电动汽车结构与原理课件：混合动力汽车技术及发展

电动汽车技术与原理第1

页2023/12/1101混合动力汽车的发展02发动机工作点的调节03混合动力用发动机04国内量产混合动力车05电动汽车关键技术及优劣分析

电动汽车技术与原理混合动力汽车技术及发展目录电动汽车技术与原理第2

页1发展节能环保汽车是大势所趋世界汽车保有量已达到8亿辆，并且还以2.3%的速度递增。汽车是一个能源消耗巨大的耐用消费品，据统计，目前世界石油消耗中，大约63%用于交通运输，其中的80%用于汽车燃料。汽车保有量的增加，不仅带来能源消耗的加剧，人类赖以生存的环境污染也日益恶化。01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第3

页统计表明在占80%以上的道路条件下，普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%。Legend:city(highway)source:Dr.Haywood1发展节能环保汽车是大势所趋01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第4

页在欧洲，柴油车是比较成熟的节能环保技术，但它仍然无法摆脱对日渐稀少的石油资源的依赖。更重要的是，我国由于柴油品质以及国家政策的瓶颈，其发展前景不明。纯电动车绝对是最佳的节能环保技术，但仍然无法解决电池技术的能量密度、寿命、价格等方面的问题，限制了纯电动汽车的应用。氢动力车被业界一致认为是未来解决能源问题的“终极方案”。但是氢的大规模分解制造目前还没解决，加氢站等基础设施铺设的昂贵费用更是令人咋舌。融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车异军突起。市场份额逐渐增大，已成为重点发展的新型汽车。1发展节能环保汽车是大势所趋01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第5

页1873年，英国人RorberDavidson在马车基础改制第一辆电动三轮车。由铁锌电池提供动力。（比内燃机动力车早13年）70年代的石油危机，以美、日为代表的国家开始了曾经停滞好多年的电动汽车的研制工作。90年代，世界性的环境问题和能源危机愈显突出，在世界范围内再次掀起环保节能汽车的研发热潮。由最初电动汽车BEV（BatteryElectricVehicles）发展为三类：纯电动汽车EV（ElectricVehicles）混合电动汽车HEV（HybridElectricVehicles）燃料电池电动汽车FCEV（FuelCellElectricVehicles）。2电动汽车发展史01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第6

页HEV——Hybrid-electricVehicle，混合电动技术的汽车。一般文献认为，混合动力是指将电动机和辅助动力单元(AuxiliaryPowerUnit，简称APU，指燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组）组合在一起的动力汽车。通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。最初是为了提高纯电动汽车的续驶里程，增加一个辅助发电机组的汽车，后来原动机被用于协同电动机驱动汽车。再后来发展为发动机为主要动力，电池-电动机系统承担调峰任务。3混合动力的概念01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第7

页世界范围内的石油储量每天都在减少，燃料价格持续上涨促使消费者转向经济性更好、更为省油、更环保的混合动力汽车。政府考虑到石油作为特殊的战略物资，也会从维护国家能源安全的角度，极力促使汽车厂商能够生产尽量摆脱过分依赖石油的汽车。作为技术相对成熟的混合动力汽车，消费者和政府的双重行为将促使汽车厂商加大对HEV的研发与生产力度。4混合动力技术现状01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第8

页4混合动力技术现状01混合动力汽车的发展科技部的“十一五”规划中也提出“节能和新能源汽车共性关键技术”代表了汽车技术发展的方向和重心；把混合动力汽车列为“十一五”重点支持之一，在“十五”“三纵三横”基础上继承和深化。要“以动力系统技术平台为核心，促进整车产业发展；以关键零部件系列化和规模化，促进产业链建设；以共性基础性技术研究，解决系统总成和关键零部件的瓶颈；以公共支撑平台建设，形成HEV研发产业环境。”中央“十一五”规划建议中也明确提出电动汽车发展目标之一是实现混合动力汽车小批量生产。把降低能耗、维护环境、和经济可持续发展提到了前所未有的高度。“国家汽车计算平台工程”也把混合动力汽车列入其中。电动汽车技术与原理第9

页国内外差距国内的混合动力和国外差距是非常大。主要表现在：电机技术输出转矩小，效率低，这决定了混合动力车起步和加速性能；逆变技术也就是如何把内燃机的浪费的能量收集储存为电能的技术，这决定了混合动力车的节油能力；电池技术这决定了混合动力车的质量；整车集成方面的能力。美国蒙罗维亚EnergyCS公司改装Prius，百公里油耗为1L；今年计划投资12000美元改装“充电式油电混合动力车(Plug-inhybrid)”。戴维斯加州大学佛朗克教授制造了8辆混合动力汽车,其中之一达到百公里油耗0.945L。4混合动力技术现状01混合动力汽车的发展电动汽车技术与原理第10

页有效转矩——发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以表示，单位为N•m。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。有效功率——发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率用表示，单位为kW。发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位），称为燃油消耗率。(L/100km)1发动机的动力性/经济性指标02发动机工作点的调节电动汽车技术与原理第11

页最高车速and最高挡!2驱动力-行驶阻力（功率）平衡图02发动机工作点的调节电动汽车技术与原理第12

页四条重要的特性曲线：（1）转矩外特性线（2）等油耗线（3）等功率线

(等节气门开度线)（4）道路行驶阻力线全特性是全工况面内，速度特性与负荷特性的综合，用以分析多工况的性能。3发动机的万有特性02发动机工作点的调节电动汽车技术与原理第13

页柴油机车辆和汽油机车辆的经济性对比！3发动机的万有特性02发动机工作点的调节电动汽车技术与原理第14

页一心一意的执着于D挡？4混合动力车的挡位设置02发动机工作点的调节电动汽车技术与原理第15

页1阿特金森循环03混合动力用发动机技术怎样有效地利用燃油产生的能源，是提升发动机效率的一大关键，自发动机诞生之日起，这个课题就一直在进行。从19世纪末的阿特金森循环，到上世纪40年代的米勒循环，压缩比这个原本恒定的数值，被一种“另类”的运转机制打破。话题又一次扯到“压缩比”这个问题上。想要提升动力，提高压缩比是一个手段。想要提高燃油经济型，提高压缩比也是一个手段。但压缩比不能无限提升，而且在发动机历史中的“远古时代”，这个问题就更难解决了。不过人类的智慧经常另辟蹊径，既然无法提高压缩比，那就把“膨胀比”搞大。电动汽车技术与原理第16

页1阿特金森循环03混合动力用发动机技术1882年，JamesAtkinson发明了一款发动机，与当时的奥托循环发动机不同的是，这款发动机压缩行程和做功行程时，活塞的位移是不一样的。电动汽车技术与原理第17

页1阿特金森循环03混合动力用发动机技术阿特金森发动机连杆的引入不仅影响了活塞行程，作用在曲轴上的力矩也发生了改变。复杂的连杆在体积上和故障情况都不如奥托发动机，所以在汽车上未能普及，不过船用、发电等大型柴油机在很大程度上借鉴了阿特金森发动机这种特性。至于用晚闭进气门的方式，让压缩比小于膨胀比的形式是否存在于阿特金森发动机，目前无从考证（很多文献都认为阿特金森循环运用了晚闭进气门这个方式，但并无依据，连杆机构对压缩比的调整和较长的活塞行程才是阿特金森发动机的特色）。电动汽车技术与原理第18

页2米勒循环03混合动力用发动机技术1-2-3-4为传统发动机PV图，6-2-3-5为阿特金森/米勒循环PV图阴影部分可以理解为阿特金森/米勒额外的活塞行程及其利用的能量这么简单的控制一个气门开闭的时机就制造了膨胀比大于压缩比的效果，相比传统奥托循环发动机，废气蕴含的能量得以利用。电动汽车技术与原理第19

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页04量产电动汽车电动汽车的主要动力源为电能，车载能量转换为电能通过电机等动力装置转化为机械能，从而驱动汽车行驶。电动汽车又包括电池电动汽车、燃料电池电动汽车、超级电容电动汽车、动能电池电动汽车等。以前将混合动力汽车也列为电动汽车，但是目前国家“十二五”规划中新的划分，非插电式混合动力汽车不再属于新能源车辆，而将其列为了节能汽车类别。因为电动汽车属于新能源汽车领域，混合动力被排除在新能源车辆之外，因此也不将混合动力汽车列为电动汽车。原理上讲，虽然非插电式混合动力汽车有电动部分，但主要动力源仍然是内燃机，而且混合动力的节能效果不是十分明显，国内外资料显示，一般为15%以下。电动汽车技术与原理第20

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页国内常见04量产电动汽车图1.1纯电动轿车图1.2

电动大客车图1.3

电动高尔夫车图1.4

电动叉车电动汽车技术与原理第21

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页国内常见04量产电动汽车图1.3

电动高尔夫车图1.5电动观光车图1.6

电动平板车电动汽车技术与原理第22

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页国外常见04量产电动汽车图1.3

电动高尔夫车图1.7

电动货车图1.8

韩国现代蓄电池电动跑车图1.9法国图瑞公司推出的最昂贵的电动汽车电动汽车技术与原理第23

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页上市的主要混合动力车型(品牌)04量产混合动力车电动汽车技术与原理第24

页HEV技术现状HEV技术基本成熟，节能和环保效果显著，对电池依赖较小，成本在可接受范围之内。HEV技术上下兼容，具有显著的现实意义和发展前景。HEV技术发展趋势进一步提高燃油经济性、整车可靠性、适应性和舒适性。明确提出可充电式混合动力概念04国内量产混合动力车电动汽车技术与原理第25

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页05电动汽车关键技术及优劣分析现代电动汽车的核心是高效、清洁和智能化地利用电能驱动车辆。其关键技术包括：汽车制造技术、电子技术、信息技术、能源技术、电力驱动技术、能量管理技术、自动控制技术、材料技术、电化学技术、安全技术等，还涉及交通、能源、网络和城市规划等多学科技术。将相关技术全面整合，合理控制成本，才是电动汽车技术成功的核心。电动汽车技术与原理第26

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页05电动汽车关键技术及优劣分析1.电力驱动系统电机驱动装置是电力驱动系统的核心，针对电动汽车设计的电动驱动系统需要满足以下基本要求：（1）具备高功率密度和高瞬时输出功率；（2）在电动汽车行驶或爬坡时能够输出最大的转矩；（3）具备宽调速范围，能够在各种转速下提供合适的扭矩；（4）具备较高的能量效率；（5）能够具备高可靠性和鲁棒性；（6）实现制动能量回馈，具有较高的能量回收效率；（7）具备优异的性价比；（8）具备合理的外形和构造，便于安装、维修。电动汽车技术与原理第27

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页05电动汽车关键技术及优劣分析2.能量源（1）高能量和能量密度；（2）高功率和功率密度；（3）能够实现快速充电和深度放电的能力；（4）使用寿命长，循环使用；（5）高充电率和高放电率；（6）使用安全可靠；（7）环保且可以回收；（8）同一型号的电池的一致性较好；（9）具备较高的性价比。电动汽车技术与原理第28

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页05电动汽车关键技术及优劣分析3.能量管理系统电动汽车需要一套能量管理系统，以便最大限度的利用电动汽车所带的能量源，更能获得车辆运行的各种信息。其主要是由安装在电动汽车上的各种传感器和处理器等组成，从而可以实现以下功能：（1）优化系统能量流；（2）实时显示剩余能量和可继续行驶里程数；（3）提供最佳的驾驶模式；（4）实时监控外界及能量源的温度情况；（5）实时监控能量源的能量分布情况；（6）提供必要的能量源工作记录；（7）甄别能量源错误信息，监控能量源的运行状况。电动汽车技术与原理第29

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页05电动汽车关键技术及优劣分析4.车辆结构现在的电动汽车的生产主要有两种方式：一种是改装；另一种是专门设计和生产。改装的电动车就是在原有车辆的基础上，用电动机，功率转换机分配装置、蓄电池等取代现有的发动机和相关部件。改装车仍然用原来的底盘，这对小规模电动汽车生产而言是比较经济的。但是这类电动车却又有着天生的缺点：车体重、质心高、质量分布不平衡等。而对于专门设计的电动汽车而言，可以实现特定的设计目标，可以更加灵活的协调各部件和电动系统，车辆结构和质量分配也更加合理。为了提高电动汽车的整体性能，如续驶里程、最