混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)

1、電動(dòng)汽車概論課程報(bào)告電動(dòng)汽車概論課程報(bào)告-混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)摘要混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的核心是混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。HEV系統(tǒng)具有高度的復(fù)雜性, 混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇、整車能量管理策略的開發(fā)和系統(tǒng)參數(shù)的確定。功率分配是系統(tǒng)能量管理策略研究的關(guān)鍵, 隨著研究的深人, 自適應(yīng)控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等方法也得到了有效的運(yùn)用。文中對(duì)子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及整車試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)體系的建立等方面進(jìn)行了討論.關(guān)鍵詞：混合 電動(dòng)汽車 電池管理 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 逆變器ABSTRACT Hybrid electric vehicle (HEV) is the core of the hybrid

2、 drive system. HEV system with high complexity, hybrid system design is the key to the choice of the structure of the system, the vehicle energy management strategy of development and the system of parameters. Power allocation system energy management strategy is the key. With the deep research, ada

3、ptive control, fuzzy logic control, neural network control method is also effectively used. In this paper, the technology and subsidiary system vehicle test method and evaluation system of the establishment are discussed in the paper.Key words：Hybrid electric vehicle battery management drive system

4、inverter2目錄1緒論11.1課題研究背景11.2混合動(dòng)力汽車分類及技術(shù)特點(diǎn)1 1.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（SHEV）11.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）1 1.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）.1 1.2.4外接充電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）.11.3混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn).11.4本文研究概要 . 22混合動(dòng)力汽車國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀32.1日本32.1.1概況32.1.2日本混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)32.1.3本田Insight混合動(dòng)力汽車32.1.4田CR-Z混合動(dòng)力汽車42.1.5豐田普銳斯(Pirus)混合動(dòng)力車52.2美國(guó)52.2.1概況52.2.2福特Fusion混合動(dòng)

5、力車52.2.3 克萊斯勒300混合動(dòng)力62.3其他國(guó)家混合動(dòng)力汽車車型介紹. 7 2.2.3.1奔馳S級(jí)400 HYBRID72.2.3.2寶馬ActiveHybrid X672.4國(guó)外各國(guó)未來發(fā)展前景82.3.1混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃82.3.2動(dòng)力電池發(fā)展計(jì)劃82.3.3政府政策支持93混合動(dòng)力汽車國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀103.1我國(guó)發(fā)展混合動(dòng)力汽車的必要性103.2市場(chǎng)概況103.3我國(guó)混合動(dòng)力汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀103.4我國(guó)混合動(dòng)力汽車重點(diǎn)車型介紹113.4.1比亞迪F3DM113.4.2雷克薩斯RX450H113.4.3奇瑞A5混合動(dòng)力車型123.4.4廣汽豐田凱美瑞混合動(dòng)力版123.5 全

6、球混合動(dòng)力汽車未來發(fā)展前景134混合動(dòng)力電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)144.1HEV的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)144.1.1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車( SHEV)144.1.2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(PHEV)144.1.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車( PSHEV) 144.1.4復(fù)合式混合動(dòng)力汽車(CHEV)154.2混合動(dòng)力汽車需要解決的問題154.2.1兩種動(dòng)力的最優(yōu)分配控制154.2.2能量存儲(chǔ)裝置154.2.3混合動(dòng)力單元技術(shù)154.2.4電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)154.3混合動(dòng)力汽車電池164.3.1HEV對(duì)電池的特殊要求164.3.2HEV電池的發(fā)展164.3.3HEV電池管理系統(tǒng)174.4HEV電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)184.4.1串聯(lián)式動(dòng)力

7、184.4.2并聯(lián)式動(dòng)力194.4.3混聯(lián)式動(dòng)力194.5HEV逆變器設(shè)計(jì)194.5.1逆變器的結(jié)構(gòu)194.5.2控制原理214.6整車系統(tǒng)集成214.6.1動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配214.6.2整車控制管理系統(tǒng)224.6.3再生制動(dòng)系統(tǒng)234.6.4車用數(shù)據(jù)總線234.6.5先進(jìn)車輛控制技術(shù)在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用244.7HEV中電力電子技術(shù)的應(yīng)用244.7.1HEV常用的電力電子技術(shù)裝置244.7.2HEV對(duì)電力電子技術(shù)的要求25結(jié)論. 27參考文獻(xiàn)281.緒論1.1課題研究背景當(dāng)前，全球汽車工業(yè)正面臨著資源短缺、能源緊張與環(huán)境污染等諸多問題的巨大挑戰(zhàn)。發(fā)展新能源汽車，實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的新能源化，

8、推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國(guó)際上已經(jīng)形成廣泛共識(shí)。在這種形勢(shì)下，美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，不約而同地將新能源為代表的低碳產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家戰(zhàn)略選擇，都希望通過新能源產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，破解汽車工業(yè)能源環(huán)境制約，培育新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，提升產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。在太陽能、電能等替代能源真正進(jìn)入實(shí)用階段之前，混合動(dòng)力汽車因其低油耗、低排放的優(yōu)勢(shì)越來越受到人們的關(guān)注。1.2混合動(dòng)力汽車分類及技術(shù)特點(diǎn)目前，混合動(dòng)力汽車分為串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車、并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動(dòng)力汽車和外接充電式（Plug-In）混合動(dòng)力汽車四大類。1.2.1串聯(lián)式混合

9、動(dòng)力汽車（SHEV）是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“串聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組均衡發(fā)電，電能供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或動(dòng)力電池組，使串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的行駛里程得到延長(zhǎng)。1.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）是由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成組成，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“并聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力組合有發(fā)動(dòng)機(jī)軸動(dòng)力組合式、動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式和驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式三種不同的組合模式。1.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）是上述兩種混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成

10、的，是由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力組合有動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式和驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式兩種組合模式?；炻?lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車兼有串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車和并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，可以組合成更多種形式的混合驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模式。1.2.4外接充電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）是最新的一代混合動(dòng)力汽車類型，即在混合動(dòng)力汽車上增加了純電動(dòng)行駛工況，并且加大了動(dòng)力電池容量，使PHEV采用純電動(dòng)工況可行駛一定里程，超過該里程就啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，采用混合驅(qū)動(dòng)模式。1.3混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)混合動(dòng)力汽車具有油、電發(fā)動(dòng)機(jī)的互補(bǔ)工作模式，具有省油、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)在同等條

11、件下相對(duì)于汽油車和柴油車來說，汽車尾氣排放少，從而減少對(duì)空氣的污染。因此，混合動(dòng)力汽車具有環(huán)保、污染小的優(yōu)點(diǎn)。1.4本文研究概要混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的核心是混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本文以混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為重點(diǎn)就系統(tǒng)集成技術(shù)、整車能量管理技術(shù)、子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及整車試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)體系的建立等方面討論目前研究和開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。2.混合動(dòng)力汽車國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀從1995年起，包括日本豐田與美國(guó)三大汽車公司在內(nèi)的世界各大汽車生產(chǎn)廠商陸續(xù)投入混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)。經(jīng)過多年發(fā)展，混合動(dòng)力汽車在商用化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程上的發(fā)展已經(jīng)較為迅速。特別是2004 年全球各大汽車制造商繼續(xù)加大環(huán)保車型的開發(fā)力度，混合動(dòng)力車型成為各大

12、公司的戰(zhàn)略重點(diǎn)，逐漸突破了小型車的限制越來越多的應(yīng)用在中大型車上，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。2009年世界汽車市場(chǎng)混合動(dòng)力汽車銷量估計(jì)已經(jīng)超過70萬輛，據(jù)預(yù)測(cè)，2010 年將達(dá)100萬輛，2015年將在世界汽車市場(chǎng)占15%，2020年占25%。2.1日本2.1.1概況1997年，日本豐田推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動(dòng)力面包車和皇冠轎車，運(yùn)用了先進(jìn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)（THS）電子控制裝置與電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)及四輪驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)，在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面處于世界前沿。以豐田為代表的日系企業(yè)，正是在10多年前的精確判斷，才最終以混合

13、動(dòng)力這種過度的新能源技術(shù)傲力如今的世界汽車市場(chǎng)。2.1.2日本混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)日本豐田、本田、三菱、馬自達(dá)等多家企業(yè)均抓緊開拓混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)。目前市場(chǎng)上正熱銷的兩款車型分別為豐田Prius和本田Insight。其中Prius標(biāo)準(zhǔn)型每升汽油可行駛35.5公里，售價(jià)205萬327萬日元之間。Insight每升汽油可行駛30公里，售價(jià)189萬日元。 豐田公司1997年第一代Prius開始銷售以來，累計(jì)銷量已突破100萬輛。豐田普銳斯轎車2009年的銷量達(dá)20.89萬輛，同比增長(zhǎng)達(dá)290%，成為包含微型車在內(nèi)的新車銷量排行榜榜首。08年豐田汽車全球混合動(dòng)力汽車銷量43萬輛，計(jì)劃2011年代早期實(shí)現(xiàn)年

14、銷量100萬輛。為此，豐田和松下各出資60%和40%成立注冊(cè)資本130億日元的Panasonic EV Energy株式會(huì)社，生產(chǎn)混合動(dòng)力車用電池。目前混合動(dòng)力車用電池年產(chǎn)量可供70萬輛車使用，2011年擴(kuò)大至110萬輛。2.1.3本田Insight混合動(dòng)力汽車圖2-1本田Insight本田Insight從乘員艙開始的后半部分則按照混合動(dòng)力車的需求重新設(shè)計(jì)，放棄了新飛度將油箱前置的設(shè)計(jì)改為后置，從而有利于有效降低車高保證車身的空氣動(dòng)力特性，因此本田Insight的車身高度也僅為1430毫米。另外，由于采用小型車平臺(tái)，因此本田Insight混合動(dòng)力車在增加電動(dòng)機(jī)和電池之后的車重也依然保持在124

15、0公斤左右，相比其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的混合動(dòng)力車型具有不錯(cuò)的輕量?jī)?yōu)勢(shì)。2.1.4本田CR-Z混合動(dòng)力汽車圖2-2本田C-RZ本田C-RZ車型于2010年2月份在日本市場(chǎng)上市，是定位于緊湊運(yùn)動(dòng)型的混合動(dòng)力跑車，搭載一款1.5L四缸i-VTEC汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，配備本田獨(dú)有的Motor Assist混合動(dòng)力技術(shù)和IMA輔助混合動(dòng)力系統(tǒng)。2.1.5豐田普銳斯(Pirus)混合動(dòng)力車圖2-3 豐田Pirus普銳斯因其開創(chuàng)了混合動(dòng)力協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)這一先進(jìn)理念，并在這一理念基礎(chǔ)之上采用了THS-（新一代TOYOTA油電混合動(dòng)力系統(tǒng)），使其燃油消耗只有傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一半，僅為4.7L/100km。其通過新開發(fā)的可變電壓系統(tǒng)，

16、提高了馬達(dá)與發(fā)電機(jī)電源系統(tǒng)的電壓，實(shí)現(xiàn)了世界最高水準(zhǔn)的35.5km/L低燃耗。此外，還組合配置了動(dòng)力分離裝置和系統(tǒng)控制系統(tǒng)。動(dòng)力分離裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、馬達(dá)和發(fā)電機(jī)的機(jī)械動(dòng)力進(jìn)行分配、集中和傳輸；系統(tǒng)控制則精確、迅捷地指揮這些組件進(jìn)行高效協(xié)同工作。2.2美國(guó)2.2.1概況美國(guó)三大汽車公司通用、福特和戴姆勒-克萊斯勒在2004年就組建了生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車所用電池聯(lián)合開發(fā)公司USABC，投資460萬美元開發(fā)新一代環(huán)保型雙動(dòng)力汽車所需要的高性能鋰聚合物電池。2005年9月，通用汽車、戴姆勒克萊斯勒集團(tuán)與寶馬集團(tuán)簽署了關(guān)于構(gòu)建全球合作聯(lián)盟，以共同開發(fā)混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的合作備忘錄，共享各自在混合動(dòng)

17、力推進(jìn)系統(tǒng)方面領(lǐng)先的技術(shù)能力及豐富的科技資源，并把發(fā)展“雙模”完全混合動(dòng)力系統(tǒng)作為首要目標(biāo)。2009年美國(guó)混合動(dòng)力汽車銷量達(dá)到29.03萬輛，占美國(guó)汽車市場(chǎng)份額達(dá)2.8%,雖然份額還較小，但卻從2005年的1.2%開始呈逐年上升之勢(shì)。預(yù)計(jì)美國(guó)混和動(dòng)力汽車的銷量2013年將達(dá)到87.2萬輛，市場(chǎng)占有率將達(dá)到5%。2.2.2福特Fusion混合動(dòng)力車據(jù)美國(guó)媒體autoevolution報(bào)道，汽車業(yè)權(quán)威評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)環(huán)球質(zhì)量調(diào)研系統(tǒng)（The Global Quality Research System，簡(jiǎn)稱為GQRS）的2011年報(bào)告評(píng)出了美國(guó)混合動(dòng)力三廂轎車的質(zhì)量排名前三甲，其中福特Fusion混合動(dòng)力

18、車綜合質(zhì)量得分奪冠，而豐田凱美瑞與日產(chǎn)阿蒂瑪?shù)幕旌蟿?dòng)力版本分別緊隨其后。圖2-4 福特Fusion數(shù)據(jù)顯示，福特Fusion混合動(dòng)力車是美國(guó)燃油效率最高的混合動(dòng)力轎車，更是獲得了91%的綜合質(zhì)量得分，而豐田凱美瑞與日產(chǎn)阿蒂瑪?shù)幕旌蟿?dòng)力版本分別獲得80%、71%的綜合質(zhì)量得分。福特Fusion混合動(dòng)力出租車在過去十年里的行駛里程已經(jīng)達(dá)到了8000萬英里，超越了豐田普銳斯的記錄。2.2.3克萊斯勒300混合動(dòng)力圖2-5克萊斯勒300目前，克萊斯勒汽車正在計(jì)劃推出全新克萊斯勒300的首款油電混合動(dòng)力車型，這款車型將會(huì)搭載八前速自動(dòng)變速箱，并有望在2013年上市銷售。據(jù)悉，全新克萊斯勒300插入式混合

19、動(dòng)力系統(tǒng)將不會(huì)采用原先在道奇Durango和克萊斯勒Aspen上所使用的5.7升排量Hemi V8發(fā)動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)，取而代之的是裝備全新克萊斯勒Pentastar 3.6升V6發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。根據(jù)克萊斯勒汽車的規(guī)劃，到2013年至少將有三款混合動(dòng)力的量產(chǎn)車型上市銷售。2.3其他國(guó)家混合動(dòng)力汽車車型2.3.1 奔馳S級(jí)400 HYBRID德國(guó)豪華汽車生產(chǎn)商梅賽德斯-奔馳推出的首款混合動(dòng)力轎車，也是世界首款量產(chǎn)的鋰離電池混合動(dòng)力豪華車-梅賽德斯-奔馳S400 HYBRID。奔馳在技術(shù)上的創(chuàng)新從來都不會(huì)中止，無論從安全、舒適、動(dòng)力，還是環(huán)保與節(jié)能上，都成績(jī)斐然，隨著S400 HYBRID的出

20、現(xiàn)這為全球汽車工業(yè)重新樹立環(huán)保豪華的新標(biāo)桿。圖2-6 奔馳S 400 HYBRID奔馳S400 HYBRID系統(tǒng)在3.5L的發(fā)動(dòng)機(jī)和7擋自動(dòng)變速器之間連接了一臺(tái)15KW的電動(dòng)機(jī)(e-motor)，還有用于能量?jī)?chǔ)存的鋰離子電池組，以及用于電能變換的電子系統(tǒng)以及一些輔助裝置。同時(shí)，為了提高混合動(dòng)的動(dòng)耗比，這套混合動(dòng)力系統(tǒng)還提供了Start/Stop自動(dòng)啟停功能以及制動(dòng)能量回收和電傳控制等功能。3.5L的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)可以輸出279馬力的最大功率和350牛米的最大扭矩。電動(dòng)機(jī)可以輸出20馬力(15KW)的最大功率和160牛米的最大扭矩，因此總的最大輸出功率可以達(dá)到299馬力，最大扭矩達(dá)到385牛米，綜合

21、油耗達(dá)到8.0L/100km，二氧化碳排放量達(dá)到了同一級(jí)別最低的188g/km。2.3.2寶馬ActiveHybrid X6寶馬ActiveHybrid技術(shù)為駕駛者提供了依靠純電力行駛、依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力行駛及在兩種動(dòng)力結(jié)合的模式下行駛。在車速低于60公里/時(shí)的電動(dòng)模式下行駛時(shí)，可實(shí)現(xiàn)零排放。寶馬ActiveHybrid X6的動(dòng)力系統(tǒng)由一臺(tái)輸出功率為300千瓦的雙渦輪增壓V8發(fā)動(dòng)機(jī)及兩臺(tái)輸出功率分別為67千瓦和63千瓦的電機(jī)組成。該系統(tǒng)最大輸出功率為357千瓦，峰值扭矩為780牛米。這使BMW ActiveHybrid X6成為世界上最強(qiáng)勁的混合動(dòng)力車輛。圖2-7 寶馬ActiveHybrid

22、X6寶馬ActiveHybrid X6在雙模變速箱中集成了兩臺(tái)電機(jī)，提供兩種工作模式。一種用于動(dòng)態(tài)起步和低速行駛，另一種用于高速行駛，使其在各種負(fù)荷狀況及車速下均能實(shí)現(xiàn)最大效率。同時(shí)，由兩臺(tái)電機(jī)、三個(gè)行星齒輪組及四個(gè)多片式離合器組成的7擋自動(dòng)變速箱保證了車輛的舒適性及平穩(wěn)性。制動(dòng)或松開油門時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艽鎯?chǔ)到高性能蓄電池中。該系統(tǒng)的能量回收效率和輸出功率比普通寶馬車型所采用的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)高25倍。舒適性方面，在電動(dòng)模式與發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的駕駛體驗(yàn)基本一致。xDrive全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)帶前后全時(shí)可變動(dòng)力分配功能，從而提高車輛的行駛能力。2.4國(guó)外各國(guó)未來發(fā)展前景2.4.1混合動(dòng)力汽車

23、產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃近年來，美、日、德等汽車工業(yè)強(qiáng)國(guó)先后發(fā)布了關(guān)于推動(dòng)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國(guó)家計(jì)劃。美國(guó)奧巴馬政府實(shí)施綠色新政，計(jì)劃到2015年普及100萬輛插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）。日本把發(fā)展新能源汽車作為“低碳革命”的核心內(nèi)容，并計(jì)劃到2020年普及包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的“下一代汽車”達(dá)到1350萬輛,為完成這一目標(biāo),日本到2020年計(jì)劃開發(fā)出至少38款混合動(dòng)力車、17款純電動(dòng)汽車。德國(guó)政府在08年11月提出未來10年普及100萬輛插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，并宣稱該計(jì)劃的實(shí)施，標(biāo)志德國(guó)將進(jìn)入新能源汽車時(shí)代。2.4.2動(dòng)力電池發(fā)展計(jì)劃動(dòng)力電池成為各國(guó)政府在電動(dòng)汽

24、車領(lǐng)域支持的重中之重。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬09年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，其中20億美元用來支持先進(jìn)動(dòng)力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。日本政府提出“誰控制了電池，誰就控制了電動(dòng)汽車”，并組織實(shí)施國(guó)家專項(xiàng)計(jì)劃，在2011年以前將投入400多億日元用于先進(jìn)動(dòng)力電池技術(shù)研究，2010年左右新型鋰電池將規(guī)模應(yīng)用于下一代新能源汽車。德國(guó)從今年起啟動(dòng)了一項(xiàng)4.2億歐元的車用鋰電池開發(fā)計(jì)劃，幾乎所有德國(guó)汽車和能源巨頭均攜資加入。國(guó)家的大量投入，充分調(diào)動(dòng)了企業(yè)的積極性，目前國(guó)際主要汽車制造商不斷加強(qiáng)與電池企業(yè)的合作，以動(dòng)力電池突破為核心目標(biāo)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟不斷涌現(xiàn)，動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯

25、加快。2.4.3政府政策支持各國(guó)政府加大了政策支持力度，全力推進(jìn)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)對(duì)PHEV實(shí)施稅收優(yōu)惠，減稅額度在2500美元和15000美元之間，同時(shí)美國(guó)政府對(duì)電動(dòng)汽車生產(chǎn)予以貸款資助。09年6月23日，福特、日產(chǎn)北美公司和Tesla汽車公司獲得80億美元的貸款，主要用于混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車的生產(chǎn)。日本從09年月日起實(shí)施新的“綠色稅制”，對(duì)包括混合動(dòng)力車、純電動(dòng)汽車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優(yōu)惠，一年的減稅規(guī)模約為2100億日元，是現(xiàn)行優(yōu)惠辦法減稅額的10倍。法國(guó)對(duì)購買低排放汽車的消費(fèi)者給予最高5000歐元的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)高排放汽車進(jìn)行最高2600歐元的懲罰。

26、此外，歐盟計(jì)劃在2009年上半年發(fā)放70億歐元貸款，支持汽車制造商發(fā)展新能源汽車；此外，美國(guó)新的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和歐盟新車平均二氧化碳排放法規(guī)，對(duì)汽車的技術(shù)要求大幅提高，如果不發(fā)展新能源汽車技術(shù)，汽車制造商將很難達(dá)到新法規(guī)的要求。3.混合動(dòng)力汽車國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀3.1我國(guó)發(fā)展混合動(dòng)力汽車的必要性當(dāng)前能源問題得到重視，環(huán)境污染嚴(yán)重，社會(huì)環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)等眾多社會(huì)問題，緊逼汽車產(chǎn)業(yè)向節(jié)約能源的綠色汽車業(yè)轉(zhuǎn)型。我國(guó)已有10個(gè)城市被列入全球大氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市之中，而機(jī)動(dòng)車污染排放是城市空氣污染的主要來源之一。再加上油價(jià)不斷攀升，道路擁堵問題嚴(yán)重，因此，我國(guó)迫切地尋求發(fā)展耗油低、污染少的混合動(dòng)力汽車。

27、3.2市場(chǎng)概況目前，多家主流整車企業(yè)，包括長(zhǎng)安集團(tuán)、上海大眾、上汽集團(tuán)、奇瑞汽車和上海華普等多家國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)均公布了自己的混合動(dòng)力計(jì)劃，混合動(dòng)力成為目前國(guó)內(nèi)車市新的熱點(diǎn)。但從近幾年的整車銷售來看，盡管市場(chǎng)對(duì)混合動(dòng)力等新能源汽車的呼聲很高，但從市場(chǎng)表現(xiàn)來看，混合動(dòng)力汽車仍然是市場(chǎng)上的配角。混合動(dòng)力汽車還需多方扶持。3.3我國(guó)混合動(dòng)力汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前，我國(guó)在新能源汽車的自主創(chuàng)新過程中，堅(jiān)持了政府支持，以核心技術(shù)、關(guān)鍵部件和系統(tǒng)集成為重點(diǎn)的原則，確立了以混合電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以整車控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池/燃料電池為“三橫”的研發(fā)布局，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作，我

28、國(guó)混合動(dòng)力汽車的自主創(chuàng)新取得了重大進(jìn)展。形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，建立了混合動(dòng)力汽車技術(shù)開發(fā)體系?；旌蟿?dòng)力汽車的核心是電池（包括電池管理系統(tǒng)）技術(shù)。除此之外，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、整車控制技術(shù)等，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間動(dòng)力的轉(zhuǎn)換和銜接也是重點(diǎn)。從目前情況來看，我國(guó)已經(jīng)建立起了混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)和產(chǎn)學(xué)研合作研發(fā)體系，取得了一系列突破性成果，為整車開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。截止到2009年1月31日，在混合動(dòng)力車輛技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理并公開的中國(guó)專利申請(qǐng)為1116件。 在1116件專利申請(qǐng)中，發(fā)明為782件（授權(quán)為107件）、實(shí)用新型為334件。掌握了關(guān)鍵零部

29、件核心技術(shù)，自主開發(fā)出系列化產(chǎn)品，關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)化全面跟進(jìn)。在混合動(dòng)力汽車的核心電池技術(shù)研發(fā)方面，我國(guó)已自主研制出容量為6Ah-100Ah的鎳氫和鋰離子動(dòng)力電池系列產(chǎn)品，能量密度和功率密度接近國(guó)際水平，同時(shí)突破了安全技術(shù)瓶頸，在世界上首次規(guī)模應(yīng)用于城市公交大客車；自主開發(fā)的200kW以下永磁無刷電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)重量比功率超過1300w/kg，電機(jī)系統(tǒng)最高效率達(dá)到93；自主開發(fā)的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)先進(jìn)，效率超過50%，成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握車用百千瓦級(jí)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)、制造以及測(cè)試技術(shù)的國(guó)家之一。與此同時(shí)，混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化全面跟進(jìn)，生產(chǎn)配套能力顯著增強(qiáng)。在未

30、來2-3年內(nèi)，預(yù)計(jì)將形成20億Ah以上的動(dòng)力電池和全系列驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)能力，能夠滿足100萬輛混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車的配套要求。掌握了電動(dòng)汽車整車開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，形成了各類電動(dòng)汽車的開發(fā)能力。我國(guó)混合動(dòng)力汽車在系統(tǒng)集成、可靠性、節(jié)油性能等方面進(jìn)步顯著，不同技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)節(jié)油10%-40%。同時(shí)，各汽車企業(yè)對(duì)混合動(dòng)力汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化投入顯著增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。目前，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)已將混合動(dòng)力汽車作為未來主流競(jìng)爭(zhēng)型產(chǎn)品在戰(zhàn)略上高度重視，一汽、東風(fēng)、上汽、長(zhǎng)安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，混合動(dòng)力車型已完成樣車開發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量上市。3.4我國(guó)混合動(dòng)力汽車重點(diǎn)車型介紹3.4

31、.1比亞迪F3DM圖3-1比亞迪F3DMF3DM雙模電動(dòng)車搭載了BYD371QA全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)，配合75KW的電機(jī)，輸出功率達(dá)到125KW。在純電動(dòng)的模式下，F(xiàn)3DM雙模電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)了目前世界上最長(zhǎng)的續(xù)航里程100km，最高時(shí)速可達(dá)150公里/小時(shí)。不到15萬元的售價(jià)是F3DM最大的資本，這幾乎就是一輛普通的合資品牌同級(jí)車價(jià)格。F3DM的上市將預(yù)示著一個(gè)未來產(chǎn)業(yè)化的開始。3.4.2雷克薩斯RX450H 圖3-2雷克薩斯RX450HRX450h采用了EVCT電子無級(jí)變速系統(tǒng)和最新人工智能換擋技術(shù)，百公里綜合油耗只有6.8升，排放達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)，是目前國(guó)內(nèi)最環(huán)保的SUV車。3.4.3奇瑞A5混合動(dòng)力車型

32、與其它混合動(dòng)力車型相比，奇瑞A5屬于“入門級(jí)”混合動(dòng)力車型，但是它卻以較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和低廉的成本實(shí)現(xiàn)了節(jié)油和減少二氧化碳排放的目的。盡管它看上去還比較粗糙，但在北京路面上行駛的混動(dòng)版A5出租車足以說明這一車型的現(xiàn)實(shí)意義。圖3-3奇瑞A5奇瑞A5屬于弱混合動(dòng)力，采用的BSG是一種具備怠速停機(jī)和啟動(dòng)功能的混合動(dòng)力技術(shù)，其采用皮帶傳動(dòng)方式進(jìn)行動(dòng)力混合。系統(tǒng)通過BSG系統(tǒng)快速地啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，也就消除了發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工作時(shí)的油耗、排放與噪聲。BSG技術(shù)通過消除怠速運(yùn)行狀態(tài)下的燃油消耗和尾氣排放，相當(dāng)于降低汽車排量0.20.3L，等于每周少開一天車，可以節(jié)油10%左右。3.4.4廣汽豐田凱美瑞混合動(dòng)力版圖3-4

33、廣汽豐田凱美瑞目前國(guó)內(nèi)最成熟的新能源轎車非凱美瑞混合動(dòng)力版車莫屬。凱美瑞混合動(dòng)力外觀獨(dú)特，銀色水箱格柵質(zhì)感十足，炯炯有神的前大燈透著淡淡的藍(lán)光，讓凱美瑞前臉呈現(xiàn)一種貴族氣息。凱美瑞的尾燈同樣獨(dú)特，尖銳的線條和中間的縫隙都體現(xiàn)了豐田公司在細(xì)節(jié)方面下的功夫。內(nèi)飾方面繼承了豐田內(nèi)飾的優(yōu)良傳統(tǒng)，車廂空間寬敞。內(nèi)飾舒適美觀。中控臺(tái)設(shè)有能量檢測(cè)器，能夠清晰的顯示行駛時(shí)的能源情況以及電池的變化。用瞬時(shí)油耗表取代了轉(zhuǎn)速表，使顯示更加人性化。動(dòng)力方面，凱美瑞混合動(dòng)力版配備豐田特有的直列四缸VVT-i3AZ-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)以及同步交流永磁式電動(dòng)機(jī)。最大功率為110kW，最大扭矩187Nm/4400rpm，綜合工況油

34、耗6.0L/100Km；電動(dòng)機(jī)最大功率為105kW，最大扭矩為270Nm。如果處于油電混合動(dòng)力系統(tǒng)，最大功率將達(dá)到140kW，最大扭矩達(dá)270Nm。百公里加速時(shí)間為9.5s。凱美瑞無論從動(dòng)力還是內(nèi)飾都很優(yōu)秀，外形設(shè)計(jì)新穎，新能源方面技術(shù)成熟，功率較高，油耗較低，加之豐田汽車優(yōu)秀的品牌，凱美瑞是當(dāng)今國(guó)內(nèi)朋友購買混合動(dòng)力轎車很好的選擇。但由于凱美瑞的無插電式設(shè)計(jì)，不能享受國(guó)家新能源補(bǔ)貼，造成凱美瑞價(jià)格較高。不過總體來說，低油耗和環(huán)保不但切合當(dāng)今社會(huì)的主題，也是無數(shù)車主迫切需要的。3.5全球混合動(dòng)力汽車未來發(fā)展前景08年全球混合動(dòng)力汽車需求量48萬輛，JP摩根證券預(yù)測(cè)， 2020年將增至1128萬輛

35、，相當(dāng)于08年23倍，占汽車總銷量13.3%。按地區(qū)分布看，北美349萬輛，歐洲346萬輛，中國(guó)197萬輛，日本70萬輛?；旌蟿?dòng)力汽車增長(zhǎng)將會(huì)帶動(dòng)電池等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。08年全球汽車電池市場(chǎng)規(guī)模約800億日元，2020年將增至1萬零540億日元。再加上其他零部件及發(fā)動(dòng)機(jī)等主要部件，預(yù)計(jì)每年混合動(dòng)力汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約2萬多億日元?；旌蟿?dòng)力汽車增長(zhǎng)還將帶來一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命。隨著車體輕量化，以鋼鐵為主材料的車身可能會(huì)被碳素纖維所取代，傳統(tǒng)的鍛軋和焊接工藝可能向一次成型和粘合方向轉(zhuǎn)化。4. 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)4.1 HEV的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)目前國(guó)內(nèi)外研究的HEV有多種結(jié)構(gòu),按動(dòng)力系統(tǒng)布置可分為串聯(lián)式

36、混合動(dòng)力汽車( SHEV) 、并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車( PHEV) 、混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車( PSHEV)和復(fù)合式混合動(dòng)力汽車(CHEV) 。4.1.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車( SHEV)SHEV的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是HEV中最簡(jiǎn)單的一種(圖1) 。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,該電能可通過功率轉(zhuǎn)換器為蓄電池充電,或經(jīng)由電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)汽車。SHEV以電動(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)裝置,發(fā)動(dòng)機(jī)為輔助動(dòng)力裝置以提高行駛里程。由于發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)車輪之間沒有直接的機(jī)械連接,發(fā)動(dòng)機(jī)不受汽車行駛工況影響,易運(yùn)行在高效區(qū)。但是SHEV的能量轉(zhuǎn)換、傳輸環(huán)節(jié)多,造成能量轉(zhuǎn)換效率低,使得燃油利用率比較低。圖4-1 串聯(lián)式混合動(dòng)

37、力汽車4.1.2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(PHEV)PHEV采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(圖2) ,可采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)3種工作模式。在汽車需要大功率輸出時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)汽車,所以此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的額定功率選較小值就可以達(dá)到動(dòng)力要求。在汽車減速或剎車時(shí),電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài),向蓄電池充電,即再生制動(dòng)。與SHEV相比較, PHEV的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率較小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難度大。圖4-2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車4.1.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車( PSHEV)PSHEV在結(jié)構(gòu)上綜合了SHEV 和PHEV 的特點(diǎn),如圖3所示。與SHEV相比,它增加了機(jī)械動(dòng)力

38、傳遞路線;與PHEV相比較,它增加了電能的傳遞路線。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可選擇比較小的功率,控制策略靈活,發(fā)動(dòng)機(jī)可以比較容易的工作在高效率區(qū)域。但是, PSHEV結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。圖4-3 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車4.1.4復(fù)合式混合動(dòng)力汽車(CHEV)CHEV結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,如圖4所示,一般用于雙軸獨(dú)立系統(tǒng),相當(dāng)于一套完整的串聯(lián)系統(tǒng)加上一套完整的并聯(lián)系統(tǒng),工作模式更加多樣化, 成本最高, 控制系統(tǒng)也最復(fù)雜。圖4-4 復(fù)合式混合動(dòng)力汽車4.2混合動(dòng)力汽車需要解決的問題4.2.1兩種動(dòng)力的最優(yōu)分配控制兩種動(dòng)力的最優(yōu)分配控制。HEV 兩種動(dòng)力如何分配，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳工作范圍內(nèi)，使油耗和排污最低，使電動(dòng)機(jī)發(fā)揮

39、其最大優(yōu)點(diǎn)，最大限度地吸收制動(dòng)能量和減少電池的能量消耗。4.2.2能量存儲(chǔ)裝置能量存儲(chǔ)裝置。汽車加速和爬坡時(shí)要求電池具有較高的比能量和比功率。電池還要有快速充電能力、提高充放電效率、降低成本和延長(zhǎng)使用壽命。4.2.3混合動(dòng)力單元技術(shù)混合動(dòng)力單元技術(shù)。要提高混合動(dòng)力單元燃料經(jīng)濟(jì)性，降低排放，目前的研究主要集中于：一是燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化；二是尾氣處理技術(shù)，主要研究高效的尾氣催化系統(tǒng)；三是代用燃料的研究。4.2.4電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)必須要具有良好的可控性和容錯(cuò)能力，以及具有低噪聲、高效率的特點(diǎn)。4.3混合動(dòng)力汽車電池HEV的成敗關(guān)鍵在于電池,電池也是一直制約混合動(dòng)力汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。HEV

40、在勻速行駛時(shí),由發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量,電池組基本上處于不充不放的狀態(tài);汽車行駛需要大功率時(shí)(如加速、爬坡、高速等) ,電池組放電,釋放能量;汽車行駛需要小功率時(shí)(如低速、停車等) ,電池組充電,積蓄能量。4.3.1 HEV對(duì)電池的特殊要求一般情況下, 混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力電池進(jìn)行的是頻繁、淺度的充放電循環(huán)。在充放電過程中, 電壓、電流可能有較大變化。針對(duì)這種使用特點(diǎn), 混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電池有如下幾方面的特別要求大功率充放電的能力。（1）質(zhì)量比功率和體積比功率是衡量電池快速放電能力的指標(biāo), 相對(duì)于能量要求, 混合動(dòng)力系統(tǒng)的電池對(duì)比功率的要求更高。同時(shí), 混合動(dòng)力系統(tǒng)在制動(dòng)能量回收或低功率調(diào)峰時(shí)要求電池能夠

41、在短時(shí)間內(nèi)接受大量的能量。目前的高功率電池往往存在快速充電接受能力差的問題。提高電池快速充電接受能力比提高電池的比功率更加緊迫和關(guān)鍵。（2）充放電效率?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車中內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的相當(dāng)一部分能量須經(jīng)歷充電一放電的能量循環(huán), 高的充放電效率對(duì)保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。（3）混合動(dòng)力系統(tǒng)的電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過程變工況的條件下保持性能的相對(duì)穩(wěn)定?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)使用條件下能達(dá)到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)也是對(duì)電池的基本要求。另外HEV電池SOC工作范圍在50%左右,波動(dòng)一般不超過20%。這是因?yàn)镠EV要求電池留有足夠的余量,以保證車輛制動(dòng)時(shí)可以充分吸收能量,并不致使電池過充后降低壽命,甚至破

42、壞電池。此外, 作為車用動(dòng)力電池, 還有一些基本要求電壓、質(zhì)量比能量和體積比能量、質(zhì)量比功率、循環(huán)壽命、免維護(hù)性以及成本等。4.3.2 HEV電池的發(fā)展至今為止,電動(dòng)汽車用電池經(jīng)歷了三代的發(fā)展,已取得了突破的進(jìn)展。第一代是鉛酸電池,主要是閥控鉛酸電池(VRLA) ,由于其比能量高、價(jià)格低和放電倍率高,成為目前唯一大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車用電池。第二代是堿性電池,只要有Ni2Cd, Ni2MH, Na /S,L i2ion和Zn /Air等多種電池,其比能量和比功率都比鉛酸電池高,大大提高了電動(dòng)汽車的電動(dòng)能力和續(xù)駛里程,但是價(jià)格比鉛酸電池要高。第三代是以燃料電池為主的電池,燃料電池直接將燃料的化學(xué)能

43、轉(zhuǎn)化為電能,具有能量轉(zhuǎn)換效率高、比能量高、比功率高、控制反應(yīng)過程可控、能量轉(zhuǎn)化過程可連續(xù)的特點(diǎn),因此是理想的汽車用電池,現(xiàn)正處于研制階段,一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。從目前車用電池的發(fā)展來看,鎳氫電池可能是HEV動(dòng)力能源的首選電池,它已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn),性能穩(wěn)定,其質(zhì)量比、體積比功率、電池壽命和重復(fù)充放電次數(shù)方面已經(jīng)達(dá)到美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)(USABC)性能指標(biāo)。另外,一種叫質(zhì)子交換膜的燃料電池( PEMFC)的能量轉(zhuǎn)換效率是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的23倍;同時(shí)它還具有噪音低、無污染、壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)迅速、比功率大和輸出功率可隨時(shí)調(diào)整等特性,使得PEMFC非常適合用作交通工具的動(dòng)力源,有關(guān)專家預(yù)言: 21世紀(jì)燃料

44、電池電動(dòng)汽車可能成為汽車的主體。HEV尚在試驗(yàn)階段的其它儲(chǔ)能技術(shù)（1）飛輪電池:飛輪電池比能量高、比功率大、充電快、壽命長(zhǎng)、無污染等優(yōu)點(diǎn), 但目前技術(shù)難度和成本都較高。(2)超級(jí)電容:雖然能量密度較低, 但卻擁有很高的功率密度, 能在瞬時(shí)提供很大的電流和功率, 同時(shí)壽命長(zhǎng)、效率高、充電快, 是混合動(dòng)力系統(tǒng)中很有前途的一種瞬時(shí)供能裝置。除了這兩種還有很多種研究這的電池，它們都有著壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在未來的車用電池中也必將占有一席之地。4.3.3 HEV電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)是整車能量管理系統(tǒng)的一部分。整車能量管理策略的實(shí)施要依賴電池管理系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)的判別和對(duì)電池性能的維護(hù)。目前著力于多個(gè)電

45、池串、并聯(lián)使用,為管理此更新的電池類型,需要采用嵌入式控制器來監(jiān)視電池組的工作情況。大型HEV電池組可能包含200個(gè)甚至更多的獨(dú)立電池,因此對(duì)所有電池進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控是不現(xiàn)實(shí)的,而嵌入式處理器的可根據(jù)電池技術(shù)的多重特性、不同電池組之間的電壓以及流入或流出電池組的電流來估計(jì)電池的電量狀態(tài)。當(dāng)鏗電池或鎳氫(Ni2MH)電池的電量耗盡到低于閉值時(shí),鎳氫電池和鏗電池將很快損壞,不過嵌入式處理器可測(cè)定電量狀態(tài),并在電池組或單個(gè)電池的電壓低于閉值前關(guān)斷系統(tǒng)。但也不可對(duì)鏗電池和鎳氫電池進(jìn)行過充電,以盡量延長(zhǎng)電池組的使用壽命。一般來說，電池管理系統(tǒng)的基本功能應(yīng)該具有：（1）安全保護(hù)功能在電池閑置（停機(jī)）狀態(tài)、工作

46、狀態(tài)（充電、放電）下，對(duì)電池模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦電池溫度、電壓、電流超出設(shè)定極限值時(shí)，管理系統(tǒng)能夠立刻關(guān)閉電池模塊輸出，并警告使用者。閑置狀態(tài)時(shí)，主要檢測(cè)電池溫度是否過高，電路有否短路（短路時(shí)電壓為0V）等。工作狀態(tài)時(shí)，主要進(jìn)行充電過壓、放電欠壓、充電過溫、放電過溫、放電過電流、短路以及充滿電停止等保護(hù)功能，還可以加入充電過電流等人們需要的其他功能。（2）電池模塊狀態(tài)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、輸出數(shù)據(jù)功能隨時(shí)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)電池電壓、溫度、工作電流、內(nèi)阻等性能參數(shù)；及時(shí)計(jì)算電池剩余容量，以便用戶隨時(shí)了解電池模塊的使用狀態(tài)；這樣，使用者可以隨時(shí)知道電動(dòng)車的續(xù)航里程，找準(zhǔn)機(jī)會(huì)進(jìn)行充電，避免半路拋錨的情況發(fā)生。檢測(cè)到的數(shù)據(jù)

47、超出設(shè)定極限值時(shí)，及時(shí)通知駕駛者，方便其作出判斷，是否要進(jìn)行充電，充滿電否，溫度過高否，放電電流過大否，是否有短路，剩余電池容量還能續(xù)航多遠(yuǎn)，等等。（3）一致性補(bǔ)償功能當(dāng)電池之間有差異時(shí)，有一定措施進(jìn)行補(bǔ)償，保證電池組表現(xiàn)能力更強(qiáng)，并有一定的手段來顯示性能不良的電池位置，以便修理替換。一般采用充電補(bǔ)償功能。設(shè)計(jì)有旁路分流電路，以保證每個(gè)單體都可以充滿電，這樣可以減緩電池老化的進(jìn)度，延長(zhǎng)電池的使用壽命。（4）電池溫度控制功能電池在充電、放電的過程中，溫度一般會(huì)有所升高，有時(shí)會(huì)達(dá)到安全極限，為了能保證電池模塊能持續(xù)工作，安裝并控制冷卻裝置也是必要的，可以采用分級(jí)風(fēng)冷的措施，這樣既能有效降低電池溫度

48、，又可以節(jié)省能源（電量），有利于電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程。因?yàn)橛械牡胤健⒓竟?jié)環(huán)境溫度過低（-20攝氏度都有），不利于電池使用，可以考慮增加升溫裝置，這樣，才有利于電池性能的發(fā)揮。4.4 HEV電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的原動(dòng)機(jī),是心臟,是HEV的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器兩部分組成。電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置,為滿足整車動(dòng)力性能的需要,對(duì)電動(dòng)機(jī)的具體要求為: 1)瞬時(shí)功率大、功率密度高、過載能力強(qiáng); 2)效率高; 3)運(yùn)行速度范圍要廣,高、低速綜合效率也要高。電動(dòng)機(jī)在低速區(qū)具有恒轉(zhuǎn)矩特性,在高速區(qū)具有恒功率特性,其轉(zhuǎn)矩和功率控制特性如圖4-6所示; 4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

49、單牢固,耐沖擊、顛簸、運(yùn)行可靠,免維護(hù),低成本等。圖4-5 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是將電池的電能轉(zhuǎn)換為適于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的另外一種電能變換控制裝置。通過這種變換和控制使電動(dòng)機(jī)處于上述要求的運(yùn)行最佳工作狀態(tài),以滿足HEV實(shí)際行駛工況的需要。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制精度高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,系統(tǒng)可靠性高,成本低等。圖4-6 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率控制特性不同結(jié)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求不同.4.4.1串聯(lián)式動(dòng)力串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成SHEV動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車

50、輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能；當(dāng)電動(dòng)車處于低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運(yùn)行工況，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。4.4.2并聯(lián)式動(dòng)力并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳

51、動(dòng)系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動(dòng)又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)汽車加速爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，一旦汽車車速達(dá)到巡航速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)維持該速度。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。由于沒有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。4.4.3混聯(lián)式動(dòng)力混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動(dòng)機(jī)為主和電機(jī)為主兩種。以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)為輔助動(dòng)力源；以電機(jī)為主的形式

52、中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制方便，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。目前發(fā)展中的“ 42V系統(tǒng)” 實(shí)際上就是一種“ 輕度復(fù)合” 方案。用于HEV的電機(jī)必須要具有良好的可控性和容錯(cuò)能力以及具有低噪聲、高效率的特點(diǎn),同時(shí)具有對(duì)電壓波動(dòng)不敏感等性能。用于HEV的電機(jī)類型有交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)。其中交流感應(yīng)電機(jī)較具有代表性,但這種電機(jī)很難解決其功率和效率之間的矛盾,因此需要能夠適用于HEV的具有更高效率和功率密度的永磁電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)的先進(jìn)電機(jī)來替代目前使用的交流感應(yīng)電機(jī)。同時(shí)對(duì)電機(jī)的控制方法和冷卻系統(tǒng)也應(yīng)有深入的研究。4.5 HEV逆變器設(shè)計(jì)4.5.1逆變器的

53、結(jié)構(gòu)圖4-7 逆變器的結(jié)構(gòu)1我們繼續(xù)來深入分析上面這個(gè)結(jié)構(gòu)：圖4-8逆變器的結(jié)構(gòu)2逆變器的整體結(jié)構(gòu)與功能：逆變器的作用是利用與主電池的直流電源橋接的6個(gè)功率元件，將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，向馬達(dá)供電（圖4-9）。在這里，功率元件是指IGBT（絕緣柵型雙極晶體管）與二極管（續(xù)流二極管）的組合。圖4-9逆變器的6個(gè)功率元件4.5.2控制原理首先，HEV和ECU根據(jù)顯示駕駛員油門踏板操作量的油門開度指令計(jì)算出所需的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)出IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此時(shí)，根據(jù)電壓相位與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系求出的轉(zhuǎn)矩不固定，因此需要以檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置能夠獲得最大轉(zhuǎn)矩為前提，確定通電的時(shí)機(jī)。IGBT的驅(qū)動(dòng)使用PWM（脈寬調(diào)制）控制

54、，工作方式是從功率元件輸出電壓可變的正弦波三相交流電，控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。逆變器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)包括：主電路參數(shù)計(jì)算；散熱器和風(fēng)機(jī)計(jì)算；數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。逆變器的控制算法由數(shù)字控制電路完成，數(shù)字控制電路包括兩大部分：電源及功率器件驅(qū)動(dòng)板和數(shù)字控制電路板。 數(shù)字控制電路板的核心芯片使用TI公司的TMS320F240，它接收外部命令，檢測(cè)外部模擬信號(hào)，完成復(fù)雜的數(shù)字控制算法，產(chǎn)生PWM脈沖；使用CPLD芯片作為外圍接口芯片；使用AMP防水插座接收外部信號(hào)。 由于HEV傳動(dòng)系統(tǒng)的速度和轉(zhuǎn)矩變換范圍非常大，系統(tǒng)采用的是有速度傳感器的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制。4.6整車系統(tǒng)集成整車系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

55、包括：動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配、整車能量控制系統(tǒng)、再生制動(dòng)系統(tǒng)、車用數(shù)據(jù)總線以及先進(jìn)車輛控制技術(shù)在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用等。4.6.1動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配混合動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，直接影響混合動(dòng)力汽車將來的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能，它包括合理的選擇和匹配發(fā)動(dòng)機(jī)功率、動(dòng)力電池容量和電機(jī)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(dòng)系統(tǒng)。由于動(dòng)力系統(tǒng)有多種不同的組合方案，并且參數(shù)設(shè)計(jì)具有較大的自由度，計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化是進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的一個(gè)重要手段。 4.6.2整車控制管理系統(tǒng)混合動(dòng)力汽車兼有傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，是二者的完美結(jié)合，這個(gè)結(jié)合的紐帶就是混合動(dòng)力汽車的整

56、車能量控制系統(tǒng)，整車能量控制系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)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(dòng)力汽車的大腦，指揮各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到效率、排放和動(dòng)力性的最佳，同時(shí)兼顧行駛車輛的平順性。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理系統(tǒng)普遍采用分級(jí)分布式結(jié)構(gòu), 如圖7所示。最上層為能量管理系統(tǒng)的決策單元一, 統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個(gè)低端控制器中間一層包括多個(gè)低端控制器最下層為各個(gè)執(zhí)行器。能量管理系統(tǒng)的決策單元接受駕駛員輸人的指令、各個(gè)執(zhí)行器的信息和環(huán)境信息, 協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的工作。圖4-10混合動(dòng)力汽車整車能量管理系統(tǒng)整車能量控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作，如加速踏板、制動(dòng)踏板、換檔桿的操作等，判斷駕駛員的意圖，在滿足駕駛員需求的前提下，分配電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電池等動(dòng)力部件的功率輸出，實(shí)現(xiàn)能量利用率的最優(yōu)管理，使有限的燃油發(fā)揮最大的功效。目前的混合動(dòng)力汽車都不需要外部充電，與傳統(tǒng)汽車一樣，其整車驅(qū)動(dòng)能量全部來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油熱能，電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的電能是燃油熱能在車輛行駛中轉(zhuǎn)換為電能后儲(chǔ)存在蓄電池中的，圖1所示為混合動(dòng)力汽車的能量轉(zhuǎn)換示意圖。能量管理策略的目標(biāo)，就