新能源汽車(chē)：第四章 混合動(dòng)力汽車(chē)

1、第四章 混合動(dòng)力汽車(chē)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握混合動(dòng)力汽車(chē)的定義與分類。2.學(xué)習(xí)混合動(dòng)力汽車(chē)的工作原理，首先應(yīng)該掌握混合動(dòng)力汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)。3.熟悉不同類型混合動(dòng)力汽車(chē)在不同工況下的能量流通方式和其工作原理。4.通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的學(xué)習(xí)，請(qǐng)讀者了解我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景。第一節(jié)混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)一、混合動(dòng)力汽車(chē)的定義混合動(dòng)力汽車(chē)（Hybrid Electrical Vehicle，簡(jiǎn)稱HEV）是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來(lái)源熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車(chē)。二、混合動(dòng)力汽車(chē)的主要?jiǎng)恿偝稍?發(fā)動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)3電池4.動(dòng)力分配裝置:三、混合動(dòng)力汽車(chē)的智能控制系統(tǒng)

2、混合動(dòng)力汽車(chē)的控制系統(tǒng)有以下的功能：1）使混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力性能能夠達(dá)到或接近現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的水平。2）最大限度的發(fā)揮電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助作用，使混合動(dòng)力汽車(chē)的燃油消耗量盡量降低，實(shí) 現(xiàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能化。3）實(shí)現(xiàn)多能源控制，混合動(dòng)力汽車(chē)關(guān)鍵的控制技術(shù)，是對(duì)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙重控制。4）在環(huán)保方面，達(dá)到“超低污染”的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。5）操作裝置和操縱方法上繼承或沿用內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)主要操作裝置和操縱方法。 四、混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī):混合動(dòng)力汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)要使用燃油，而且在起步、加速時(shí)，由于有電動(dòng)馬達(dá)的輔助，所以可以降低油耗。1. 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)

3、機(jī)的定義阿特金森循環(huán)是一種1882年由 HYPERLINK /wiki/James_Atkinson o en:James Atkinson James Atkinson發(fā)明的 HYPERLINK /wiki/%E5%86%85%E7%87%83%E6%9C%BA o 內(nèi)燃機(jī) 內(nèi)燃機(jī)形式。阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)提高了效率，現(xiàn)階段用在某些 HYPERLINK /wiki/%E6%B7%B7%E5%90%88%E5%8B%95%E5%8A%9B%E8%BB%8A%E8%BC%9B o 混合動(dòng)力車(chē)輛 混合動(dòng)力車(chē)輛上。2. 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)其實(shí)并不需要在普通發(fā)動(dòng)機(jī)上做太大修改

4、，只是改變氣門(mén)開(kāi)閉的時(shí)機(jī)。在阿特金森循環(huán)中，在活塞到達(dá)下止點(diǎn)后上升時(shí)，吸氣氣門(mén)仍然開(kāi)放，這樣有一部分混合氣體被推回到進(jìn)氣歧管，進(jìn)而提高了爆炸的膨脹比，利于提高燃油效率。3. 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)1）獨(dú)特的進(jìn)氣方式讓低速扭矩很差2）長(zhǎng)活塞行程不利于高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)第二節(jié)混合動(dòng)力汽車(chē)分類和工作原理一、按結(jié)構(gòu)布置形式分類1）串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）；2）并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）；3）混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（Parallel Series Hybrid El

5、ectric Vehicle，PSHEV）。二、按照對(duì)電能的依賴程度分類1）弱混混合動(dòng)力系統(tǒng)2）輕混合動(dòng)力系統(tǒng)a.在減速和制動(dòng)工況下，對(duì)部分能量進(jìn)行吸收；b.在行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度一般在20以下。 3）中混合動(dòng)力系統(tǒng)4）完全混合動(dòng)力系統(tǒng)5）外插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)三、其它劃分型式1.按照行駛模式的選擇方式劃分（1）有手動(dòng)選擇功能的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)hybrid electric vehicle with selectiveswitch具備行駛模式手動(dòng)選擇功能的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。車(chē)輛可選擇的行駛模式包括熱

6、機(jī)模式、純電動(dòng)模式和混合動(dòng)力模式三種。（2）無(wú)手動(dòng)選擇功能的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)hybrid electric vehicle withoutselective switch不具備行駛模式手動(dòng)選擇功能的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。車(chē)輛的行駛模式根據(jù)不同工況自動(dòng)切換。2.按照車(chē)輛用途劃分（1） 混合動(dòng)力電動(dòng)乘用車(chē)hybrid electric passenger car（2）混合動(dòng)力電動(dòng)客車(chē)hybrid electric bus（3）混合動(dòng)力電動(dòng)貨車(chē)hybrid electric goods vehicle3.按照與發(fā)動(dòng)機(jī)混合的可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)不同可以劃分為：（1）動(dòng)力蓄電池式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)；（2）超級(jí)

7、電容器式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)；（3）機(jī)電飛輪式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)；（4）動(dòng)力蓄電池與超級(jí)電容器組合式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。第三節(jié)混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀一、世界上最早的混合動(dòng)力汽車(chē)。1834年，Thomas Davenport制造了一輛電動(dòng)三輪車(chē)，它由一組不可充電的干電池驅(qū)動(dòng)，只能行駛一小段距離。其中，大名鼎鼎的費(fèi)迪南德保時(shí)捷在上世紀(jì)末就為一家名為JacobLohner的公司開(kāi)發(fā)出一款油電混合動(dòng)力汽車(chē)，甚至造出了四驅(qū)版本。到1912年，美國(guó)己有3400輛電動(dòng)汽車(chē)注冊(cè)。但是，1911年Kettering發(fā)明了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，使得燃油汽車(chē)相對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)更具有吸引力，從此打破了電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，2

8、0世紀(jì)30年代，電動(dòng)汽車(chē)幾乎消失。20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)和石油短缺使電動(dòng)汽車(chē)重新獲得生機(jī)。當(dāng)時(shí)，世界上許多國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利和日本都開(kāi)始發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)。這一時(shí)期的電動(dòng)汽車(chē)以改裝車(chē)為主，也不乏重新設(shè)計(jì)底盤(pán)和車(chē)身的新型電動(dòng)汽車(chē)，這樣可降低汽車(chē)的空氣阻力，方便能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的布置。這一階段電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)獲得復(fù)蘇，為隨后的商業(yè)化時(shí)代奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是石油價(jià)格在20世紀(jì)70年代末下跌，電動(dòng)汽車(chē)的商業(yè)化失去了動(dòng)力，其發(fā)展顯著變慢，開(kāi)始走入低谷。20世紀(jì)90年代，燃油汽車(chē)排放所引起的空氣污染和溫室效應(yīng)受到重視，電動(dòng)汽車(chē)再次得到發(fā)展。據(jù)美國(guó)專利局的資料記載，1909年，身在比利時(shí)的德國(guó)人H

9、enriPieper取得了一項(xiàng)名為“MixedDrivefor Autovehicles”的專利。如圖。2013年的3月2日距美國(guó)的第一個(gè)混合動(dòng)力汽車(chē)專利已經(jīng)過(guò)去了整整一個(gè)多世紀(jì)。二、國(guó)內(nèi)HEV技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)也非常重視混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研究與開(kāi)發(fā)，有關(guān)工作開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)90年代。在“十五”期間，科技部組織北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、東風(fēng)汽車(chē)公司等國(guó)內(nèi)多家企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，確定了以燃料電池汽車(chē)（FCEV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（HEV）、純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）車(chē)型為“三縱”，多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術(shù)為“三橫”的“三縱三橫”的研發(fā)布局

10、。我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展?fàn)顩r一覽：混合動(dòng)力汽車(chē)企業(yè)主要車(chē)型和研究成果第一汽車(chē)集團(tuán)一汽研發(fā)的紅旗HQ3已于2006年投產(chǎn)。東風(fēng)集團(tuán)東風(fēng)集團(tuán)的混合動(dòng)力公交車(chē)已于2005年7月完成最終產(chǎn)品定型樣車(chē)試驗(yàn)并通過(guò)驗(yàn)收。長(zhǎng)安集團(tuán)長(zhǎng)安集團(tuán)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的羚羊混合電動(dòng)車(chē)已產(chǎn)出樣車(chē)，其裝備混合動(dòng)力技術(shù)的長(zhǎng)安CV9早已經(jīng)下線。奇瑞集團(tuán)奇瑞集團(tuán)成立了國(guó)家節(jié)能環(huán)保汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，已在2006年下半年重點(diǎn)推出第一自主品牌真正意義上的混合動(dòng)力車(chē)，代號(hào)為“BSG”的混合動(dòng)力車(chē)。吉利集團(tuán)吉利集團(tuán)旗下的上海華普汽車(chē)已與同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院簽署合作協(xié)議，已經(jīng)完成混合動(dòng)力轎車(chē)商業(yè)化生產(chǎn)。深圳五洲龍汽車(chē)有限公司中國(guó)規(guī)模最大、投放

11、車(chē)輛最多的混合動(dòng)力示范運(yùn)營(yíng)線路即將在深圳市龍崗區(qū)開(kāi)通。廣州本田更是緊跟豐田的步伐，于2006年中下旬推出國(guó)產(chǎn)雅閣混合動(dòng)力車(chē)。上汽集團(tuán)上汽集團(tuán)與通用簽署協(xié)議，將聯(lián)手開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力轎車(chē)和公交客車(chē)。三、國(guó)外HEV發(fā)展現(xiàn)狀21世紀(jì)后，各國(guó)加快了HEV的概念產(chǎn)品化的進(jìn)程，相繼推出了不同形式的HEV產(chǎn)品。豐田的Prius，本田的Insight，通用的Precept，福特的Prodigy，戴姆勒克萊斯勒的ESx3，日產(chǎn)的Tino等都是具有代表性的車(chē)型，其中Prius和Insight己是成熟的產(chǎn)品。歐盟：歐盟多年來(lái)大力提倡節(jié)能減排，民眾的環(huán)保意識(shí)較高。在目前新能源汽車(chē)尚未成為市場(chǎng)主流的情況下，各成員國(guó)政府比較注

12、重控制現(xiàn)有汽車(chē)的數(shù)量并改善傳統(tǒng)汽車(chē)的減排水平。注重公共交通。以歐盟總部所在地布魯塞爾為例，地鐵、軌道、電車(chē)等公共交通四通八達(dá)，而且每逢重大節(jié)日，公共交通一律免費(fèi)。布魯塞爾每年還舉辦一次“無(wú)車(chē)日”活動(dòng)，普通社會(huì)車(chē)輛禁止通行，公共交通對(duì)所有市民免費(fèi)開(kāi)放。政府鼓勵(lì)自行車(chē)出行。比利時(shí)多年來(lái)堅(jiān)持實(shí)行自行車(chē)出租半小時(shí)內(nèi)免費(fèi)的制度，城市街頭和路邊都有固定的自行車(chē)停放點(diǎn)供自由租借和歸還，自行車(chē)租賃的月卡或年卡費(fèi)用相較于其他交通方式也便宜很多。在哥本哈根歐洲環(huán)境署的辦公大樓，約有170個(gè)自行車(chē)停車(chē)位，但汽車(chē)停車(chē)位只有一個(gè)且專供一名殘疾人員工使用。政府限制汽車(chē)使用。目前，歐洲一些國(guó)家和城市正逐步采取一些“消極”手

13、段變相“勸退”私家車(chē)。部分城市限制新建 HYPERLINK /theme/shopping/list_0/0.shtml t _blank 購(gòu)物中心與商務(wù)大樓的停車(chē)面積，街道兩邊的停車(chē)位越來(lái)越少，甚至德國(guó)慕尼黑這樣的傳統(tǒng)汽車(chē)城市也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤安叫姓叩奶焯谩薄惗?、斯德哥爾摩等地已?guī)定私家車(chē)車(chē)主須支付交通擁堵費(fèi)才能駛?cè)胧兄行?。近年?lái)，德國(guó)部分城市實(shí)施“環(huán)保地帶”計(jì)劃，即“環(huán)保地帶”僅允許低排放車(chē)輛駛?cè)?。美?guó)：在美國(guó)，克林頓政府上臺(tái)后不久，為了開(kāi)發(fā)新一代汽車(chē)，由美國(guó)政府促進(jìn)，于1993年9月29日發(fā)起了新一代汽車(chē)伙伴計(jì)劃即“PNGV（Partnership for New Generation O

14、f Vehicles）計(jì)劃”，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)低油耗的混合動(dòng)力汽車(chē)。然而該計(jì)劃最終在2002年被廢止，沒(méi)有達(dá)到預(yù)訂的2005年左右推出商品化的混合動(dòng)力汽車(chē)的目標(biāo)。美國(guó)三大汽車(chē)公司只是小批量生產(chǎn)、銷售過(guò)純電動(dòng)汽車(chē)，而混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，日本的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。美國(guó)能源部與三大汽車(chē)公司于1993年簽訂了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)合同，進(jìn)行為期5年的研發(fā)工作，并于1998年在北美國(guó)際汽車(chē)展上展出了樣車(chē)。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出3款混合動(dòng)力概念車(chē)：通用Precept、福特Prodigy、戴-克DodgeESX3。2004年，通用汽車(chē)公司與戴-克汽車(chē)公司對(duì)外宣布雙方

15、將在開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)領(lǐng)域攜手，共同推進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。通用、戴克、寶馬三家公司在混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展方面結(jié)成了技術(shù)聯(lián)盟，攜手發(fā)展雙?；旌蟿?dòng)力技術(shù)，并在2005年的北美車(chē)展上引入了一款結(jié)合了V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和最新一代混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的S級(jí)轎車(chē)。通用汽車(chē)公司在2006年底特律北美國(guó)際汽車(chē)展上發(fā)布了兩款全新混合動(dòng)力SUV：2007年土星Vue Green Line混合動(dòng)力車(chē)和2008雪佛蘭Tahoe雙模式混合動(dòng)力車(chē)。日本：從目前世界范圍內(nèi)的整個(gè)形勢(shì)來(lái)看，日本是電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一，特別是在發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)方面，日本居世界領(lǐng)先地位。目前，世界上能夠批量生產(chǎn)銷售混合動(dòng)力汽車(chē)的企

16、業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車(chē)公司。1997年12月，豐田汽車(chē)公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車(chē)PRIUS。該轎車(chē)于2000年7月開(kāi)始出口北美，同年9月開(kāi)始出口歐洲。普銳斯在達(dá)成高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)力性和舒適性?！癙RIUS”的正式量產(chǎn)上市標(biāo)志以混合動(dòng)力汽車(chē)為代表的新一輪汽車(chē)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)的開(kāi)始。為保持領(lǐng)先地位，豐田公司加大了對(duì)混合動(dòng)力車(chē)的投入，豐田的目標(biāo)是最終將推出旗下幾乎所有車(chē)型的混合動(dòng)力版，并在2013年把混合動(dòng)力汽車(chē)的產(chǎn)量提高到100萬(wàn)輛。豐田公司預(yù)測(cè)，在未來(lái)的10年內(nèi)，其在美國(guó)的全部轎車(chē)銷量中，混合動(dòng)力車(chē)型將占有25的市場(chǎng)份額。本本田公司推出“Insight”、“CIVIC”等混合動(dòng)力汽車(chē)。豐田汽車(chē)公司在實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)的低能耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。汽車(chē)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，混合動(dòng)力汽車(chē)必是未來(lái)主要發(fā)展方向，因?yàn)槟茉磧r(jià)格高企已經(jīng)