汽车电驱动技术第3章混合动力电动汽车

1、第三章 混合动力电动汽车,汽车电驱动技术,混合动力电动汽车概述-混合动力并不是新技术,汽车设计者热衷于混合动力技术的开发在于当时的内燃机性能弱,1894年 意大利出现了首辆混合动力电动汽车(卡里)； 1897年 美国储能电池公司Justus B. Entz设计了汽电混合动力汽车； 1899年 巴黎汽车沙龙 Pieper vehicle, 油电并联混合动力汽车； 1905年 美国H.Piper为一种汽车混合动力汽车申报专利，汽油机用于联合电动机出力以获得更高的车速(25mph=40km/h).,自1909年开始，混合动力电动汽车技术已经广为大众所接受，各种各样的样车出现在市场上;,1921年 Owen Magnetic的60款混合动力汽车采用了汽油机发电机组为后轮驱动双电机提供电力。,当内燃机技术取得突破，整车性能得到明显提高后，复杂的混合动力电动汽车止步不前并被内燃机动力取代.,混合动力电动汽车概述-混合动力并不是新技术,20世纪90年代，立足解决环境和能源问题的需要，混合动力电动汽车技术再次得到重视。截止目前，混合动力电动汽车取得了明显的技术进步，市场增长加快，产品系列正从日本丰田一

2、支独秀向多元化发展。,本田2010款混合动力Insight,通用2008款混动马力宝,福特ESCAPE,混合动力电动汽车概述-混合动力面临新的发展机遇,虽然关于混合动力汽车是一种独立的车型还是纯电动汽车的过渡车型的争论一直没有停止，但是从目前混合动力汽车业已取得的研究成果来看，混合动力车辆已成为一股不可阻挡力量，在改变着汽车产品的结构和构成，并大量的走向实用化，混合动力车辆在相当一段时间内前景广阔，并受市场欢迎，具有良好的商业前景，将会逐渐成为汽车行业的主导产品。,混合动力电动汽车概述-混合动力成为汽车节能的重要手段,燃 煤,石 油,燃气、替代燃料,氢 气,混合动力电动汽车概述-混合动力成为汽车节能的重要手段,教学提纲,混合动力电动汽车的概念和类别 串联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 并联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 混联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 插电式混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 增程式电动汽车的系统组成和工作原理 混合动力电动汽车的关键部件 典型的混合动力电动汽车结构举例,混合动力电动汽车的概念-内燃机汽车动力传动系概念,车载能量源,动力装置,传动

3、装置,辅助系统,能量补给,混合动力电动汽车的概念-电动汽车动力传动系概念,车载能量源,动力装置,传动装置,辅助系统,能量补给,混合动力电动汽车的概念-汽车动力传动系概念,汽车动力传动系统的基本组成列表,车载能量源,动力装置,传动系,内燃机,传动装置,能量直接存储,能量存储、调节和转化,电动机,驱动轮,用于能量存储或进行能量源的初始转化以向动力装置直接供能的所有部件的总称。,用于把其他形式的能量转化为机械动能(旋转动能)的装置，并直接作为动力传动系的输入,用于传递和调节动力装置输出的旋转机械动能，并输送给车辆驱动车轮，实现车辆正常行驶的所有部件的总称,车辆上所有的用于存储、转化和传递能量并使车辆获得运动能力的部件的总称。具体由车载能量源、动力装置、传动系以及其他辅助系统组成。,汽车动力传动系,混合动力电动汽车的概念-汽车动力传动系概念,辅助系统,从动力装置获取动力，区别于直接驱动车辆，主要用于维持汽车良好的操控、舒适特性的所有部件的总称,车载能量源：具有两种形式，能量直接存储装置，比如油箱，蓄电池储存的电能等，能量存储、调节和转化装置, 比如燃料电池汽车的(氢气罐燃料电池堆)。,传动系：

4、用于调节和转化动力装置输出的动力，使之与车辆行驶时驱动轮处要求的理想动力特性达到较好匹配的所有部件的总称，对发动机，为满足发动机启动和变速箱的加减档操作，设立了离合器、变速箱、差速器等。对电动机，由于具有堵转特性，因此无需离合器，而且对于轮毂电机布置方案，可以省略传统的差速器。,混合动力电动汽车的概念-汽车动力传动系概念,混合动力汽车：是指汽车动力传动系由两个或多个能同时运转的单个动力传动系联合组成的汽车，汽车的行驶功率依据实际的汽车行驶状态由单个动力传动系单独或多个动力传动系共同提供，若其中的一个动力传动系统为纯电动汽车动力传动系，则该混合动力汽车为混合动力电动汽车 。 混合动力电动汽车：是指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汽车称为混合动力电动汽车。,混合动力电动汽车的概念-混合动力电动汽车的概念,混合动力电动汽车的概念-混合动力电动汽车的概念,串联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构，其单个动力传动系间的联合是车载能量源环节的联合，也即非直接用于驱动汽车的能量的联合并同时向动力装置供能。,车载能量源环节的混合； 单一的动力装置； 车载

5、能量源的多样化。,车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车,混合动力电动汽车的类别-串联混合动力电动汽车,串联混合动力汽车实现了车载能量源的多样化，可充分发挥各种能量源的优势，并通过适当的控制达到它们的最佳组合，满足汽车行驶的各种特殊要求。,混合动力电动汽车的类别-串联混合动力电动汽车,能量传递转换环节多； 系统动力冗余度大； 发动机工作点解耦。,并联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构，其单个动力传动系间的联合是汽车动力、传动系环节的联合，通过对不同的动力装置输出的动能的联合或耦合，并经过相应的传动系输出到驱动轮，满足汽车行驶要求。,机械动能的混合； 具有两个或多个动力装置； 每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。,汽车的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车,混合动力电动汽车的类别-并联混合动力电动汽车,发动机的动力可以直接用于驱动车辆，能量损失小，动力配置冗余度小，但同时带来工况的耦合影响问题。,混合动力电动汽车的类别-并联混合动力电动汽车,混合动力电动汽车的类别-并联混合动力电动汽车,混合动力电动汽车的类别-并联混合动力电动汽车,发动机的输出轴

6、通过离合器与电动机的转子轴直接相连，而动力电池组通过控制器的调节作用于电动机定子，实现了发动机与电动机输出转矩的叠加。单轴联合式实现了把不同的动力装置的机械动力输出的一体化，结构紧凑，但电动机要经过特殊设计。,为优化动力传动系的综合效率和充分发挥汽车的节能、低排放潜力，在实际的应用中，混合动力汽车动力传动系并非单纯是简单的串联式结构或并联式结构，而是由串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构，即所谓的混联式结构。,同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车,混合动力电动汽车的类别-混联混合动力电动汽车,混合动力电动汽车的类别-混联混合动力电动汽车,混联式混合动力电动汽车动力传动系中具有两个电机系统，即发电机和电机驱动系统，兼备了串联混合动力的车载能量源的混合以及并联混合动力的机械动能的混合。,开关式混联系统,混合动力电动汽车的类别-混联混合动力电动汽车,功率分流式混联系统,混合动力电动汽车的类别-混联混合动力电动汽车,混合动力汽车的概念,车载能量源,动力装置,传动系,内燃机,传动装置,能量直接存储,能量存储、调节和转化,电动机,驱动轮,串联,并联,混联,混合动力电动汽

7、车的类别,课堂讨论：如何判别混合动力电动汽车的类别？,混合动力传动系阶次: 混合动力传动系阶次是指汽车动力传动系中所具有的可独立驱动车辆行驶的单个动力传动系数目，记为ND； 混合动力传动系指数: 混合动力传动系指数是指汽车动力传动系中中所具有的用于实现动力和能量源耦合的部件或环节个数，记为NC。,混合动力电动汽车的类别-判别举例01,该混合动力传动系的阶次为3，指数为2。 具体为多种能源存储联合式串联+双轴联合式并联。,传动系,车载能量源,动力 装置,混合动力电动汽车的类别-判别举例01,混合动力电动汽车的类别-判别举例02,混合动力电动汽车的类别-判别举例02,该混合动力驱动系的阶次为4，指数为3。 具体为多种能源存储联合式串联 + 双轴联合式并联+驱动力联合式并联。,教学提纲,混合动力电动汽车的概念和类别 串联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 并联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 混联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 插电式混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 增程式电动汽车的系统组成和工作原理 混合动力电动汽车的关键部件 典型的混合动力电动汽车结构举例,1.发动机的工

8、作特性限制； 2.整车动力性需求加大了发动机的后备功率需求。,混合动力电动汽车工作原理-混合动力节能控制思想,传动系能量损失6%,发动机循环能量损失66%,怠速工况及辅助系统能量损失 13%,15%,废气热利用,辅助系统电动化,制动能量回收,空气动力学特性改进,低滚轮胎,Hybrid Powertrain,Hybrid Powertrain,Hybrid Powertrain,Hybrid Powertrain,混合动力电动汽车工作原理-混合动力节能控制思想,串联混合动力电动汽车系统组成,串联混合动力电动汽车工作原理-能量流分析,串联混合动力电动汽车工作原理-工作模式分析,当动力电池组具有较高的电量且动力电池组输出功率满足整车行驶功率需求时，串联混合动力电动汽车以纯电池组驱动模式工作，此时发动机发电机组处于关机状态； 当汽车以纯电池组驱动行驶时，若汽车减速制动，电动/发电机工作于发电模式，实施再生制动，汽车制动能量通过再生发电回收到动力电池组中，即工作于再生制动充电模式； 当汽车加速或爬坡需要更大的功率输出且超出了动力电池组的输出功率限制时，发动机发电机组启动发电，并同动力电池组一起输

9、出电功率，实施混合动力驱动工作模式； 当动力电池组的电量不足且发动机发电机组输出功率在驱动车辆的同时有富裕时，实施动力电池组强制补充充电工作模式,当动力电池组的电量不足且发动机发电机组处于发电状态时，若汽车减速制动，电动/发电机工作于再生制动状态，汽车制动能量通过再生发电与发动机发电机组输出功率一起为动力电池组充电，实施动力电池组的混合补充充电； 当动力电池组的电量在目标范围内，且发动机发电机组输出功率满足汽车行驶功率需求时，为提高串联混合动力系统的能量利用效率，采用纯发动机驱动工作模式，此时发动机发电机组输出功率与汽车行驶功率需求相等； 若动力电池组的电量过低，为保证整车行驶的综合性能，需要对动力电池组进行停车补充充电，此时发动机发电机组输出的电功率全部用于为动力电池组进行补充充电。,串联混合动力电动汽车工作原理-工作模式分析,串联混合动力电动汽车工作原理-应用模式,串联混合动力电动汽车工作原理-应用模式,串联混合动力电动汽车工作原理-应用模式,串联混合动力电动汽车工作原理-应用模式,串联混合动力电动汽车工作原理-应用模式,在串联混合动力电动汽车的工作过程中，理论上发动机可按照最佳燃油消耗曲线工作或最佳燃油工作点工作，提高了整车的燃料经济性。,教学提纲,混合动力电动汽车的概念和类别 串联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 并联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 混联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 插电式混合动力电动汽车的系统组成和工作原理 增程式电动汽车的系统组成和工作原理 混合动力电动汽车的关键部件 典型的混合动力电动汽车结构举例,并联混合动力电动汽车系统组成,并联混合动力电动汽车工作原理-能量流分析,并联混合动力电动汽车工作原理-工作模式分析,当动力电池组具有较高的电量且动力电池组输出功率满足整车行驶功率需求或整车需求功率较小时，为避免发动机工作于低负荷和低效率区，并联混合动力电动汽车以纯电动机驱动模式工作，此时发动机处于关机状态； 当汽车以纯电动机驱动行驶时，若汽车减速制动，电动/发电机工作于再生制动状态，汽车制动能量通过再生发电回收到动力电池组中，即工作于再生制动充电模式； 当汽车加速或爬坡需要更大的功率输出时

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