以下三类：

（1）串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车只用电动机驱动行驶，发动机只作为动力源，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。

串联式混合动力汽车一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到蓄电池，再由蓄电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。

这种动力系统多用于城市公交，轿车很少使用。

（2）并联式混合动力汽车

并联式混合动力汽车以发动机为主动力，电动机作为辅助动力。

这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达在再起动时会产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。

并联式混合动力汽车有两套驱动系统：

传统的内燃机系统和电机驱动系统。

两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作，驱动汽车。

这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。

该连接方式结构简单，成本低。

本田的Accord和Civic采用的就是并联式连接方式。

（3）混联式混合动力汽车

混联式混合动力汽车是在起动和低速时只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时由发动机和电动马达共同高效地分担动力。

这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。

混联式混合动力汽车的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。

与并联式混合动力系统相比，混联式混合动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。

此连接方式结构复杂，成本高。

Prius采用的就是混联式连接方式。

2．根据混合度分类

混合度是指在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重。

根据混合度的不同，混合动力系统可以分为以下四类：

（1）微混合动力系统

微混合动力系统代表的车型是雪铁龙的混合动力版C3和丰田的混合动力版雅力士，如图6-1-7所示。

这种混合动力系统在传统内燃机的起动电机（一般为12V）上，加装了皮带驱动起动电机（也就是常说的Belt-alternatorStarterGenerator,简称BSG系统）。

该电机为发电起动一体式电动机，用来控制发动机的起动和停止，从而消除了发动机的怠速，降低了油耗和排放。

在微混合动力系统里，电机的电压通常有12V和42V。

其中42V主要用于柴油混合动力系统。

（2）轻混合动力系统

轻混合动力系统的代表车型是通用的混合动力皮卡车。

该混合动力系统采用了集成起动电机（ISG系统）。

与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的起动和停止，还能够实现在减速和制动工况下，吸收部分能量。

例如，在行驶过程中，发动机等速运转，产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。

轻混合动力系统的混合度一般在20％以下。

（3）中混合动力系统

中混合动力系统的代表车型为本田旗下混合动力的音赛特,雅阁和思域。

该混合动力系统同样采用了ISG系统。

与轻混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。

另外，中混合动力系统还增加了一个功能：

在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，补充发动机本身动力输出的不足，从而更好地提高整车的性能。

这种系统的混合度较高，可以达到30％左右。

目前，此项技术已经成熟，并得到广泛应用。

（4）完全混合动力系统

丰田的普锐斯采用完全混合动力系统。

该系统采用272～650V的高压起动电机，混合度更高。

与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度达到甚至超过50％。

技术的发展将使完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

四、混合动力汽车的工作原理

混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其他辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。

这样既能提高运行的总体效率，也能保存能量。

混合动力汽车设计成可回收制动能量。

下面以串联混合动力电动汽车为例，介绍混合动力电动汽车的工作原理。

在车辆行驶之初，当蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作。

当电池电量低于60%时，辅助动力系统起动。

若车辆能量需求较大，则辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；若车辆能量需求较小，则辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。

教师姓名

授课形式

讲授

授课时数

6

授课日期

年月日

授课班级

授课项目及

任务名称

任务2认识典型混合动力汽车

教学目标

知识目标

1.认识丰田卡罗拉。

2.认识丰田普锐斯。

3.认识宇通插电式客车。

技能目标

1.认识丰田卡罗拉。

2.认识丰田普锐斯。

3.认识宇通插电式客车。

教学重点

认识典型混合动力汽车。

教学难点

认识典型混合动力汽车。

教学方法

教学手段

借助于多媒体课件，通过动画模拟了解典型混合动力汽车进行讲授，使学生更形象了解典型混合动力汽车。

通过老师的示范了解典型混合动力汽车正确演示使学生了解典型混合动力汽车。

学时安排

1.认识丰田卡罗拉约80分钟。

2.认识丰田普锐斯约80分钟。

3.认识宇通插电式客车约80分钟。

教学条件

多媒体课件、汽车实训车间、实训轿车。

。

课外作业

阅读维修手册、完成工作页

检查方法

1.随堂提问，计平时成绩。

2.认识典型混合动力汽车完成质量评分，计平时成绩。

教学后记

授课主要内容

任务2认识典型混合动力汽车

【知识目标】

1.认识丰田卡罗拉。

2.认识丰田普锐斯。

3.认识宇通插电式客车。

【技能目标】

1.认识丰田卡罗拉。

2.认识丰田普锐斯。

3.认识宇通插电式客车。

【知识链接】

活动1认识丰田卡罗拉

一、卡罗拉双擎的特点

丰田卡罗拉双擎（COROLLAHYBRID）于2015年10月28日上市，是国内在售的价格最亲民的混合动力车型。

一汽丰田期待通过这款车型开启“全民混动”的全新时代。

卡罗拉双擎主要有以下三个特点：

①采用了先进的丰田油电混合双擎动力技术，凭借“高一级别”的品质感进入A级车价格带。

②个性且富有魅力的外观与内饰呈现市场主流的高级感。

③高效的混合动力技术确保出色的动力性能，同时兼顾低油耗、低排放。

卡罗拉双擎常用的中段加速（20～50km/h）可以达到3.1s，百公里油耗仅为4.2L。

此外，其高效发动机自身已经最大限度地减少了尾气排放，而在单独依靠电动机行驶时，又进一步减少了环境污染。

二、卡罗拉的混合动力系统

卡罗拉的混合动力系统主要由8ZR-FXE发动机、逆变器总成、HV电池单元等组成。

1.发动机（8ZR-FXE）

8ZR-FXE发动机是一款新开发的机型，四缸直列，1.8升排量，16气门，双顶置凸轮轴并带有VVT-i、ETCS-i和DIS。

它的最大输出功率为73kW、5200rpm，最大输出扭矩为142N·m、4000rpm。

2.逆变器总成

逆变器总成由逆变器、升压转换器、MGECU和直流转换器等组成。

冷却系统采用直接冷却SLLC（独立于发动机冷却系统）。

其特点是质量轻、结构紧凑。

3.HV电池单元

（1）HV电池的组成

①电池组：

使用的是密封型镍氢电池，电池数量168cells（6格×28块），电压201.6V（1.2V×168cells）。

②维修塞：

由主保险（125A）和互锁开关组成。

③HV电池冷却鼓风机：

由电机（无刷型电机）和风扇（Sirocco风扇）组成。

④HV电池温度传感器：

进气1个，电池组3个。

⑤HV接线盒总成：

SMRS（SMRB/SMRP/SMRG），HV电池电流传感器，电抗器。

（2）HV电池冷却系统

在重复的充放电过程中，HV电池会产生热量。

为了保证HV电池良好的工作性能，混合动力系统专门为HV电池提供了一套冷却系统。

（3）HV接线盒总成

为HV接线盒总成，其工作原理是三个系统主继电器（SMR）根据电源管理控制ECU（HVCPU）的信号，接通或断开高压电路。

4.多模式驱动

卡罗拉HV能够多模式驱动，多模式驱动开关的相关符号的说明见表6-2-1。

表6-2-1多模式驱动开关

图例

含义

说明

位置

EV驱动指示灯

仅用电动机驱动

ECOMODE指示灯

减少对加速踏板操作的反应以支持经济型驱动

PWRMODE指示灯

在同等加速踏板开度下，增加动力输出，优化加速性能。

EVDRIVE示灯

指示车辆正在EV运行

三、卡罗拉P410混合驱动桥

卡罗拉P410混合驱动桥主要由主减速器、差速器、阻尼器、油泵、MG1、MG2及复合齿轮装置等组成。

混合驱动桥的工作原理：

（1）发电机（MG1）通过发动机带动其旋转产生高压电，以驱动电动机（MG2）或为HV蓄电池充电。

同时，它还可以作为启动机启动发动机。

（2）电动机（MG2）由发电机（MG1）或HV蓄电池的电能驱动，产生动力，驱动车辆行驶。

制动期间或制动踏板未被踩下时，它产生电能为HB蓄电池再次充电（再生制动控制）。

（3）行星齿轮组通过组合，以最佳的比例分配发动机驱动力来直接驱动车辆和发电机。

复合齿轮机构

不仅每一个行星齿圈与复合齿轮机构结合，而且中间轴主动齿轮和驻车齿轮也与复合齿轮机构结合。

变速驱动桥减振器

变速驱动桥减振器采用了两种类型的阻尼特性：

（1）低扭力螺旋弹簧阻尼器。

（2）干式单盘摩擦材料通过打滑防止发动机扭矩过大带来的损坏。

润滑系统

主减速齿轮采用飞溅式润滑系统，存油腔稳定地向各个齿轮供油。

润滑系统的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。

并对零件表面进行清洗和冷却。

四、卡罗拉的自动远近光切换系统

自动远近光切换传感器接收车辆前方光源并判断是使用远光还是近光。

卡罗拉的自动远近光切换系统利用车辆后视镜部位的摄像头侦测到前方行驶的车辆，探测范围可达400米。

如果检测到对面来车，这个系统就会有选择性地遮蔽远光灯光束范围，让光束避开对面车辆，这样在确保驾驶员清晰视野的同时，亦不会影响对向来车的行驶，而驾驶员就不再需要自己频繁切换远近光去避免对向炫目了。

当系统探测到前方没有车辆时又会自动切换回远光。

活动2认识丰田普锐斯

在能源危机和环境问题凸显的情况下，丰田前瞻性地将研发混合动力纳入长远规划。

在倾注了丰田40多年的心血后，普锐斯（PRIUS）率先以精湛的工艺将前卫的设计概念执行到完美，更领先时代地搭载了一系列高智能科技。

普锐斯（PRIUS）以世界首款量产混合动力车的身份，携全球销量50万辆的傲人佳绩，令整个车坛和时尚界同时瞩目，更当之无愧地作为科技先驱，在今天启动未来。

一、普锐斯THSII系统的结构

普锐斯THSII系统最大的特点是在同一个系统中，同时使用了并联和串联系统。

它由发动机（1.5L汽油发动机）、驱动桥（内含500V交流电动机）、HV蓄电池、变频器和升压转换器等组成。

1.发动机

采用1NZ-FXE发动机（阿特金森式），直列4缸，16气门，双顶置凸轮轴，1.5升汽油发动机。

2.驱动桥

驱动桥包含交流500V的电动机、发电机、行星齿轮、减速齿轮和主减速齿轮。

使用连续变速传动装置，达到操作的平滑性和宁静性。

3.HV蓄电池

HV蓄电池使用全封闭的镍－氢（Ni-MH）电池，以减轻重量，位于后备箱内后排座位下。

4.变频器

变频器有变频、变压的作用。

①变频作用：

将直流高压电与交流高电压相互转换。

②变压作用：

如将直流200V升至直流500V。

5.增压转换器

增压转换器的作用是使201.6V直流电转换成500V直流电。

电动控制制动（ECB），制动液压的大小由电信号控制，并与再生制动控制联合作用。

这时牵引电动机工作在发电状态下，用于回收再生制动能量，并把回收的能量存储到蓄电池组内，提高能量的利用率。

三、智能进入＆起动系统

智能进入＆起动系统能携带钥匙进行开门/锁门或起动混和动力系统的起动操作。

四、电子换挡系统

电子换挡系统采用瞬间型换挡杆。

电子换挡杆安装在仪表板上，比传统的换挡杆使用起来更加方便、灵活，还可以用指尖点动。

换挡杆每次动作后总是回到原来的位置。

换挡杆有照明灯，方便夜间使用。

五、高压工作零件

所有的高压线路和连接器均为橙色，以方便辨认，防止车主与维修人员触碰到高压电，产生安全事故。

活动3认识宇通插电式客车

宇通插电式客车的动力传动路线为发动机、ISG电机、驱动电机、传动轴、主减，取消了传统客车用变速箱机构，具备纯电驱动和混合驱动两种驱动模式，用高效电机取代传统自动变速箱，实现无级变速，有效提升了驾乘舒适度。

一、插电式混合动力系统的工作原理

当离合器处于分离状态时，发动机带动ISG电机发电，超级电容为电动机提供电力，从而驱动车辆行驶。

当离合器处于结合状态时，发动机与电动机同时提供动力，发动机平稳工作，电动机负责加速出力。

当行驶中踩下制动踏板时，驱动桥带动电动机（再生发电）；为动力电池充电（能量回收）；ISG反拖发动机，降低发动机转速。

二、插电式系统原理——工作模式

工作模式有纯电动模式（当蓄电池的剩余电量在60%以上）、电量消耗型混联混合动力模式（当蓄电池的剩余电量在30%～60%）和电量维持型混联混合动力模式（当蓄电池的剩余电量在30以下）三种。

三、插电式混合动力的优点

①基于大规模应用的双电机深混系统，动力系统平台统一、成熟可靠。

③增加动力电池系统，一方面提高纯电驱动续驶里程，使节气率超过50%，综合能耗更低，另一方面依托锂电池持续放电可提高车辆的爬坡性能。

④采用复合电源技术，发挥各自优点，大功率充放电采用超级电容，小功率充放电采用动力电池，有效延长动力电池寿命。

⑤采用集成化控制器技术，重量更轻、体积更小、高压连接点更少，有效地保证了车辆的安全。

⑥采用交流充电功能，充电设备成本低、充电时间短。

四、系统元器件的工作原理

1.超级电容模块

车辆起步时，由超级电容输出能量给电机驱动车辆；满足离合器接合条件时，由发动机驱动车辆，此时发动机工作在高效区；油门开度较大时，超级电容输出能量给电机提供辅助动力，从而和发动机一起驱动车辆。

正常行驶情况下，当超级电容电量较低时，发电机启动给超级电容补充能量。

刹车制动时，超级电容回收能量。

通过超级电容输出和回收能量，减少发动机工作时间，提高整车节油率。

2.五合一电机控制器

五合一电机控制器，它由驱动电机控制器、发电机控制器、电助力转向控制器、DC/DC以及高压配电等部分组成。

3.ISG电机

ISG电机给超级电容充电，通过串联减振器带动发动机，实现起动停机功能。

4.主驱动电机

主驱动电机的作用有驱动起步、轻载发电以及减速制动时能量回收。

5.整车控制器

整车控制器（图6-2-30）的主要功能包括：

采集油门踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号并做出判断；控制下层的各部件控制器的动作，驱动车辆；通过CAN总线对网络信息进行管理、调度、分析和运算；针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动和能量优化控制；制动回馈控制和网络管理等。

6.双向斩波与动力电池

储能系统采用双电压平台复合电源，结合锂电池高能量密度和超级电容高功率密度的优点，提高储能系统充放电效率，同时对电池有较好的保护作用，可延长电池使用寿命。

超级电存储柜系统，具有安全性高、可靠性高、效率高、重量轻、成本低和寿命长等优点。

锂离子电池采用标准模块化电池箱，可根据客户要求灵活配置电池容量。

复合电源系统具有以下工作特点：

①充分利用超级电容大功率充放电的特点，回收更多能量，并提供大功率启动电流。

②锂离子电池能量密度高的特点可以平衡超级电容能量，提高纯电行驶能力和动力性。

③斩波控制器对电池的充放电电流进行控制，充分保护电池，延长电池寿命。

7.快断器

手动快断器串接在车载高压电源与高压零部件之间，在出现短路、大电流情况时，可以及时断开电路，保护设备，避免损坏回路中的设备。

它还起维修开关的作用。

快断器高、低压接口采用插件连接，微动开关为常开方式，正常插紧快断器插头，微动开关闭合；若插头异常松动，则微动开关触头分开，微动开关行程为1mm。

教师姓名

授课形式

讲授

授课时数

4

授课日期

年月日

授课班级

授课项目及

任务名称

任务3认识其他新能源汽车

教学目标

知识目标

1.认识纯电动汽车分类及工作原理。

2.认识燃料电池汽车与太阳能汽车。

技能目标

1.认识纯电动汽车分类及工作原理。

2.认识燃料电池汽车与太阳能汽车。

教学重点

认识电动汽车分类及工作原理。

教学难点

认识电动汽车分类及工作原理。

教学方法

教学手段

借助于多媒体课件，通过视频播放认识纯电动汽车分类及工作原理、燃料电池汽车与太阳能汽车进行讲授，使学生更形象了解纯电动汽车分类及工作原理、燃料电池汽车与太阳能汽车。

通过老师的示范叙述纯电动汽车分类及工作原理、燃料电池汽车与太阳能汽车，使学生了解纯电动汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车。

学时安