第三章_混合動力電動汽車

1、 陳曦第三章 混合動力電動汽車結(jié)構與原理（一）3.1混合動力汽車分類混合動力汽車分類1. 混合動力汽車的分類混合動力汽車的分類 （1）按連接方式分類：）按連接方式分類： 串聯(lián)式混合動力電動汽車（串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV） 并聯(lián)式混合動力電動汽車（并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV） 混聯(lián)式混合動力電動汽車（混聯(lián)式混合動力電動汽車（PSHEV）3.1混合動力汽車分類混合動力汽車分類按照兩種不同的能量的搭配比例不同，混合動力車按照兩種不同的能量的搭配比例不同，混合動力車輛則有四種類型，即：輛則有四種類型，即： 微混合（微混合（micro hybridsmicro hybrids）有時也叫）有

2、時也叫“起?；炱鹜；旌虾稀?輕度混合（輕度混合（mild hybridsmild hybrids） 全混合（全混合（full hybridsfull hybrids） 外電源插座充電混合（外電源插座充電混合（plugplugin hybridsin hybrids）3.1混合動力汽車分類混合動力汽車分類輕度混合的發(fā)動機比微混合的小，但各輕度混合的發(fā)動機比微混合的小，但各電氣元件比微混合大電氣元件比微混合大3.1混合動力汽車分類混合動力汽車分類n全混合與全混合與Plug In 混合混合3.1 混合動力汽車分類混合動力汽車分類（3）n內(nèi)燃機和蓄電池混合的動力來代表混合動內(nèi)燃機和蓄電池混合的動力來代

3、表混合動力電動汽車力電動汽車p燃料電池和蓄電池的混合動力稱為燃料電燃料電池和蓄電池的混合動力稱為燃料電池電動車池電動車p蓄電池和電容器的混合動力稱為超大容量蓄電池和電容器的混合動力稱為超大容量電容器輔助動力電動車電容器輔助動力電動車3.2 混合動力電動汽車的結(jié)構組成混合動力電動汽車的結(jié)構組成3.2.1 串聯(lián)式混合動力電動汽車串聯(lián)式混合動力電動汽車組成：組成： 發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電動機發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電動機各部件功用：各部件功用： 發(fā)動機僅僅用于發(fā)電發(fā)動機僅僅用于發(fā)電 發(fā)電機發(fā)出的電能直接輸送到電動機部分發(fā)電機發(fā)出的電能直接輸送到電動機部分 電能向電池充電電能向電池充電 電動機產(chǎn)生的電磁力

4、矩驅(qū)動汽車行走電動機產(chǎn)生的電磁力矩驅(qū)動汽車行走3.2.1串聯(lián)式混合動力電動汽車原理圖串聯(lián)式混合動力電動汽車原理圖3.2.1串聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖串聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖3.2.1串聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖串聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖3.2.1串聯(lián)式混合動力電動汽車的特點串聯(lián)式混合動力電動汽車的特點優(yōu)點：優(yōu)點：（1）發(fā)動機能夠經(jīng)常保持在穩(wěn)定、高效、低污染的）發(fā)動機能夠經(jīng)常保持在穩(wěn)定、高效、低污染的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使有害排放氣體控制在最低范圍；運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使有害排放氣體控制在最低范圍；（2）總體結(jié)構上看，比較簡單，易于控制，只有電）總體結(jié)構上看，比較簡單，易于控制，只有電動機的

5、電力驅(qū)動系統(tǒng)，其特點更加趨近于純電動動機的電力驅(qū)動系統(tǒng)，其特點更加趨近于純電動汽車；汽車；（3）三大部件總成在電動汽車上布置起來，有較大）三大部件總成在電動汽車上布置起來，有較大的自由度。的自由度。3.2.1串聯(lián)式混合動力電動汽車的特點串聯(lián)式混合動力電動汽車的特點缺點：缺點：（1）三大部件總成各自的功率較大，外形較大，質(zhì)）三大部件總成各自的功率較大，外形較大，質(zhì)量也較大，在中小型電動汽車上布置有一定的困難；量也較大，在中小型電動汽車上布置有一定的困難；（2）另外在發(fā)動機）另外在發(fā)動機發(fā)電機發(fā)電機電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的熱能熱能電能電能機械能的能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失機械能的能量轉(zhuǎn)換

6、過程中，能量損失較大。較大。 串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)較適合在大型客車上使用串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)較適合在大型客車上使用3.2.1串聯(lián)式混合動力汽車小結(jié)串聯(lián)式混合動力汽車小結(jié)串聯(lián)式是混合動力電動汽車中串聯(lián)式是混合動力電動汽車中最簡單的一最簡單的一種種，發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機，發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來給轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動機和傳動蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動機和傳動裝置驅(qū)動車輪。裝置驅(qū)動車輪。和燃油車比較，它是一種和燃油車比較，它是一種發(fā)動機輔助型的發(fā)動機輔助型的電動車電動車，主要是為了增加車輛的行駛里

7、程；，主要是為了增加車輛的行駛里程；由于在發(fā)動機和發(fā)電機之間的機械連接裝由于在發(fā)動機和發(fā)電機之間的機械連接裝置中沒有離合器，因而它有一定的靈活性。置中沒有離合器，因而它有一定的靈活性。盡管其傳動結(jié)構簡單，但它需要三個驅(qū)動盡管其傳動結(jié)構簡單，但它需要三個驅(qū)動裝置裝置:發(fā)動機、發(fā)電機和電動機。發(fā)動機、發(fā)電機和電動機。如果串聯(lián)混合型電動車設計時考慮爬長坡，如果串聯(lián)混合型電動車設計時考慮爬長坡，為提供最大功率三個驅(qū)動裝置的尺寸就會為提供最大功率三個驅(qū)動裝置的尺寸就會較大，如果用作短途運行如當通勤車用或較大，如果用作短途運行如當通勤車用或只是用于購物，相應的內(nèi)燃機只是用于購物，相應的內(nèi)燃機-發(fā)電機裝置發(fā)

8、電機裝置應采用應采用低功率低功率的。的。3.2.2. 并聯(lián)式混合動力電動汽車并聯(lián)式混合動力電動汽車組成：組成： 并聯(lián)式結(jié)構是由發(fā)動機、電動機并聯(lián)式結(jié)構是由發(fā)動機、電動機/發(fā)電機發(fā)電機兩大部件總成組成兩大部件總成組成3.2.2并聯(lián)式混合動力電動汽車原理圖并聯(lián)式混合動力電動汽車原理圖3.2.2并聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖并聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖3.2.2并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)動力并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)動力流程圖流程圖3.2.2并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的動力合成裝置并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的動力合成裝置 （1）驅(qū)動力合成式）驅(qū)動力合成式 驅(qū)動力合成式并聯(lián)混合動力電動汽車采用一個小功率的發(fā)動機，單獨地驅(qū)動汽車

9、的前輪。 另外一套電動機驅(qū)動系統(tǒng)單獨地驅(qū)動汽車的后輪，可以在汽車啟動、爬坡或加速時增加混合動力電動汽車的驅(qū)動力。（2）轉(zhuǎn)矩合成式）轉(zhuǎn)矩合成式(雙軸式和單軸式雙軸式和單軸式) 轉(zhuǎn)矩合成式并聯(lián)混合動力汽車的發(fā)動機通過傳動系統(tǒng)直接驅(qū)動混合動力電動汽車，并直接（單軸式）或間接（雙軸式）帶動電動機/發(fā)電機轉(zhuǎn)動向蓄電池充電。 蓄電池也可以向電動機/發(fā)電機提供電能，此時電動機/發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電動機，可以用來啟動發(fā)動機或驅(qū)動汽車。 3.2.2并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的動力合成裝置并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的動力合成裝置 （3）轉(zhuǎn)速合成式）轉(zhuǎn)速合成式 轉(zhuǎn)速合成式并聯(lián)混合動力汽車的發(fā)動機和電動機通過離合器和一個“動力組合器”來驅(qū)動汽車。

10、 可以利用普通內(nèi)燃機汽車的大部分傳動系統(tǒng)的總成，電動機只需通過“動力組合器”與傳動系統(tǒng)連接，結(jié)構簡單，改制容易，維修方便。3.2.2并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的動力合成裝置并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的動力合成裝置 3.2.2并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動方式并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動方式3.2.2并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動方式3.2.2并聯(lián)式混合動力特點并聯(lián)式混合動力特點并聯(lián)式混合動力電動汽車采用發(fā)動機和電動機兩并聯(lián)式混合動力電動汽車采用發(fā)動機和電動機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。發(fā)動機和電動機通常通過不同的離合器來驅(qū)動車發(fā)動機和電動機通常通過不同的離合器來驅(qū)動車輪，可以采用輪，可以采用發(fā)動機單獨驅(qū)動，

11、電力單獨驅(qū)動或發(fā)動機單獨驅(qū)動，電力單獨驅(qū)動或者發(fā)動機和發(fā)電機混合驅(qū)動。者發(fā)動機和發(fā)電機混合驅(qū)動。它是電力輔助型的燃油車，目的是為降低排放和它是電力輔助型的燃油車，目的是為降低排放和燃油消耗。燃油消耗。3.2.2并聯(lián)式混合動力汽車小結(jié)并聯(lián)式混合動力汽車小結(jié)當發(fā)動機提供的功率大于驅(qū)動電動車所需的功率或者再生當發(fā)動機提供的功率大于驅(qū)動電動車所需的功率或者再生制動時，電動機可作在發(fā)電機狀態(tài)，將多余的能量充入電制動時，電動機可作在發(fā)電機狀態(tài)，將多余的能量充入電池。池。與串聯(lián)式混合動力電動汽一車比較，它只需兩個驅(qū)動裝與串聯(lián)式混合動力電動汽一車比較，它只需兩個驅(qū)動裝置置發(fā)動機和電動機，而且，在蓄電池放完電之

12、前，如果發(fā)動機和電動機，而且，在蓄電池放完電之前，如果要得到相同的性能，并聯(lián)式比串聯(lián)式混合動力電動汽車的要得到相同的性能，并聯(lián)式比串聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)動機和電動機的發(fā)動機和電動機的體積要小體積要小。即使在長途行駛時，發(fā)動機的功率可以達到最大而電動機即使在長途行駛時，發(fā)動機的功率可以達到最大而電動機的功率只需發(fā)出一半即可。的功率只需發(fā)出一半即可。3.2.3混聯(lián)式混合動力電動汽車混聯(lián)式混合動力電動汽車 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。驅(qū)

13、動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。 發(fā)電機發(fā)出的電能輸送給電動機或蓄電池，發(fā)電機發(fā)出的電能輸送給電動機或蓄電池，電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復合裝置傳送電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復合裝置傳送給驅(qū)動橋。給驅(qū)動橋。 3.2.3混聯(lián)式混合動力電動汽車原理圖混聯(lián)式混合動力電動汽車原理圖3.2.3混聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖混聯(lián)式混合動力電動汽車動力流程圖3.2.3混聯(lián)式混合動力動力流程混聯(lián)式混合動力動力流程混聯(lián)式混合動力混聯(lián)式混合動力 利用電動機和發(fā)動機來驅(qū)動車輪，并利用電動機和發(fā)動機來驅(qū)動車輪，并可用發(fā)電機來發(fā)電及自行充電?；炻?lián)式混合可用發(fā)電機來發(fā)電及自行充電?；炻?lián)式混合動力利用電動機和發(fā)動機這

14、兩個動力來驅(qū)動動力利用電動機和發(fā)動機這兩個動力來驅(qū)動車輪，同時電動機在行駛當中還可以發(fā)電。車輪，同時電動機在行駛當中還可以發(fā)電。 根據(jù)行駛條件的不同，可以僅靠電動根據(jù)行駛條件的不同，可以僅靠電動機驅(qū)動力來行駛，或者利用發(fā)動機和電動機機驅(qū)動力來行駛，或者利用發(fā)動機和電動機驅(qū)動行駛。另外還安裝有發(fā)電機，所以可以驅(qū)動行駛。另外還安裝有發(fā)電機，所以可以一邊行駛，一邊給一邊行駛，一邊給HV蓄電池充電。基本結(jié)蓄電池充電。基本結(jié)構由電動機、發(fā)動機、構由電動機、發(fā)動機、HV蓄電池、發(fā)電機、蓄電池、發(fā)電機、動力分離裝置、電子控制單元動力分離裝置、電子控制單元(變壓器、轉(zhuǎn)變壓器、轉(zhuǎn)換器換器)組成。利用動力分離裝置

15、將發(fā)動機的組成。利用動力分離裝置將發(fā)動機的動力分成兩份，一部分用來直接驅(qū)動車輪，動力分成兩份，一部分用來直接驅(qū)動車輪，另一部分用來發(fā)電，給電動機供應電力和另一部分用來發(fā)電，給電動機供應電力和HV蓄電池充電。蓄電池充電。 電動機擅長從低速帶開始發(fā)揮威力，電動機擅長從低速帶開始發(fā)揮威力，而發(fā)動機則在高速帶大顯身手。本系統(tǒng)通過而發(fā)動機則在高速帶大顯身手。本系統(tǒng)通過理想地控制二者，可在所有條件下提供高效理想地控制二者，可在所有條件下提供高效率的行駛。率的行駛。3.2.3混聯(lián)式混合動力汽車特點混聯(lián)式混合動力汽車特點混聯(lián)式混合動力電動汽車在結(jié)構上綜合了串聯(lián)式混聯(lián)式混合動力電動汽車在結(jié)構上綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)

16、式的特點，與和并聯(lián)式的特點，與串聯(lián)串聯(lián)式相比，它增加了式相比，它增加了機械機械動力動力的傳遞路線，與的傳遞路線，與并聯(lián)并聯(lián)式相比，它增加了式相比，它增加了電能電能的傳輸路線。的傳輸路線。盡管混聯(lián)式混合動力電動汽車同時具有串聯(lián)式和盡管混聯(lián)式混合動力電動汽車同時具有串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，但其并聯(lián)式的優(yōu)點，但其結(jié)構復雜，成本高；結(jié)構復雜，成本高；不過，隨著控制技術和制造技術的發(fā)展，一些現(xiàn)不過，隨著控制技術和制造技術的發(fā)展，一些現(xiàn)代混合動力電動汽車更代混合動力電動汽車更傾向傾向于選擇這種結(jié)構。于選擇這種結(jié)構。3.3混合動力汽車功率流的控制混合動力汽車功率流的控制 不同控制策略的目的是為了達到不同的不同

17、控制策略的目的是為了達到不同的目標，其主要目標主要有以下四個目標，其主要目標主要有以下四個:n最佳的燃油經(jīng)濟性最佳的燃油經(jīng)濟性;n最低的排放最低的排放;n最低的系統(tǒng)成本最低的系統(tǒng)成本;n最佳的驅(qū)動性能。最佳的驅(qū)動性能。3.3.1混合動力汽車功率流的控制混合動力汽車功率流的控制設計混合動力電動汽車的控制策略時主要應設計混合動力電動汽車的控制策略時主要應考慮以下幾點考慮以下幾點:n優(yōu)化發(fā)動機的工作點優(yōu)化發(fā)動機的工作點n優(yōu)化發(fā)動機的工作曲線優(yōu)化發(fā)動機的工作曲線 n優(yōu)化發(fā)動機的工作區(qū)優(yōu)化發(fā)動機的工作區(qū)n最小的發(fā)動機動態(tài)波動最小的發(fā)動機動態(tài)波動n限制發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速限制發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速n減少發(fā)動機的開減少發(fā)

18、動機的開/關次數(shù)關次數(shù)n合適的蓄電池荷電狀態(tài)合適的蓄電池荷電狀態(tài)n安全的蓄電池電壓安全的蓄電池電壓 n分工適當?shù)赜蜻x擇分工適當?shù)赜蜻x擇3.3.2串聯(lián)式混合動力電動汽車的功串聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制率流控制 車輛車輛啟動、正常行駛或加速行駛啟動、正常行駛或加速行駛時，發(fā)動機通時，發(fā)動機通過發(fā)電機和蓄電池一起輸出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)過發(fā)電機和蓄電池一起輸出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)換器，然后驅(qū)動電動機，通過機械傳動裝置驅(qū)動換器，然后驅(qū)動電動機，通過機械傳動裝置驅(qū)動車輪車輪。啟動啟動/正常行駛正常行駛/加速加速3.3.2串聯(lián)式混合動力電動汽車的功串聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制率流控制車輛輕載時，發(fā)

19、動機發(fā)出的功率大于車輛所需功率，車輛輕載時，發(fā)動機發(fā)出的功率大于車輛所需功率，多余的能量通過發(fā)電機給蓄電池充電直到多余的能量通過發(fā)電機給蓄電池充電直到SOC達達到頂定的限值到頂定的限值輕載輕載3.3.2串聯(lián)式混合動力電動汽車的功串聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制率流控制 車輛制動或減速時，電動機把驅(qū)功輪的動能車輛制動或減速時，電動機把驅(qū)功輪的動能轉(zhuǎn)化為電能，并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電轉(zhuǎn)化為電能，并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電減速減速/制動制動3.3.2串聯(lián)式混合動力電動汽車的功串聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制率流控制車輛停車時，發(fā)動機也可以通過發(fā)電機和功率轉(zhuǎn)換車輛停車時，發(fā)動機也可以通過發(fā)電

20、機和功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。器給蓄電池充電。蓄電池充電蓄電池充電3.3.3并聯(lián)式混合動力電動汽車的功并聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制率流控制 (a)啟動啟動/加速加速 (b)正常行駛正常行駛（A）車輛）車輛啟動啟動或節(jié)氣門全開或節(jié)氣門全開加速加速時，發(fā)動機和電時，發(fā)動機和電動機同時工作，共同分擔驅(qū)動車輛所需的動力；動機同時工作，共同分擔驅(qū)動車輛所需的動力；（B）車輛）車輛正常行駛正常行駛時，電動機關閉，僅由發(fā)動機時，電動機關閉，僅由發(fā)動機工作提供車輛行駛所需動力；工作提供車輛行駛所需動力；3.3.3并聯(lián)式混合動力電動汽車的功并聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制率流控制 (c)減速減速/制動制動

21、 (d)行駛中給蓄電池充電行駛中給蓄電池充電（C）車輛）車輛制動或減速制動或減速行駛時，電動機工作于發(fā)電行駛時，電動機工作于發(fā)電機模式，通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。機模式，通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。（D）由于發(fā)動機和電動機驅(qū)動同一根驅(qū)動軸，因）由于發(fā)動機和電動機驅(qū)動同一根驅(qū)動軸，因此當車輛此當車輛輕載輕載時，發(fā)動機發(fā)出的功率也可以通過電時，發(fā)動機發(fā)出的功率也可以通過電動機轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池允電。動機轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池允電。3.3.4發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制汽車的功率流控制(a)啟動啟動(b)加速加速A）車輛）車輛啟動啟動時，發(fā)動機關閉，蓄電

22、池工作提供車輛時，發(fā)動機關閉，蓄電池工作提供車輛行駛所需的動力行駛所需的動力;（B）節(jié)氣門全開車輛）節(jié)氣門全開車輛加速加速行駛時，發(fā)動機和電動機行駛時，發(fā)動機和電動機同時工作，共同分擔車輛行駛所需的動力同時工作，共同分擔車輛行駛所需的動力;3.3.4發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制流控制n（C）車輛正常行駛時，電動機關閉，發(fā)動機工）車輛正常行駛時，電動機關閉，發(fā)動機工作，提供車輛所需動力作，提供車輛所需動力;n（D）車輛制動或減速行駛時，電動機工作于發(fā)）車輛制動或減速行駛時，電動機工作于發(fā)電機模式，通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電電機模式，通過功

23、率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電;(c)正常行駛正常行駛;(d)減速減速/制動制動3.3.4發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制流控制(e)行駛中給蓄電池充電行駛中給蓄電池充電;(f)蓄電池充電蓄電池充電(E)車輛車輛行駛給蓄電池充電行駛給蓄電池充電時，發(fā)動機一部分動力用時，發(fā)動機一部分動力用于驅(qū)動車輛，另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器于驅(qū)動車輛，另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電給蓄電池充電;(F)當當停車停車時，發(fā)動機也可以通過發(fā)電機給蓄電池充時，發(fā)動機也可以通過發(fā)電機給蓄電池充電。電。3.3.4電力主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流電力主

24、動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制控制(a)啟動啟動/輕載輕載;(b) 加速加速;(c)正常行駛正常行駛;(d)減速減速/制動制動3.3.5電力主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流電力主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的功率流控制控制n（A）車輛啟動或輕載運行時，發(fā)動機關閉，由）車輛啟動或輕載運行時，發(fā)動機關閉，由蓄電池給電動機提供電能驅(qū)動車輛蓄電池給電動機提供電能驅(qū)動車輛;n（B&C）車輛正常行駛或節(jié)氣門全開、車輛加速）車輛正常行駛或節(jié)氣門全開、車輛加速行駛時，發(fā)動機和電動機一起工作，共同提供車行駛時，發(fā)動機和電動機一起工作，共同提供車輛所需功率。兩種工況的區(qū)別在于，車輛正常行輛所需功

25、率。兩種工況的區(qū)別在于，車輛正常行駛的動力僅由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機提供，而節(jié)氣門駛的動力僅由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機提供，而節(jié)氣門全開加速行駛時，其動力由蓄電池和發(fā)電機共同全開加速行駛時，其動力由蓄電池和發(fā)電機共同提供，通常用行星齒輪機構分流發(fā)動機的輸出功提供，通常用行星齒輪機構分流發(fā)動機的輸出功率，一部分用于驅(qū)動車倆，一部分用來驅(qū)動發(fā)電率，一部分用于驅(qū)動車倆，一部分用來驅(qū)動發(fā)電機機;n（D）車輛制動或減速行駛時，電動機工作于發(fā)）車輛制動或減速行駛時，電動機工作于發(fā)電機模式并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電電機模式并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電;3.3.5電力主動型混聯(lián)式混合動力電電力主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車

26、的功率流控制動汽車的功率流控制(e)行駛中給蓄電池充電行駛中給蓄電池充電;(f)蓄電池充電蓄電池充電(E)車輛車輛行駛給蓄電池充電行駛給蓄電池充電時，發(fā)動機一部分動力用于時，發(fā)動機一部分動力用于驅(qū)動車輛，另一部分動力用于驅(qū)動發(fā)電機給蓄電池充驅(qū)動車輛，另一部分動力用于驅(qū)動發(fā)電機給蓄電池充電電;(F)停車停車時，發(fā)動機也叮以通過發(fā)電機給蓄電池充電時，發(fā)動機也叮以通過發(fā)電機給蓄電池充電3.4混合動力電動汽車的特點混合動力電動汽車的特點 與純電動汽車比較：（1）由于有原動機作為輔助動力，蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可減少；（2）汽車的續(xù)駛里程和動力性可達到內(nèi)燃機的水平；（3）借助原動機的動力，可帶動空調(diào)、真空助

27、力、轉(zhuǎn)向助力及其它輔助電器，無需消耗蓄電池組有限的電能，從而保證了駕車和乘坐的舒適性。與內(nèi)燃機汽車比較：（1）可使原動機在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運行，避免或減少了發(fā)動機變工況下的不良運行，使得發(fā)動機的排污和油耗大為降低；（2）在人口密集的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等地可用純電動方式驅(qū)動車輛，實現(xiàn)零排放；（3）可通過電動機提供動力，因此可配備功率較小的發(fā)動機，并可通過電動機回收汽車減速和制動時的能量，進一步降低了汽車的能量消耗和排污。 3.4混合動力電動汽車的特點混合動力電動汽車的特點 3.4混合動力電動汽車類型的比較混合動力電動汽車類型的比較 3.5 混合動力電動汽車的關鍵技術混合動力電動汽車的關鍵技術 1驅(qū)

28、動電動機及其控制技術驅(qū)動電動機及其控制技術 混合動力電動汽車對驅(qū)動電動機的要求是能量密度高、體積小、重量輕、效率高。 從發(fā)展趨勢來看，電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)主要集中在交流感應電動機和永磁同步電動機上，對于高速、勻速行駛工況，采用感應電動機驅(qū)動較為合適；而對于經(jīng)常起動停止、低速運行的城市工況，永磁電動機驅(qū)動效率較高。 2動力電池及其管理系統(tǒng)動力電池及其管理系統(tǒng) 動力電池是混合動力電動汽車的基本組成單元，其性能直接影響到驅(qū)動電動機的性能，從而影響整車的燃油經(jīng)濟性和排放。 混合動力電動汽車用的電池工作負荷大，對功率密度要求較高。但體積和容量小，而且電池的SOC工作區(qū)間較窄，對循環(huán)壽命要求高。3.5 混合動

29、力電動汽車的關鍵技術混合動力電動汽車的關鍵技術 3整車能量管理控制系統(tǒng)整車能量管理控制系統(tǒng) 混合動力電動汽車的整車能量控制系統(tǒng)的主要功能是進行整車功率控制和工作模式切換的控制。 整車能量控制系統(tǒng)如同混合動力電動汽車的大腦，指揮各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，以達到效率、排放和動力性的最佳，同時兼顧行駛車輛的平順性。 3.5混合動力電動汽車的關鍵技術混合動力電動汽車的關鍵技術 4動力傳動系統(tǒng)匹配動力傳動系統(tǒng)匹配 包括合理的選擇和匹配發(fā)動機功率、動力電池容量和電動機的功率等，以確定車輛的混合度，組成性能最優(yōu)的混合驅(qū)動系統(tǒng)。 3.5混合動力電動汽車的關鍵技術混合動力電動汽車的關鍵技術 5能量再生制動回收系統(tǒng)能

30、量再生制動回收系統(tǒng) 由于制動關系到行車安全性，如何在最大限度回收制動時的車輛動能與保證安全的制動距離和車輛行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是再生制動系統(tǒng)需要解決的難題之一，再生制動系統(tǒng)與車輛防抱死制動系統(tǒng)的結(jié)合可以完美地解決這一難題。 3.5混合動力電動汽車的關鍵技術混合動力電動汽車的關鍵技術 6先進車輛控制技術在混合動力電動汽車上的應用先進車輛控制技術在混合動力電動汽車上的應用 傳統(tǒng)汽車的車輛動力學控制系統(tǒng)與混合動力系統(tǒng)控制以及制動能量回收控制的結(jié)合，將是混合動力電動汽車控制技術的下一個研究熱點。 傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動控制系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等如何與混合動力電動汽車的能量管理及動力系統(tǒng)控制相結(jié)合，將越

31、來越顯示其重要性與必要性。3.5混合動力電動汽車的關鍵技術混合動力電動汽車的關鍵技術 3.6混合動力汽車實例混合動力汽車實例3.6混合動力汽車實例混合動力汽車實例n為了實現(xiàn)最高水準的低油耗，油電混合動力系統(tǒng)分別發(fā)揮為了實現(xiàn)最高水準的低油耗，油電混合動力系統(tǒng)分別發(fā)揮電動機和發(fā)動機各自的特長來行駛。電動機和發(fā)動機各自的特長來行駛。n1在啟動及低速行駛時，油電混合動力系統(tǒng)僅利用電動在啟動及低速行駛時，油電混合動力系統(tǒng)僅利用電動機的動力來行駛，因為這時發(fā)動機的效率不高。機的動力來行駛，因為這時發(fā)動機的效率不高。n n2在一般行駛時發(fā)動機效率很高，發(fā)動機產(chǎn)生的動力不在一般行駛時發(fā)動機效率很高，發(fā)動機產(chǎn)生

32、的動力不僅是車輪的驅(qū)動力，同時也用來發(fā)電帶動電動機，并給僅是車輪的驅(qū)動力，同時也用來發(fā)電帶動電動機，并給HV蓄電池充電。蓄電池充電。n n3在減速或制動時，油電混合動力系統(tǒng)以車輪的旋轉(zhuǎn)力在減速或制動時，油電混合動力系統(tǒng)以車輪的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動電動機發(fā)電，將能量回收到驅(qū)動電動機發(fā)電，將能量回收到HV蓄電池中。蓄電池中。3.6.1混合動力汽車實例混合動力汽車實例啟動時，充分利用電動機啟動時的低速扭矩啟動時，充分利用電動機啟動時的低速扭矩（1）當汽車啟動時，油電混合動力系統(tǒng)僅使用由）當汽車啟動時，油電混合動力系統(tǒng)僅使用由HV蓄電池提供能量的電蓄電池提供能量的電動機的動力啟動，這時發(fā)動機并不運轉(zhuǎn)。動機的動力

33、啟動，這時發(fā)動機并不運轉(zhuǎn)。（2）因為發(fā)動機不能在低旋轉(zhuǎn)帶輸出大扭矩，而電動機可以靈敏、順暢、）因為發(fā)動機不能在低旋轉(zhuǎn)帶輸出大扭矩，而電動機可以靈敏、順暢、高效地進行啟動。高效地進行啟動。3.6.2混合動力汽車實例混合動力汽車實例低速中速行駛時，由高效利用能量的電動機驅(qū)動行駛低速中速行駛時，由高效利用能量的電動機驅(qū)動行駛 對于發(fā)動機而言，在低速中速帶的效率并不理想，而另一對于發(fā)動機而言，在低速中速帶的效率并不理想，而另一面，電動機在低速面，電動機在低速-中速帶性能優(yōu)越。因此，在用低速中速帶性能優(yōu)越。因此，在用低速-中速行駛中速行駛時，油電混合動力系統(tǒng)使用時，油電混合動力系統(tǒng)使用HV蓄電池的電力，

34、驅(qū)動電動機行駛。蓄電池的電力，驅(qū)動電動機行駛。3.6.3混合動力汽車實例混合動力汽車實例一般行駛時，低油耗的駕駛，使用發(fā)動機作為主要動力源一般行駛時，低油耗的駕駛，使用發(fā)動機作為主要動力源（1）油電混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機，使它在能產(chǎn)生最高效功率）油電混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機，使它在能產(chǎn)生最高效功率的速度帶驅(qū)動。由發(fā)動機產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀的速度帶驅(qū)動。由發(fā)動機產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀況部分動力被分配給發(fā)電機。況部分動力被分配給發(fā)電機。 由發(fā)電機產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電由發(fā)電機產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電動機和輔助發(fā)動機。利用發(fā)動機和電動機這一雙重傳動系統(tǒng)，發(fā)動機和輔助發(fā)動機。利用發(fā)動

35、機和電動機這一雙重傳動系統(tǒng)，發(fā)動機產(chǎn)生的動力以最小消耗被傳向地面。動機產(chǎn)生的動力以最小消耗被傳向地面。3.6.4混合動力汽車實例混合動力汽車實例一般行駛時一般行駛時/剩余能量充電剩余能量充電 ，將剩余能量用于，將剩余能量用于HV蓄電池充電蓄電池充電 因為油電混合動力系統(tǒng)在高速運轉(zhuǎn)時是采用發(fā)動機來驅(qū)動，而發(fā)因為油電混合動力系統(tǒng)在高速運轉(zhuǎn)時是采用發(fā)動機來驅(qū)動，而發(fā)動機有時會產(chǎn)生多余的能量。這時多余的能量由發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電動機有時會產(chǎn)生多余的能量。這時多余的能量由發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電力，用于儲存在力，用于儲存在HV蓄電池中。蓄電池中。3.6.5混合動力汽車實例混合動力汽車實例全速開進（行駛）時，利用雙動力來

36、獲得更高一級的加速全速開進（行駛）時，利用雙動力來獲得更高一級的加速 在需要強勁加速力（如爬陡坡及超車）時，在需要強勁加速力（如爬陡坡及超車）時，HV蓄電池也提供電力，蓄電池也提供電力，來加大電動機的驅(qū)動力。通過發(fā)動機和電動機雙動力的結(jié)合使用，來加大電動機的驅(qū)動力。通過發(fā)動機和電動機雙動力的結(jié)合使用，TOYOTA油電混合動力系統(tǒng)得以實現(xiàn)與高一級發(fā)動機同等水平的油電混合動力系統(tǒng)得以實現(xiàn)與高一級發(fā)動機同等水平的強勁而流暢的加速性能。強勁而流暢的加速性能。3.6.6混合動力汽車實例混合動力汽車實例減速減速/能量再生時，將能量回收到能量再生時，將能量回收到HV蓄電池中用于再利用蓄電池中用于再利用 在踩

37、制動器和松油門時，在踩制動器和松油門時，TOYOTA油電混合動力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)油電混合動力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動電動機運轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機使用。減速時通常作為摩擦熱力帶動電動機運轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機使用。減速時通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進行再利用。蓄電池中進行再利用。3.6.7混合動力汽車實例混合動力汽車實例停車時，停車時動力系統(tǒng)全部停止停車時，停車時動力系統(tǒng)全部停止 在停車時，發(fā)動機、電動機、發(fā)電機全部自動停止運轉(zhuǎn)。不會因怠在停車時，發(fā)動機、電動機、發(fā)電機全部自動停止運轉(zhuǎn)。不會因怠速而浪費能量。速而浪費能量。3.7

38、混合動力電動汽車動力系統(tǒng)設計混合動力電動汽車動力系統(tǒng)設計 混合動力電動汽車獲得高的燃油經(jīng)濟性主要通過以下原則來實現(xiàn)：（1）將較小型發(fā)動機安裝在汽車上并使發(fā)動機在較高負荷下工作（獲取較高的效率）；（2）將制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能用于汽車加速或為其提供動力；（3）采用高效率的電動機將汽車從靜止狀態(tài)起動起來等。 3.8混合動力汽車混合動力汽車控制策略控制策略 混聯(lián)式混合動力電動汽車的控制方法：（1）恒工作點控制方法；（2）總功率損失最小化原則；（3）維持電池的SOC值。 1) 起步或在低速下運行機械連接電力連接A：電池組電動機車輪3.8 復習 2) 減速或制動機械連接電力連接E：車輪電動機電池組3

39、.8 復習 3)正常行駛機械連接電力連接B：發(fā)動機車輪C：發(fā)動機發(fā)電機電動機車輪3.8 復習 4) 蓄電池充放電機械連接電力連接B：發(fā)動機車輪C：發(fā)動機發(fā)電機電動機車輪D：發(fā)動機發(fā)電機電池組5) 全油門加速機械連接電力連接A：電池組電動機車輪B：發(fā)動機車輪C：發(fā)動機發(fā)電機電動機車輪3.8 復習 3.9 混合動力電動汽車性能數(shù)據(jù)混合動力電動汽車性能數(shù)據(jù)實例比較實例比較 3.10 混合動力電動汽車制動能量回收系統(tǒng)混合動力電動汽車制動能量回收系統(tǒng) 制動能量回收系統(tǒng)：制動能量回收系統(tǒng)：定義：定義： 是混合動力電動汽車重要組成部分之一，又叫再生制動系統(tǒng)，是指汽車在制動或下坡時將儲存于車身上的勢能和動能，通過電動機轉(zhuǎn)化為電能，并儲存于儲能裝置中的過程。 組成：組成： 制動能量回收系統(tǒng)由驅(qū)動輪、主減速器、變速器、電動機、AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、能量儲存系統(tǒng)以及控制器組成。 3.10.1制動能量回收系統(tǒng)結(jié)構與原理圖制動能量回收系統(tǒng)結(jié)構與原理圖3.10.2 混合動力電動汽車制動力分配控制策略混合動力電動汽車制動力分配控制策略 三種控制策略： （1）前、后輪制動力理想分配時的控制策略 （2）前、后輪制動力比例分配時的控制策略 （3）最優(yōu)能量回收控制策略 3.1