《新能源汽车》课件 课题五 混合动力汽车

课题五混合动力汽车1.熟悉混合动力汽车的特点与分类2.掌握混合动力电池管理系统的组成及功用3.掌握串联式混合动力汽车的结构原理4.掌握并联式混合动力汽车的结构原理5.掌握混联式混合动力汽车的结构原理6.掌握插电式混合动力汽车的结构原理7.掌握曾程式混合动力汽车的结构原理

学习任务1.能够描述混合动力汽车的分类方式及特点2.能够概述混合动力电池管理系统的组成及功用3.能够描述串联式混合动力汽车的工作模式及功率控制策略4.能够描述并联式混合动力汽车的工作模式及功率控制策略5.能够描述混联式混合动力汽车的工作模式及功率控制策略6.能够描述插电式混合动力汽车的工作模式及功率控制策略7.能够描述曾程式混合动力汽车的工作模式及功率控制策略技能要求

任务一混合动力汽车概述一、混合动力汽车简介混合动力汽车（HybridElectricVehicle，简称HEV）的能量与动力的传递应同时具有以下特点：①传递到驱动轮来推进车辆的能量至少来自两种不同的能量转换装置，这其中有一个为电动机。②这些能量转换装置可从至少两种能量储能装置获取输入能量，其中至少有一种能量储能装置提供的是电能。③能量储能装置也可以吸收电能。二、混合动力汽车的分类1.按动力系统的传输路线分类（1）串联式混合动力汽车串联式混合动力汽车结构如图5-2所示。（2）并联式混合动力汽车并联式混合动力汽车结构如图5-3所示。（3）混联式混合动力汽车混联式混合动力汽车结构如图5-4所示。2.按混合度分类（1）微混合动力汽车（2）轻度混合动力汽车（3）全混合动力汽车按照这种分类方法，可以分为插电式混合动力汽车(Plug-inHEV)和非插电式混合动力汽车，如图5-7、图5-8所示。3.按外接充电能力分类三、混合动力汽车面临的问题和技术（1）进行动力分配装置和能量管理系统研究。混合动力汽车需要解决的问题包括以下几个方面：（2）开发具备高比能量和高比功率经济实用电池。（3）混合动力系统的结构复杂，制造成本高，维修比较困难，售价相对较高（4）建立更先进驱动系统数学模型，进行计算机仿真分析。1.控制策略技术2.能量存储技术四、混合动力汽车的特点1.与纯电动汽车相比，混合动力汽车具有以下优点（1）电池的容量减小，使整车自重减小、成本有所降低。（2）续驶里程和动力性可达到内燃机汽车的水平。（3）不需要建设庞大的充电设施，不需要每天充电维护。2.与传统内燃机汽车相比，混合动力汽车具有以下优点（1）可使发动机在最佳的工作区域稳定运行，降低发动机的油耗、排放污染和噪音。（2）可实现纯电动模式，在居民区、市中心等人员密集的地区，关闭发动，实现零排放。（3）通过电动机回收制动时的能量，提高能量利用率，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。3.混合动力汽车的缺点是（1）混合动力的车比起燃油的车，其最大的缺点就是动力性和加速性差一些（2）有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，维修保养费用相对较高。4.混合动力汽车的节油方式如下（1）短暂停车时可关闭发动机，再行驶时利用电动机迅速地重起发动机，大大减少甚至消除了发动机怠速，（2）制动时利用电动机的发电机模式来回收制动能量，而传统汽车的机械制动中这些能量转化为热量散发。（3）设计时，混合动力汽车发动机功率可选得比传统汽车小，发动机设置在高效率区稳定工作，加速、爬坡的峰值功率由电动机提供。

任务二混合动力汽车电池管理系统一、混合动力电池组管理系统简介电池组管理系统主要包括热（温度）管理子系统、电池组管理子系统、线路管理子系统，如图5-9所示。1.热管理子系统（1）电池的技术性能（2）电池状态的管理（3）动力电池组的安全管理2.电池组管理子系统3.线路管理子系统二、动力电池组管理系统功能1．动力电池组管理系统的基本功能（1）动力电池组管理监视动力电池组的双向总电压和电流、动力电池组的温升，并通过液晶屏幕动态地显示出总电压、电流、温升的变化，避免动力电池组过充电或过放电，使动力电池组不会受到人为的损坏。（2）单节电池管理对动力电池组中的单节电池的管理，可以监测单节电池的电状态，对单节电池动态电压和温度的变化进行实时监测，以便及时发现单节电池存在的问题，并采取有效的预防措施。（3）荷电状态的估计和故障诊断动力电池组管理系统应具有对荷电状态的估计和故障诊断的功能，能够有效地反映和显示荷电状态SOC。目前对荷电状态的估计误差一般控制在10%左右，配备故障诊断专家系统，可以早期预报动力电池组的故障和隐患。2.动力电池组管理系统组成综合动力电池组管理系统的各种功能，动力电池组管理系统的基本组成如图5-12所示。带有温度测量装置的动力电池组管理系统的基本组成如图5-13所示。三、蓄电池的放电管理1.蓄电池放电过程中的硫化现象2.ACC/ON电源状态下的自充电方法3.蓄电池自充电系统工作过程

任务三串联式混合动力汽车一、串联式混合动力汽车简介串联式混合动力（SHEV）汽车是混合动力汽车的一种，主要用于客车。串联式混合动力汽车的发动机启动后持续工作在高效区，通过发电机给电池发电，而驱动电机作为整车的动力源驱动整车运行。二、串联式混合动力汽车的结构原理串联式混合动力汽车动力系统主要由发动机、发电机、电池、电动机、整流交换器几大主要部件总成组成，结构布置如图5-16所示。三、串联式混合动力汽车的工作模式通过选择最优的工作模式，可以达到提高燃油经济性，减少排放的目的，如表5-1所示。四、串联式混合动力汽车的功率控制策略功率控制策略实现的主要目标如下:①发动机位于最优的工作点或工作区域运行，以获得最佳的燃油经济性和排放性能。②根据行驶工况的要求，合理分配发动机、电动机、电池等部件的功率大小，满足车辆的动力性要求。③尽量稳定发动机运行工况，避免低转速下运行，提高发动机负荷率，减少发动机的开/关次数，避免起动时的低效率和大排放量。④电池的SOC、电压等参数维持在正常范围内，延长电池的使用寿命。1.发动机开关式发动机有开启和关闭两种状态，开启时固定在一个转速和功率下运行。该策略的控制参数是电池的SOC，设定SOC的一个上限值SOCmax和一个下限值SOCmin，具体控制规则为：①发动机开启时，设置在经济点稳定地运行，带动发电机发电仅向电池充电。②当电池SOC超过SOCmax时，发动机关闭，电池放电，单独向电动机提供电能。③当电池SOC小于SOCmin时，发动机开启，带动发电机向电池充电。2.发动机功率跟随式该控制策略的控制参数是车辆所需的行驶功率，控制规则为：（1）发动机一直开启，它的功率跟随着电机的功率变化而变化。（2）设定一发动机功率下限值，当行驶所需功率低于该值时，发动机以下限值功率带动发电机发电，发出的电功率主要满足行驶功率的要求，多余功率向电池充电。（3）当行驶功率很大，发动机最大输出功率不能满足驱动要求时，电池放电输出电能补充，两者共同带动电机驱动。3.复合式为了综合开关式策略的低排放和跟随式策略的低油耗的优点，可采用将两者结合起来的方案，即复合式控制策略，该策略的控制参数为SOC和需求行驶功率两个，具体控制规则见表5-2。五、串联式混合动力汽车的特点串联式混合动力汽车优点如下：①适合于在城市运行。车辆在城市运行时，需要频繁起步、停车、加速和低速运行，在这些工况下，传统燃油汽车发动机的油耗高、排放性能差，而串联式混合动力汽车的发动机受行驶工况影响小或者不受影响，可工作于稳定、高效的最佳工况区域。②发动机/发电机组与机械传动装置无机械连接，布置较灵活。③结构和工作原理比较简单，系统的设计和实现难度相对较低。串联式混合动力汽车缺点如下：①能量转换、传输环节多，能量转换效率比较低。②电动机的额定功率要求比较大，相应体积和质量也较大，这是因为电动机是唯一直接驱动车辆的动力装置，需要满足最高车速、加速、爬坡等所有工况的功率要求。

任务四并联式混合动力汽车一、并联式混合动力汽车简介并联式混合动力系统是由发动机和电动机共同驱动，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动—发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，因此得到比较广泛的应用。二、并联式混合动力汽车的机构原理并联式混合动力汽车系统布置如图5-17所示。三、并联式混合动力的工作模式并联式混合动力汽车有发动机和电动机两套驱动系统，两者的组合可以实现多种驱动方式，为适应复杂的车辆行驶工况的动力需求，并联式混合动力汽车的主要工作模式见表5-3。四、并联式混合动力的功率控制策略（1）以车速为控制参数1.电动机辅助驱动控制策略（2）以行驶载荷为控制参数（3）多控制参数2.实时优化控制策略3.模糊逻辑控制策略五、并联式混合动力的动力合成（1）转矩合成方式（2）转速合成方式1.动力合成方式（1）单轴式结构2.动力合成的结构形式单轴式结构如图5-19所示，发动机的输出和电动机的转子同轴，合成的转矩等于发动机转矩和电动机转矩之和，因此属于转矩合成方式。（2）双轴式结构双轴式结构中，发动机和电动机的轴线位于两条不同的直线，两者的动力经过动力合成装置合成之后，再通过传动系统来驱动车辆。按照动力合成的位置不同，双轴式结构又分为两种，一种是动力合成发生在变速器之后，（如图5-20a）所示，另一种是动力合成在变速器之前完成，（如图5-20b）所示。（3）分路式结构分路式结构如图5-21所示，发动机和电动机各自带有一套传动系统，分别驱动前轮或后轮，动力的合成是通过牵引力在路面的复合来完成的。六、并联式混合动力汽车的特点并联式混合动力汽车的优点如下：①动力性好，最高车速、加速能力和爬坡能力可做到与传统汽车相同。②发动机的动力可通过机械传动装置直接输出到驱动轮，中间没有机械能一电能的能量转换，与串联式布置相比，系统效率较高，更有利于获得好的燃油经济性。③可避免发动机效率低、排放差的工况，在车辆低速运行时，可以采用电驱动方式行驶，设定发动机以稳定、高效、节能的状态运行，获得很好的燃油经济性和环保性能。④行驶功率由发动机和电动机共同提供，在部件选型时，可以选择功率小一点的发动机和电动机。部件体积小，有利于在车上的安装和布置。⑤与串联式相比，电池的数量少，有利于电池的布置、整车质量的减小以及降低成本。并联式混合动力汽车的缺点如下：①动力部件多，具有多种驱动组合和运行模式，虽然可以实现很好的控制效果，但使得控制系统的设计和实现难度较大。②两套驱动系统的动力合成需要动力耦合装置，另外，系统还配置有离合器、变速器、驱动桥等传动装置，整车的机械传动机构比较复杂，布置和控制较困难。③发动机与驱动轮有机械连接，运行工况受行驶工况的影响，当车辆在行驶工况频繁变化下运行时，发动机状态也不断变化，这对减少发动机排放是不利的。

任务五混联式混合动力汽车一、混连式混合动力汽车简介混联式混合动力汽车是串联式和并联式两种模式的综合，可以以串联式模式工作，也可以以并联式模式工作，还能同时两种模式混合工作。与单一的串联式或并联式相比，混联式的动力部件更多，主要包括发动机、动力分配装置、发电机、电动机、动力合成装置、传动装置、驱动轮等。这要求有一个智能化的控制系统去控制这些部件协同工作。二、混连式混合动力汽车的结构原理混联式混合动力汽车的动力结构示意图如图5-22所示。三、混联式混合动力汽车驱动方式混联式混合动力汽车结合了串联式和并联式的结构特点，可以实现多种驱动方式，主要工作模式见表5-7所示。四、混联式混合动力汽车功率控制策略4.全局优化策略2.发动机最佳油耗线策略3.瞬时优化策略1.发动机恒定点工作策略五、混联式混合动力汽车的特点混联式混合动力汽车的优点：①动力性能与燃油汽车相同，甚至还可以更好。②不需要充电，使用方便，实现了能量管理、动力部件控制和部分驾驶操作的自动化和智能化。③有多种驱动和工作模式，车辆运行选择灵活，能很好地适应复杂多变的车辆行驶工况。④可以综合串联式的排放性能好和并联式的燃油经济性好的优点，使发动机、发电机、电动机等部件匹配最优化，结构上保证复杂的工况下系统能实时以最优状态工作，实现排放和油耗最少的目标，是节能环保性能最佳的混合动力系统。混联式混合动力汽车的缺点：①动力系统部件多，增加整车质量，结构复杂，系统布置难度较大。②控制系统需要监测、控制、协调多个动力部件的工作状态，以保证车辆实时高效运行，系统的研发难度大。③目前成本还较高。

任务六插电式混合动力汽车一、插电式混合动力汽车简介插电式混合动力电动汽车（Plug-inHEV），简称PHEV，是一种可外接充电的新型混合动力汽车。PHEV是在传统混合动力汽车基础上衍化而来，并兼有传统混合动力汽车与纯电动汽车的基本功能特征。插电式混合动力车与传统混合动力车有两个较大的差异：①PHEV可以直接由外接电源充电。而传统的HEV大多通过发动机为电池充电以及车辆行驶过程中回收制动能量等。②PHEV的电池容量较大，可以靠电力行驶较远的距离，电力驱动在PHEV中所占比例更高，其对发动机的依赖较传统HEV少。二、插电式混合动力汽车的结构插电式混合动力汽车可以从外部电网充电，是在混合动力汽车的基础上演变出来的新型车辆，兼有传统混合动力汽车与纯电动汽车的基本特征，插电式混合动力汽车与混合动力汽车相比，电动机功率和电池容量更大。插电式混合动力汽车结构与基本型混合动力汽车的结构是类似的，也可以分为并联式、串联式和混联式三种类型，如图5-24所示。三、插电式混合动