汽车拖拉机学-第十章第课

汽车拖拉机学讲授内容：第1课混合动力电动汽车（第十章电动汽车技术）主讲人：邓晓亭讲师06:24《汽车拖拉机学》课件1第十章电动汽车技术第1课混合动力电动汽车第2课蓄电池与燃料电池电动汽车本章内容安排06:24《汽车拖拉机学》课件2本节课的主要内容第十章电动汽车技术第1课混合动力电动汽车一、前言二、电动汽车的定义和分类三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程四、混合动力电动汽车动力系统的耦合方式06:24《汽车拖拉机学》课件3一、前言06:24《汽车拖拉机学》课件4汽车、工程车辆、农用车辆的普遍应用尾气排放、能源消耗严重环境污染严重能源危机人们交通便捷、节省劳动力生活环境变差、气候不稳定、资源消耗过度第十章电动汽车技术第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件5问题是我们能否不用这些工具呢？答案：不能这些工具已经成为我们生活中不可或缺的一部分。一、前言第十章电动汽车技术第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件6混合动力电动车蓄电池电动车燃料电池电动车问题的解决办法电动车减少车辆尾气的排放，减少能源的消耗一、前言第十章电动汽车技术第1课混合动力电动汽车二、电动汽车的定义和分类06:24《汽车拖拉机学》课件7电动汽车是电力驱动的车辆，由电动机、功率变换器和蓄电池组成其核心部分，其动力部分的特性与内燃机有本质的不同。电动车不仅仅是交通工具，而且是一个新的社会系统，它涵盖了电力电子工程、机械和汽车工程、化学工程、电力能源系统、交通运输工程以及环境工程等等方面。第十章电动汽车技术1、电动汽车的定义第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件8根据所使用的动力源不同，电动汽车大致可分为三类：混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle，HEV)；蓄电池电动汽车（BatteryElectricVehicle，EV）；以氢气为能源的燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle，FCEV）。二、电动汽车的定义和分类第十章电动汽车技术2、电动汽车的分类第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件9混合动力电动车是电动车的一种。国际电工委员会（IEC）电动车技术委员会对混合动力电动车的定义为：有多于一种能量转换器能提供驱动动力的混合型电动车。此外，也有学者对混合动力电动车作如下定义：车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的驱动系统联合组成的、车辆的行驶功率需求由单个驱动系统单独或多个驱动系统共同提供的车辆。二、电动汽车的定义和分类第十章电动汽车技术2、电动汽车的分类（1）混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle）第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件10二、电动汽车的定义和分类第十章电动汽车技术混合动力电动车（HybridElectricVehicle，简称HEV）是在一辆车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元（AuxiliaryPowerUnit，简称APU），其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组，目前HEV所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃汽轮机。2、电动汽车的分类（1）混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle）丰田Prius驱动系统结构图第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件11二、电动汽车的定义和分类第十章电动汽车技术2、电动汽车的分类（2）蓄电池电动汽车（BatteryElectricVehicle）蓄电池电动汽车是完全由二次电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力的车。由于一次石化能源的日趋缺乏，蓄电池电动汽车被认为是车辆工业的未来。动力电池组输出电能驱动电机，从而推动车辆行驶。电池的电能通过充电系统在车辆行驶一定的里程后进行补充。蓄电池电动汽车的突出优点在于用户端真正实现了“零排放”。第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件12二、电动汽车的定义和分类第十章电动汽车技术2、电动汽车的分类（2）蓄电池电动汽车（BatteryElectricVehicle）蓄电池电动汽车结构布置图第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件13二、电动汽车的定义和分类第十章电动汽车技术2、电动汽车的分类（3）燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）燃料电池电动汽车是以燃料电池作为动力源的电动车。燃料电池是利用氢气和氧气（或空气）在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装置。具有能量转化率高、无污染、只有水作为排放物、使用寿命长的优点。燃料电池电动车就是利用这种电能实现车辆驱动。第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件14三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术1、混合动力电动汽车的优点较之蓄电池电动汽车，HEV具有如下的优点:(1)由于有原动机作为辅助动力，电池的数量和质量可减少，因此汽车自身重量可以减小。(2)汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。(3)借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器，无需消耗电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件15三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程1、混合动力电动汽车的优点第十章电动汽车技术较之内燃机汽车，HEV则具有如下的优点:(1)可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大为降低。(2)在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动车辆，实现零排放。(3)可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件16三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程2、混合动力电动汽车的分类第十章电动汽车技术基于各个组成部件、布置方式的不同，从而形成各式各样的结构，依据这些结构分类，可以分为串联型（SeriesSchedule,又称SHEV）并联型（ParallelSchedule,又称PHEV）混联型（Series-ParallelCombinedSchedule，又称PSHEV）根据驱动系统的配置及动力传递方式发动机连续运行模式发动机开、关模式根据发动机运行模式的不同双轴式单轴式根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件17更为逻辑的分类方法根据电动系统的功率和功能微混合（MicroHybrid）弱混合（MildHybrid）全混合（FullHybrid）轻度混合型（MildHybridVehicle-MHV）功率混合型（PowerHybridVehicle-PHV）能量混合型（EnergyHybridVehicle-EHV）基于任务分类的现代分类方法三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程2、混合动力电动汽车的分类第十章电动汽车技术第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件18三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（1）串联式驱动（SHEV）系统串联式混合动力驱动系统结构简图串联式驱动系统其APU由原动机和发电机组成，通常将这两个部件集成为一体。原动机带动发电机发电，其电能通过控制器直接输送到电动机，由电动机产生驱动力矩驱动汽车。第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件19三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（1）串联式驱动（SHEV）系统串联式混合动力电动汽车基本结钩电池实际上起平衡原动机输出功率和电动机输入功率的作用：当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时(如汽车减速滑行、低速行驶或短时停车等工况)，控制器控制发电机向电池充电；当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时(如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况)，电池则向电动机提供额外的电能。第1课混合动力电动汽车06:24《汽车拖拉机学》课件20三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（1）串联式驱动（SHEV）系统串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响，始终在其最佳的工作区稳定运行，并可选用功率较小的发动机，因此，可使汽车的油耗和排污降低。串联式驱动（SHEV）系统的优点：串联式混合动力电动汽车特别适用于在市内低速运行的工况。在繁华的市区，汽车在起步和低速时还可以关闭原动机，只利用电池进行功率输出，使汽车达到零排放的要求。第1课混合动力电动汽车三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（2）并联式驱动（PHEV）系统并联式混合动力电动汽车基本结构左图为并联式驱动系统结构示意图，汽车可由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱动。当电动机只是作为辅助驱动系统时，功率可以比较小。06:24《汽车拖拉机学》课件21第1课混合动力电动汽车三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（2）并联式驱动（PHEV）系统与串联式结构相比，并联式驱动系统中发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，其能量的利用率相对较高，这使得并联式燃油经济性比串联式的高。并联式驱动系统最适合于汽车在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况。由于并联式驱动系统的发动机工况要受汽车行驶工况的影响，因此不适于汽车行驶工况变化较多、较大；相比于串联结构式，需要变速装置和动力复合装置，传动机构较为复杂。并联式驱动（PHEV）系统的优点：06:24《汽车拖拉机学》课件22第1课混合动力电动汽车三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（3）混联式驱动（PSHEV）系统混联式混合动力驱动系统结构简图06:24《汽车拖拉机学》课件23第1课混合动力电动汽车三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（3）混联式驱动（PSHEV）系统混联式混合动力电动汽车基本结构混联式驱动系统是串联式与并联式的综合。发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。06:24《汽车拖拉机学》课件24第1课混合动力电动汽车混联式驱动系统的控制策略是：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。混联式驱动系统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使系统在最优状态工作，所以更容易实现排放和油耗的控制目标，因此是最具影响力的HEV。与并联式相比，混联式的动力复合形式更复杂，因此对动力复合装置的要求更高。三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（3）混联式驱动（PSHEV）系统06:24《汽车拖拉机学》课件25第1课混合动力电动汽车三、混合动力电动汽车的分类及其工作过程第十章电动汽车技术3、混合动力电动汽车的工作过程（3）混联式驱动（PSHEV）系统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。右图为丰田公司Prius车的驱动系统结构示意简图，它的驱动系统被公认为目前最成功的结构。06:24《汽车拖拉机学》课件26第1课混合动力电动汽车四、混合动力电动汽车动力系统的耦合方式第十章电动汽车技术1、动力混合度fmmPPPPD这样无需做具体测试而只需发动机和电机的最大功率等基本性能参数，就能计算出混合动力传动系统的动力混合度，并进行不同混合动力电动汽车之间的对比。这里引进一个动力混合度（DegreeofHybridization）来评价传动系统的动力混合程度，其计算公式如下:PDmP式中，为驱动电机(及其控制器)的最大功率；fP为汽车发动机的最大功率。06:24