2023年4月18日发(作者：稳压二极管型号)
《新能源车辆》
实验指导书
黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院
2018年8月哈尔滨
实验一 电动汽车的构造及原理
一、实验目的
1. 掌握纯电动汽车的构造及工作原理。
2. 掌握混合动力汽车的构造及工作原理。
3. 掌握燃料电池汽车的构造及工作原理。
二、实验设备组成
1. 纯电动汽车动力系统实训平台（带变速器）；
2. 汽车油电混合动力系统解剖实验台；
3. 汽车燃料电池（氢气）系统示教板。
三、实验设备介绍
3.1 纯电动汽车动力系统实训平台（带变速器）
实验台以纯电动汽车上全套动力系统部件为基础，能够满足对纯电动汽车动
力系统的结构、工作原理的学习需要。实验设备操作方便，安全可靠，易于维护。
实验台由移动台架、示教面板两部分组成。纯电动汽车动力系统实训平台（带
变速器）结构示意图如图1所示。
示教面板
移动台架
图1 纯电动汽车动力系统实训平台（带变速器）结构示意图
1
3.1.1 实验台基本配置及参数
（1）基本配置
纯电动汽车动力系统实训平台由示教面板、移动台架及实车上的电动机总成、
变速器总成、电动汽车控制器、电池组、仪表总成和操作开关等部件组成。
（2）基本参创业合作
数
台架尺寸：1400 * 1000 * 1900 mm （长*宽*高）；
工作电源：单相三线～220V10% 50Hz
工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
电池组容量：72V
3.1.2 实训平台功能
采用纯电动汽车上全套动力系统部件，整套设备包括了电动机总成、变速器
总成、电动汽车控制器、电池组、仪表总成和操作开关等真实汽车部件，能清晰
展示纯电动汽车上动力系统各部件连接关系和控制系统的控制方式，对纯电动汽
车的动力系统的认识更为直观。纯电动汽车动力系统实训平台可实现实物对象正
常启动、前行、后退、加速、充电等基本工况，演示了纯电动汽车动力系统的工
作特点。
可利用汽车专用万用表等检测仪器在相应的检测插孔上直接检测动态或静
态信号。可设置多种类型的电路故障，便于学习者较快地掌握纯电动汽车动力系
统的构造和原理，提高学习者对纯电动汽车动力系统的初步认识。
3.1.3 实验台运行操作
当让车辆行走时，首先将主电源开关拔出，点火开关打开到第一档或第二档，
这时仪表家长开放日
亮起，工作电压表1和电压表2显示，这时将变档杆挂入D档或R档，
加油门车辆进行行走，N档是空挡，当车辆行走完成之后，将D档或R档挂回
N档，关闭点火开关，关闭主电源开关。
当电池电量不足时，这时将主电源开关拔出，再将220V电源插头插入220V
电源进行充电，点火开关处于OFF档进行关闭，充电指示灯闪烁，当电池充满
时，充电指示灯常亮，这时拔下220V电源插头，关闭主电源开关，充电结束。
3.2 汽车油电混合动力系统解剖实验台
本实验台以油电混合动力系统实物为基础，能够满足对汽车油电混合动力系
统的结构、工作原理的学习需要。实验设备操作方便，安全可靠，易于维护。
实验台由移动台架、油电混合动力系统实物两部分组成。实验台结构示意图
如图2所示。
2
发动机解剖
电源控制盒
移动台架
图2 汽车油电混合动力系统解剖实验台结构示意图
3.2.1 实验台基本配置及参数
（1）基本配置
配备汽车油电混合动力系统组件，保证正常运转，原车配件展示配有开关电
源、演示发光二极管。
（2）基本参数
外形尺寸：1400 * 800 * 1500 mm（长*宽*高)；
工作电压：220V
工作温度：-40℃～+50℃
3.2.2 实验台功能
汽车油电混合动力系统解剖实验台具备如下功能：
（1）混合动力系统（包括：发书法图片大全
动机、发电机和电动机等）总成进行剖面处
理，各部件齐全，剖面位置合理，能全面展示混联式混合动力系统内外部结构和
部件的运动情况。
（2）调速控制减速电机总成带动曲轴旋转，直观展示发动机各个组成部件
的工作过程。
（3）气缸内装配四色LED灯，采用不同颜色动态指示气缸吸气、压缩、做
功、排气的四个工作冲程，直观的展示各气缸工况变化。
（4）采用不同颜色区分两大机构、五大系统的系统组成，直观展示两大机
构、五大系统的结构和工作原理，并配置颜色指示标牌。
（5）转动外露部分加装透明防护装置，电气部分加装漏电保护装置和电源
紧急开关，防止意外伤害。
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（6）直观了解MG1， MG2电机运转状态，变速驱动桥内部结构组成及传
动方式。
（7）所有运动摩擦表面做防腐润滑处理，终身不用再注油。
3.2.3 实验台运行操作
1. 将实验台置于平坦的地面，锁死带锁脚轮。
2. 将插头接入220V电源，打开点火开关至ON档，电源指示灯亮。
漏电保护开关
应急开关
调速开关
电机开关
3. 如上图所示
（1）将产品的电源插入220V交流插座。
（2）插入电源之后确认紧急开关是否打开，如果没有打开，将紧急开关向
右旋转即打开。以免发动机在工作时出现非正常现象或出现故障时，立即按下此
开关，使发动机停止工作。
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（3）220V交流电机驱动发动机开始工作，此时可观察发动机各系统工作过
程。
3.3 汽车燃料电池（氢气）系统示教板
本实验台以汽车燃料电池（氢气）系统示教板实物为基础，展示汽车燃料电
池动力汽车能量控制策略，可以动态模拟燃料电池动力汽车的启动、低速行驶、
一般行驶、全速行驶、减速行驶和停车六种工况下的能量流动方向以及电动机的
运行状态。能够满足对汽车燃料电池（氢气）系统示教板的结构、工作原理的学
习需要。本实验设备操作方便，安全可靠，易于维护。
实验台由移动台架、示教面板两部分组成。汽车燃料电池（氢气）系统示教
板结构示意图如图3所示。
示教面板
移动台架
图3 汽车燃料电池（氢气）系统示教板结构示意图
3.3.1 实验台基本配置及参数
（1）基本配置
配备汽车燃料电池（氢气）系统组件，点火开关、工况开关、油门踏板、挡
位开关、制动开关、数字转速表、电流指示表等，保证正常运转。
（2）基本参数
外形尺寸：16407001720 mm（长宽高)；
外接电源：交流220V10% 5重阳节的习俗是什么
0Hz
5
工作电压：直流12V；
工作温度：-40℃～+50℃
3.3.2 示教板功能
汽车燃料电池（氢气）系统示教板具备如下功能：
（1）展示汽车燃料电池动力汽车能量控制策略，可以动态模拟燃料电池动
力汽车的启动、低速行驶、一般行驶、全速行驶、减速行驶和停车六种工况下的
能量流动方向以及电动机的运行状态。
（2）示教板面板上安装有点火开关、工况开关、油门踏板、挡位开关、制
动开关、数字转速表、电流指示表等，并辅以发光二极管进行系统流向的动态指
示，还设有一台模拟电动机用来演示电动机的工作状态。
（3）示教板工作采用普通220V交流电源，经内部电路变压整流转换成12V
直流电源，无需蓄电池，减少充电的麻烦，12V直流电源有防短路功能。
（4）启动：HV动力电池提供能量。
（5）低速：燃料电池提供能量。
（6）一般行驶：燃料电池提供能量。
（7）全速行驶：燃料电池和HV动力电池提供能量。
（8）减速行驶：在减速或踩制动踏板时，机械能转换为电能HV动力电池
存储，并车速下降，踩油门踏板无效。
（9）停车：无动力输出。
（10牙龈肿痛吃什么药好呢
）任何时候12V辅助蓄电池低于规定电量时HV动力电池自动给12V
辅助蓄电池充电。
（11）电机加转速表并通过油门踏板控制。
3.3.3 示教板运行操作
汽车燃料电池（氢气）系统示教板运行操作如下：
（1）进行燃料电池电动汽车动力系统启动时能量流动方向以及运行状态的
认知与实训；
（2）进行燃料电池电动汽车动力系统低速行驶时能量流动方向以及运行状
态的认知与实训；
（3）进行燃料电池电动汽车动力系统一般行驶时能量流动方向以及运行状
态的认知与实训；
（4）进行燃料电池电动汽车动力系统全速行驶时能量流动方向以及运行状
态的认知与实训；
6
（5）进行燃料电池电动汽车动力系统减速行驶时能量流动方向以及运行状
态的认知与实训；
（6）进行燃料电池电动汽车动力系统停车时能量流动方向以及运行状态的
认知与实训。
四、思考
1. 混联式混合动力汽车相对于串联式和并联式混合动力汽车的结构上有哪些区
别？
2. 根据电动汽车的工作原理，分析其相对于传统内燃机汽车来说节油的原因有
哪些？
3. 作为电动汽车，燃料电池汽车相对纯电动汽车来说工作原理有哪些区别？
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实验二
电动汽车关键零部件结构及再生制动系统原理
一、实验目的
1. 掌握电动汽车典型的动力电池的构造及特点。
2. 掌握电动汽车典型的驱动电机的构造及特点。
3. 熟悉电动汽车再生制动系统的工作原理。
二、实验设备组成
1. 电动汽车动力电池单体解剖模型（磷酸铁锂电池）。
2. 电动汽车永磁同步电机解剖模型。
3. 电动汽车制动能量回收系统实训系统。
三、实验设备介绍
3.1电动汽车动力电池单体解剖模型（磷酸铁锂电池）
以磷酸铁锂动力电池为原型，充分展示磷酸铁锂的剖视结构。配合示教板更
方便于教学。彩色剖面增强结构间的层次感。满足对磷酸铁锂动力电池结构展示、
工作原理等教学功能。
实验台由实训台配件部分包括：方形磷酸铁锂电池、示教面板、实训台台架。
（磷酸铁锂）动力电池单体解剖模型如图1所示。
玻璃罩
电池总成
台架
图1 （磷酸铁锂）动力电池单体解剖模型结构示意图
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3.1.1 磷酸铁锂电池简介
磷酸铁锂电池是指磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极
材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中
钴酸锂是绝大多锂离子电池使用的正极材料，而其他正极材料由于多种原因，目
前市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上
讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。
磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，一个主要用途是用作动力电池，相对
NI-MH、Ni-Cd电池有很大优势。磷酸铁锂电池充放电效率相对高一些，在85%-90社会实践活动心得
%
之间。而前三电池约为80%。
3.1.2 磷酸铁锂电池的优点
（1）安全性能的改善
磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴
酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。有报告
指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象，但未出现
一例爆炸事件，而过充实验中使用大大超出自身放电电压数倍的高电压充电，发
现依然有爆炸现象。虽然如此，过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池，已
大有改善。
（2）寿命的改善
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。长寿命铅酸电池
的循环寿命在300次左右，最高也就500次而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到
2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池
是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1~1.5年时间，而磷酸铁锂电
池在同样条件下使用，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为
铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，
1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池无此性能。
（3）高温性能好
磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工
作温度范围宽广（-20℃-+75℃），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达
350℃-500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
（4）大容量
具有比普通电池（铅酸等）更大的容量。5AH-1000AH（单体）。
（5）无记忆效应
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可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额火车票改签新规定
定容量值，
这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现
象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。
（6）重量轻
同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电
池的1/3。
（7）环保
该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），
无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲ROHS规定，为绝对的绿色环保电
池证。所以锂电池之所以被业界看好，主要是环保考量，因此该电池又列入了“十
五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。
随着中国加入WTO，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而进入欧美的电动
自行车已要求配备无污染电池。
3.1.3 磷酸铁锂电池的缺点
(1)在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还
原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。这
也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的主要原因。
(2)磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂
离子电池的能量密度较低。低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决
这一问题。美国阿贡国家实验室储能系统中心主任Don Hillebrand博士谈到磷酸
锂铁电池低温性能的时候，他用terrible来形容，他们对磷酸铁锂型锂离子电池
测试结果表明表明磷酸铁锂电池在低温下(0℃以下)无法使电动汽车行驶。尽管
也有厂家宣称磷酸锂铁电池在低温下容量保持率还不错，但是那是在放电电流较
小和放电截止电压很低的情况下。在这种状况下，设备根本就无法启动工作。
(3)材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。磷
酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能，但是也带来了其它问题，
如能量密度的降低、合成成本的提高、电极加工性能不良以及对环境要求苛刻等
问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素Li，Fe与P很丰富，成本也较低，但是制备
出的磷酸铁锂产品成本并不低，即使去掉前期的研发成本，该材料的工艺成本加
上较高的制备电池的成本，会使得最终单位储能电量的成本较高。
(4)产品一致性差。目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂能够解决这一问题。
从材料制备角度来说，磷酸铁锂的合成反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸
盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。在这一复杂的反应
过程中，很难保证反应的一致性。
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3.1.4 磷酸铁锂电池工作原理
上边是橄榄石（olivine）结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔（aluminium
foil）与电池正极连接，左边是聚合物（polym实业项目
er）的隔膜（diaphragm），它把正
极与负极隔开，但锂离子Li 可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（carbon）
（石墨graphite）组成的电池负极，由铜箔（copper foil）与电池的负极连接。电
池的上下端之间是电池的电解质（electrolyte），电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li 通过聚合物隔膜向负极迁移；
在放电过程中，负极中的锂离子Li 通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂
离子在充放电时来回迁移而命名的。
（1）电池充电时，Li 从磷酸铁锂晶体的010面迁移到晶体表面，在电场力
的作用下，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，然后嵌
入石墨晶格中。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池
极柱、外电路、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨
负极，使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸
铁。
（2）电池放电时，Li 从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔膜，再
经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新经010面嵌入到磷酸铁锂的晶格
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内。与此同时，电池经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外
电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁
锂正极，使正极的电荷达至平衡。
3.1.5 磷酸铁锂电池正负极的导电问题
（1）必须在电池的正负极中加入导电剂，
使之在电池的活性材料中形成如图所示的电
镜照片所示的有效的导电网络。
（2）如果将电池的离子传导能力设为I，
电子传导能力设为E，则理论上I=E。
（3）为了保证电池在充电和放电过程中，
电荷保持动态平衡：I正极=I电解液=I隔膜=I
电解液=I负极，E正极=E正极集流体=E极耳
=E正极柱=E外电路=E负极柱=E负极耳=E负
极集流体=E负极。（这三个等式实际上是锂离
子动力电池设计的重要原则，但是，在实际设
计过程中和实际生产过程中，如何实现上述三
个等式，还需要设计一系列的实验来进行验证，
建立数学模型或者建立经验公式，然后通过这
些模型或者公式来进行锂离子电池的设计）。
3.2电动汽车永磁同步电机解剖模型
电动汽车永磁同步电机解剖模型展示电机的组成结构和各部件的相对位置
及工作原理。电动汽车永磁同步电机解剖模型结构示意图如图2所示。
永磁同步电机
玻璃罩
实训台架
图2 电动汽车永磁同步电机解剖模型结构示意图
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3.2.1 实验台基本配置及参数
（1）基本配置
电动汽车永磁同步电机解剖体模型由永磁同步电机总成、实训台台架两部分
组成。能够满足对同步永磁电机的组成结构、工作原理、运行及维护的学习需要。
通过对同步永磁电机的剖视，清楚地显示转子、定子、旋转变压器等各组件的内
部结构。钢架结构采用满焊焊接，金属表面采用高温喷塑处理，静电喷涂、底座
带有橡胶防滑胶垫。
（2）基本参数
外形尺寸：500 * 400 * 500 mm(长宽高)；
型 号：LH-P207。
3.2.2 实验台功能
通过电机的剖视，清楚地显示定子总成、转子总成、旋转变速器总成等各组
件的内部结构，便于学习。彩色剖面增强结构间的层次感。满足对永磁同步电机
结构展示、工作模拟等学习要求。
3.3 电动汽车制动能量回收系统实训系统
本实验台以电动汽车制动能量回收系统实训系统为基础，能够满足对电动汽
车制动能量回收系统的结构、工作原理的学习需要。实验设备操作方便，安全可
靠，易于维护。
实验台由移动台架、示教面板两部分组成。电动汽车制动能量回收系统实训
系统结构示意图如图3所示。
示教面板
直流无刷电动
动力电池包
移动台架
图3 电动汽车制动能量回收系统实训系统结构示意图
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3.3.1 实验台基本配置及参数
（1）基本配置
示教面板上安装有点火开关、工况开关、油门踏板、挡位开关、制动开关、
电机控制器、直流DC/DC控制器等，并辅以发光二极管进行系统流向的动态指示。
面板安装电动车仪表与电流表，真实同步显示电流等数据。
（2）基本参数
外形尺寸：1500 * 600 * 1700 mm（长宽高)；
动力电源：220V；
工作电压：直流12V；
工作温度：-40℃～+50℃。
3.3.2 实验台功能
（1）设备采用动力电池电源供电，动力电池安装车载充电器与充电口，直
流电源有防短路功能。
（2）能够完整展示纯电动汽车制动能量回收系统的基本原理，可动态模拟
纯电动汽车制动能量回收系统在不同工况下的运行状态。
（3）面板上安装有点火开关、工况开关、油门踏板、挡位开关、制动开关、
电机控制器、直流DC/DC控制器等，并辅以发光二极管进行系统流向的动态指示。
面板安装电动车仪表与电流表，真实同步显示电流等数据。
（4）蓝色发光二极管代表能量输出、红色发光二极管代表加速输出、绿色
发光二极管代表能量回收；当加速踏板加速时，蓝色发光二极管点亮，松开加速
踏板，绿色发光二极管点亮。
（5）原理面板印有彩色电路图与工作原理示意图；学习者可直观对照纯电
动汽车制动能量回收系统结构原理图和实物，认识和分析纯电动汽车制动能量回
收系统的工作原理。
3.3.3 实验台运行操作
（1）将实验台置于平坦的地面，锁死带锁脚轮。
（2）将插头接入220V电源，打开点火开关至ON档，电源指示灯亮。
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（3）打开点火开关至ST档，可运行实验台。
（4）操作档位开关可实现电动车的所有功能。
（5）组合仪表显示里程、充电。
（6）制动踏板
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（7）加速踏板
（8）急停开关
四、思考
1. 电动汽车磷酸铁锂动力电池的优缺点有哪些？
2. 电动汽车中采用永磁同步电机作为驱动电机的优点有哪些？
3. 电动汽车再生制动系统的组成及工作原理？
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