第八章新能源汽车类型-1

1、车辆节能与排放车辆节能与排放讲授内容讲授内容：第八章第八章 新能源新能源汽车类型汽车类型主主 讲讲 人人：邓晓亭邓晓亭 讲师讲师Email：电电 话：话八章第八章 新能源汽车类型新能源汽车类型n纯电动汽车纯电动汽车n混合动力电动汽车混合动力电动汽车n燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车n气体燃料汽车气体燃料汽车n生物燃料汽车生物燃料汽车n氢燃料汽车氢燃料汽车n太阳能汽车太阳能汽车第一节第一节 纯电动汽车纯电动汽车n纯电动汽车的类型纯电动汽车的类型n纯电动汽车的结构原理纯电动汽车的结构原理n纯电动汽车驱动系统布置形式纯电动汽车驱动系统布置形式n纯电动汽车的特点纯电动汽车的特

2、点n电动汽车的关键技术电动汽车的关键技术n纯电动汽车车型实例纯电动汽车车型实例一、纯电动汽车的类型一、纯电动汽车的类型n纯电动汽车纯电动汽车是指以是指以车载电源为动力车载电源为动力，用，用电机驱动电机驱动车轮行车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。n一般采用一般采用高效率充电蓄电池高效率充电蓄电池为动力源。纯电动汽车无需再为动力源。纯电动汽车无需再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，

3、可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。n纯电动汽车可分为纯电动汽车可分为2种类型种类型，即用，即用纯蓄电池作为动力源纯蓄电池作为动力源的纯的纯电动汽车和电动汽车和装有辅助动力源的装有辅助动力源的纯电动汽车。纯电动汽车。n1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车n用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组。用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组。一、纯电动汽车的类型一、纯电动汽车的类型n2.装有辅助动力源的纯电动汽车装有辅助动力源的纯电动汽车二、纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车的结构原理n与

4、传统汽车相比，与传统汽车相比，纯电动汽车的结构增加了纯电动汽车的结构增加了电力驱动控制系统电力驱动控制系统。n电力驱动控制系统由电力驱动控制系统由电力驱动主模块电力驱动主模块、车载电源模块车载电源模块和和辅助模块辅助模块三大部分三大部分组成。组成。n1电力驱动主模块电力驱动主模块n组成：组成：包括中央控制单元、驱包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置动控制器、电机、机械传动装置和车轮等。和车轮等。n功用功用：将存储在蓄电池中的将存储在蓄电池中的电电能高效地转化为车轮的动能能高效地转化为车轮的动能，并，并能够在汽车减速能够在汽车减速制动制动时，将车轮时，将车轮的的动能转化为电能充入蓄电

5、池动能转化为电能充入蓄电池。n中央控制单元中央控制单元根据加速踏板和根据加速踏板和制动踏板的输入信号，向驱动控制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电制器发出相应的控制指令，对电动机进行启动、加速、减速、制动机进行启动、加速、减速、制动控制。动控制。二、纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车的结构原理n1电力驱动主模块电力驱动主模块n驱动控制器驱动控制器：按中央控制单元按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反的指令和电动机的速度、电流反馈信号，对电动机的速度、驱动馈信号，对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。转矩和旋转方向进行控制。n电机电机：承担承担电动和发电电动和发电的

6、双重的双重功能，正常行驶时功能，正常行驶时电动机功电动机功能；减速和下坡滑行时能；减速和下坡滑行时发电发电机功能机功能。n机械传动装置机械传动装置：将电动机的驱将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。而带动汽车车轮行驶。二、纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车的结构原理n2车载电源模块车载电源模块n组成：组成：包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。n功用功用：向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。制充电机向蓄电池充电。n常用电源

7、常用电源：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。等。n能量管理能量管理：指指电池管理系统电池管理系统，主要功用是对电动汽车用电，主要功用是对电动汽车用电池单体及整组进行实时监控、充放电、巡检、温度监测等。池单体及整组进行实时监控、充放电、巡检、温度监测等。n充电控制器充电控制器：把交流电转化为相应电压的直流电，并按要把交流电转化为相应电压的直流电，并按要求控制其电流。求控制其电流。二、纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车的结构原理n3辅助动力模块辅助动力模块n组成：组成：包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室

8、显示操纵台和各种辅助装置等。台和各种辅助装置等。n辅助动力源辅助动力源：由辅助电源和由辅助电源和DC/DC功率转换器组成，功率转换器组成，用于用于供给电动汽车其它各种辅助装置所需要的供给电动汽车其它各种辅助装置所需要的动力电源动力电源，一般，一般为为12V或或24V的直流的直流低压电源低压电源，它主要给动力转向、制动，它主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。所需的能源。n动力转向系统动力转向系统：为实现汽车的转弯而设置的，它由转向盘、为实现汽车的转弯而设置的，它由转向盘、转向器、转向机构和转向轮等组成

9、。转向器、转向机构和转向轮等组成。二、纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车的结构原理n3辅助动力模块辅助动力模块n驾驶室显示操纵台驾驶室显示操纵台：类同于传统汽车驾驶室的仪表盘，不类同于传统汽车驾驶室的仪表盘，不过其功能根据电动汽车驱动的控制特点有所增减，其信息过其功能根据电动汽车驱动的控制特点有所增减，其信息指示更多地选用指示更多地选用数字或液晶屏幕数字或液晶屏幕显示。显示。n辅助装置辅助装置：有照明、各种声光信号装置、车载音箱设备、有照明、各种声光信号装置、车载音箱设备、空调、刮水器、风窗除霜清洗器、电动门窗、电控玻璃升空调、刮水器、风窗除霜清洗器、电动门窗、电控玻璃升降器、电控后视镜调节器

10、、电动座椅调节器、车身安全防降器、电控后视镜调节器、电动座椅调节器、车身安全防护装置控制器等。它们主要是为提高汽车的操控性、舒适护装置控制器等。它们主要是为提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的，根据需要进行选用。性、安全性而设置的，根据需要进行选用。 二、纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车的结构原理三、纯电动汽车驱动系统布置形式三、纯电动汽车驱动系统布置形式 n电动汽车的电动汽车的驱动系统驱动系统是电动汽车的是电动汽车的核心部分核心部分，其性能决定着，其性能决定着电动汽车运行性能的好坏。电动汽车的驱动系统布置取决于电动汽车运行性能的好坏。电动汽车的驱动系统布置取决于电机驱动系统的方式电机驱

11、动系统的方式。n(1) 传统的驱动模式。传统的驱动模式。其布置方其布置方式与传统汽车驱动系统的布置式与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合方式一致，带有变速器和离合器，只是将发动机换成电动机，器，只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。属于改造型电动汽车。n可以可以提高提高电动汽车的电动汽车的起动转矩起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功增加低速时电动汽车的后备功率。率。n(2) 电动机电动机-驱动桥组合式驱动模式。驱动桥组合式驱动模式。取消了离合器和变速器，但取消了离合器和变速器，但具有减速差速机构，由具有减速差速机构，由1台电动机驱动两车轮旋转。台电动机驱动两车轮旋转。n优点

12、：优点：可继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一可继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器。对电动机的要求较高，不仅要求组电动机和逆变器。对电动机的要求较高，不仅要求电动机具有电动机具有较高的起动转矩较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。车的起动、爬坡、加速超车等动力性。 三、纯电动汽车驱动系统布置形式三、纯电动汽车驱动系统布置形式 三、纯电动汽车驱动系统布置形式三、纯电动汽车驱动系统布置形式 n(3) 电动机电动机-驱动桥整体式驱动模式。驱动桥整体式驱动模式。将电动

13、机装到驱动轴将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速和差速转换。上，直接由电动机实现变速和差速转换。n对对电动机有较高的要求电动机有较高的要求，大起动转矩和后备功率，不仅要求，大起动转矩和后备功率，不仅要求控制系统有较高的控制精度，而且要具备良好的可靠性，从控制系统有较高的控制精度，而且要具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶的安全、平稳。而保证电动汽车行驶的安全、平稳。n(4) 轮毂电机驱动模式。轮毂电机驱动模式。将电动机直接装到了驱动轮上，由将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车轮行驶。电动机直接驱动车轮行驶。三、纯电动汽车驱动系统布置形式三、纯电动汽车驱动系统布置形式 四、纯电

14、动汽车的特点四、纯电动汽车的特点 n（1）无污染，噪声低。）无污染，噪声低。 零污染零污染n（2）能源效率高，多样化。）能源效率高，多样化。 减速制动能量再利用；充电减速制动能量再利用；充电电力的能源多样化。电力的能源多样化。n（3）结构简单，使用维修方便。）结构简单，使用维修方便。结构简单，运转、传动部结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，易操纵。件少，维修保养工作量小，易操纵。n（4）动力电源使用成本高，续驶里程短。）动力电源使用成本高，续驶里程短。目前电动汽车技目前电动汽车技术不够完善，动力电池寿命短，使用成本高。电动车的价格术不够完善，动力电池寿命短，使用成本高。电动车的价格较

15、贵。较贵。五、电动汽车的关键技术五、电动汽车的关键技术 n1电池及管理技术电池及管理技术n电动汽车对动力电池的要求：电动汽车对动力电池的要求：比能量高、比功率大、使用寿比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。命长、成本低的高效电池。n电池组性能电池组性能直接影响整车的加直接影响整车的加速性能、续驶里程以及制动能速性能、续驶里程以及制动能量回收的效率等。量回收的效率等。n电池的成本和循环寿命电池的成本和循环寿命直接影直接影响车辆的成本和可靠性，所有响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到影响电池性能的参数必须得到优化。优化。n为了达到最佳的性能和寿命，需将电为了达到最佳的性

16、能和寿命，需将电池包的池包的温度控制在一定范围内温度控制在一定范围内，减小，减小包内不均匀的温度分布以避免模块间包内不均匀的温度分布以避免模块间的不平衡，以此避免电池性能下降，的不平衡，以此避免电池性能下降，且可以消除相关的潜在危险。且可以消除相关的潜在危险。n2电机及控制技术电机及控制技术n要求：要求：较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩，较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩，体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。n发展方向：发展方向：大功率、高转速、高效率和小型化。大功率、高转速、高效率和小型化。五、电动

17、汽车的关键技术五、电动汽车的关键技术 n2电机及控制技术电机及控制技术n控制系统：控制系统：趋于智能化和数趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线专家系统、遗传算法等非线五、电动汽车的关键技术五、电动汽车的关键技术 性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。使系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强，参控制系统。使系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强，参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个系统的综合性能。数变化具有鲁棒性，可大大提高整

18、个系统的综合性能。n再生制动控制系统：再生制动控制系统：节约能源、提高续驶里程，有显著的经节约能源、提高续驶里程，有显著的经济价值和社会效益。济价值和社会效益。n3整车控制技术整车控制技术n新型纯电动汽车整车控制系统：新型纯电动汽车整车控制系统：两条总线的网络结构，即两条总线的网络结构，即驱动系统的高速驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。总线和车身系统的低速总线。n高速高速CAN总线：每个节点为各子系统的总线：每个节点为各子系统的ECU。n低速总线：按物理位置设置节点，采用基于空间位置的区低速总线：按物理位置设置节点，采用基于空间位置的区域自治原则。域自治原则。五、电动汽车的关键技术

19、五、电动汽车的关键技术 n4整车轻量化技术整车轻量化技术n(1) 通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能等车辆参数的整体优化，等车辆参数的整体优化，合理选择电池和电动机参数合理选择电池和电动机参数。n(2) 通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的总成、车载能源系统的重量重量。 n(3) 积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架

20、、箱体封皮、轮毂等采用轮毂等采用轻质合金材料轻质合金材料。n(4) 利用利用CAD技术对车身承载结构件进行有限元分析研究，技术对车身承载结构件进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化结构最优化。五、电动汽车的关键技术五、电动汽车的关键技术 六、纯电动汽车车型实例六、纯电动汽车车型实例 奇瑞瑞麒奇瑞瑞麒M1-EV纯电动汽车纯电动汽车 瑞麒瑞麒M1-EVM1-EV搭载一台搭载一台336V336V、40kW40kW的大功率电机驱动系统，配备的大功率电机驱动系统，配备40Ah40Ah高性能磷酸铁锂电池。在普高性能磷酸铁锂电池。在普通通220V220V民

21、用电源上慢充，充电时民用电源上慢充，充电时间为间为46h46h。利用专业充电站充。利用专业充电站充到电池电量的到电池电量的8080需要需要0.5h0.5h。奇瑞奇瑞QQ纯电动汽车纯电动汽车 百千米耗电量为百千米耗电量为10kWh10kWh六、纯电动汽车车型实例六、纯电动汽车车型实例 比亚迪比亚迪E6纯电动汽车纯电动汽车 自主研发自主研发ET-POWERET-POWER铁电池，铁电池，续驶历程超过续驶历程超过300km300km。百千。百千米加速时间为米加速时间为10s10s以内，在以内，在高车速高车速160km/h160km/h。百千米耗。百千米耗电为电为2010kWh2010kWh，相当于燃

22、油，相当于燃油消费价格的消费价格的30%30%左右。左右。15min15min快充可充满快充可充满80%80%电量。电量。吉利熊猫纯电动汽车吉利熊猫纯电动汽车EK-1 40Ah40Ah铁锂离子电池，铁锂离子电池，340V340V系系统电压，高车速统电压，高车速80km/h80km/h，续，续驶历程驶历程80km80km。完全充电。完全充电5h5h，18min18min快充可充满快充可充满80%80%电量。电量。长安奔奔纯电动汽车长安奔奔纯电动汽车 六、纯电动汽车车型实例六、纯电动汽车车型实例 高性能锂电池，永磁直流无高性能锂电池，永磁直流无刷电机，最高时速刷电机，最高时速120km/h120k

23、m/h，百千米加速时间百千米加速时间16s16s，快充，快充0.5h0.5h，续驶里程，续驶里程150km150km。百。百千米能耗千米能耗10kWh10kWh宝马宝马Mini E纯电动汽车纯电动汽车 搭载了一台搭载了一台152kW152kW、220Nm220Nm的直流的直流电机，百千米加速时间电机，百千米加速时间8.5s8.5s，锂电，锂电池池2.5h2.5h内完全充满，续驶里程内完全充满，续驶里程240km240km。车顶可选装太阳能电池板，。车顶可选装太阳能电池板，直接给空调等车内的电器供电。直接给空调等车内的电器供电。三菱三菱i MiEV纯电动汽车纯电动汽车 六、纯电动汽车车型实例六、

24、纯电动汽车车型实例 日产日产Leaf纯电动汽车纯电动汽车 六、纯电动汽车车型实例六、纯电动汽车车型实例 奔驰奔驰smart fortwo纯电动汽车纯电动汽车 General Electric Elec-Trak E15电动拖拉机电动拖拉机Gorilla e-ATV电动拖拉机电动拖拉机七、纯电动拖拉机实例七、纯电动拖拉机实例 6 6组铅酸电池驱动永磁无刷直流电机组铅酸电池驱动永磁无刷直流电机，功率从，功率从8hp(5.9kW)8hp(5.9kW)到到15hp(11kW)15hp(11kW)不等，速度大约在不等，速度大约在4.84.814.4km/h14.4km/h。用于草坪修剪作业，充电一次大约

25、用于草坪修剪作业，充电一次大约能修剪能修剪1 1英亩英亩(4046.8m(4046.8m2 2 ) )的草坪。的草坪。3-43-4个个8V125Ah8V125Ah的铅酸电池，的铅酸电池，6.5-6.5-8.5hp8.5hp直流牵引电机，牵引直流牵引电机，牵引 1816kg 1816kg的货物，最高行驶速度可达的货物，最高行驶速度可达27-27-30km/h30km/h，最大行驶里程为，最大行驶里程为48-5648-56公里公里七、纯电动拖拉机实例七、纯电动拖拉机实例 电动微耕机电动微耕机耕作效率为耕作效率为0.15hm0.15hm2 2 /h /h，约为，约为2.292.29亩亩/h/h，略高

26、于同功率汽，略高于同功率汽油微耕机约油微耕机约2 2 亩亩/h /h 的耕作效率。耗电量为的耕作效率。耗电量为6.86kWh /hm6.86kWh /hm2 2，约为，约为0.46kWh /0.46kWh /亩，按亩，按0.550.55元元/ /度计算，电动微耕机每耕作一亩地约需花费度计算，电动微耕机每耕作一亩地约需花费0.250.25元。而同功元。而同功率的汽油微耕机每亩油耗约为率的汽油微耕机每亩油耗约为0.80.8升，按升，按7 7元元/ /升计算，每耕作一亩地约需花升计算，每耕作一亩地约需花费费5.65.6元元. .第二节第二节 混合动力电动汽车混合动力电动汽车 n混合动力电动汽车的定义

27、与分类混合动力电动汽车的定义与分类n混合动力电动汽车的结构原理混合动力电动汽车的结构原理n混合动力电动汽车的特点混合动力电动汽车的特点n混合动力电动汽车车型实例混合动力电动汽车车型实例一、混合动力电动汽车的定义与分类一、混合动力电动汽车的定义与分类n1.混合动力电动汽车的定义混合动力电动汽车的定义n从狭义上讲从狭义上讲同时装备两种动力源同时装备两种动力源热动力源热动力源（汽油机或柴油机）与（汽油机或柴油机）与电动力源电动力源（电池与电动机）的汽车。电机使得动力系统可按照整车的实（电池与电动机）的汽车。电机使得动力系统可按照整车的实际运行工况要求际运行工况要求灵活调控灵活调控，而发动机保持在，而

28、发动机保持在综合性能最佳的区域内综合性能最佳的区域内工作，工作，从而降低油耗与排放。从而降低油耗与排放。n从广义上来讲从广义上来讲装备有装备有两种具有不同特点驱动装置两种具有不同特点驱动装置的车辆。一个是的车辆。一个是主主要动力来源要动力来源，提供稳定的动力输出，满足稳定行驶的动力需求；一个，提供稳定的动力输出，满足稳定行驶的动力需求；一个辅辅助驱动装置助驱动装置，有良好的，有良好的变工况变工况特性，能够进行功率的平衡，能量的再生特性，能够进行功率的平衡，能量的再生与存储，目前应用最多的是电混合系统。与存储，目前应用最多的是电混合系统。 n国际电子技术委员会国际电子技术委员会对混合动力车辆的定

29、义为：在特定的工作条件下，对混合动力车辆的定义为：在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车。能量的汽车。n2混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车的分类n 基于各个组成部件、布置方式的不同，从而形成各式各样基于各个组成部件、布置方式的不同，从而形成各式各样的结构，依据这些结构分类，可以分为的结构，依据这些结构分类，可以分为串联型（串联型（Series Schedule,Series Schedule,又称又称SHEVSHEV）并联型（并联型（Parallel Schedule,Pa

30、rallel Schedule,又称又称PHEVPHEV）混联型（混联型（Series-Parallel Combined ScheduleSeries-Parallel Combined Schedule，又称又称PSHEVPSHEV）根据驱动系统的配置根据驱动系统的配置及动力传递方式及动力传递方式发动机连续运行模式发动机连续运行模式发动机开、关模式发动机开、关模式根据发动机运行模式的不同根据发动机运行模式的不同双轴式双轴式单轴式单轴式根据发动机和电动机根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上是否布置在同一轴线上一、混合动力电动汽车的定义与分类一、混合动力电动汽车的定义与分类根据电动系统的功率

31、和功能根据电动系统的功率和功能微混合（微混合（Micro HybridMicro Hybrid）弱混合（弱混合（Mild HybridMild Hybrid）全混合（全混合（Full HybridFull Hybrid）轻度混合型（轻度混合型（Mild Hybrid Vehicle-MHVMild Hybrid Vehicle-MHV）功率混合型（功率混合型（Power Hybrid Vehicle-PHVPower Hybrid Vehicle-PHV）能量混合型（能量混合型（Energy Hybrid Vehicle-EHVEnergy Hybrid Vehicle-EHV）基于任务分类的

32、基于任务分类的现代分类方法现代分类方法一、混合动力电动汽车的定义与分类一、混合动力电动汽车的定义与分类n2混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车的分类根据可外接充电能力根据可外接充电能力不可外接充电型不可外接充电型可外接充电型可外接充电型根据与发动机混合的可再充根据与发动机混合的可再充电能量储存系统电能量储存系统蓄电池式蓄电池式超级电容式超级电容式机电飞轮式机电飞轮式混合动力电动乘用车混合动力电动乘用车混合动力电动客车混合动力电动客车混合动力电动货车混合动力电动货车根据车辆用途根据车辆用途一、混合动力电动汽车的定义与分类一、混合动力电动汽车的定义与分类n2混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车

33、的分类根据可外接充电能力根据可外接充电能力不可外接充电型不可外接充电型可外接充电型可外接充电型二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n1. 串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车n组成：发动机、发电机、驱动电动机和蓄电池组等部件。发动机组成：发动机、发电机、驱动电动机和蓄电池组等部件。发动机仅仅用于发电，发电机发出的电能通过电动机控制器直接输送到仅仅用于发电，发电机发出的电能通过电动机控制器直接输送到电动机，由电动机产生的电磁力矩驱动汽车行驶。电动机，由电动机产生的电磁力矩驱动汽车行驶。二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n1. 串联式混

34、合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车电池电池实际上起平衡原动机输出实际上起平衡原动机输出功率和电动机输入功率的作用。功率和电动机输入功率的作用。当当发电功率大于电动机所需的发电功率大于电动机所需的功率功率时时( (如汽车减速滑行、低速如汽车减速滑行、低速行驶或短时停车等工况行驶或短时停车等工况) )，控制，控制器控制发电机器控制发电机向电池充电向电池充电。当当发出的功率低于电动机所需发出的功率低于电动机所需的功率的功率时时( (如汽车起步、加速、如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况高速行驶、爬坡等工况) )，电池，电池则向电动机则向电动机提供额外的电能提供额外的电能。 串联式混合动力电动汽车

35、特别适用于在串联式混合动力电动汽车特别适用于在市内低速运行的工况市内低速运行的工况。在。在繁华的市区，汽车在起步和低速时还可以关闭原动机，繁华的市区，汽车在起步和低速时还可以关闭原动机， 只利用电只利用电池进行功率输出，使汽车达到零排放的要求。池进行功率输出，使汽车达到零排放的要求。优点：优点：二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n1. 串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车串联式结构可使发动机不串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响，始受汽车行驶工况的影响，始终在其终在其最佳的工作区稳定运最佳的工作区稳定运行行，并可选用功率较小的发，并可选用功率较小的发动

36、机，因此，可使汽车的油动机，因此，可使汽车的油耗和排污降低。耗和排污降低。二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n2. 并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车 并联式混合动力系统采用并联式混合动力系统采用发动机和电动机两套独立发动机和电动机两套独立的驱动系统的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮，可驱动车轮。发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮，可以采用以采用发动机单独驱动发动机单独驱动、电动机单独驱动电动机单独驱动或者发动机和电动机或者发动机和电动机混合混合驱动驱动三种工作模式。三种工作模式。二、混合动力电动汽车的结构原理二、混

37、合动力电动汽车的结构原理 n2. 并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车并联式驱动系统，汽车可并联式驱动系统，汽车可由发动机和电动机共同驱动由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱动。当或各自单独驱动。当电动机电动机只是作为只是作为辅助驱动系统辅助驱动系统时，时，功率可以功率可以比较小比较小。并联式驱动系统中并联式驱动系统中发动机发动机通过机械传动机构通过机械传动机构直接驱动直接驱动汽车汽车，其，其能量的利用率相对能量的利用率相对较高较高，这使得并联式燃油经，这使得并联式燃油经济性比串联式的高。济性比串联式的高。n并联式驱动系统最适合于并联式驱动系统最适合于汽车在汽车在城市间公路和高速公城市

38、间公路和高速公路路上稳定行驶的工况。上稳定行驶的工况。n由于并联式驱动系统的发由于并联式驱动系统的发动机工况要受汽车行驶工况动机工况要受汽车行驶工况的影响，因此的影响，因此不适于汽车行不适于汽车行驶工况变化较多、较大。驶工况变化较多、较大。n相比于串联结构式，需要相比于串联结构式，需要变速装置和动力复合装置，变速装置和动力复合装置，传动机构较为复杂。传动机构较为复杂。二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n2. 并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n3. 混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车混

39、联式混合动力驱动系统结构简图混联式混合动力驱动系统结构简图 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，主要由发动机、是串联式与并联式的综合，主要由发动机、发电机、电动机、行星齿轮机构和蓄电池组等部件组成。发电机、电动机、行星齿轮机构和蓄电池组等部件组成。发动机发出的功率发动机发出的功率一部分一部分通过机械传动输送给通过机械传动输送给驱动桥驱动桥，另一部分则驱动另一部分则驱动发电机发电发电机发电。发电机发出的电能输送给发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生电动机或电池，电动机产生的的驱动力矩驱动力矩通过动力复合装通过动力复合装置传送给置传送给驱动桥驱动桥。二、混合动力电动汽车的

40、结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n3. 混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车控制策略：控制策略：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作； 当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。 优点：优点：充分发挥了串联式和并联式的充分发挥了串联式和并联式的优点，使发动机、发电机、电动优点，使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，机等部件进行更多的优化匹配，在结构上保证了在在结构上保证了在更复杂的工况更复杂的工况下使系统在最优状态工作，下使系统在最优状态工作，更容更容易实现排放和油耗

41、的控制目标，易实现排放和油耗的控制目标，因此是因此是最具影响力的最具影响力的HEVHEV。二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 n3. 混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车与并联式相比，混联式的动力复合形式更复杂，因此对与并联式相比，混联式的动力复合形式更复杂，因此对动力复合装置的要求更高。动力复合装置的要求更高。二、混合动力电动汽车的结构原理二、混合动力电动汽车的结构原理 目前的混联式结构一般以目前的混联式结构一般以行星齿轮行星齿轮作为动力复合装置的基本构架。作为动力复合装置的基本构架。上图为丰田公司上图为丰田公司PriusPrius车的驱动系统结构示意简图，

42、它的驱动系统车的驱动系统结构示意简图，它的驱动系统被公认为被公认为目前最成功的结构。目前最成功的结构。PriusPrius汽车驱动系统结构示意图汽车驱动系统结构示意图n3. 混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车fmmPPPPD 这样这样无需做具体测试无需做具体测试而只需发动机和电机的最大功率等基而只需发动机和电机的最大功率等基本性能参数，本性能参数，就能计算出就能计算出混合动力传动系统的混合动力传动系统的动力混合度动力混合度，并，并进行不同混合动力电动汽车之间的对比。进行不同混合动力电动汽车之间的对比。 这里引进一个动力混合度（这里引进一个动力混合度（Degree of Hybridi

43、zationDegree of Hybridization） 来评价传动系统的动力混合程度，其计算公式如下来评价传动系统的动力混合程度，其计算公式如下: : PD动力混合度动力混合度mP式中，式中， 为驱动电机为驱动电机( (及其控制器及其控制器) )的最大功率；的最大功率； fP为汽车发动机的最大功率。为汽车发动机的最大功率。三、动力混合度三、动力混合度表表1 1 不同混合动力电动汽车的混合度比较不同混合动力电动汽车的混合度比较目前国外生产的混合动力电动汽车的不同混合度如表目前国外生产的混合动力电动汽车的不同混合度如表1 1所示。所示。三、动力混合度三、动力混合度微混合型微混合型 微混合型微

44、混合型混合动力电动汽车在三种型式中动力混合动力电动汽车在三种型式中动力混合度最混合度最小小，应用的电动机功率比较小（，应用的电动机功率比较小（10kW10kW以下以下），系统电压比较），系统电压比较低（多为低（多为12V12V、24V24V），车辆所需的），车辆所需的大部分功率靠内燃机提供大部分功率靠内燃机提供，电动机电动机只能起到只能起到怠速起停怠速起停和和部分再生制动部分再生制动的功能。因此在降的功能。因此在降低油耗和改善排放方面的能力也有限（一般为低油耗和改善排放方面的能力也有限（一般为5 510%10%）。）。 BSG (Belt-driven Integrated Started G

45、enerator)BSG (Belt-driven Integrated Started Generator)是是典型的微混合型，它采用典型的微混合型，它采用皮带驱动起动皮带驱动起动/ /发电机一体化发电机一体化，在发，在发动机前端用一个皮带传动的机构，将交流发电机和发动机联动机前端用一个皮带传动的机构，将交流发电机和发动机联结起来，并把起动机结起来，并把起动机(starter)(starter)同样连接在交流发电机的机构同样连接在交流发电机的机构中，节省了内部空间。中，节省了内部空间。三、动力混合度三、动力混合度 丰田公司的丰田公司的CROWN混合动力电动汽车是最早采用该系统混合动力电动汽车

46、是最早采用该系统的，目前我国奇瑞汽车有限公司也开发生产了的，目前我国奇瑞汽车有限公司也开发生产了BSG微混合型混微混合型混合动力电动汽车。合动力电动汽车。丰田丰田CrownCrown轿车混合动力系统简图轿车混合动力系统简图微混合型微混合型三、动力混合度三、动力混合度弱混合型所采用驱动电机的功率弱混合型所采用驱动电机的功率为为10-20kW，系统电压多处于，系统电压多处于50200V，电动机除了起到怠速起停、，电动机除了起到怠速起停、能量制动回馈的功能外，还可以能量制动回馈的功能外，还可以助助力力。在改善燃油经济性和排放方面。在改善燃油经济性和排放方面的潜力都要比微混合型大。的潜力都要比微混合型

47、大。本田本田Insight和和Civic混合动力电动混合动力电动汽车都属于弱混合型，采用了独具汽车都属于弱混合型，采用了独具特色的混合动力系统特色的混合动力系统“集成电机辅集成电机辅助动力系统助动力系统” (Integrated Motor Assist-IMA)。弱混合型弱混合型三、动力混合度三、动力混合度InsightInsight动力总成动力总成IMAIMAIMA发动机作为主动发动机作为主动力源，力源， 10kW左右的一体化左右的一体化起起动动/发电机发电机(Integrated Starter Generator-ISG)为辅助动力源为辅助动力源，ISG直接安装在内燃机曲轴直接安装在内

48、燃机曲轴输出端，与内燃机合为输出端，与内燃机合为 “集集成电机辅助动力系统成电机辅助动力系统”。弱混合型弱混合型三、动力混合度三、动力混合度日本丰田公司所生产的混合动力电日本丰田公司所生产的混合动力电动汽车动汽车PriusPrius、CamryCamry、HighlanderHighlander和和福特公司所生产的福特公司所生产的EscapeEscape都是典型的都是典型的全混合型混合动力电动汽车。全混合型混合动力电动汽车。丰田公司目前生产新丰田公司目前生产新PriusPrius采用的采用的是行星齿轮系统，采用是行星齿轮系统，采用53kW53kW、1.5L1.5L的的汽油机汽油机、50kW50

49、kW的驱动电机的驱动电机、202V202V的镍的镍氢电池组，电压达到氢电池组，电压达到500V500V。全混合型全混合型三、动力混合度三、动力混合度其动力性达到了其动力性达到了1.8L1.8L汽油机的水平，而百公里油耗只相当于同类汽车汽油机的水平，而百公里油耗只相当于同类汽车的一半（如表的一半（如表2 2）。尾气排放只有日本运输省严格规定值的）。尾气排放只有日本运输省严格规定值的1/101/10左右。左右。全混合型的混合度是三种混合方式中最高的，驱动电机的功率能够达全混合型的混合度是三种混合方式中最高的，驱动电机的功率能够达到到303070kW70kW，系统电压最高。，系统电压最高。表表2 2

50、 新款新款PriusPrius（1.5L1.5L混合动力）和混合动力）和CorrollaCorrolla（1.8L1.8L）的油耗对比）的油耗对比全混合型全混合型三、动力混合度三、动力混合度 动力耦合主要是针对动力耦合主要是针对并联或混联式并联或混联式混合动力车的动力系混合动力车的动力系统。根据多个动力源输出动力耦合方式的不同，将统。根据多个动力源输出动力耦合方式的不同，将HEVHEV动力动力系统分为系统分为扭矩扭矩耦合式、耦合式、转速转速耦合式、耦合式、牵引力牵引力耦合式和耦合式和混合混合耦耦合式合式4 4类。类。四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式 以两动力源为

51、例，设动力源以两动力源为例，设动力源1(1(发动机发动机) )的输出扭矩为的输出扭矩为 ，输出转速为输出转速为 ；动力源；动力源2(2(电动机电动机) )的输出扭矩为的输出扭矩为 ，输出，输出转速为转速为 ；耦合后的输出扭矩为；耦合后的输出扭矩为 ，输出转速为，输出转速为 。1T1n2T2n3T3n213kTTT 扭矩耦合式动力系统是指扭矩耦合式动力系统是指2 2个个( (多个多个) )动力源的输出动力在动力源的输出动力在耦合过程中，两动力源的耦合过程中，两动力源的输出扭矩相互独立输出扭矩相互独立，而输出，而输出转速必须转速必须互成比例互成比例，最终的合成扭矩是两动力源输出扭矩的耦合叠加，最终

52、的合成扭矩是两动力源输出扭矩的耦合叠加，而合成转速则不是两动力源输出转速的叠加，合成扭矩为：而合成转速则不是两动力源输出转速的叠加，合成扭矩为：式中：式中：、k k分别为耦合效率和从动力源分别为耦合效率和从动力源2 2到动力源到动力源1 1的传动比。的传动比。 依据机械结构的不同依据机械结构的不同, ,扭矩耦合方式又可分为齿轮耦合、扭矩耦合方式又可分为齿轮耦合、磁场耦合、链或带耦合磁场耦合、链或带耦合3 3种。种。四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式扭矩耦合式扭矩耦合式齿轮耦合式齿轮耦合式HEVHEV传动结构传动结构 这种动力耦合方式这种动力耦合方式通过啮合齿轮通过

53、啮合齿轮( (组组) )将多将多个输入动力合成在一起个输入动力合成在一起而输出。深圳明华环保而输出。深圳明华环保汽车有限公司开发的一汽车有限公司开发的一款复合电动环保汽车动款复合电动环保汽车动力转换器就属于此类型。力转换器就属于此类型。2131 knnn213kTTT四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式齿轮耦合式齿轮耦合式213qnpnn 转速耦合式动力系统是指转速耦合式动力系统是指2 2个个( (多个多个) )动力源的输出动力动力源的输出动力在耦合过程中，两动力源的在耦合过程中，两动力源的输出转速相互独立输出转速相互独立，而输出，而输出扭矩扭矩必须互成比例必须互成

54、比例，最终的合成转速是两动力源输出转速的耦合，最终的合成转速是两动力源输出转速的耦合叠加，合成扭矩则不是两动力源输出扭矩的叠加，叠加，合成扭矩则不是两动力源输出扭矩的叠加，p p、q q由耦由耦合器的结构确定。合器的结构确定。 依据驱动结构的不同，转速耦合方式又可分为行星齿轮依据驱动结构的不同，转速耦合方式又可分为行星齿轮式和差速器式式和差速器式2 2种。种。四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式转速耦合式转速耦合式行星齿轮耦合式行星齿轮耦合式HEVHEV传动结构传动结构21221131qnpnkkknknnkTkkTkT1112221113 式中：式中： 为从发动机

55、为从发动机轴到太阳轮轴的传动比；轴到太阳轮轴的传动比； 为从电机轴到齿圈的传动为从电机轴到齿圈的传动比；比；k k为齿圈齿数与太阳轮为齿圈齿数与太阳轮齿数的比值；齿数的比值； 、 为内为内部功率损失折算数。部功率损失折算数。1k2k12kkp111kkkq12四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式行星齿轮式行星齿轮式差速器耦合式传动结构差速器耦合式传动结构 差速器实际上是行星差速器实际上是行星齿轮系齿轮系k=1k=1时的一种特殊时的一种特殊情况。对一般差速器，将情况。对一般差速器，将动力分解，对此逆用即可动力分解，对此逆用即可实现动力的耦合。湖南大实现动力的耦合。湖南

56、大学开发的一款学开发的一款HEVHEV的动力的动力耦合方式即是这一类型。耦合方式即是这一类型。2213nnn2211322TTT21 qp四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式差速器式差速器式牵引力耦合式牵引力耦合式HEVHEV传动结构传动结构四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式牵引力耦合式牵引力耦合式 式中：式中：F F为整车驱动力；为整车驱动力； 为发动机最终作用在前轮上的为发动机最终作用在前轮上的驱动力，驱动力， ； 为从发动机到前轮的传动效率；为从发动机到前轮的传动效率； 为从发动机到前轮的传动比；为从发动机到前轮的传动比； 为电机

57、最终作用在后轮上的为电机最终作用在后轮上的驱动力，驱动力， ； 为从电机到后轮的传动效率；为从电机到后轮的传动效率； 为从电机到后轮的传动比。为从电机到后轮的传动比。rTiF2222rTiF11111F2F122i1i21FFF 发动机驱动汽车前轮，电机驱动后轮，通过前后车轮驱发动机驱动汽车前轮，电机驱动后轮，通过前后车轮驱动力将多个动力源输出动力合成在一起。克莱斯勒汽车公司动力将多个动力源输出动力合成在一起。克莱斯勒汽车公司的的Citadel(Citadel(实验车实验车) )是这类典型车型。动力合成规律为是这类典型车型。动力合成规律为四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的

58、耦合方式牵引力耦合式牵引力耦合式Pruis HEVPruis HEV混合耦合传动结构混合耦合传动结构 混合耦合式是一种采用前面混合耦合式是一种采用前面2 2种或种或2 2种以上耦合方式的动种以上耦合方式的动力耦合方式。力耦合方式。 日本丰田汽车公司开日本丰田汽车公司开发的发的Pruis HEVPruis HEV混合驱动混合驱动结构，发动机与发电机的结构，发动机与发电机的动力耦合是行星齿轮式，动力耦合是行星齿轮式，之后两者的合成动力又与之后两者的合成动力又与电机动力进行齿轮式耦合，电机动力进行齿轮式耦合，最终的合动力驱动差速器。最终的合动力驱动差速器。四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力

59、车动力系统的耦合方式混合耦合式混合耦合式表表3 3 各种动力耦合方式的比较各种动力耦合方式的比较四、混合动力车动力系统的耦合方式四、混合动力车动力系统的耦合方式各种动力耦合方式的比较各种动力耦合方式的比较五、混合动力电动汽车的特点五、混合动力电动汽车的特点 n较之纯电动汽车，混合动力电动汽车具有如下的优点：较之纯电动汽车，混合动力电动汽车具有如下的优点：n(1) 由于有原动机作为辅助动力，由于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量和质量可减蓄电池的数量和质量可减少，少，因此汽车自身重量可以减小；因此汽车自身重量可以减小；n(2) 汽车的汽车的续驶里程续驶里程和动力性可和动力性可达到内燃机的水平达到

60、内燃机的水平；n(3) 借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力借助原动机的动力，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，从而保证了了驾车和乘坐的舒适性驾车和乘坐的舒适性。n较之内燃机汽车，混合动力电动汽车具有如下的优点：较之内燃机汽车，混合动力电动汽车具有如下的优点：n(1) 可使原动机在可使原动机在最佳的工况区域稳定运行最佳的工况区域稳定运行，避免或减少，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；大为降低；n(2) 在人