混合动力汽车的发展与应用论文

1、甘肃畜牧工工程职业业技术学学院毕 业 论 文 混合动动力汽车车的发展展与应用用系 别： 车 辆 工 程 系 专 业： 汽车制制造与装装配_班 级: _ _ 学生姓名: _ _ 指导教师： _ 完成时间： _ 目 录TOC o 1-2 h z u摘要1abstaaracct2引 言33第一章混合合动力汽汽车的概概述41.1 混混合动力力汽车的的概述41.2 发发展混合合动力汽汽车的必必要性51.3 混混合动力力系统6第二章混合合动力汽汽车分类类及各类类型的工工作原理理82.1 串串联式混混合动力力汽车的的结构与与工作原原理82.2 并并联式混混合动力力汽车的的结构特特点82.3 混混联式混混合动

2、力力汽车（PPSHEEV）的的结构特特点9第三章混合合动力汽汽车的主主要部件件103.1 控控制方式式103.2 电电动机103.3 混混合动力力汽车车车用镍氢氢动力电电池133.4 国国外主要要的镍氢氢动力电电池生产产企业及及国内现现状15第四章混合合动力汽汽车的发发展现状状及趋势势184.1 混混合动力力汽车的的发展现现状184.2 发发展混合合动力汽汽车面临临的问题题194.3 混混合动力力汽车发发展的趋趋势21结 语224参考文献25致 谢226摘要：目前前世界汽汽车工业业可持续续发展所所面临的的两大难难题是环环境污染染和石油油资源匮匮乏,环保和和节能是是21世纪汽汽车技术术的一个个重

3、要发发展方向向,同时各各国的排排放法规规也日趋趋严格。混混合动力力汽车(HEEV)正是具具有低污污染和低低油耗特特点的新新一代清清洁汽车车。混合合动力汽汽车是传传统内燃燃机车辆辆与电动动车辆的的有效组组合。混混合动力力汽车以以其独有有的特点点得以在在这一时时期成为为非常有有前途的的产品。关键词：混混合动力力；汽车车；发展展；应用用Abstaaracct: Susstaiinabble devveloopmeent of thee woorldd auutommobiile inddusttry facces twoo maajorr chhalllengges is thee laack of

4、 envviroonmeentaal ppolllutiion andd oiil rresoourcces, ennvirronmmenttal prootecctioon aand eneergyy coonseervaatioon iin tthe 21sst ccentturyy auutommotiive tecchnoologgy iis aan iimpoortaant dirrecttionn off deevellopmmentt, wwhille tthe couuntrriess arre bbecoominng iincrreassinggly strringgentt

5、 emmisssionns rreguulattionns. Hybbridd ellecttricc veehiccle (HEEV) is a llow-pollluttionn annd llow fueel cconssumpptioon ccharractteriistiics of a nnew genneraatioon oof ccleaan vvehiiclees. Hybbridd ellecttricc veehiccle is a ttradditiionaal iinteernaal ccombbusttionn ennginne vvehiiclees aand e

6、leectrric vehhiclles an efffecttivee coombiinattionn. HHybrrid eleectrric vehhiclle wwithh itts uuniqque feaaturres in thiis pperiiod cann bee a verry pprommisiing prooducct.Keywoordss: Hybbridd Ellecttricc Veehiccle；car；devveloop；apppliccatiion引 言目前世界汽汽车工业业可持续续发展所所面临的的两大难难题是环环境污染染和石油油资源匮匮乏,环保和和节能是是

7、21世纪汽汽车技术术的一个个重要发发展方向向,同时各各国的排排放法规规也日趋趋严格。混混合动力力汽车(HEEV)正是具具有低污污染和低低油耗特特点的新新一代清清洁汽车车。混合合动力汽汽车是传传统内燃燃机车辆辆与电动动车辆的的有效组组合。混混合动力力电动汽汽车以其其独有的的特点得得以在这这一时期期成为非非常有前前途的产产品。当前普遍使使用的燃燃油发动动机汽车车存在种种种弊病病，统计计表明在在占80以上上的道路路条件下下，一辆辆普通轿轿车仅利利用了动动力潜能能的40，在在市区还还会跌至至25，更更为严重重的是排排放废气气污染环环境。虽虽然人们们普遍认认为未来来是电动动汽车的的天下，但但是目前前的电

8、池池技术问问题阻碍碍了电动动汽车的的应用。由由于电池池的能量量密度与与汽油相相比差上上百倍，远远未达到到人们所所要求的的数值，于是混合动力汽车应用而生。第一章 混混合动力力汽车的的概述1.1 混混合动力力汽车的的概述1.1.11混合动动力汽车车的定义义 混合动力力汽车是是指车上上装有两两个以上上动力源源，包括括有电机机驱动，符符合汽车车道路交交通、安安全法规规的汽车车，车载载动力源源有多种种：蓄电电池、燃燃料电池池、太阳阳能电池池、内燃燃机车的的发电机机组，当当前复合合动力汽汽车一般般是指内内燃机车车发电机机，再加加上蓄电电池的汽汽车。其其目的是是减少汽汽车的污污染，提提高纯电电动汽车车的行驶

9、驶里程。1.1.22混合动动力汽车车的优点点混合动力汽汽车的优优点是：1、采用用混合动力力后可按按平均需需用的功功率来确确定内燃燃机的最最大功率率，此时时处于油油耗低、污污染少的的最优工工况下工工作。需需要大功功率内燃燃机功率率不足时时，由电电池来补补充；负负荷少时时，富余余的功率率可发电电给电池池充电，由由于内燃燃机可持持续工作作，电池池又可以以不断得得到充电电，故其其行程和和普通汽汽车一样样。2、因为为有了电电池， 可以十十分方便便地回收收制动时时、下坡坡时、怠怠速时的的能量。3、在繁繁华市区区，可关关停内燃燃机，由由电池单单独驱动动，实现现零排放。4、有了了内燃机机可以十十分方便便地解决

10、决耗能大大的空调调、取暖暖、除霜霜等纯电电动汽车车遇到的的难题。5、可以以利用现现有的加加油站加加油，不不必再投投资。6、可让让电池保保持在良良好的工工作状态态，不发发生过充充、过放放，延长长其使用用寿命，降降低成本本。混合动力力汽车有有三种基本本的工作作方式，即即串联式式、并联联式和串串并联（或或称混联联）式。1.1.33混合动动力汽车车的缺点混合动力技技术的先先进性和和实现的的现实性性，节能能、环保保效果明明显，采采用混合合动力汽汽车是现现阶段解解决环保保和能源源问题最最为切实实可行的的方案。但但是，由由于混合合动力汽汽车是在在牺牲了了部分环环保利益益的基础础上，可可以满足足目前人人们对汽

11、汽车环保保的基本本要求，在在结构上上两套系系统电池池/电机和和内燃机机同时安安装于本本来只装装一套系系统的汽汽车上，不不仅加大大了汽车车本身的的重量，也也提高了了对整体体工艺及及控制等等方面的的要求。除除了和纯纯电动汽汽车（BEV）一样样受目前前蓄电池池技术的的限制之之外，混混合动力力的能量量来源仍仍然是石石油，这这决定了了混合动动力不是是电动汽汽车发展展的最终终形式。但是，目前前日本的的几大公公司的混混合动力力汽车的的热销说说明，混混合动力力汽车是是传统汽汽车时代代向氢燃燃料电池池汽车时时代的过过渡车型型技术，虽虽然不是是长远之之计，但但据估计计，仍有有50年以上上的较长长市场周周期。可可以

12、充分分利用现现有内燃燃汽车生生产能力力，推动动传统汽汽车工业业的改造造发展。 总之，混合合动力汽汽车介于于传统汽汽车和纯纯电动汽汽车、燃燃料电池池汽车之之间，是是一种承承前启后后的，在在经济和和技术方方面都趋趋于成熟熟的电动动汽车产产品。混合动力驱驱动汽车车的缺点点是：有有两套动动力，再再加上两两套动力力的管理理控制系系统，结结构复杂杂，价格格较高。现代汽车伙伴合作计划推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不同组织进行成百种方案的筛选、比较，认为采用混合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。经过多年研究，混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子。日本丰田汽车公司在199

13、7年12月宣布将混合动力电动轿车Prius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42.6kW/4600r/min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为3.4L，比原汽油车减少了一半，CO2排量也相应减少了一半，C O、HC、NOX仅为现行法规允许值的10，售价每辆216万日元（约15000美元）。 美国克莱斯勒汽车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 ESX2型混合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，

14、复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3.4L。2000年通用，福特，戴姆勒克莱斯勒已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵。 1.2 发发展混合合动力汽汽车的必必要性当前普遍使使用的燃燃油发动动机汽车车存在种种种弊病病，统计计表明在在占80以上上的道路路条件下下，一辆辆普通轿轿车仅利利用了动动力潜能能的40，在在市区还还会跌至至25，更更为严重重的是排排放废气气污染环环境。20世纪90年代以以来，世世界各国国对改善善环保的的呼声日日益高涨涨，各种种各样的的电动汽汽车脱颖颖而出。虽虽然人们们普遍认认为未来来是电动动汽车的的天下，但但是目前前的电池池技术问

15、问题阻碍碍了电动动汽车的的应用。由由于电池池的能量量密度与与汽油相相比差上上百倍，远远未达到到人们所所要求的的数值，专专家估计计在10年以内内电动汽汽车还无无法取代代燃油发发动机汽汽车（除除非燃料料电池技技术有重重大突破破）。现实迫使工工程师们们想出了了一个两两全其美美的办法法，开发发了一种种混合动动力装置置（Hybbridd-EllecttriccVehhiceel，缩写HEV）的汽汽车。所所谓混合合动力装装置就是是将电动动机与辅辅助动力力单元组组合在一一辆汽车车上做驱驱动力，辅辅助动力力单元实实际上是是一台小小型燃料料发动机机或动力力发电机机组。形形象一点点说，就就是将传传统发动动机尽量量

16、做小，让让一部分分动力由由电池-电动机机系统承承担。这这种混合合动力装装置既发发挥了发发动机持持续工作作时间长长，动力力性好的的优点，又又可以发发挥电动动机无污污染、低低噪声的的好处，二二者“并肩战战斗”，取长长补短。这这样使汽汽车的热热效率可可提高10以上上，废气气排放可可改善30以上上。混合动力源源电动车车按照能能量合成成的的形形式主要要分为串串联式(SHHEV）和并并联式（PHEEV）两种种。混合动力汽汽车在发发达国家家已经日日益成熟熟，有些些已经进进入实用用阶段。由由于其构造复复杂，成成本较高高，在电电动汽车车时代到到来之前前，混合合动力型型汽车只只是一种种过渡产产品。1.3 混混合动

17、力力系统1.3.11 混合动动力的概概念HEV（HHybrrid-EleectrricVVehiicell）混合动动力装置置。混合合动力就就是指汽汽车使用用汽油驱驱动和电电力驱动动两种驱驱动方式式，优点点在于车车辆启动动停止时时，只靠靠发电机机带动，不不达到一一定速度度，发动动机就不不工作，因因此，便便能使发发动机一一直保持持在最佳佳工况状状态，动动力性好好，排放放量很低低，而且且电能的的来源都都是发动动机，只需燃油即可可。混合动力汽汽车的关关键是混混合动力力系统，它它的性能能直接关关系到混混合动力力汽车整整车性能能。经过过十多年年的发展展，混合合动力系系统总成成已从原原来发动动机与电电机离散

18、散结构向向发动机机电机和和变速箱箱一体化化结构发发展，即即集成化化混合动动力总成成系统。混合动动力总成成以动力力传输路路线分类类，可分分为串联联式、并并联式和和混联式式等三种种。1.3.22 串联联式串联式动力力：串联联式动力力由发动动机、发发电机和和电动机机三部分分动力总总成组成成，它们们之间用用串联方方式组成成SHEEV动力力单元系系统，发发动机驱驱动发电电机发电电，电能通通过控制制器输送送到电池池或电动动机，由由电动机机通过变变速机构构驱动汽汽车。小小负荷时时由电池池驱动电电动机驱驱动车轮轮，大负负荷时由由发动机机带动发发电机发发电驱动动电动机机。当车车辆处于于启动、加加速、爬爬坡工况况

19、况时，发发动机、电电动机组组和电池池组共同同向电动动机提供供电能；当电动动车处于于低速、滑滑行、怠怠速的工工况时，则则由电池池组驱动动电动机机，当电电池组缺缺电时则则由发动动机-发电机机组向电电池组充充电例如如福特“新能级20110”SHEEV，其电电池采用用燃料电电池，在在城市市市区行驶驶时全部部由燃料料电池驱驱动电动动机，电电动机通通过减速速器（变变速器）和和驱动桥桥驱动车车轮，达达到了“零排放”要求。当当高速及及爬坡时时，则由由发动机机-电动机机组和燃燃料电池池组共同同向电动动机供电电，驱动动车轮。串联式结构构适用于于城市内内频繁起起步和低低速运行行工况，可可以将发发动机调调整在最最佳工

20、况况点附近近稳定运运转，通通过调整整电池和和电动机机的输出出来达到到调整车车速的目目的。使使发动机机避免了了怠速和和低速运运转的工工况，从从而提高高了发动动机的效效率，减减少了废废气排放放。但是是它的缺缺点是能能量几经经转换，机机械效率率较低。1.3.33 并联联式并联式动力力：并联联式装置置的发动动机和电电动机共共同驱动动汽车，发发动机与与电动机机分属两两套系统统，可以以分别独独立地向向汽车传传动系提提供扭矩矩，在不不同的路路面上既既可以共共同驱动动又可以以单独驱驱动。当当汽车加加速爬坡坡时，电电动机和和发动机机能够同同时向传传动机构构提供动动力，一一旦汽车车车速达达到巡航航速度汽汽车将仅仅

21、仅依靠靠发动机机维持该该速度。电电动机既既可以作作电动机机又可以以作发电电机使用用，又称称为电动动发电电机组。由由于没有有单独的的发电机机，发动动机可以以直接通通过传动动机构驱驱动车轮轮，这种种装置更更接近传传统的汽汽车驱动动系统，机机械效率率损耗与与普通汽汽车差不不多，因因此得到到比较广广泛的应应用。例如大大众汽车车公司的的高尔夫夫PHEEV，发动动机通过过离合器器带动动电动发电机机，输出出扭力再再通过另另一边离离合器驱动车车辆行驶驶。静止止启动时时，电池池向电动动发电电机供电电，此时时电动发电机机就是发发动机的的起动机机。发动动机启动动后，发发动机一一方面作作为车辆辆单独的的动力源源驱动车

22、车轮，另另一方面面又带动动电动发电机机发电向向电池充充电，此此时与传传统汽车车一样。在在市区行行驶时，发发动机关关闭，离离合器脱开，离离合器接合，电电池做为为唯一能能源向电电动机供供电，由由电动机机取代发发动机驱驱动车轮轮。当电电动车需需要高速速或高负负荷时，发发动机启启动离合合器闭闭合，发发动机与与电动发电机机系统组组成复合合驱动形形式，以以最大功功率驱动动车辆。1.3.44 混联式混联式动力力：混联联式装置置包含了了串联式式和并联联式的特特点。动动力系统统包括发发动机、发发电机和和电动机机，根据据助力装装置不同同，它又又分为发发动机为为主和电电机为主主两种。以以发动机机为主的的形式中中，发

23、动动机作为为主动力力源，电电机为辅辅助动力力源；以以电机为为主的形形式中，发发动机作作为辅助助动力源源，电机机为主动动力源。该该结构的的优点是是控制方方便，缺缺点是结结构比较较复杂。丰丰田的Priius属于以以电机为为主的形形式。第二章 混混合动力力汽车分分类及各各类型的的工作原原理2.1 串串联式混混合动力力汽车的的结构与与工作原原理 HYPERLINK /a4_58_13_01300000269351122490136576506_jpg.html 串联混合动动力电动动汽车SHEEV是由发动动机、发发电机和和驱动电电动机三三大动力力总成组组成，它它们采用用“串联”的方式式组成驱驱动系统统。

24、在车车辆行驶驶之初，蓄蓄电池组组处于电电量饱和和状态，其其能量输输出可以以满足车车辆要求求，辅助助动力系系统不需需要工作作，蓄电电池输出出的直流流电经控控制器变变为交流流电后供供入驱动动电动机机、驱动动电动机机输出的的转矩经经变速器器、传动动轴及驱驱动桥驱驱动车轮轮。蓄电电池组电电量低于于60%时，辅辅助动力力系统起起动，为为驱动系系统提供供能量的的同时，还还给蓄电电池组进进行充电电。当车辆辆能量需需求较大大时，辅辅助动力力系统与与蓄电池池组同时时为驱动动系统提提供能量量，发动动机-发电机机组产生生的交流流电经整整流器变变为直流流电和电电池输出出的直流流电经控控制器变变为交流流电后供供入驱动动

25、电动机机。由于于蓄电池池组的存存在，使使发动机机工作在在一个相相对稳定定的工况况，使其其排放得得到改善善。2.2 并并联式混混合动力力汽车的的结构特特点 HYPERLINK /a0_53_14_01300000269351122490147824436_jpg.html 并联式混合合动力汽汽车的组组成1、发动机机2、电动动机/发动机3、机械械传动系系统4、驱动动电动机机5、逆变器器6、蓄电电池组PHEV是是由发动动机与电电动机、发发动机或或驱动电电机两大大动力总总成组成成。如下图所示示，它们们采用“并联”的方式式组成驱驱动系统统。电动动机的动动力要与与车辆驱驱动系统统相结合合，可分分为：（1）

26、在发发动机输输出轴处处进行组组合；（2）在变变速器（包包括驱动动桥）处处进行组组合；（3）在驱驱动桥处处进行组组合。上上图是一一种电动动机的动动力在驱驱动轮处处进行组组合的驱驱动轮动动力组合合式PHEEV，其驱驱动模式式为：1）以发发动机驱驱动为基基本驱动动模式，独独立驱动动后驱动动轮；2）驱动动电动机机为辅助助驱动模模式，能能独立驱驱动前驱驱动轮；3）在混合合驱动时时，发动动机驱动动的后轮轮动力与与驱动电电机驱动动的前轮轮动力进进行组合合，成为为混合四四驱动模模式。2.3 混混联式混混合动力力汽车（PSHHEV）的结结构特点点混联式混合合动力汽汽车的组组成1、发动机机 2、电动动机/发动机机

27、 3、变速速器或减减速器 4、驱动动桥 5、逆变器6、电动动机 7、蓄电电池组 PSHHEV是综合SHEEV和PHEEV结构特特点组成成的，由由发动机机、电动动机或发发动机和和驱动电电机三大大动力总总成组成成。电动动机的动动力要与与车辆驱驱动系统统相适合合，可以以在变速速器（包包括驱动动桥）处处进行组组合，也也可以在在驱动轮轮处进行行组合。第三章 混混合动力力汽车的的主要部部件3.1 控控制方式式目前市面上上混合动动力汽车车最常见见的两种种动力源源是内燃燃机和电电动机。一一般情况况下，内内燃机是是前轮的的驱动源源，而电电动机是是两个后后轮的驱驱动源。车车内的电电脑会根根据不断断变化着着的交通通

28、条件所所需的动动力情况况，随时时作出反反应，不不需驾车车人预先先指令，即即自动地地选择最最为理想想的驱动动模式；或是由由两台电电动机进进行后轮轮驱动；或是由由一台内内燃机进进行前轮轮驱动；或是内内燃机和和电动机机同时驱驱动。当从静止状状态起步步时，车车上的电电脑会首首先选择择电动驱驱动模式式，这是是因为内内燃机在在汽车起起步后的的第一公公里期间间内，所所用燃料料的80都被被作为废废气排掉掉了，既既浪费燃燃料又污污染环境境。当车车速到每每小时40公里时时，电脑脑会自动动选择内内燃机驱驱动模式式，同时时内燃机机在工作作时也对对蓄电池池组进行行充电。如如果驾驶驶员突然然实施紧紧急加速速，电脑脑则会启

29、启动电动动机来协协助内燃燃机进行行联合驱驱动。而而当低速速行驶时时，或者者电脑判判定蓄电电池组的的能量不不足时，也也会启动动内燃机机工作。当当汽车减减速时，电电脑会对对内燃机机起到制制动作用用，判定定利用其其制动能能量对蓄蓄电池组组充电。此此外电脑脑还操纵纵着例如如制动装装置、防防车轮抱抱死和方方向控制制等其他他功能。在在前后轮轮之间，内内燃机和和电动机机或是交交替的、或或是相继继的、或或是同时时的，不不断变化化着的驱驱动方式式，使得得汽车始始终保持持其动力力潜能的的最大发发挥，大大大减少少了燃料料消耗和和废气排排放。3.2 电电动机在HEV上上是以电电动机驱驱动作为为发动机机驱动的的辅助动动

30、力，但但又必须须对电池池组的质质量和整整车的整整备质量量进行限限制，以以减轻HEV的总质质量。因因此，一一般电动动发电电机只是是在HEV发动机机启动，车车辆启动动、加速速或爬坡坡时起作作用。电电动发发电机又又是发动动机的飞飞轮，起起调节发发动机输输出功率率的作用。电电动发发电机还还起发电电机的作作用，将将发动机机的动能能转换为为电能，储储存到电电池组中中去。在在HEV下坡或或制动时时，将汽汽车惯性性动能转转换为电电能，储储存到电电池组中中去。因因此，HEV有了电电动机的的辅助作作用，就就可以使使HEV达到节节能和“超低污污染”的要求求。电动动机的种种类很多多，用途途广泛，功功率的覆覆盖面非非常

31、大。但HEV所采用的电动机种类少，功率覆盖面也较小。目前主要采用的交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机，不管是电机本身还是它们的控制装置，成本都比较高，但随着电动机的电子计算机控制和机电一体化的加速发展，很多新技术正逐步运用到混合动力汽车（HEV）的电动机上，一旦形成大规模批量生产，所用电机乃至整车的成本都会得到大大降低。3.2.11 混合动动力汽车车之电动动机的发发展概况况蒸汽机启动动了18世纪第第一次产产业革命命以后，19世纪末末到20世纪上上半叶电电机又引引起了第第二次产产业革命命，使人人类进入入了电气气化时代代。20世纪下下半叶的的信息技技术引发发了第三三次产业业革命，是是生产和和消

32、费从从工业化化向自动动化，智智能化时时代转变变；推动动了新一一代高性性能电机机驱动系系统与伺伺服系统统的研究究与发展展。21世纪伊伊始，世世界汽车车工业又又站在了了革命的的门槛上上。虽然然，汽车车工业是是推动社社会现代代化进程程的重要要动力，然然而，汽汽车工业业的发展展也带来来了环境境污染愈愈烈和能能源消耗耗过多两两大问题题。显然然，加剧剧使用传传统内燃燃机技术术发展汽汽车工业业，将会会使这两两大全球球问题继继续恶化化。于是是，电动动车（包包括纯电电动车，混混合动力力汽车，燃燃料电池池电动车车）概念念的提出出，将会会是未来来世界汽汽车工业业发展的的新方向向，不过过就当今今世界科科技水平平来说，

33、混混合动力力汽车的的研究与与开发相相比其它它两种形形式更具具有现实实意义，应应该作为为这一新新方向的的第一步步。20世纪80年代前前，几乎乎所有的的电动车车驱动电电机均为为直流电电机，但但随着电电动车（混混合动力力汽车）性性能的提提高，其其在高负负载下转转速的限限制，体体积大等等缺点逐逐渐暴露露，取而而代之的的是交流流异步电电机，永永磁电机机，开关关磁阻电电机以及及新型的的双凸极极永磁电电机，而而上述电电机在用用于混合合动力汽汽车上所所表现出出来的性性能也是是一个比比一个优优越。目目前，双双凸极永永磁电机机的机理理和设计计控制理理论还有有待于进进一步的的研究与与完善，不不过它作作为混合合动力汽

34、汽车的电电动机有有着潜在在的巨大大优势。3.2.22 混合动动力汽车车对电动动机的基基本要求求1.从日本本汽车公公司开发发电动汽汽车的研研究和实实践认为为，在采采用大功功率的电电动机来来驱动HEV时，与与采用小小功率的的电动机机比较，具具有电阻阻小，效效率高，比比能耗低低，动力力性能好好等优点点。但在在目前的的条件下下，各种种电池的的比能量量较小，理理所当然然地采用用小功率率的电动动机，因因而出现现电阻大大，效率率低，比比能耗高高，动力力性能差差等问题题。2.混合动动力汽车车的电动动机应具具有较大大范围内内的调速速性能，能能够根据据驾驶员员对加速速踏板和和对制动动踏板的的控制，由由中央控控制器

35、控控制电动动机与发发动机之之间动力力的协调调。以获获得所需需要的起起动、加加速、行行驶、减减速、制制动等所所需的功功率与转转矩，使使它们达达到与内内燃机汽汽车加速速踏板同同样的控控制效果果。 3.混合动动力汽车车应具有有最优化化的能量量利用，电电动机应应具有高高效率、低低损耗，并并在车辆辆减速时时实现能能量回收收并反馈馈回蓄电电池，这这点在内内燃机汽汽车上是是不能实实现的。4.电动机机的质量量，各种种控制装装置的质质量和冷冷却系统统的质量量等也要要求尽可可能小，因因此，大大功率的的高速电电动机具具有高性性能，质质量小等等优点，在在混合动动力汽车车得到了了广泛地地应用。另另外，还还要求电电动机及

36、及控制装装置在运运转时的的噪声要要低。5.各种电电动机的的电压，可可以达到到1205000V，对电电气系统统安全性性和控制制系统的的安全性性，都必必须符合合国家（或或国际）有有关车辆辆电气控控制的安安全性能能的标准准和规定定，装置置高压保保护设备备。除此之外，还还要求电电动机可可靠性好好，耐温温和耐潮潮性能强强，能够够在较恶恶劣的环环境下长长期工作作，结构构简单，适适合大批批量生产产，运行行时噪声声低，使使用维修修方便，价价格便宜宜等。3.2.33 混合动动力汽车车所用电电动机的的选择策策略在确定混合合动力汽汽车所采采用的电电动机时时，首先先应采用用技术成成熟，性性能可靠靠，控制制方便和和价格

37、便便宜的现现成的电电动机。一一般情况况下，电电动机性性能必须须充分满满足单独独用电力力驱动模模式行驶驶工况时时的要求求。电动动机在低低速时应应具有大大的转矩矩和超载载能力。在在高速运运转时，应应具有大大的功率率和有较较宽阔的的恒功率率范围。有有足够的的动力性性能来克克服整车车的各种种阻力，保保证具有良好好的起动动，加速速性能和和行驶速速度及实实现制动动时的能能量回收收。现在在混合动动力汽车车上，主主要采用用能够实实现变频频、调速速的高转转速电动动机，高高速电机机的转速速可以达达到100000120000万万r/mmin，在高高速运转转时，有有更大的的功率和和有较宽宽阔的恒恒功率范范围，体体积较

38、小小和质量量较小，但但要求装装置高精精度的高高速轴衬衬，需要要用高品品质的材材质来制制作，并并要保证证高效率率的冷却却。3.2.44 双凸极极永磁电电动机的的简介传统的开关关磁阻电电机（SRM）虽然然可靠性性较高，结结构简单单，单位位体积功功率与异异步电动动机相当当或略高高一些，而而且在宽宽广的调调速范围围内都具具有相当当高的效效率，但但是，从从能量转转换的观观点看，SR电机在在定子绕绕组的一一个开关关周期中中，最多多只有半半个周期期得到利利用，电电机实际际运行时时，为避避免在电电感下降降区产生生制动力力矩，绕绕组电流流的关断断角不得得不较多多地提前前于最大大电感位位置，半半个周期期都未能能得

39、到充充分利用用。因此此，SR电机仅仅获得“一半的的利用率率”，由此此产生了了换流问问题和相相对材料料利用率率低问题题。可以以预见，如如果能利利用定子子绕组整整个开关关周期，在在电感下下降区也也能产生生正向转转矩，SR电机的的单位体体积功率率必将大大大提高高，但传传统结构构的SR电机是是难以实实现的。如如果在SR电机中中用永磁磁材料预预先建立立一个磁磁场，通通过控制制定子绕绕组的电电流方向向，使永永磁体产产生的磁磁场和绕绕组电流流产生的的磁场相相互作用用，就能能实现在在电感下下降区产产生正向向转矩的的设想。我我国稀土土材料的的储存量量为世界界第一，钕钕铁硼等等高性能能稀土永永磁材料料在电机机领域

40、中中已得到到广泛应应用，大大大提高高了电机机性能，但但在SR电机上上的实践践才刚刚刚开始。双凸极永磁磁电动机机(Dooublly ssaliientt peermaanennt mmagnnet mottor,简称DSPPM)，是随随着功率率电子学学和微电电子学的的飞速发发展在90年代刚刚刚出现现的一种种新型的的机电一一体化可可控交流流调速系系统。该该系统由由双凸极极永磁电电机、功功率变换换器、位位置传感感器和控控制器四四部分组组成。电电机定转转子结构构外形与与开关磁磁阻电机机相似,呈双凸凸极结构构,但它在在转子(或定子)上放有有永磁体体,从而使使运行原原理和控控制策略略与开关关磁阻电电机有本

41、本质区别别。DSPPM系统的的主要优优点是结结构简单单、控制制灵活、动动态响应应快、调调速性能能好、转转矩/电流比比大,可实现现各种特特殊要求求的转矩矩/转速特特性,功率因因数接近近于1、效率高高，是电工工学科近近年来继继开关磁磁阻电机机之后又又一全新新的研究究方向。DSPPM电机作作为一种种应用前前景看好好的交流流调速系系统,是由美美国著名名电机专专家T.AA.Liipo等人于19992年首先先提出的的,并进行行了初步步的理论论和实验验研究,此后欧欧美一些些国家也也相继开开展了对对DSPPM电机及及其控制制系统的的研制工工作,目前国国际上对对DSPPM电机的的研究仅仅停留在在初步理理论和样样

42、机实验验阶段。关关于DSPPM电机仍仍有大量量的基础础理论问问题,包括电电机参数数计算、模型建建立、分析方方法、控制策策略等有有待深入入探讨。3.3 混混合动力力汽车车车用镍氢氢动力电电池随着人类环环保意识识的不断断增强，石石油资源源逐年减减少，油油价逐步攀升升，降低低汽车污污染和节节约能源源已成为为世界各各国政府府面临的的严峻问问题。蓄蓄电池技技术和氢氢气的制制取、运运输、储储存、成成本等严严重制约约了电动动汽车和和燃料电电池汽车车的发展展，因而而混合动动力汽车车应运而而生。在在混合动动力汽车车中，由由于采用用了高功功率的能能源储存存装置（蓄蓄电池、超超级电容容等）能能向汽车车提供瞬瞬时的能

43、能量而可可减小发发动机尺尺寸，提提高效率率，降低低排放和和燃油消消耗，且且可在进进行制动动和减速速时回收收能量。铅铅酸电池池质量重重，不能能快充深深放，循循环寿命命短；锂锂离子电电池具有有大电流流性能差差，价格格高和安安全性问问题，目目前还不不适于混混合动力力汽车的的发展。镍镍氢电池池具有高高比功率率、电流流充放电电大、无无污染、安全性能好等特点，广泛应用在混合动力汽车上。3.3.11 混合动动力汽车车对动力力电池的的要求1.对动力力电池的的要求动力电池一一般指具具有较高高的容量量和输出出功率的的能力，可可用作电电动车辆辆驱动电电源的电电池。一一般情况况下，混混合动力力汽车车车用动力力电池进进

44、行的是是频繁、浅浅度的充充放电循循环。在在充放电电过程中中，电压压、电流流可能有有较大的的变化。针针对这种种使用特特点，混混合动力力系统对对电池有有以下特特别要求求：（1）大功功率充放放电能力力：质量量比功率率和体积积比功率率是衡量量蓄电池池快速充充放电能能力的指指标，相相对于比比能量要要求，混混合动力力汽车对对比功率率要求更更高。（2）充放放电效率率：动力力电池中中能量的的循环必必须经过过充电-放电-充电的的循环，高高的充放放电效率率对保证证整车效效率具有有至关重重要的作作用。（3）相对对稳定性性：动力力电池应应当在快快速充放放电和充充放电过过程变工工况的条条件下保保持性能能的相对对稳定，使

45、使其在动动力系统统使用条条件下能能达到足足够的充充放电循循环次数数。 3.3.22 车用动力力电池的的主要指指标 评价混合动动力汽车车车用动动力电池池技术的的指标主主要有以以下几点点：（1）质量量比功率率（W/kkg）：电电池的质质量比功功率代表表每千克克质量的的电池能能提供的的功率。它它的大小小决定电电池所能能输出的的最大功功率，标标志着汽汽车的加加速性能能和最高高车速，对对电动汽汽车的动动力性能能等有直直接影响响。在混混合动力力汽车中中，电池池的比功功率是最最关键的的因素，因因为电池池的电耗耗尽后可可以在内内燃机工工况下重重新进行行充电。（2）质量量比能量量（Wh/kg）：标标志着纯纯电动

46、模模式下的的续驶能能力。（3）循环环次数：动力电电池的工工作是一一个不断断充电-放电-充电-放电的的循环过过程，每每充电和和放电一一次，动动力电池池中的化化学物质质就要发发生一次次可逆性性的化学学反应。随随着充电电和放电电次数的的增加，动动力电池池中的化化学活性性物质会会发生老老化，逐逐渐削弱弱其化学学功能，降降低动力力电池的的充电和和放电的的效率，最最后部分分或完全全丧失其其充电和和放电功功能。动动力电池池的工作作循环次次数是衡衡量动力力电池寿寿命的重重要指标标，对动动力电池池的使用用有直接接影响。（4）成本本：电池池的成本本与电池池的新技技术含量量、材料料、制作作方法和和生产规规模有关关，

47、目前前新开发发的高比比功率的的动力电电池成本本较高。3.3.33 镍氢动动力电池池的特点点 目前，世界界上已开开发的主主要动力力蓄电池池性能如如表1所示。电池型号质量比能量量（Wh/kkg）质量比功率率（W/kgg）循环次数（次）铅酸电池331304005000镍镉电池45500500混合电动车车用镍氢氢电池4060055011350010000锂离子电池池1001300010000表1 当前前混合动动力汽车车车用动动力电池池性能镍氢电池的的正极采采用金属属氢氧化化镍，负负极使用用锡氢合合金。镍镍氢动力力电池具具有无污污染、高高比能、大大功率、快快速充放放电、耐耐用性等等许多优优异特性性。与铅

48、铅酸电池池相比，镍镍氢电池池具有比比能量高高、重量量轻、体体积小、循循环寿命命长的特特点；与与镍镐电电池相比比，其比比能量是是镍镉电电池的两两倍。另另一大优优点就是是镍氢电电池不含含有镉、铅铅这类有有毒金属属，其中中一些金金属还有有较高的的回收价价值，可可称为绿绿色能源源。镍氢电池的的主要特特点：（1）质量量比功率率高：目目前商业业化的镍镍氢功率率型电池池能做到到13550Whh/kgg。 （22）循环次次数多：目前应应用在电电动车上上的镍氢氢动力电电池，80%放电深深度（DOD）循环环可以达达10000次以上上，为铅铅酸电池池的3倍以上上。1000%DDOD循环寿寿命也在在500次以上上。在

49、混混合动力力汽车中中可使用用5年以上上。（3）无污污染：不不含铅、镉镉等对人人体有害害的金属属，为21世纪“绿色环环保电源源”。 （4）耐过过充过放放。（5）无记记忆效应应。（6）使用用温度范范围宽：正常使使用温度度范围了了-3055；贮存存温度范范围-4070。 （7）安全全、可靠靠：短路路、挤压压、针刺刺、安全全阀工作作能力、跌跌落、加加热、耐耐振动等等安全性性、可靠靠性试验验无爆炸炸、燃烧烧现象。3.4 国国外主要要的镍氢氢动力电电池生产产企业及及国内现现状 3.4.11 国外主主要镍氢氢动力电电池生产产企业 （1）松下下电能有有限公司司（PEVVE ）PEVE（Pannasoonicc

50、 EVV Ennerggy CCo.，Ltd）是松松下和丰丰田的合合资公司司。目前前采用松松下电池池的商业业化混合合动力汽汽车有丰丰田的Priius, Allphaard, Esstimma,本田的Civvic, Innsigght等。 松下最新的的方形电电池采用用新的电电极材料料，降低低了内阻阻和内压压，使可可靠性和和寿命得得到提高高，其技术术特征：a.比功率率达到13550W/kg；b.采用新新的电极极材料使使内阻显显着降低低；c.采用新新的电池池联接结结构；d.寿命有有显着的的提高；e.电池箱箱尺寸减减少15，重重量减少少25。（2）CoobassysCobassys是Cheevroon

51、 TTexaaco TecchnoologgyVeentuure（美国国第二大大能源公公司）和和ECD（EneergyyConnverrsioon DDeviicess）的合合资公司司。ECD全资控控股Ovoonicc, OOvonnic拥有很很多关于于镍氢电电池方面面的专利利，全世世界生产产镍氢电电池的企企业须得得到它的的许可才才能生产产销售Cobbasyys不仅只只是技术术的研发发，而且且把研发发的技术术推广到到产业化化的水平平。Cobbasyys专门为为混合动动力汽车车开发88.8AAh的Serriess 10000电池模模块。其其基本参参数见表表2。 特征性能型号Seriees1000

52、0塑料模模块容量8.8Ahh名义电压12V能量108Whh重量2.4kgg功率2.5KWW（10s，35）尺寸3234587mm冷却方式液冷（50050DDEX-COOOL冷却液水）表2 Seeriees10000电池模模块的基基本参数数（3）VaartaaVartaa是美国国江森自自控（JCII, JJohnnsonn Coontrrolss Innc.）控股股的企业业，江森森自控是是世界上上最大的的汽车电电池制造造商之一一， Vaartaa总部在在德国汉汉诺威。该该公司为为混合动动力车用用镍氢电电池开发发的主要要产品有有圆形模模块5.5Ahh，8Ahh,122Ah；方形形模块7Ahh,25

53、5Ahoo其中方方形模块块优于市市场上同同类产品品：内阻阻低、质质量比功功率高（13000W/kg）、质质量比能能量高、低低温性能能好。3.4.22 国内镍镍氢动力力电池研研发现状状国内镍氢动动力电池池的主要要生产厂厂家有：春兰（集集团）公公司、天天津和平平海湾、中中山中炬炬森莱、神神舟、科科技、沈沈阳三普普。它们们经过“863”的积累累，技术术都有所所进步。虽虽然单体体电池的的技术指指标与国国外的相相差不是是很大，但但一致性性和循环环寿命比比国外差差，特别别是集成成后各项项指标相相差较大大。国内内动力电电池研发发机构及及生产企企业还存存在资金金不足的的问题，其其原因主主要是动动力电池池还没形

54、形成产业业，其生生产工艺艺大部分分还是手手工作业业；汽车车整车厂厂对动力力电池的的要求很很高，但但需求量量不大，两两者相互互制约。 第四章 混混合动力力汽车的的发展现现状及趋趋势4.1 混混合动力力汽车的的发展现现状中国新能源源汽车产产业始于于21世纪初初。20001年，新新能源汽汽车研究究项目被被列入国国家“十五”期间的“863”重大科科技课题题，并规规划了以以混合动动力车为为起点，向向氢动力力车目标标挺进的的战略。20009年初，国国家财政政部、科科技部下下发节节能与新新能源汽汽车示范范推广财财政补助助资金管管理暂行行办法，在在北京、上上海、重重庆、杭杭州、广广州、深深圳等13个城市市开展

55、节节能与新新能源汽汽车示范范推广试试点工作作，以财财政政策策鼓励在在公交、出出租、公公务、环环卫和邮邮政等公公共服务务领域率率先推广广使用节节能与新新能源汽汽车，对对推广使使用单位位购买节节能与新新能源汽汽车给予予补助。目前混合动动力车型型是新能能源汽车车的主流流。从产产销量上上来看，近近年来各各个品牌牌混合动动力车型型的销量量也是不不断攀升升，同时时也得到到了越来来越多消消费者的的认可。混混合动力力车型并并不只是是一种过过渡阶段段的新产产品，而而是未来来汽车产产品的发发展方向向。在这股产业业化高潮潮中，国国内汽车车企业也也正在向向国际接接轨。从从最初合合资企业业一汽丰丰田引进进普锐斯斯混合动

56、动力轿车车到如今今包括一一汽、上上汽、东东风、长长安、奇奇瑞、比比亚迪的的群雄逐逐鹿，混混合动力力汽车在在中国已已进入科科研转向向产业化化的关键键时期。到2010年，中国混合动力汽车市场将进入快速发展阶段。进入21世世纪以来来，能源源安全与与气候成成为国际际社会关关注的焦焦点，为为实现交交通领域域的健康康可持续续发展，预预计35年内，全全球节能能与新能能源汽车车将进入入一个快快速产业业化的发发展阶段段。根据据混合度度的不同同，混合合动力汽汽车与传传统燃料料汽车相相比能够够实现110%40%的节油油效果，常常规排放放物和二二氧化碳碳排放也也显著降降低，并并具有性性能稳定定、可靠靠性强、不不依赖新

57、新建设施施配套，因因此被认认为是近近中期比比较现实实和有效效的新能能源汽车车产品，会会在23年内成成为汽车车市场的的主流竞竞争者。目前，国际际上混合合动力汽汽车已经经实现商商业化。据据资料显显示，20007年全球球混合动动力汽车车销售量量达到50万辆左左右。美美国作为为全球最最大的混混合动力力汽车市市场，20007年在轻轻型车销销量下滑滑2.5个百分分点的情情况下，混混合动力力汽车销销售仍然然增长38%，达到35万辆。自自混合动动力汽车车上市以以来，目目前单一一产品混混合动力力轿车最最大累计计销量已已经超过过20万辆。为了推动包包括混合合动力汽汽车在内内的节能能与新能能源汽车车的产业业化进程程

58、，我国国政府在在目前局局部小规规模示范范应用的的基础上上，近期期将组织织开展大大规模推推广应用用工程，相相关政府府部门也也在加紧紧制定专专项财政政补贴方方案。随随着我国国政府积积极推动动的以混混合动力力汽车为为主的节节能与新新能源汽汽车大规规模推广广应用工工程的启启动，将将进一步步突破我我国节能能与新能能源汽车车的产业业化瓶颈颈、降低低制造成成本、培培育产业业链，并并在局部部区域实实现显著著的节能能减排效效果，加加速启动动我国节节能与新新能源汽汽车市场场。4.2 发发展混合合动力汽汽车面临临的问题题混合动力汽汽车面临临的三大大难关：电池系系统的能能量密度度问题、电电机系统统的体积积和响应应速度

59、问问题以及及传动系系统的效效率问题题。混合动力汽汽车面临临三大挑挑战：从技术术上讲，混混合动力力车和电电动车使使用的技技术是非非常相似似的，二二者也共共同面临临着一些些技术上上的障碍碍。混合合动力车车和电动动车最主主要的是是三大系系统，即即电池系系统、电电机系统统和传动动系统。目目前，在在这三个个方面都都有一些些难题尚尚待解决决。对于电池系系统，几几年前考考虑的是是镍氢电电池，现现在用的的都是锂锂电池，而而对锂电电池的研研发也在在不断进进步，也也就是说说，单体体电池在在技术上上正在不不断发展展。就单单体电池池而言，最最大的问问题就是是它的能能量密度度，实际际上不同同的电池池技术最最大的区区别就

60、是是它们在在能量密密度上的的区别；另外一一个问题题就是它它的稳定定性。在在汽车上上使用的的电池实实际上是是由很多多的单体体电池一一节一节节地串联联起来的的，比如如说1444V电池，就就是由12个12V的单体体电池串串联起来来形成一一个电池池包。对对这个电电池包在在技术上上有一定定的要求求，这是是一个技技术难点点。怎样样控制所所有的电电池都保保持一个个最佳的的充放电电效率，使使各个单单体电池池的电压压、工作作温度、充充放电状状态均衡衡、稳定定，让电电池长期期地保持持在最佳佳的状态态，延长长电池的的寿命，这这些是对对电池和和电池包包技术最最主要的的挑战。目目前这还还是一个个技术瓶瓶颈，主主要体现现