第一章 混合动力汽车

1、混合动力电动汽车混合动力电动汽车 第一章 混合动力汽车概述 第一节、混合动力电动汽车的分类第一节、混合动力电动汽车的分类 混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃 机驱动相结合，充分发挥了二者的优势。 同时，它可以从根本上解决现在纯电动汽车 动力性能差和续驶里程短的问题。 根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统 主要分为以下三类： u串联式混合动力电动汽车 u并联式混合动力电动汽车 u混联式混合动力电动汽车 1.1串联式混合动力电动汽车 工作过程 串联式混合动力汽车的发动机输出的机械能通过发电 机转化为电能，转化后的电能一部分经由电动机和传动装 置驱动车轮，另一部分则可存储到蓄电池中去，供汽车

2、加 速时或在其他工况下使用，与传统的燃油车比较，它是一 种发动机辅助型的电动汽车，主要是为了增加汽车的行驶 里程。 优点：优点： （1）发动机能够经常保持在稳定、高效、低）发动机能够经常保持在稳定、高效、低 污染的运转状态，使有害排放气体控制在污染的运转状态，使有害排放气体控制在 最低范围；最低范围； （2）总体结构上看，比较简单，易于控制，）总体结构上看，比较简单，易于控制， 只有电动机的电力驱动系统，其特点更加只有电动机的电力驱动系统，其特点更加 趋近于纯电动汽车；趋近于纯电动汽车； （3）三大部件总成在电动汽车上布置起来，）三大部件总成在电动汽车上布置起来， 有较大的自由度。有较大的自由

3、度。 缺点：缺点： （1）三大部件总成各自的功率较大，外形较大，质量也较）三大部件总成各自的功率较大，外形较大，质量也较 大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难；大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难； （2）另外在发动机）另外在发动机发电机发电机电动机驱动系统中的热能电动机驱动系统中的热能电电 能能机械能的能量转换过程中，能量损失较大。机械能的能量转换过程中，能量损失较大。 1.2并联式混合动力电动汽车 并联式混合动力电动汽车动力流程图并联式混合动力电动汽车动力流程图 工作过程 发动机和电动机通常采用不同的离合器驱 动车轮，可以采用发动机单独驱动，电力单独 驱动以及发动机和电力混合驱动三种不

4、同的工 作模式。 并联式是一种电力辅助型的燃油车，目的 是为了降低排放和燃油消耗。当发动机提供的 功率大于驱动汽车所需的功率或者再生制动时， 电动机工作在发电机状态，将多余的能量冲入 蓄电池。 本田思域 本田思域Hybrid可 以说是在思域的底盘 基础上加装一套本田 开发的混合动力系统。 i-VTEC发动机根据 智能化控制的VTEC （可变气门正时及升 程电子控制系统）， 通过低转速、高转速、 气缸停止的三个阶段 对阀门进行控制。 思域混合动力车的行驶工况图 1.3混联式混合动力电动汽车 混联式混合动力电动汽车动力流程图混联式混合动力电动汽车动力流程图 工作过程 混联式混合动力系统的特点在于内

5、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。 丰田普锐斯动力系统普锐斯动力系统 普锐斯动力系统普锐斯动力系统 丰田普锐斯推出了Hybrid Synergy Drive（HSD） 这套系统是由两台电动马达和一台发动机组成。 其中的一台电动马达与发动机直接相连，另外一 台则没有直接连接发动机。 丰田这套系统最为关键的设计就是复合 式行星齿轮变速箱。 两套驱动单元： u 发动机和与其相连的电动马达组合在一起 形成一套驱动单元 u另外一台电动马达形成第二个驱动单元 加速时，第一套动力单元通过变速箱向车 轮

6、传递动力 车辆减速时，HSD混合动力系统的电动马 达会转变为向电池组充电的发电机 丰田普锐斯的四大特性 插电式混合动力汽车 混合动力电动汽车的特点混合动力电动汽车的特点 与纯电动汽车比较： （1）由于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量和 质量可减少； （2）汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平； （3）借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、 转向助力及其它辅助电器，无需消耗蓄电池组有 限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。 与内燃机汽车比较： （1）可使原动机在最佳的工况区域稳定运行， 避免或减少了发动机变工况下的不良运行， 使得发动机的排污和油耗大为降低； （2）在人口密集的商业区、

7、居民区等地可用 纯电动方式驱动车辆，实现零排放； （3）可通过电动机提供动力，因此可配备功 率较小的发动机，并可通过电动机回收汽 车减速和制动时的能量，进一步降低了汽 车的能量消耗和排污。 第二节、混合动力电动汽车的节油机理第二节、混合动力电动汽车的节油机理 节油途径： u选择较小功率发动机 u 取消发动机怠速 u控制发动机工作在高效区 u发动机断油控制 u适当增大电池SOC（State of Charge）窗口 u回收再生制动能量 2.1选择较小功率发动机 并联混合动力汽车的基本控制策略为： 通过限制发动机的工作区间，将发动机控 制在高效率区运行，提供所要求的扭矩； 将电机作为载荷调节装置，

8、当需要大扭矩 输出时参与驱动，当需要小扭矩输出时吸 收发动机能量进行发电，并将电池组的电 量状态维持在高效率区间内。发动机的选 择只需满足整车要求的平均功率即可，因 此降低了发动机需求功率。 2.2取消发动机怠速 混合动力汽车通过控制策略，可以实 现发动机的起动与停止。当车速为零、加 速踏板松开时，程序控制自动关闭发动机； 当加速踏板踩下时，程序控制电动机在0.5s 内起动发动机， 实现发动机无怠速控制。 2.3控制发动机工作在高校区 发动机在较高的负荷率及中高转速下工 作时，发动机的平均效率明显提高。混合 动力汽车通过控制策略并选用了较小功率 的发动机，可使绝大多数的工作点落在发 动机的高效

9、区间。 u低速低负荷纯电动模式 u加速爬坡电机助力联合驱动模式 2.4发动机断油控制 当松开加速踏板使汽车减速时，可以控 制发动机高速反拖断油，直到怠速恢复供 油止，实现节油的目的，研究表明，控制 发动机断油，可节油5%左右。 2.5适当增大电池SOC窗口 对于能量平衡型的混合动力汽车，电池的 荷电状态SOC窗口适当增大有利于节油。 u适当增大电池的荷电状态SOC窗口，电池所能 提供的能量越多，电机参与的工作越多，而电 机和电池的效率要高于发动机，因此可以实现 节油 u适当增大电池的荷电状态SOC窗口，电池的充 放电频率减少，这样能量间的转化损失减少 电池的SOC窗口对燃油经济性的影响 2.6

10、回收再生制动能量 混合动力汽车由于加装了电机系统， 在车辆滑行或制动时，可利用电机吸收能 量，回馈到电池组中储存起来。为了最大 限度地回收再生制动能量，控制策略应是 优先由电机再生制动，当电机满足不了整 车制动强度或电池的SOC达到最大限值时， 机械制动参与工作以实现制动的可靠性。 采取以上措施，降低油耗可达30%50% 第三节、混合动力汽车的关键技术第三节、混合动力汽车的关键技术 混合动力汽车所面临的关键性技术和需要解 决的问题包括以下几个方面： u内燃机与电机耦合功率分配比的最优控制 u能量存储装置( 电池) 要具有较高的比功率, 以满足汽车加速和爬坡时对大功率的需要 u 需要开发高性能的

11、电子控制元件 u加快电力驱动系统研究 3.1内燃机与电机耦合功率分配比的最优控制 混合动力汽车发动机和电动机要相互配合工作,而根 据运行工况控制它们适时启动和关闭, 并使发动机始终工 作在低油耗区的整个控制过程十分复杂,因此需要用成熟可 靠的动力复合装置以及先进的检测系统和控制策略实现功 率的合理分配,以达到低油耗和良好的动力性目标。 3.2能量存储装置( 电池) 要具有较高的比功率, 以满足汽车加速和爬坡时对大功率的需要 能量存储装置( 电池) 要具有较高的比功率,以满足汽车加速和爬 坡时对大功率的需要。电池还要具有快速充电能力, 以保证制动时能 量能及时回收, 而目前高功率电池往往存在快速充电接受能力差的问 题,还需做进一步的研究。电池还要提高充放电效率,这对提高整车工 作效率至关重要。 3.3需要开发高性能的电子控制元件 为了满足汽车高速开关控制的要求，混合动力汽车还需要装备 高功率密度、 低损耗的开关、 电容和电感等。混合动力汽车对智能 化的要求导致其控制的复杂性，因此要求控制装置采用高速运行的半 导体芯片,其功率密度高,散热性能较好。 3.4加快电力驱动系统研究 用于混合动力汽车的电机必须要具有良 好的可控性和容错能力以及具有低噪声、 高效率的特点，同时具有对电压波动不敏 感等性能。用于混合动力汽车的电机类型 有交流感应电机、永磁电机和开关磁