串联混合动力

1、混合动力电动汽车（串联）主要内容n混合动力汽车的概念以及发展背景n串联式混合动力汽车的结构及其优缺点n混合动力汽车的工作原理n串联混合动力汽车工作模式分析n混合动力汽车的发展趋势1.1 概念概念1.2 混合动力电动汽车发展简史n1894年，第一辆混合动力电动汽车诞生；n1905年，H.Piper在美国申请了混合动力电动汽车专利，随后有多种混合动力汽车推出，但一直没有量产；n20世纪90年代，重新得到重视；n1997年，第一代Prius上市；2011年2月，突破300万辆。发展背景发展背景 未来的汽车应当向清洁、环保的方向发展，经过对各种新燃料，新能源和新动力的探索，电动汽车成为最主要的选择之一

2、。 电动汽车包括纯电动汽车(EV, Electrical Vehicle)、混合电动汽车(HEV, Hybrid Electrical Vehicle)和燃料电池汽车(FCV，Fuel Cell Vehicle)三种形式，它是理想的零排放或低排放车辆。发展趋势及方向发展趋势及方向n纯电动汽车：具有无污染、低噪音、结构简单、维修方便等优点，但在发展中受到了技术上的制约，有限的行驶里程和较长的充电时间使得它们的普及比较困难，产业化前景正在发展当中。n燃料电池汽车：具有极高的效率、低排放、低噪音，其甲醇燃料有广泛的来源，并具有可再生等重大优势，已成为世界各大汽车集团新世纪激烈竞争的焦点，被喻为21世

3、纪改变人类生活的十大高科技之首，但产业化仍需要较长的时间。n混合动力电动汽车：它是由两种或两种以上的能源提供动力的汽车，是将新技术和老技术结合的最可行的产物，它同时具有纯电动汽车和传统内燃机汽车的优点，既具有纯电动汽车的高效率和低排放的性能，还具有传统内燃机汽车的行驶里程长和快速补充燃料的性能。混合电动汽车成为当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案电动汽车三种模式对比电动汽车三种模式对比串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车结构由发动机、发电机和驱动电机三大主要部件总成组成。发动机仅仅用于发电，发电机所发出的电能供给电动机，电动机驱动汽车行驶。发电机发出的部分电能向电池充电，来延长混合

4、动力电动汽车的行驶里程。另外电池还可以单独向电动机提供电能来驱动电动汽车，使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶。 由发动机带动发电机所产生的电能和电池输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶，电力驱动是唯一的驱动模式。动力流程图如上图所示。只有电动机直接与驱动桥相连接(这一点与纯电动汽车相同)，而发动机与发电机直接连接产生电能，来驱动电动机或者给蓄电池充电。当蓄电池的荷电状态(SOC, State Of Charge)下降到一个预定值时，发动机即开始对蓄电池进行充电。发动机与驱动系统并没有机械地连接在一起，这种方式可以很大程度地减少发动机所受到的车辆的瞬态响应。瞬态响应的减少可以使发动机进行

5、最优的喷油和点火控制，使其在最佳工况点附近工作。 混合动力电动汽车的优缺点n优点优点1、发动机总是在最佳工况下驱动发电机，因此效率高，有一定节能效果，排放亦低，减少了污染;2、安装了发动机一发电机组，可以不断地将电能输送给牵引电机，与电动汽车相比行驶里程有显著的增加;3、控制系统的功能、结构比较简单，特别是发电机运行的控制只需根据蓄电池充放电状态决定发电或停止发电。缺点（1）发动机的输出能量存在二次转化问题。发动机输出的机械能经过发电机转化为电能，这部分电能或者用于电池充电，或者通过电机转化为机械能驱动车轮，无论哪种形式都有能量损失，即电池的充电和放电有能量损失，电机工作时也存在能量损失，因此

6、发动机的输出能量存在二次转化问题，降低了效率。 （2）由于电机的功率大，相应的体积和质量就大，进而整车质量较大，这就使得汽车的需求功率比较大，增加了能量源的输出功率。混合动力汽车的工作原理n串联式混合动力汽车 Series Hybrid Electric Vehicle （SHEV） nSHEV用发动机发电机组均衡地发电，电能供应驱动电动机或动力电池组，使SHEV的行驶里程得到延长；实际上实际上SHEVSHEV的发动机发电机组只能看作一种电能供应系统，的发动机发电机组只能看作一种电能供应系统，发动机并不直接参与发动机并不直接参与SHEVSHEV的驱动。的驱动。 SHEV SHEV的的发动机，可

7、采用四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发发动机，可采用四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发动机和燃气轮机动机和燃气轮机。发动机是发电机组动力源，发动机的转速控制发动机是发电机组动力源，发动机的转速控制在一定范围内，不受在一定范围内，不受SHEVSHEV运行工况的影响，经常保持在低能耗、运行工况的影响，经常保持在低能耗、高效率和低污染的状态下运转。高效率和低污染的状态下运转。SHEVSHEV驱动系统的结构比较简单，动力电池组、发动机发电机驱动系统的结构比较简单，动力电池组、发动机发电机组和驱动电动机在底盘上的布置有较大的自由度组和驱动电动机在底盘上的布置有较大的自由度，控制系统也控制系统也比较简单，

8、因为只有唯一的电动机驱动模式比较简单，因为只有唯一的电动机驱动模式，其特点是动力特其特点是动力特性更加趋近于性更加趋近于EVEV。 SHEVSHEV必须装置一个大功率的发动机发电机组，再用驱动必须装置一个大功率的发动机发电机组，再用驱动电动机来驱动车辆。发动机、发电机和驱动电动机的功率都要电动机来驱动车辆。发动机、发电机和驱动电动机的功率都要求等于或接近于求等于或接近于SHEVSHEV的最大驱动功率，的最大驱动功率，在热能在热能电能电能机械能机械能之间的转换过程中，之间的转换过程中，总效率低于内燃机汽车。总效率低于内燃机汽车。三大动力总成的三大动力总成的体积较大，质量也较重，还有庞大的动力电池

9、组，使得在中小体积较大，质量也较重，还有庞大的动力电池组，使得在中小型汽车上布置有一定的困难，一般适合大型客车采用。型汽车上布置有一定的困难，一般适合大型客车采用。串联式混合动力系统由内燃机直接带动发电机发串联式混合动力系统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电池和电动机，电，产生的电能通过控制单元传到电池和电动机，然后通过电机转化为动能，最后通过变速机构来然后通过电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产

10、生的能量和电动机需要的能量之间对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。 与传统汽车相比，混合动力汽车多了一个能量存储单元，因此有多种工作模式。汽车在行驶过程中，通过选择最优的工作模式，可以达到提高燃油经济性，减少排放的目的，因此在进行控制策略原理分析之前，有必要先分析一下串联混合动力汽车工作模式，如表所示。 串联混合动力汽车工作模式分析串联混合动力汽车工作模式分析工作模式描述工作模式描述 工作模式能量流图示工作模式能量流图

11、示 纯电动模式 当电池SOC较高、汽车的需求功率不能使发动机运行在高效率区或者汽车启动时，为了避免发动机运行在低效区，发动机关闭，仅由电池供电。发动机单独驱动模式发动机单独驱动模式 当汽车的需求功率可以使当汽车的需求功率可以使发动机运行在高效区且电池发动机运行在高效区且电池SOC不低时，由发动机单独不低时，由发动机单独驱动。驱动。 发动机电池混合驱动发动机电池混合驱动 当汽车需求功率很大，电当汽车需求功率很大，电池池SOC较高时，发动机和较高时，发动机和电池联合驱动汽车，以提电池联合驱动汽车，以提供汽车行驶所需的功率。供汽车行驶所需的功率。 发动机驱动并给电池发动机驱动并给电池充充电电 当电池

12、当电池SOC较低且汽车的较低且汽车的需求功率较小时，发动机需求功率较小时，发动机单独驱动，发动机输出的单独驱动，发动机输出的功率一部分用于驱动汽车功率一部分用于驱动汽车行驶，另一部分用于给电行驶，另一部分用于给电池充电。池充电。 再生制动再生制动 当汽车减速行驶且电池当汽车减速行驶且电池SOC不高时，可以利用电不高时，可以利用电机发电对电池充电，将机发电对电池充电，将制动能量回收。制动能量回收。 如果电池如果电池SOC很高，则此很高，则此时利用电制动和机械制时利用电制动和机械制动相结合方法动相结合方法。 停车充电停车充电 当汽车停车且电池当汽车停车且电池SOC较较低时可以利用发动机对低时可以利

13、用发动机对电池进行充电。电池进行充电。 根据混合度的不同根据混合度的不同弱混合动力系统弱混合动力系统对传统发动机的起动机进行改造，形成由带传动的发 电 起 动 一 体 式 电 机（BSG）。BSG混合动力系统能实现怠速停机（发动机）、车辆启动时快速拖动发动机到怠速转速。在城市循环工况下节油率一般为5%10%. Belt-driven Starter/Generator 皮带传动起动/发电一体化电机控制发动机的快速起停，可以取消发动机的怠速过程，降低油耗和排放。保证环境温度过低时发动机能正常启动 轻度混合动力系统轻度混合动力系统ISG: Intergrated Starter/Generator

14、集成起动/发电一体化电机ISG混合动力系统将一体化启动/ 发电机的转子与发动机曲轴的输出端连接在一起，同时取消了原有的飞轮。实现用电机控制发动机的起停外，同时在车辆制动和下坡工况下，实现部分能量回收。混合度一般在20%以下。中度混合动力系统中度混合动力系统 重度混合动力系统重度混合动力系统插电式混合动力系统插电式混合动力系统Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV插电式混合动力车与传统混合动力车有两个较大的差异。PHEV可以直接由外接电源充电。而传统的HEV大多通过发动机为电池充电以及车辆行驶过程中回收制动能量等。PHEV的电池容量较大，可以靠电力行驶较远的距

15、离，电力驱动在PHEV中所占比例更高，其对发动机的依赖较传统HEV少。在PHEV中，电动机大多是主要的动力输出，因此其对电动机的性能要求较高，并需要大容量的电池来为电动机提供足够的电力。PHEV主要以电为动力来源，传统的发动机只作为辅助动力，在电池能量消耗完时才启用。插电式混合动力电动汽车具有如下特点： 具有纯电动汽车的全部优点：零排放、低噪声及高能量效率等。 相比传统的HEV，其大大降低了有害气体、温室气体的排放，并提高了燃油经济性和动力性能。 将混合动力驱动系统与纯电动驱动系统相结合，纯电动状态下可行驶较长距离，需要时也可采用混合动力模式。 可利用外部公用电网(主要是晚间低谷电力)对车载动

16、力电池进行均衡充电。这样可改善电厂发电组效率，节约能源；显著减少燃油的使用量，大大降低对石油的依赖；同时较低的电价也降低了车辆使用成本。串联式PHEV，通常称为增程式电动车，其特点是发动机带动发电机发电，发出的电能通过电动机控制器直接输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。其动力电池可进行外接充电，在允许的条件下可通过切断发动机的动力实现纯电动行驶；在要求迅速加速和爬坡时，以混合动力模式工作；当电池组不起作用或不能使用时，发动机可单独驱动电动机带动汽车运行；在停车状态下可对动力电池进行充电。其动力系统结构原理图如图2所示。PHEV的工作模式的工作模式 根据车上电池荷电状态的变化特点，可以将PHEV

17、 的工作模式分为电量消耗、电量保持和常规充电模式，其中电量消耗又分为纯电动和混合动力两种子模式。 PHEV优先应用电量消耗模式。在电量消耗模式中，PHEV 根据整车的功率需求，具体选择纯电动和混合动力两种子模式。在“电量消耗-纯电动”子模式中，发动机是关闭的，电池是唯一的能量源，电池的荷电状态降低，整车一般只达到部分动力性指标。该模式适合于起动、低速和低负荷时应用。在“电量消耗-混合动力”子模式中，发动机和电机同时工作，电池提供整车功率需求的主要部分，电池的荷电状态也在降低，发动机用来补充电池输出功率不足的部分，直至电池的荷电状态达到最小允许值。该模式适合高速，尤其是要求全面达到动力性指标时采

18、用。 在电量保持模式下，PHEV的工作方式与传统HEV工作模式类似，电池的荷电状态基本维持不变。混合动力车的国内外发展现状混合动力车的国内外发展现状插入式混合动力作为目前较为成熟的新能源技术，吉利已经完成串联、并联两种方式的技术储备并做好了量产准备，搭载于帝豪EC7上的串联式GPECs系统，采用碳酸铁锂电池和1.0升发动机，纯电动驱动可行驶60公里，近期即将上市 。比亚迪唐由一台最大扭矩为320Nm的2.0TI涡轮增压发动机，和一台高功率的电动机提供动力，传动方面则匹配6速湿式双离合变速箱。据悉新车从静止加速到100km/h仅需4.9秒，在纯电动模式下最大行驶距离约为85公里。揽胜运动混合动力

19、车型将搭载一台3.0L V6柴油发动机及一台电动机，这将和海外发布的揽胜混合动力版车型相同，与之匹配的是ZF公司的8速手自一体变速箱。这道混合动力系统包括锂离子电池、逆变器及电动机，其重量将不会超过120公斤。在柴油发动机与电动机同时工作的情况下，新车将产生的最大功率为340匹马力，最大扭矩将达到700牛米。百公里加速在7秒之内，最高时速218km/h。路虎揽胜混合动力车型百公里油耗为6.4L，而二氧化碳排放为169g/公里。沃尔沃S60L汽油版插电式混合动力车采用238马力的高效Drive-E“E驱智能科技”动力总成与电气化技术协同工作，构成了绿色、高效的插电式混合动力技术。该车型将由沃尔沃

20、汽车成都工厂生产，计划于2015年上半年在华上市。这款产品是沃尔沃汽车为中国引入领先新能源科技的重要一步。S60L插电式混合动力概念车提供纯电动、混动和性能三种不同的驾驶模式，驾驶员可以根据自己的偏爱进行选择，能够同时满足日常通勤与长途出行的需求，完美实现性能与环保的平衡。混合动力和悦轿车，采用双动力系统，是一种将控制发电机和电动机两种混合力量相结合的先进技术，不仅降低了油耗及排放，更极大地提高了动力和操纵性能，实现了既可充电又可加油的多种能量补充方式，实现了真正意义上的双动力混合系统。和悦混合动力车，在动力上以电为主，以油为辅，当动力电池电量低于某一定值后，内燃机起动发电机发电，与同类型燃油车相比可降低燃油消耗30%。当内燃机工作时可驱动发电机发电，从而满足整车高速行驶时的电量平衡。 在动力方面，和悦混合动力车最高车速能达到每小时120公里，最大爬坡度大于30度，如果纯电力行驶，可驶里程超过50公里。 混合动力的途锐使用了一台245kw(329hp)的3.3升V6发动机，配合一台可以产生34kw(46hp)的电动马达，总共产生280kw (375hp)的功率和580N.m的扭矩，百公里加速时间6.5秒，百公里油耗为6.8升。而大众宣称其可以在纯电力驱动模式下，帮助车子加速到48km/h (30mpg)。大众新途锐混合动力版 搭载一