新能源汽车：第四章 混合动力汽车

1、第四章 混合动力汽车学习目标1.掌握混合动力汽车的定义与分类。2.学习混合动力汽车的工作原理，首先应该掌握混合动力汽车的主要结构。3.熟悉不同类型混合动力汽车在不同工况下的能量流通方式和其工作原理。4.通过对混合动力汽车的学习，请读者了解我国混合动力汽车的现状和发展前景。第一节混合动力汽车的结构一、混合动力汽车的定义混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。二、混合动力汽车的主要动力总成元件1发动机2驱动电机3电池4.动力分配装置:三、混合动力汽车的智能控制系统

2、混合动力汽车的控制系统有以下的功能：1）使混合动力汽车的动力性能能够达到或接近现在内燃机汽车的水平。2）最大限度的发挥电动机驱动的辅助作用，使混合动力汽车的燃油消耗量尽量降低，实 现 发动机的节能化。3）实现多能源控制，混合动力汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电动机驱动系统实现双重控制。4）在环保方面，达到“超低污染”的环保标准。5）操作装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要操作装置和操纵方法。 四、混合动力汽车的发动机:混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗。1. 阿特金森循环发动

3、机的定义阿特金森循环是一种1882年由 HYPERLINK /wiki/James_Atkinson o en:James Atkinson James Atkinson发明的 HYPERLINK /wiki/%E5%86%85%E7%87%83%E6%9C%BA o 内燃机 内燃机形式。阿特金森循环发动机提高了效率，现阶段用在某些 HYPERLINK /wiki/%E6%B7%B7%E5%90%88%E5%8B%95%E5%8A%9B%E8%BB%8A%E8%BC%9B o 混合动力车辆 混合动力车辆上。2. 阿特金森循环发动机的工作原理阿特金森循环发动机其实并不需要在普通发动机上做太大修改

4、，只是改变气门开闭的时机。在阿特金森循环中，在活塞到达下止点后上升时，吸气气门仍然开放，这样有一部分混合气体被推回到进气歧管，进而提高了爆炸的膨胀比，利于提高燃油效率。3. 阿特金森循环发动机的缺点1）独特的进气方式让低速扭矩很差2）长活塞行程不利于高转速运转第二节混合动力汽车分类和工作原理一、按结构布置形式分类1）串联式混合动力电动汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）；2）并联式混合动力电动汽车（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）；3）混联式混合动力电动汽车（Parallel Series Hybrid El

5、ectric Vehicle，PSHEV）。二、按照对电能的依赖程度分类1）弱混混合动力系统2）轻混合动力系统a.在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；b.在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20以下。 3）中混合动力系统4）完全混合动力系统5）外插电式混合动力系统三、其它划分型式1.按照行驶模式的选择方式划分（1）有手动选择功能的混合动力电动汽车hybrid electric vehicle with selectiveswitch具备行驶模式手动选择功能的混合动力电动汽车。车辆可选择的行驶模式包括热

6、机模式、纯电动模式和混合动力模式三种。（2）无手动选择功能的混合动力电动汽车hybrid electric vehicle withoutselective switch不具备行驶模式手动选择功能的混合动力电动汽车。车辆的行驶模式根据不同工况自动切换。2.按照车辆用途划分（1） 混合动力电动乘用车hybrid electric passenger car（2）混合动力电动客车hybrid electric bus（3）混合动力电动货车hybrid electric goods vehicle3.按照与发动机混合的可再充电能量储存系统不同可以划分为：（1）动力蓄电池式混合动力电动汽车；（2）超级

7、电容器式混合动力电动汽车；（3）机电飞轮式混合动力电动汽车；（4）动力蓄电池与超级电容器组合式混合动力电动汽车。第三节混合动力汽车的发展历程及现状一、世界上最早的混合动力汽车。1834年，Thomas Davenport制造了一辆电动三轮车，它由一组不可充电的干电池驱动，只能行驶一小段距离。其中，大名鼎鼎的费迪南德保时捷在上世纪末就为一家名为JacobLohner的公司开发出一款油电混合动力汽车，甚至造出了四驱版本。到1912年，美国己有3400辆电动汽车注册。但是，1911年Kettering发明了汽车发动机，使得燃油汽车相对于电动汽车来说更具有吸引力，从此打破了电动汽车在市场的主导地位，2

8、0世纪30年代，电动汽车几乎消失。20世纪70年代的能源危机和石油短缺使电动汽车重新获得生机。当时，世界上许多国家如美国、英国、法国、德国、意大利和日本都开始发展电动汽车。这一时期的电动汽车以改装车为主，也不乏重新设计底盘和车身的新型电动汽车，这样可降低汽车的空气阻力，方便能量储存系统的布置。这一阶段电动汽车技术获得复苏，为随后的商业化时代奠定了坚实的基础。但是石油价格在20世纪70年代末下跌，电动汽车的商业化失去了动力，其发展显著变慢，开始走入低谷。20世纪90年代，燃油汽车排放所引起的空气污染和温室效应受到重视，电动汽车再次得到发展。据美国专利局的资料记载，1909年，身在比利时的德国人H

9、enriPieper取得了一项名为“MixedDrivefor Autovehicles”的专利。如图。2013年的3月2日距美国的第一个混合动力汽车专利已经过去了整整一个多世纪。二、国内HEV技术发展现状我国也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，有关工作开始于上个世纪90年代。在“十五”期间，科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车公司等国内多家企业、高校和科研机构进行联合攻关，确定了以燃料电池汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）车型为“三纵”，多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局

10、。我国混合动力汽车发展状况一览：混合动力汽车企业主要车型和研究成果第一汽车集团一汽研发的红旗HQ3已于2006年投产。东风集团东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收。长安集团长安集团具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安CV9早已经下线。奇瑞集团奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，已在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为“BSG”的混合动力车。吉利集团吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，已经完成混合动力轿车商业化生产。深圳五洲龙汽车有限公司中国规模最大、投放

11、车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。广州本田更是紧跟丰田的步伐，于2006年中下旬推出国产雅阁混合动力车。上汽集团上汽集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。三、国外HEV发展现状21世纪后，各国加快了HEV的概念产品化的进程，相继推出了不同形式的HEV产品。丰田的Prius，本田的Insight，通用的Precept，福特的Prodigy，戴姆勒克莱斯勒的ESx3，日产的Tino等都是具有代表性的车型，其中Prius和Insight己是成熟的产品。欧盟：欧盟多年来大力提倡节能减排，民众的环保意识较高。在目前新能源汽车尚未成为市场主流的情况下，各成员国政府比较注

12、重控制现有汽车的数量并改善传统汽车的减排水平。注重公共交通。以欧盟总部所在地布鲁塞尔为例，地铁、轨道、电车等公共交通四通八达，而且每逢重大节日，公共交通一律免费。布鲁塞尔每年还举办一次“无车日”活动，普通社会车辆禁止通行，公共交通对所有市民免费开放。政府鼓励自行车出行。比利时多年来坚持实行自行车出租半小时内免费的制度，城市街头和路边都有固定的自行车停放点供自由租借和归还，自行车租赁的月卡或年卡费用相较于其他交通方式也便宜很多。在哥本哈根欧洲环境署的办公大楼，约有170个自行车停车位，但汽车停车位只有一个且专供一名残疾人员工使用。政府限制汽车使用。目前，欧洲一些国家和城市正逐步采取一些“消极”手

13、段变相“劝退”私家车。部分城市限制新建 HYPERLINK /theme/shopping/list_0/0.shtml t _blank 购物中心与商务大楼的停车面积，街道两边的停车位越来越少，甚至德国慕尼黑这样的传统汽车城市也逐渐转变为“步行者的天堂”。伦敦、斯德哥尔摩等地已规定私家车车主须支付交通拥堵费才能驶入市中心。近年来，德国部分城市实施“环保地带”计划，即“环保地带”仅允许低排放车辆驶入。美国：在美国，克林顿政府上台后不久，为了开发新一代汽车，由美国政府促进，于1993年9月29日发起了新一代汽车伙伴计划即“PNGV（Partnership for New Generation O

14、f Vehicles）计划”，目标是开发低油耗的混合动力汽车。然而该计划最终在2002年被废止，没有达到预订的2005年左右推出商品化的混合动力汽车的目标。美国三大汽车公司只是小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同，进行为期5年的研发工作，并于1998年在北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上，现已推出3款混合动力概念车：通用Precept、福特Prodigy、戴-克DodgeESX3。2004年，通用汽车公司与戴-克汽车公司对外宣布双方

15、将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手，共同推进此项技术的发展。通用、戴克、宝马三家公司在混合动力技术发展方面结成了技术联盟，携手发展双模混合动力技术，并在2005年的北美车展上引入了一款结合了V8柴油发动机和最新一代混合动力驱动系统的S级轿车。通用汽车公司在2006年底特律北美国际汽车展上发布了两款全新混合动力SUV：2007年土星Vue Green Line混合动力车和2008雪佛兰Tahoe双模式混合动力车。日本：从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日本居世界领先地位。目前，世界上能够批量生产销售混合动力汽车的企

16、业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。该轿车于2000年7月开始出口北美，同年9月开始出口欧洲。普锐斯在达成高水平的燃油经济性和环保性能的前提下，实现了出色的动力性和舒适性。“PRIUS”的正式量产上市标志以混合动力汽车为代表的新一轮汽车研发竞争的开始。为保持领先地位，丰田公司加大了对混合动力车的投入，丰田的目标是最终将推出旗下几乎所有车型的混合动力版，并在2013年把混合动力汽车的产量提高到100万辆。丰田公司预测，在未来的10年内，其在美国的全部轿车销量中，混合动力车型将占有25的市场份额。本本田公司推出“Insight”、“CIVIC”等混合动力汽车。丰田汽车公司在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。汽车业未来发展趋势时，混合动力汽车必是未来主要发展方向，因为能源价格高企已经