混合动力电动汽车2

项目二混合动力电动汽车学习目标熟悉混合动力电动汽车的基本概念；了解混合动力电动汽车的分类，并明确混合动力电动汽车的优缺点。学习任务描述通过本次学习，了解混合动力电动汽车的基本概念，明确混合动力电动汽车与传统汽车的区别；了解混合动力电动汽车的不同分类方式；明确混合动力电动汽车在新能源汽车发展中的优势与劣势。学习任务1.混合动力电动汽车的基础知识2.混合动力电动汽车的主要结构形式3.混合动力电动汽车能量管理4.混合动力电动汽车的关键技术5.混合动力电动汽车的实例学习任务1.混合动力电动汽车的基础知识2.混合动力电动汽车的主要结构形式3.混合动力电动汽车能量管理4.混合动力电动汽车的关键技术5.混合动力电动汽车的实例引导问题1：什么是混合动力电动汽车？混合动力汽车通常是指由不同动力源驱动的汽车，包括油电混合动力汽车、气电混合动力汽车。目前天然气汽车通常也是油气混合动力的一种。本文主要介绍油电混合动力汽车。混合动力电动汽车（HybridElectricalVehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力电动汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。引导问题1：什么是混合动力电动汽车？混合动力电动汽车是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种车型，是内燃机汽车向纯电动汽车过渡的车型。混合动力电动汽车尽管不能实现零排放，但其动力性、经济性以及排放等性能能够在一定程度上缓解汽车发展与环境污染、能源危机的矛盾。与传统汽车的最大区别在于其动力系统，混合动力电动汽车通常至少拥有两个动力源和两个能量储存系统。混合动力电动汽车（视频）引导问题1：什么是混合动力电动汽车？根据2010年颁布的QC/T837—2010《混合动力电动汽车类型》，混合动力电动汽车的有多种分类方式：根据驱动系统能量流和功率流的配置结构关系，混合动力电动汽车可分为串联式、并联式、混联式。按照两种不同能量的搭配比例不同，混合动力电动汽车可分为微混合型、轻度混合型、中度混合型及重度混合型。按照外接充电能力，混合动力电动汽车分为可外接充电型（插电式）、不可外接充电型。引导问题2：混合动力电动汽车有哪些分类？引导问题3：混合动力电动汽车的优缺点各有哪些？优点分析：混合动力技术被公认为是目前最可行、最现实的节能技术，而混合动力电动汽车也是目前世界上唯一能实现量产的节能环保型汽车，这是混合动力电动汽车的最大优势所在，具体地：1.排放性能良好2.动力性能佳3.耗油量低4.对电池的性能要求相对较低引导问题3：混合动力电动汽车的优缺点各有哪些？缺点分析：由于混合动力电动汽车仍需要燃烧汽油，因此无法从根本上摆脱对石油的依赖和彻底解决环保问题，也因此混合动力电动汽车没有太大的市场号召力。混合动力系统的生产成本比内燃发动机系统的成本更高。混合动力车需要配置普通汽车并不需要的昂贵配件，例如庞大笨重的电池组、电力发动机以及精密的电子控制模板。另外受限于动力电池与能量储存等技术难题，以及充换电站等基础配套设施目前未完善，混合动力电动汽车要得到大规模发展尚需要一定的时间。学习任务1.混合动力电动汽车的基础知识2.混合动力电动汽车的主要结构形式3.混合动力电动汽车能量管理4.混合动力电动汽车的关键技术5.混合动力电动汽车的实例引导问题1：串联式混合动力电动汽车的功能结构串联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机和电动机三个动力总成，以串联方式组成其动力单元系统。下图为串联式混合动力电动汽车的功能原理图。引导问题1：串联式混合动力电动汽车的功能结构串联式混合动力电动汽车功能部件分布引导问题1：串联式混合动力电动汽车的功能结构串联式的工作模式通常有三种：纯电动模式、纯发动机模式、混合模式。纯电动模式即发动机关闭，车辆行驶完全依靠电池组供电驱动；纯发动机模式则仅在发动机运行情况下驱动车辆，蓄电池电力充足时作为储备，不足时，发动机同时为其充电；混合模式，即整车动力是通过发动机与电池组共同提供。引导问题1：串联式混合动力电动汽车的功能结构串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，主要用于客车。下图为中通串联式混合动力电动公交车。引导问题2：并联式混合动力电动汽车的功能结构并联式混合动力电动汽车的功能结构图并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。并联型HEV的特点：汽车可由发动机和电动机共同驱动或者各自单独驱动。发动机和电机是两个相互独立的系统，即可实现纯电动行驶，又可实现内燃机驱动行驶，在功率需求较大时还可以实现全混合动力行驶，在停车状态下可进行外接充电。但以何种方式将两处动力得到融合呢？并联式混合动力电动汽车可以两动力源的转矩、转速、功率为对象进行耦合。按耦合对象不同，可分为转矩耦合、转速耦合、转速与转矩耦合。从结构上而言，则主要有两轴式、单轴式结构。引导问题2：并联式混合动力电动汽车的功能结构在这种结构中，传动装置通常设计在电动机后端，电动机通过离合器与发动机相连，要实现同步调节，电动机与发动机的转速范围必须一致，因此仅适用于小型电动机。1.转矩耦合两轴式转矩耦合结构另一种转矩耦合两轴结构形式为分离轴设计，电动机与发动机分别为车辆提供动力。其发动机传动系统结构形式与常规汽车一样，仅是将电动机作为另一动力源对车辆输出转矩。此种结构会减少车辆的乘座空间，且不能实现发动机对蓄电池充电。1.转矩耦合分离轴结构转矩耦合的单轴式并联混合动力电动汽车，通常有两种结构形式，如右图所示。两种结构形式最大的区别在于电动机与传动装置的位置关系，且此时采用的电动机兼具发电机功能，且其转子起着转矩耦合的作用。1.转矩耦合对于转速耦合的并联式混合动力电动汽车而言，其关键的两种转速耦合部件：一是行星齿轮机构，二是具有浮动定子的电动机（也称为传动电动机），2.转速耦合两种转速耦合部件转速耦合混合动力电动汽车的主要优点在于两种动力装置的转速是解耦的，因此二者的转速是可以自由地进行调节。2.转速耦合行星齿轮机构转速耦合并联式混合动力电动汽车结构2.转速耦合传动电动机转速耦合的混合动力电动汽车结构将转矩耦合与转速耦合相结合，形成复合型混合动力驱动系统。这种驱动系统下转矩耦合与转速耦合状态可交替运行。3.转矩耦合与转速耦合配置行星齿轮机构的复合型混合动力驱动系结构3.转矩耦合与转速耦合配置传动电动机的复合型混合动力驱动系统结构3.转矩耦合与转速耦合本田IMA系统是非常典型的并联式混合动力系统，至今已发展到第六代并应用在本田最新的CR-Z、思域、飞度等车型上。IMA系统由4个主要部件构成，其中包括：发动机、电机、CVT变速箱以及IPU智能动力单元组成。应用IMA动力系统的本田CR-Z混联式混合动力电动汽车为转矩与转速耦合复合型的动力系统，它具有优于串联式和并联式（单一转矩或转速耦合）混合动力驱动系统的优点。引导问题3：混联式混合动力电动汽车的功能结构混联式混合动力电动汽车的功能结构图混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式的结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式混合动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。唯一的缺点就是价格高，结构复杂。混联式混合动力电动汽车综合了串联式和并联式结构特点组成的，由发动机、电动机或发动机和驱动电机三大动力总成组成。引导问题3：混联式混合动力电动汽车的功能结构引导问题3：混联式混合动力电动汽车的功能结构混联式混合动力电动汽车的结构实例学习任务1.混合动力电动汽车的基础知识2.混合动力电动汽车的主要结构形式3.混合动力电动汽车能量管理4.混合动力电动汽车的关键技术5.混合动力电动汽车的实例引导问题1：混合动力电动汽车能量管理能量管理是混合动力电动汽车的核心，其功能在于，当满足汽车基本技术性能（动力性、平顺性等）、成本等要求的前提下，根据各部件特性及汽车的行驶工况，实现能量在能源转换（发动机、电动机、储能装置、功率变换装置、动力传递装置、发电机等）之间的最佳线路流动，使整车的能源利用率达到最优，提高整车的燃油经济性。混合动力电动汽车的能量转换装置包括发电装置（发动机/发电机）、动力电池、功率变换装置、动力传递装置、充放电装置等。能量传统路线通常有四类：由发电装置到车轮；由动力电池到车轮；由发电装置到能量储存装置，再到车轮；由车轮到能量储存装置（能量回收）。引导问题2：混合动力电动汽车的运行模式从能源消耗与排放的角度，混合动力电动汽车须满足以下要求：车辆应根据行驶工况对能量的需要，合理分配发动机与动力电池的能量，达到最佳的燃料消耗与排放效果；在复杂行驶工况下，尽可能减少发动机工作转速的变化、关闭与起动的次数，尽量避免发动机在低于一定转速和负荷时运行；从动力电池的使用寿命的角度，混合动力电动汽车还须保证动力电池的SOC与电压在安全范围内。引导问题2：混合动力电动汽车的运行模式根据动力电池与发动机在运行过程中能量供应的主次，混合动力电动汽车主要有两种运行模式：第一种主要利用动力电池的电能驱动车辆。仅当电池SOC降低于最小限值时，发动机才运行，且保证发动机在最高效率区以输出恒定功率的方式工作，当动力电池SOC升至最大限值时，发动机停机。这种模式下，发动机的启闭出现在车辆的行驶过程中，较为频繁时，影响发动机的工作效率。第二种模式下，发动机在行驶过程中起到主要作用，发动机带动发电机工作并尽可能供应车辆行驶所需的电能，同时保持动力电池SOC处于规定范围内。动力电池起负荷调节的作用，仅在制动能量回收、起动、加速条件下发挥作用。这种模式下，电池的充放电量较小，能量损失最小。但发动机不能在最佳转速和负荷下工作，排放差，效率也较低。引导问题3：混合动力电动汽车的能量控制策略根据不同结构形式的混合动力电动汽车特点，其能量管理的侧重有所不同：1串联式混合动力电动汽车能量管理控制策略发动机要经由电动机才能将动力传递给车轮，整车的控制策略目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作，主要采用静态逻辑门限控制策略，较为典型的有恒温模式（发动机开关控制策略）、峰值电源最大荷电状态的控制策略2并联式混合动力电动汽车能量管理控制策略实际是在一定约束条件下的燃油与排放的最优控制疸。引导问题3：混合动力电动汽车的能量控制策略3混联式混合动力电动汽车能量管理控制策略低速行驶时，驱动系统采用串联式混合动力电动汽车能量控制策略；高速行驶时，驱动系统采用并联式混合动力电动汽车能量控制策略。由于混联式混合动力电动汽车能量控制综合了串联式与并联式的特点，因此这也成为了目前应用成功的混合动力电动汽车采用较多结构类型。此法能较好地实现汽车各项性能指标，使发动机不受汽车行驶状况的影响，保持在最高效率状态下工作或自动关闭，从而有效降低排放。但是这些能量控制策略技术复杂，配套的硬件设计与制造成本也较高。学习任务1.混合动力电动汽车的基础知识2.混合动力电动汽车的主要结构形式3.混合动力电动汽车能量管理4.混合动力电动汽车的关键技术5.混合动力电动汽车的实例引导问题1：混合动力电动汽车的关键技术有哪些？混合动力电动汽车是集整车技术、电力拖动、新能源及新材料等高新技术于一体的高新集成产物。为实现其高效能、低排放目标，行业内混合动力电动汽车技术发展集中于发动机、动力电池与能量管理、电机及其驱动控制、整车技术等方面。本田混合动力电动汽车系统演示（视频）引导问题2：发动机由于混合动力电动汽车发动机需要频繁起动或关闭，为满足严格的排放标准，混合动力车用发动机设计目标