第二章 混合动力汽车构造与工作原理

第二章混合动力汽车构造与工作原理§2-1混合动力汽车的基本概念与分类§2-2典型混合动力电动汽车结构§2-3混合动力汽车的电能储存装置§2-4混合动力汽车的驱动电机第二章混合动力汽车构造与工作原理任务目标1.掌握混合动力汽车基本概念§2-1混合动力汽车的基本概念与分类2.了解液压蓄能式混合动力汽车HHV3.掌握混合动力电动汽车HEV4.掌握混合动力电动汽车的类型第二章混合动力汽车构造与工作原理什么是混合动力汽车呢？混合动力汽车的类型有哪些呢？液压蓄能式混合动力汽车HHV和混合动力电动汽车HEV的区别是什么呢？第二章混合动力汽车构造与工作原理任务分析要掌握混合动力汽车的基本概念，了解HHV和掌握HEV，掌握混合动力电动汽车的类型，需以下几个步骤：1分析国际能源组织（IEA）的有关文献3分析HHV和HEV2掌握汽车行业标准《QC/T837-2010混合动力电动汽车类型》第二章混合动力汽车构造与工作原理一、混合动力车辆的基本概念根据国际能源组织（IEA）的有关文献，“能量与功率传送路线”具有如下特点的车辆称为混合动力车辆：①传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能量转换装置；第二章混合动力汽车构造与工作原理②这些能量转换装置至少要从两种不同的能量储存装置吸取能量；③从储能装置流向车轮的这些通道，至少有一条是可逆的。如果可逆的储能装置供应的是电能时，则称作混合动力电动车。第二章混合动力汽车构造与工作原理二、液压蓄能式混合动力汽车HHVHHV最初由VolvoFlygmotor在20世纪80年代开发，其主要应用于巴士、货车等重型车辆。HHV使用的动力是液力马达及传统的燃油（气）车的发动机。液力系统主要由液压泵（马达）、液力储存器和液体罐等组成。HHV的特点是可使用液压泵（马达）可单独或同时和传统内燃机动力驱动汽车行驶。第二章混合动力汽车构造与工作原理三、混合动力电动汽车HEV国标《GB/T19596-2004电动汽车术语》对于混合动力电动汽车是这样定义的：至少能从下述两类车载储存的能量中获得的汽车动力的汽车：-可消耗的燃料；-可再充电能/能量储存装置。第二章混合动力汽车构造与工作原理四、混合动力电动汽车的类型1.按照动力系统结构形式划分（1）串联式混合动力电动汽车（2）并联式混合动力电动汽车（3）混联式混合动力电动汽车第二章混合动力汽车构造与工作原理2.按照混合度划分（1）微混合型混合动力电动汽车（2）轻度混合型混合动力电动汽车（3）重度混合（强混合）型混合动力电动汽车第二章混合动力汽车构造与工作原理3.按照外接充电能力划分（1）外接充电型混合动力电动汽车（2）非外接充电型混合动力电动汽车第二章混合动力汽车构造与工作原理4.按照行驶模式的选择方式划分（1）有手动选择功能的混合动力电动汽车（2）无手动选择功能的混合动力电动汽车第二章混合动力汽车构造与工作原理5.其他划分型式（1）按照可再充电能量储存系统不同可以划分为(但不限于)以下类型：①动力蓄电池混合动力电动汽车②超级电容器混合动力电动汽车③机电飞轮混合动力电动汽车④动力蓄电池与超级电容器组合式混合动力电动汽车（2）混合动力电动汽车按照其技术特征、燃料类型、功能结构和车辆用途等因索还可有其他划分型式。第二章混合动力汽车构造与工作原理任务目标1.熟悉串联式混合动力汽车的构造与工作原理2.熟悉并联式混合动力汽车的构造与工作原理§2-2典型混合动力电动汽车结构3.掌握混联式混合动力汽车构造与工作原理第二章混合动力汽车构造与工作原理混合动力汽车的动力传递形式有串联、并联和混联三种，具体的结构和工作原理是什么呢？第二章混合动力汽车构造与工作原理任务分析需要对三种形式的动力传递方式逐一分析1分析串联式混合动力汽车的构造与工作原理3分析并联式混合动力汽车的构造与工作原理2分析混联式混合动力汽车的构造与工作原理第二章混合动力汽车构造与工作原理一、串联式混合动力汽车1.基本结构串联式混合动力系统1-发动机2-发电机3-动力蓄电池4-变压器5-电动机6-驱动轮7-减速器第二章混合动力汽车构造与工作原理2.串联式混合动力驱动系统的三种基本控制模式（1）主要利用电池来驱动车辆，仅当SOC降低到最小限值时，发动机才起动，发动机在最高效率区以输出恒定功率的方式工作，当SOC回升到最大限值时发动机关机。（2）“负荷跟随”控制模式。（3）上述两种控制模式的一个折中方案。第二章混合动力汽车构造与工作原理3.通用汽车公司Series-SHEV汽车的结构组成通用汽车公司的Series-SHEV结构布置1-电流转换器2-充电器3-驱动电动机4-动力蓄电池5-中央控制器6-发电机7-发动机第二章混合动力汽车构造与工作原理4.串联式混合动力驱动系统的优点与缺点（1）串联式混合动力驱动系统的优点（2）串联式混合动力驱动系统的缺点第二章混合动力汽车构造与工作原理二、并联式混合动力汽车1.基本结构并联式混合动力系统1-发动机2-变速器3-动力蓄电池4-变压器5-电动机/电动机6-驱动轮7-减速器第二章混合动力汽车构造与工作原理2.并联式混合动力驱动系统典型工作模式的功率流（1）车辆起动、低速及轻载行驶时，发动机关闭，车辆由电机驱动，为纯电动工况纯电动工作模式第二章混合动力汽车构造与工作原理混合动力（2）车辆起动、低速及轻载行驶时，发动机关闭，车辆由电机驱动，为纯电动工况。第二章混合动力汽车构造与工作原理向蓄电池充电（3）在车辆行驶过程中，当车载电池组电量过低时，发动机在驱动车辆行驶的同时向电池补充充电。第二章混合动力汽车构造与工作原理制动能量回收（4）车辆减速及制动时，电机以发电机模式工作，回收车辆制动能量向电池充电第二章混合动力汽车构造与工作原理3.并联式混合动力驱动系统两种基本控制模式（1）发动机辅助混合动力模式（2）电机辅助混合动力模式第二章混合动力汽车构造与工作原理4.日产风雅混合动力汽车混合动力系统（1）混合动力系统结构日产风雅混合动力系统的结构1-离合器22-电子控制式7挡自动变速器3-电机4-离合器15-发动机6-逆变器7-锂离子蓄电池第二章混合动力汽车构造与工作原理（2）工作过程1）系统起动系统起动时1-锂离子蓄电池2-离合器23-驱动电机4-离合器15-发动机6-逆变器第二章混合动力汽车构造与工作原理一般行驶时混合动力系统的工作过程1-锂离子蓄电池2-离合器23-驱动电机4-离合器15-发动机6-逆变器第二章混合动力汽车构造与工作原理电量少时混合动力系统工作过程1-锂离子蓄电池2-离合器23-驱动电机4-离合器15-发动机6-逆变器第二章混合动力汽车构造与工作原理2）减速或制动时制动时混合动力系统的工作过程1-锂离子蓄电池2-离合器23-驱动电机4-离合器15-发动机6-逆变器第二章混合动力汽车构造与工作原理3）加速或爬坡时完全加速或爬坡时混合动力系统工作过程1-锂离子蓄电池2-离合器23-驱动电机4-离合器15-发动机6-逆变器第二章混合动力汽车构造与工作原理4）离合器控制离合器1与一般手动变速器离合器结构相同，是干式离会器。它接合，断开的操作是出液压气缸自动控制的，车辆行驶时，输入端和输出端的转速差大约为50r/min。能够实现更为平稳的行驶。当发动机开始工作的情况下，为了使驱动扭矩不发生变化，输入端和输出端的转速差控制在约为100r／min，控制滑行的同时，离合器1接合。这时电机发挥起动作用。第二章混合动力汽车构造与工作原理低速时，离合器1和离舍器2完全接合，发动机和电机的转数相同。这样车速为10km／h时转速约为1000r／min，5km／h时转速会变为约500r/min，发动机会停止工作。为了防止这样的情况，离合器2会使车辆滑行，进入半离合状态．这时发动机的转速会保持在约1000r/min。在坡道上停止的状态下，驾驶员踩下加速踏板，离合器2断开，电动制动装置控制车辆停止，目的是保护离合器2。第二章混合动力汽车构造与工作原理5.并联式混合动力驱动系统的特点（1）发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，无机械能-电能的转换损失，因此发动机输出能量的利用率相对较高。（2）当电机仅起功率调峰作用时（3）在繁华的市区低速行驶时第二章混合动力汽车构造与工作原理（4）发动机与电机并联驱动时，还需要动力复合装置，因此，并联驱动系统的传动机构较为复杂。（5）并联式混合动力驱动系统与车轮之间直接机械连接，发动机的运行工况会受车辆行驶工况的影响，所以车辆在行驶工况频繁变化的情况下运行时，发动机有可能不在其最佳工作区域内运行，其油耗和排放指标可能不如串联式混合动力系统。第二章混合动力汽车构造与工作原理三、混联式混合动力汽车1.基本结构混联式混合动力系统1-发动机2-动力分离装置3-发电机4-动力蓄电池5-变压器6-电动机7-驱动轮8-减速器第二章混合动力汽车构造与工作原理2.丰田混联式混合动力系统（1）启动时启动时第二章混合动力汽车构造与工作原理（2）低速－中速行驶时低速－中速行驶时第二章混合动力汽车构造与工作原理（3）一般行驶时一般行驶时第二章混合动力汽车构造与工作原理（4）一般行驶时/剩余能量充电一般行驶时/剩余能量充电第二章混合动力汽车构造与工作原理（5）全速开进（行驶）时全速开进（行驶）时第二章混合动力汽车构造与工作原理（6）减速/能量再生时减速/能量再生时第二章混合动力汽车构造与工作原理（6）停车停车时第二章混合动力汽车构造与工作原理任务目标1.熟悉混合动力汽车电能储存装置的种类5.熟悉蓄电池管理系统和电动汽车的蓄电池充电器§2-3混合动力汽车电能储存装置2.熟悉蓄电池主要性能指标3.熟悉铅酸蓄电池4.掌握镍-镉（Ni-Cd）电池、镍-氢(Ni-MH)电池、锂离子电池的结构组成、工作原理与性能特点第二章混合动力汽车构造与工作原理混合动力汽车电能储存装置的类型有哪些？其中动力蓄电池的结构域工作原理是什么？其性能指标有哪些？蓄电池管理系统和电动汽车的蓄电池充电器是如何工作的呢？第二章混合动力汽车构造与工作原理任务分析要对上述问题作出答复，需以下几个步骤：1归纳混合动力汽车电能储存装置的种类3分析蓄电池性性能评价指标；分析各类动力蓄电池结构组成、工作原理与性能特点2分析蓄电池管理系统和电动汽车的蓄电池充电器第二章混合动力汽车构造与工作原理一、混合动力汽车电能储存装置的种类1.二次电池2.超级电容3.飞轮电池第二章混合动力汽车构造与工作原理二、蓄电池主要性能指标1.电压（V）（1）电动势电池正极和负极之间的电位差E。（2）开路电压电池在开路时的端电压，一般开路电压与电池的电动势近似相等。（3）额定电压电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。第二章混合动力汽车构造与工作原理（4）工作电压（负载电压、放电电压）在电池两端接上负载R后，在放电过程中显示出的电压。（5）终止电压电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池不宜再继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。第二章混合动力汽车构造与工作原理2.电池容量（A·h）（1）理论容量（2）实际容量（3）标称容量（公称容量）（4）额定容量（保证容量）（5）荷电状态（SOC）第二章混合动力汽车构造与工作原理3.能量（W·h、kW·h）电池的能量决定电动汽车的行驶距离。（1）标称能量（2）实际能量（3）比能量（W·h/kg）（4）能量密度（W·h/L）第二章混合动力汽车构造与工作原理4.功率（W、kW）在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量，电池的功率决定混合动力汽车的加速性能。（1）比功率（W/kg）电池的比功率是指电池单位质量中所具有的电能的功率。（2）功率密度（W/L）电池的功率密度是指电池单位体积中所具有的电能的功率。第二章混合动力汽车构造与工作原理5.电池的内阻6.循环次数（次）7.使用年限（年）8.放电速率（放电率）（1）时率（2）倍率第二章混合动力汽车构造与工作原理9.自放电率10.成本要求蓄电池无毒性、不会造成污染或腐蚀，使用安全，有良好的充电性能，充电操作方便，充电时间短，耐振动，无记忆性对环境温度变化不敏感，寿命长