混合动力电动汽车 (2)ppt课件

1、第三章 混合动力电动汽车 3.0 概述 3.1 混合动力电动汽车的构造分类 3.2 混合动力电动汽车驱动系统分析 3.3 混合动力电动汽车多能源控制系统及实 例分析.第三章 混合动力电动汽车重点混合动力电动汽车的构造和性能难点不同混合动力电动汽车的多能源动力系统的能量流分析及其控制 .电动汽车构造与原理第三章 混合动力电动汽车.3.0 概 述广义定义 由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车HEV (Hybrid Electric Vehicle)。狭义定义 既有内燃机又有电动机驱动的车辆。.3.0 概 述优点 与纯电动汽车相比：行驶

2、里程延伸了24倍；能快速添加汽油或柴油。 与传统燃油车相比：内燃机以最有效的方式任务，在一样行驶里程的条件下，燃油耗费和排放少；可以纯电动方式任务，实现零排放。缺陷 构造和控制复杂。 有排放。.3.1 混合动力电动汽车的构造分类3.1.1 混合动力电动汽车的分类3.1.2 串联混合动力电动汽车3.1.3 并联混合动力电动汽车3.1.4 混联混合动力电动汽车3.1.5 混合动力电动汽车的比较.3.1.1 混合动力电动汽车的分类按构造分类串联混合动力电动汽车SHEV (Series Hybrid Electric Vehicle)并联混合动力电动汽车PHEV (Parallel Hybrid El

3、ectric Vehicle)混联混合动力电动汽车SPHEV (Series and Parallel Hybrid Electric Vehicle).3.1.1 混合动力电动汽车的分类按主要动力源分类电力自动型HEV(电量耗费型HEV) 电机功率占整个系统功率的百分较大，发动机功率占整个系统功率的百分较小，缺乏以维持电池组荷电形状SOC。 车辆行驶后的电池组荷电形状SOC低于初始值，需外界能量源给电池组补充充电。发动机自动型HEV(电量维持型HEV) 发动机功率占整个系统功率的百分较大，电机功率占整个系统功率的百分较小，电池组仅提供车辆行驶时的峰值功率。 车辆行驶前后的电池组荷电形状SOC

4、根本维持不变。电池组容量可较小。普通不需外界能量源给电池组补充充电。.3.1.2 串联混合动力电动汽车构造表示图 动力总成：发动机、发电机、电动机.3.1.2 串联混合动力电动汽车构造表示图.3.1.2 串联混合动力电动汽车能量流图(车载能源环节的结合)驱动桥.3.1.2 串联混合动力电动汽车能量流图(车载能源环节的结合)蓄电池电动机控制器电动机功率转换器发电机发动机驱动桥车轮车轮机械能电能APU.3.1.2 串联混合动力电动汽车特点 发动机和发电机组成辅助动力单元APU (Auxiliary Power Unite)一同任务产生所需的电能。发动机和发电机之间的机械衔接安装中没有离合器。 发动

5、机输出的机械能首先经过发电机转化为电能，转化后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动安装驱动车轮。 单条驱动线路：只需电动机驱动汽车行驶。发动机仅用于带动发电机发电，与驱动轮无机械衔接，不直接驱动车辆。 为发动机辅助型的电动车，可添加电动车的续驶里程。.3.1.2 串联混合动力电动汽车优点 动力电池组为根天性源，可实现“零污染形状的行驶。发动机发电机组所发出的电能向动力电池组充电，用于补充动力电池组的电能，或直接供应驱动电动机，以延伸续驶里程。 发动机发电机组的发动机可以坚持在稳定、高效、低污染的形状下运转，将有害气体排放控制在最低范围。还可采用燃气轮机、转子发动机等其它类型的

6、发动机，进一步降低燃料耗费和有害气体排放。 趋近于纯电动车，只需电动机驱动车辆。可采用电动机集中驱动系统或电动轮驱动系统。总体构造较简单，易于控制，发动机发电机组和电动机之间没有机械联络，在车上布置有较大的自在度。.3.1.2 串联混合动力电动汽车缺陷 电动机驱动功率必需可以抑制车辆在行驶过程中的最大阻力，故电动机功率要求较大，外形尺寸较大，质量较重。由于电动机不经常在满负荷形状下任务，因此效率较低。要求动力电池组容量大，同时还需较大功率的发动机发电机组，普通发动机发电机的功率接近和等于电动机的功率。加上庞大的动力电池组，整车外形尺寸较大，质量较重，在中小型车上布置有困难，较合顺运用于大型客车

7、。发动机发电机电动机系统的机械能电能机械能的能量转换过程中，能量损失较大；在动力电池组的充、放电过程中也存在能量损耗,能量转换的综合效率比内燃机汽车低。发动机发电机组与动力电池组之间的匹配要求较严厉，要根据动力电池组SOC的变化，自动起动或封锁发动机，以防止动力电池组过放电和过充电，需求更大容量的电池。.3.1.3 并联混合动力电动汽车构造表示图 动力总成：发动机、电动机Insight.3.1.3 并联混合动力电动汽车构造表示图(电机在离合器之后).3.1.3 并联混合动力电动汽车构造表示图(电机在离合器之前，起ISG作用).3.1.3 并联混合动力电动汽车能量流图(机械能的结合)驱动桥.3.

8、1.3 并联混合动力电动汽车能量流图(机械能的结合)蓄电池电动机控制器电动机发动机离合器驱动桥车轮车轮机械能电能变速器.3.1.3 并联混合动力电动汽车特点 2条驱动线路：内燃机和电动机都可经过各自的驱动线路驱动车轮。 3种驱动方式：发动机单独驱动，电动机单独驱动，发动机和电动机混合驱动。 为电力辅助型的燃油车，可降低排放和燃油耗费。 当发动机提供的功率大于驱动电动车所需的功率或者再生制动时，电动机任务在发电机形状，将多余的能量充入电池。.3.1.3 并联混合动力电动汽车优点 只需发动机和电动机两个动力总成，两者的功率可以等于50%100%车辆驱动功率，比SHEV三个动力总成的功率、质量和体积

9、小很多。 发动机可直接驱动车辆，没有SHEV发动机的机械能电能机械能的转换过程，能量转换的综合效率比SHEV高。车辆需求最大输出功率时，电动机可以给发动机提供额外的辅助动力，因此发动机功率可选择较小，燃油经济性比SHEV好. 与电动机配套的动力电池组容量较小，使整车质量减小。 电动机(如ISG)可带动发动机起动，调理发动机的输出功率，使发动机根本稳定在高效率、低污染形状下任务。发动机带动电机发电向电池组充电，可延伸续驶里程。.3.1.3 并联混合动力电动汽车缺陷 需求配备与内燃机汽车一样的传动系统，总布置根本与内燃机汽车一样，动力性能接近内燃机汽车。发动机工况会遭到车辆行驶工况的影响，有害气体

10、排放高于SHEV。 需求安装离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成，还有电动机、动力电池组和动力组合器等安装，因此动力系统构造复杂，布置和控制更困难。.3.1.3 并联混合动力电动汽车组合驱动方式双轴式转矩结合式单轴式转矩结合式如Insight驱动力结合式 双轴驱动转速结合式 .3.1.4 混联混合动力电动汽车构造表示图(以丰田Prius为例) 动力总成：发动机、发电机、电动机Prius.3.1.4 混联混合动力电动汽车构造表示图(以丰田Prius为例).3.1.4 混联混合动力电动汽车能量流图(以丰田Prius为例)行星齿轮机构将3个动力总成相连：发动机行星架，发电机太阳轮电动机齿圈驱动桥 行

11、星齿轮机构驱动桥.3.1.4 混联混合动力电动汽车混联混合动力合成安装行星齿轮机构任务原理 构造：太阳轮与发电机相连，齿圈与传动安装相连，行星架与发动机相连。 发动机动力传送：一部分动力经过行星齿轮传给齿圈，然后经过传动轴传给驱动车轮；另一部分动力传给太阳轮经发电机转化为电能。 各部件角速度方程： 1+kp2-(1+kp)3=0 kp根本齿数比， kp=Z2/Z1； Z1、Z2分别为太阳轮、齿圈的齿数； 1、2 、3分别为太阳轮、齿圈和行星架的角速度。 各部件运动方程： J11=1M1-2M2/kp J33=M3+3M2(kp+1)/kpJ1太阳轮及其相关部件的转动惯量； J3行星架的总转动惯

12、量M1 、M2 、M3分别为作用在太阳轮、齿圈及行星架上的转矩1 、2 、3分别为太阳轮、齿圈、行星架的传动效率 1-太阳轮; 2-齿圈;3-行星架;4-行星齿轮.3.1.4 混联混合动力电动汽车特点 将串联HEV和并联HEV相结合，具有两者的优点。 与串联HEV相比，添加了机械动力的传送道路。 与并联HEV相比，添加了电能的传输道路。.3.1.4 混联混合动力电动汽车优点 三个动力总成比SHEV三个动力总成的功率、质量和体积小。 有多种驱动方式，节能最正确，有害气体排放到达“超低污染。 发动机可直接驱动车辆，没有机械能电能机械能的转换过程，能量转换的综合效率比内燃机汽车高。 电动机可独立驱动

13、车辆行驶。电动机利用低速大转矩特性，带动车辆起步，可在城市中实现“零污染行驶。车辆需最大输出功率时，电动机可给发动机提供辅助动力，因此发动机功率可选择较小，燃料经济性比SHEV好。.3.1.4 混联混合动力电动汽车缺陷 发动机驱动是根本驱动方式，电动机驱动是辅助驱动方式，动力性更接近内燃机汽车。发动机工况遭到车辆行驶工况的影响，有害气体排放高于SHEV。 需求配备两套驱动系统；发动机传动系统需求安装离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成；另外，还有电动机、减速器、动力电池组，以及多能源动力(发动机动力与电动机动力)组合或协调公用安装。因此，多能源动力系统构造复杂，总布置困难。 多能源动力系统

14、的任务方式有多种方式，需复杂的多能源动力总成控制系统，才干到达高经济性和“超低污染。.3.1.5 混合动力电动汽车的比较驱动方式的比较传统汽车：只需发动机直接驱动汽车串联HEV ：只需电动机直接驱动汽车(类似与纯电动汽车)并联 HEV：发动机和电动机都可直接驱动汽车.3.1.5 混合动力电动汽车的比较构造的比较发动机发电机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱发电机串联HEV 并联HEV 混联HEV 电力接连机械衔接液流衔接.3.1.5 混合动力电动汽车的比较主要运用范围的比较 串联HEV：大客车。如武汉理工大学串联混

15、合动力大客车。 并联HEV：轿车。如本田Insight。 混联HEV：轿车。如丰田Prius。 纯电动汽车：小型或微型车。如Nissan Hypermini.3.1.5 混合动力电动汽车的比较结构模式串联HEV并联HEV混联HEV动力总成发动机、发电机、电机三大动力总成发动机、电动/发电机两大动力总成发动机、电动/发电机、电动机三大动力总成发动机的选择范围发动机功率发动机排放发动机的选择有多种形式发动机功率较大发动机工作稳定，排气净化较好发动机一般为传统的内燃机发动机功率较小发动机工况变化大，排气净化较差发动机的选择有多种形式发动机功率较小发动机排放介于串联与并联HEV之间驱动模式只有电动机驱

16、动模式发动机驱动模式、电动机驱动模式、发动机-电动机混合驱动模式发动机驱动模式、电动机驱动模式、发动机-电动机混合驱动模式、电动机-电动机混合驱动模式传动效率发动机-发电机-电动机能量转换效率较低发动机传动系统的传动效率较高发动机传动系统的传动效率较高.3.1.5 混合动力电动汽车的比较结构模式串联HEV并联HEV混联HEV制动能量回收能够回收制动能量能够回收制动能量能够回收制动能量整车总布置三大动力总成之间没有机械式连接装置，结构布置的自由度较大，但三大动力总成的质量、尺寸都较大，在小型车辆上不好布置，一般在大型车辆上采用发动机驱动系统保持机械式传动系统，发动机与电动机两大动力总成之间被不同

17、的机械装置连接起来，结构复杂，使布置受到一定限制三大动力总成之间采用机械式连接装置，三大动力总成的质量、尺寸都较小，能够在小型车辆上布置，但结构更加复杂，要求布置更加紧凑适用条件适用于大型客车或货车，适应在路况较复杂的城市道路和普通公路上行驶。更加接近纯电动汽车性能。适用于小型汽车，适应在城市道路和高速公路上行驶。接近普通内燃机汽车性能。适用于各种类型汽车，适应在各种道路上行驶。更加接近普通内燃机汽车性能。.3.1.5 混合动力电动汽车的比较结构模式串联HEV并联HEV混联HEV造价三大动力总成的功率较大，质量较重，制造成本较高只有两大动力总成，两大动力总成的功率较小，质量较轻，电动/发电机具

18、有双重功能，还可利用普通内燃机汽车底盘改装，制造成本较低虽然有三大动力总成，但三大动力总成的功率较小，质量较轻，需要采用复杂的控制系统，制造成本较高.3.2 混合动力电动汽车驱动系统分析3.2.1 混合动力电动汽车驱动系统的能量管理3.2.2 串联混合动力电动汽车的任务方式3.2.3 并联混合动力电动汽车的任务方式3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式.3.2.1 混合动力电动汽车驱动系统的能量管理-能量蓄电池提供的补充能量发动机最大效率任务时的输出能量蓄电池再生制动回收的能量发动机输出的多余能量时间起步减速(制动)发动机封锁匀速+车辆行驶所需能量加速-车辆行驶所需能量=发动机任务能量+电

19、机任务能量时间车速.3.2.1 混合动力电动汽车驱动系统的能量管理起步 为防止发动机的怠速及低负荷工况，以减小油耗，故发动机不任务，仅电机利用其低速大转矩的特性单独使车辆起步。 加速 发动机启动后以最大效率任务驱动车辆，电机提供部分功率辅助车辆加速。匀速 发动机按油耗最小的最优任务曲线任务，当发动机输出功率大于车辆行驶所需功率时，多余功率驱动以发电形状任务的电机发电而向蓄电池充电。 减速(制动) 发动机封锁不任务，电机进展再生制动向蓄电池充电.3.2.2 串联混合动力电动汽车的任务方式启动/正常行驶/加速方式 发动机经过发电机和蓄电池一同输出电能并传送给功率转换器，然后驱动电动机，经过机械传动

20、安装驱动车轮。发动机发电机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.2 串联混合动力电动汽车的任务方式轻载方式 发动机发出的功率大于车辆所需功率，多余的能量经过发电机给蓄电池充电直到SOC到达预定的限值。发动机发电机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.2 串联混合动力电动汽车的任务方式减速/制动方式 电动机把驱动轮的动能转化为电能，并经过功率转换器给蓄电池充电。发动机发电机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.2 串联混合动力电动汽车的任务方式蓄电池充电方式 停车时，发动机可经过发电机和功率转换器给蓄电池充

21、电。发动机发电机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.3 并联混合动力电动汽车的任务方式启动/加速方式 车辆启动或节气门全开加速时，发动机和电动机同时任务，共同分担驱动车辆所需的动力，如发动机和电动机分别承当总功率的80%和20%。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.3 并联混合动力电动汽车的任务方式正常行驶方式 车辆正常行驶时，电动机封锁，仅由发动机任务提供车辆行驶所需动力。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.3 并联混合动力电动汽车的任务方式减速/制动方式 车辆减速行驶或制动时，电动机

22、任务于发电机方式进展再生制动，经过功率转换器给蓄电池充电。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.3 并联混合动力电动汽车的任务方式行驶中给蓄电池充电方式 当车辆轻载时，发动机输出功率驱动车辆行驶，同时发动机输出的多余功率驱动以发电形状任务的电机发电而向蓄电池充电。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接.3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车 车辆运转时，主要是发动机驱动车辆，如尼桑Tino。电力自动型混联混合动力电动汽车 车辆运转时，主要是电动机驱动车辆，如丰田Prius。.3.2.4 混联混合动

23、力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车启动方式 发动机封锁，由蓄电池给电动机提供电能驱动车辆。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接发电机.3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车加速方式 节气门全开车辆加速行驶时，发动机和电动机同时任务，共同分担车辆行驶所需的动力。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接发电机.3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车正常行驶方式 电动机封锁，发动机任务，提供车辆所需动力。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接

24、液流衔接发电机.3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车减速/制动方式 电机任务于发电方式进展再生制动，经过功率转换器给蓄电池充电。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接发电机.3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车行驶中给蓄电池充电方式 发动机一部分动力用于驱动车辆，另一部分动力由发电机经功率转换器给蓄电池充电。发动机功率转换器蓄电池电动机传动安装油箱电力接连机械衔接液流衔接发电机.3.2.4 混联混合动力电动汽车的任务方式发动机自动型混联混合动力电动汽车蓄电池充电方式 当停车时，发动机可经过发电机给蓄电池充电。发