混合动力汽车的现状及发展(李娜)2

海南大学本科课程论文（设计）混合动力汽车的现状及发展Presentsituationanddevelopmentofhybridelectricvehicle学院：机电工程学院专业年级：10车辆工程姓名：李娜学号：20090507310015指导教师：肖明伟2013年5月20日摘要混合动力汽车是具有低排放、高燃油经济性，并符合目前推广实际的新能源汽车。介绍混合动力汽车的结构、原理及应用；混合动力汽车的主要研究方向、研究方法及面临的主要技术问题；阐述混合动力汽车的发展趋势。关键词：混合动力汽车动力源串联并联混联AbstractHybridvehicleisakindofnewenergyautomobilewithlowemissionsandhighfuelefficiency,whichconformstothepopularizationofnewenergyautomobile.introducesthehybridvehiclestructure,principleandapplication,mainresearchdirectionsandmethods,themaintechnologyproblems;expoundsthedevelopmenttrendofhybridvehicle.Keywords:hybridvehicle;Sourceofpower;Parallelconnection;Seriesconnection;Connectedstructure1绪论随着全球汽车工业的迅猛发展，石油资源供应的日趋紧张，世界各国积极寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量，大力开发新型节能环保汽车。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。2混合动力电动汽车的结构原理及应用广义上说，混合动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆。但是，在目前实际生活中，混合动力汽车多半采用传统的内燃机和电动机作为动力源。根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：2.1串联式串联式混合动力系统(SHEV)。串联式混合动力系统(SHEV)结构的特点，是发动机机械能转换为电能。用发动机直接带动发电机发电，电能直接输送到电池或电动机，电动机驱动汽车，电池作为发动机输出和电动机需求的调节装置，其原理如图1所示。发动机的运行独立于车速和道路情况，适用于市内常见的频繁起步、加速和低速运行工况。发动机在最佳工况点附近稳定运转，避免了怠速和低速工况，从而提高了效率和排放性能。但是，在机械能与电能的转化过程中有能量损失，所以油耗并没有降低。2.2并联式并联式混合动力系统(PHEV)。并联式混合动力系统(PHEV)结构中发动机与电动机并联，可以同时给车轮提供驱动力，其原理如图2所示。电动机还可以用作发电机，以平衡发动机所受的载荷，使其能在最佳工况点附近运行。由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，中间没有能量的转换，所以系统效率较高，燃油消耗也较少。但由于发动机与车辆驱动轮之间有直接的机械连接，发动机不是都在最佳工况点附近运行，其会受到汽车具体行驶工况的影响。并联式驱动系统适合于汽车在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况，其也可以在比较复杂的工况下使用，应用范围较广，但对发动机工作状态的优化和对能量系统的管理也提出了更高的要求。2.3混联式混联式混合动力系统(SP-HEV)。混联式混合动力系统(SP-HEV)的原理如图3所示，其驱动系统是利用发动机与电动机驱动汽车。目前的混联式结构一般以行星齿轮作为动力复合装置的基本构架，将发动机的动力分成两部分：一部分机械能通过机械传动输送给驱动桥；而另一部分通过发电机发电输送给电动机或对电池充电，同时电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主；在减速或制动时，系统通过电动机发电将能量回收到电池（蓄电池）中。混联式混合动力系统(SP-HEV)，充分发挥了串联式和并联式的优点，能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证了在更复杂的工况下仍能使系统在最优状态下工作，所以更容易达到控制排放和油耗的目的。图1串联式图2并联式图3混联式HEV示意图HEV示意图HEV示意图1发动机2油箱3发电机1发动机2油箱3变速器1发动机2油箱3发电机4电动机5逆变器6电池4电动机5逆变器6电池4离合器5电动机6变速器7逆变器8电池3国内外混合动力汽车的发展状况及对比近几年来，国内外汽车制造厂商开发了许多混合动力汽车的驱动系统。日本丰田、日本本田、美国福特等公司已经开发生产了成熟的混合动力汽车产品，并在各国批量销售。经过国家“863计划”的支持与发展，我国的混合动力汽车技术正在迅速迈向产业化。3.1国外日本：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，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，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。2012年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。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。图4采用混合动力的丰田轿车其主要性能参数如下美国：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。图5采用混合动力的福特汽车3.2国内目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。一汽研发的红旗HQ3于2006年投产；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已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，将在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，预计3年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放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。而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。上汽集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入“油汽混合动力技术”领域。与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如《汽车产业发展政策》、《“十一五”汽车产业发展规划》等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。图6采用混合动力的国产江淮汽车4研究的关键技术和面临的主要技术问题4.1关键技术当前,混合动力汽车动力系统的高新技术已经逐步得到了应用。这些主要技术包括:燃油动力与电动动力系统集成优化技术不断取得进展,节能效果不断提高;高性能理离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池;高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机;电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效率和性能;网络系统的应用促进了混合动力汽车的模块化和智能化;轻量化技术和电器结构安全性技术得到了系统应用。在混合动力技术的发展上,表现出明显的模块化和平台化趋势。轿车混合动力系统的模块化愈加明显,这逐步推进了汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合“到以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合“再到以混联式为特征的“强混合“,随着电功率的比例逐步提高,混合程度不断提高,最终过渡到可充电式的串联式“全混合“方式。城市客车混合动力系统出现平台化趋势。发电机组+马区动电机+储能装置,构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组,即API},从汽油、柴油内燃机到气体燃料发动机各种不同的能源动力转化装置形成油一电、气一电等各种不同混合动力系统,促进了动力系统的平稳过渡与转型。4.2面临的主要技术问题（1）控制系统。这里的控制系统是指汽车动力总成集中控制系统,它是整车正常行驶的核心单元。混合动力汽车的控制需要根据转速、负荷及车速等信息和相关设备的状态确定发动机与电动机的功率分配策略,即当汽车的负荷给定后,首先要确定发动机与电动机输出功率的比例,以保证满足汽车动力性、经济性、排放性等性能指标的要求。为了满足混合动力汽车(包括驾驶性等)的要求,需要设计与混合动力系统相适应的控制系统和控制策略。（2）混合动力汽车控制策略。由于各种混合动力电动汽车结构上的差异,因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流在不同元件间的流动,其目的是为了达到四个主要目标:即最佳的燃油经济性;最低的排放;最低的系统成本;最好的驱动性能。（3）内燃机。经过一百多年的发展,车用内燃机在动力性、经济性及排放控制方面获得了极大改善。近年来,电控燃油喷射、排气再循环、增压中冷、可变进气涡轮、高压共轨和催化后处理等技术的应用,更使汽车的性能飞速提高,因止匕作为一种成熟的动力设备,内燃机在混合动力电动汽车上的应用难度不大。由于可移动性能好、比功率大、热效率也较高,因此,内燃机仍然是影响整车效率和性能的关键设备。（4）混合动力汽车用电池的开发研制及充电特性和电池管理系统的研究。蓄电池是混合动力电动汽车发展的关键技术,也是提高整车性能和降低成本的重要发展方向。蓄电池技术存在以下问题:一是比能量相对不足,因而成本较高,比能量值越高,汽车经济性越好;二是蓄电池的寿命相对较短。当前蓄电池寿命一般为充放电1000次左右,比整车寿命低得多。另夕卜蓄电池的应用还涉及充电时间较长、电池荷电状态(SOC)判别等问题,这些都不同程度地影响整车性能。（5）高效低成本辅助动力单元(APU)的研制。适用于混合动力系统的原动机,高速直喷式汽油机,高速燃气轮机,斯特林发动机等优化设计和发电机、燃料电池的性能改进等,都是今后混合动力汽车辅助动力单元实用化的重要组成部分。5混合动力汽车的研究方向及发展趋势目前,我国研发和生产混合动力汽车的厂家数量有30多家,在现有的生产格局中,主要包括上汽集团、一汽集团、东风集团、北汽集团、广汽集团、奇瑞汽车、吉利汽车、比亚迪汽车、长城汽车等。通过对国内新能源汽车生产厂商的认真梳理,不难看出国内混合动力汽车链存在明显的过于分散、集中度低和纵向整合不足的重大问题。因此对于混合动力汽车发展,我国可以先在整车生产企业中鼓励横向的并购与重组,形成优势企业和核心企业;后在横向一体化的基础上,以核心企业为中心,实现整条产业链的纵向整合。因止匕混合动力汽车技术还有相当长的路要走,但由于采用了精湛的机电藕合技术和智能化的整车控制策略,从而实现整车的高性能、低能耗和低排放,因此电动汽车及混合动力汽车将成为未来几+年汽车发展的主流。参考文献.[1]张兴业.国际汽车工业的技术革命[J]汽车工程,2005[2]黄睿．我国纯电动汽车产业化发展分析[D]．上海：同济大学，2008.[3]过学迅，张杰山，胡朝峰.日美混合动力汽车发展的比较研究[J].上海汽车2006.3：7-10.[4]混合电动车辆基础[M].陈清泉，孙逢春