新能源汽車概論（第2版）-崔勝民2

第2章新能源汽車類型2.1純電動汽車2.2增程式電動汽車2.3混合動力電動汽車2.4燃料電池電動汽車2.5其他新能源汽車

第1

頁2.1純電動汽車2.1.1純電動汽車的類型2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理2.1.3純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式2.1.4純電動汽車的特點(diǎn)2.1.5電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)2.1.6純電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)2.1.7純電動汽車車型實(shí)例

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頁2.1.1純電動汽車的類型純電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。一般采用高效率充電蓄電池為動力源。純電動汽車無需再用內(nèi)燃機(jī)，因此，純電動汽車的電動機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)，蓄電池相當(dāng)于原來的油箱，電能是二次能源，可以來源于風(fēng)能、水能、熱能、太陽能等多種方式。純電動汽車可分為2種類型，即用純蓄電池作為動力源的純電動汽車和裝有輔助動力源的純電動汽車。

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頁2.1.1純電動汽車的類型1.用純蓄電池作為動力源的純電動汽車用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，只裝置了蓄電池組，它的電力和動力傳輸系統(tǒng)如圖所示。

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頁2.1.1純電動汽車的類型2.裝有輔助動力源的純電動汽車用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，蓄電池的比能量和比功率較低，蓄電池組的質(zhì)量和體積較大。因此，在某些純電動汽車上增加輔助動力源，如超級電容器、發(fā)電機(jī)組、太陽能等，由此改善純電動汽車的啟動性能和增加續(xù)駛里程。裝有輔助動力源的純電動汽車的電力和動力傳輸系統(tǒng)如圖所示。

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頁2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理燃油汽車主要由發(fā)動機(jī)，底盤、車身和電氣四大部分組成，純電動汽車的結(jié)構(gòu)與燃油汽車相比，主要增加了電力驅(qū)動控制系統(tǒng)，而取消了發(fā)動機(jī)，電力驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖2.4所示，它由電力驅(qū)動主模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。當(dāng)汽車行駛時，由蓄電池輸出電能(電流)通過控制器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)帶動車輪前進(jìn)或后退。電動汽車?yán)m(xù)駛里程與蓄電池容量有關(guān)，蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續(xù)駛里程，必須盡可能地節(jié)省蓄電池的能量。

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頁2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理

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頁2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理1．電力驅(qū)動主模塊電力驅(qū)動主模塊主要包括中央控制單元、驅(qū)動控制器、電機(jī)、機(jī)械傳動裝置和車輪等。它的功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。中央控制單元根據(jù)加速踏板和制動踏板的輸入信號，向驅(qū)動控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對電動機(jī)進(jìn)行啟動、加速、減速、制動控制。驅(qū)動控制器是按中央控制單元的指令和電動機(jī)的速度、電流反饋信號，對電動機(jī)的速度、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。驅(qū)動控制器必須和電動機(jī)配套使用。電機(jī)在電動汽車中被要求承擔(dān)電動和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時發(fā)揮其主要的電動機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；在減速和下坡滑行時又被要求進(jìn)行發(fā)電，將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)化為電能。機(jī)械傳動裝置是將電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動軸，從而帶動汽車車輪行駛。

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頁2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理2．車載電源模塊電源電源模塊主要包括蓄電池電源、能量管理系統(tǒng)和充電控制器等。它的功用是向電動機(jī)提供驅(qū)動電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。純電動汽車的常用電源有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。純電動汽車的能量管理主要是指電池管理系統(tǒng)，它的主要功用是對電動汽車用電池單體及整組進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、充放電、巡檢、溫度監(jiān)測等。充電控制器是把交流電轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電壓的直流電，并按要求控制其電流。

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頁2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理輔助系統(tǒng)主要包括輔助動力源、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室顯示操縱臺和各種輔助裝置等。輔助系統(tǒng)除輔助動力源外，依據(jù)不同車型而不同。輔助動力源主要由輔助電源和DC/DC功率轉(zhuǎn)換器組成，其功用是供給電動汽車其它各種輔助裝置所需要的動力電源，一般為12V或24V的直流低壓電源，它主要給動力轉(zhuǎn)向、制動力調(diào)節(jié)控制、照明、空調(diào)、電動窗門等各種輔助裝置提供所需的能源。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設(shè)置的，它由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向輪等組成。作用在轉(zhuǎn)向盤上的控制力，通過轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

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頁2.1.2純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理駕駛室顯示操縱臺類同于傳統(tǒng)汽車駕駛室的儀表盤，不過其功能根據(jù)電動汽車驅(qū)動的控制特點(diǎn)有所增減，其信息指示更多地選用數(shù)字或液晶屏幕顯示。輔助裝置主要有照明、各種聲光信號裝置、車載音箱設(shè)備、空調(diào)、刮水器、風(fēng)窗除霜清洗器、電動門窗、電控玻璃升降器、電控后視鏡調(diào)節(jié)器、電動座椅調(diào)節(jié)器、車身安全防護(hù)裝置控制器等。它們主要是為提高汽車的操控性、舒適性、安全性而設(shè)置的，根據(jù)需要進(jìn)行選用。

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頁2.1.3純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式

電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心部分，其性能決定著電動汽車運(yùn)行性能的好壞。電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置取決于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的方式，可以有多種多樣。常見的驅(qū)動系統(tǒng)布置形式如圖所示。

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頁2.1.3純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式(1)傳統(tǒng)的驅(qū)動模式。圖（a）與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置方式一致，帶有變速器和離合器，只是將發(fā)動機(jī)換成電動機(jī)，屬于改造型電動汽車。這種布置可以提高電動汽車的起動轉(zhuǎn)矩，增加低速時電動汽車的后備功率。(2)電動機(jī)-驅(qū)動橋組合式驅(qū)動模式。圖（b）和（c）取消了離合器和變速器，但具有減速差速機(jī)構(gòu)，由1臺電動機(jī)驅(qū)動兩車輪旋轉(zhuǎn)。優(yōu)點(diǎn)是可以繼續(xù)沿用當(dāng)前發(fā)動機(jī)汽車中的動力傳動裝置，只需要一組電動機(jī)和逆變器。這種方式對電動機(jī)的要求較高，不僅要求電動機(jī)具有較高的起動轉(zhuǎn)矩，而且要求具有較大的后備功率，以保證電動汽車的起動、爬坡、加速超車等動力性。

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頁2.1.3純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式(3)電動機(jī)-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動模式。圖（d）是將電動機(jī)裝到驅(qū)動軸上，直接由電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換。這種傳動方式同樣對電動機(jī)有較高的要求，大起動轉(zhuǎn)矩和后備功率，不僅要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度，而且要具備良好的可靠性，從而保證電動汽車行駛的安全、平穩(wěn)。(4)輪轂電機(jī)驅(qū)動模式。圖（e）和（f）同圖（d）布置方式比較接近，將電動機(jī)直接裝到了驅(qū)動輪上，由電動機(jī)直接驅(qū)動車輪行駛。

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頁2.1.4純電動汽車的特點(diǎn)

（1）無污染，噪聲低。純電動汽車不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，有“零污染”的美稱；電動汽車無內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動機(jī)噪聲小。（2）能源效率高，多樣化。電動汽車的能源效率已超過汽油機(jī)汽車，特別是在城市運(yùn)行。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機(jī)可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)制動減速時能量的再利用。另一方面，電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費(fèi)用。

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頁2.1.4純電動汽車的特點(diǎn)（3）結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。電動汽車較內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小，當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機(jī)時，電動機(jī)無需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動汽車易操縱。（4）動力電源使用成本高，續(xù)駛里程短。目前電動汽車尚不如內(nèi)燃機(jī)汽車技術(shù)完善，尤其是動力電池的壽命短，使用成本高。電池的儲能量小，一次充電后行駛里程不理想，電動車的價格較貴。但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，電動汽車存在的缺點(diǎn)會逐步得到解決。

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頁2.1.5電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

1．電池及管理技術(shù)電池是一直制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的高效電池。電池組性能直接影響整車的加速性能、續(xù)駛里程以及制動能量回收的效率等。電池的成本和循環(huán)壽命直接影響車輛的成本和可靠性，所有影響電池性能的參數(shù)必須得到優(yōu)化。為了達(dá)到最佳的性能和壽命，需將電池包的溫度控制在一定范圍內(nèi)，減小包內(nèi)不均勻的溫度分布以避免模塊間的不平衡，以此避免電池性能下降，且可以消除相關(guān)的潛在危險。

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頁2.1.5電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)2．電機(jī)及控制技術(shù)電動汽車的驅(qū)動電機(jī)是電動汽車的關(guān)鍵部件。要使電動汽車有良好的使用性能，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動態(tài)制動強(qiáng)和能量回饋的性能。電動汽車所用的電動機(jī)正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。隨著電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動汽車的電動機(jī)控制系統(tǒng)。它們的應(yīng)用將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，參數(shù)變化具有魯棒性，可大大提高整個系統(tǒng)的綜合性能。

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頁2.1.5電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)3．整車控制技術(shù)新型純電動汽車整車控制系統(tǒng)是兩條總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN總線和車身系統(tǒng)的低速總線。高速CAN總線每個節(jié)點(diǎn)為各子系統(tǒng)的ECU，低速總線按物理位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)，基本原則是基于空間位置的區(qū)域自治。實(shí)現(xiàn)整車網(wǎng)絡(luò)化控制，其意義不只是解決汽車電子化中出現(xiàn)的線路復(fù)雜和線束增加問題，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)的通訊和資源共享能力成為新的電子與計算機(jī)技術(shù)在汽車上應(yīng)用的一個基礎(chǔ)，同時也為X-by-Wire技術(shù)提供有力的支撐。

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頁2.1.5電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)4．整車輕量化技術(shù)(1)通過對整車實(shí)際使用工況和使用要求的分析，對電池的電壓、容量、驅(qū)動電動機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、整車性能等車輛參數(shù)的整體優(yōu)化，合理選擇電池和電動機(jī)參數(shù)。(2)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和集成化、模塊化優(yōu)化設(shè)計，減輕動力總成、車載能源系統(tǒng)的重量。(3)積極采用輕質(zhì)材料，如電池箱的結(jié)構(gòu)框架、箱體封皮、輪轂等采用輕質(zhì)合金材料。(4)利用CAD技術(shù)對車身承載結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有限元分析研究，用計算和試驗(yàn)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。

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頁2.1.6純電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)在“十二五”期間，我國要開展電動汽車大規(guī)模商業(yè)化示范運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)電動汽車規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，尤其是純電驅(qū)動汽車銷量達(dá)到同類車型總銷量1%左右的目標(biāo)提供科技支撐。我國大規(guī)模商業(yè)化示范的純電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)如表2-1所示。下一代純電驅(qū)動技術(shù)突破的主要技術(shù)指標(biāo)如表2-2所示。

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頁2.1.6純電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)

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頁2.1.6純電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)

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頁2.1.7純電動汽車車型實(shí)例

1.比亞迪E6純電動汽車

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頁2.1.7純電動汽車車型實(shí)例2．北汽E150純電動汽車

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頁2.1.7純電動汽車車型實(shí)例3．江淮同悅iEV

第26

頁2.1.7純電動汽車車型實(shí)例4．上汽榮威E50EV

第27

頁2.1.7純電動汽車車型實(shí)例5．日產(chǎn)Leaf純電動汽車

第28

頁2.1.7純電動汽車車型實(shí)例6．特斯拉ModelS

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頁2.2增程式電動汽車

2.2.1增程時電動汽車結(jié)構(gòu)2.2.2增程器的分類2.2.3增程式電動汽車原理2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)2.2.5增程式電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)2.2.6增程式電動汽車車型實(shí)例

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頁2.2增程式電動汽車

增程式電動汽車，是以電能為主要驅(qū)動能源，發(fā)動機(jī)為輔助動力源的一種新型電動汽車。其動力系統(tǒng)主要由蓄電池和小型發(fā)電機(jī)組組成。在日常行駛時，E-REV類似于純電動汽車，發(fā)動機(jī)完全關(guān)閉，處于純電動模式，該模式完全可以滿足城市日常上下班行駛需求。而在蓄電池荷電狀態(tài)達(dá)到較低水平時，發(fā)動機(jī)啟動作為主動力源，補(bǔ)充車輛行駛所需的電能，多余的電能對動力電池進(jìn)行充電。

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頁2.2.1增程式電動汽車結(jié)構(gòu)

圖2.13為設(shè)計的一款增程式電動汽車動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中粗線表示機(jī)械連接，細(xì)線表示電氣連接，虛線為CAN總線連接。

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頁2.2.1增程式電動汽車結(jié)構(gòu)

增程式電動汽車動力傳動系統(tǒng)由電驅(qū)動系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、功率分配裝置、動力電池等組成。電驅(qū)動系統(tǒng)是由驅(qū)動電動機(jī)及牽引力驅(qū)動控制裝置組成，發(fā)動機(jī)到驅(qū)動電動機(jī)之間沒有機(jī)械連接，而是首先通過發(fā)電裝置，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成三相交流電，然后發(fā)電機(jī)驅(qū)動控制器將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，并通過發(fā)電機(jī)驅(qū)動控制裝置到達(dá)功率分配裝置，根據(jù)工況需要做出牽引力驅(qū)動控制的功率分配。

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頁2.2.1增程式電動汽車結(jié)構(gòu)

發(fā)動機(jī)作為主要動力源時的動力傳輸為：①在需求功率比較大的時候，功率分配裝置會直接將電能傳遞給驅(qū)動力控制裝置，驅(qū)動車輛行駛，不經(jīng)過電池管理系統(tǒng)。根據(jù)車輛功率需求，驅(qū)動力控制系統(tǒng)中的逆變器將直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電，驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。②在增程模式下，如果增程模塊提供的電能有剩余，則多余的電能將為蓄電池充電，蓄電池在增程模式下，起到平衡系統(tǒng)的充電和放電作用，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。③停車時，可以通過外接充電裝置為蓄電池充電。此外，動力系統(tǒng)提供的電能要滿足附件功率的需求，如散熱器、風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)等。

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頁2.2.1增程式電動汽車結(jié)構(gòu)

各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸可由CAN總線完成，實(shí)現(xiàn)控制單元之間的信息傳遞和命令執(zhí)行，根據(jù)駕駛員施加給加速踏板或者制動踏板的位置指令，獲取需求功率信息，傳遞給主控制器，主控制器根據(jù)目前行駛狀況和車輛的狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定當(dāng)前E-REV的運(yùn)行模式，將控制指令傳遞給部件控制器，如牽引力驅(qū)動控制器、電池管理系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)驅(qū)動控制器、附件功率控制等。

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頁2.2.1增程式電動汽車結(jié)構(gòu)

發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)驅(qū)動控制裝置共同組成了一個增程器系統(tǒng)，增程器是增程式電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動車輪在機(jī)械上是分離的，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與車速和牽引轉(zhuǎn)矩的需求無關(guān)，因此可控制發(fā)動機(jī)運(yùn)行在其轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩平面上的任意點(diǎn)。通常應(yīng)控制發(fā)動機(jī)使其運(yùn)行在最佳工況區(qū)，此時發(fā)動機(jī)的油耗和排放降到最低程度，由于發(fā)動機(jī)和驅(qū)動車輪沒有機(jī)械連接，因此最佳的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是可以實(shí)現(xiàn)的，其與電驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)行模式和控制策略密切相關(guān)。

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頁2.2.1增程式電動汽車結(jié)構(gòu)

增程器只提供電能，電能用來驅(qū)動電動機(jī)或者為動力電池充電，增加電動汽車的行駛里程，發(fā)動機(jī)到驅(qū)動電動機(jī)之間的動力傳動路線沒有機(jī)械連接，可以將電能用于驅(qū)動車輛，不經(jīng)過蓄電池的充放電過程，降低了從增程系統(tǒng)到動力蓄電池的能量傳遞損失。增程式電動汽車的控制策略目的是在動力電池電能充足的情況下，保持在純電動工作模式，將有害物質(zhì)排放降到最低。這種模式下的控制策略與純電動汽車類似，增程模式下的控制策略要保證增程器和動力電池得到最佳的匹配，獲得最優(yōu)的整車系統(tǒng)效率。

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頁2.2.2增程器的分類

增程器(rangeextender，RE)，是增程式電動汽車最重要的組件之一，它與車輛的性能、油耗、燃油替代、原始成本和運(yùn)行成本密切相關(guān)，增程器可以按以下進(jìn)行分類。1．按布置位置分類增程器包括發(fā)電裝置和輔助能量存儲裝置，根據(jù)增程器與汽車的安裝關(guān)系，即增程器的安裝位置可以分為掛車式、插拔式和車載式三種。

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頁2.2.2增程器的分類

（1）掛車式增程器。掛車式增程器安裝在拖車上，根據(jù)行駛距離的不同來決定是否使用增程器，出行前需要對出行距離做出預(yù)估，長距離行駛時需要拖掛增程器適時提供能量；市區(qū)短途行駛時取下拖車，此時完全變?yōu)橐惠v純電動汽車使用。這種形式由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，實(shí)用性不高，更多的是應(yīng)用于室內(nèi)場館車。其優(yōu)點(diǎn)是增程器輸出功率能夠根據(jù)需要設(shè)計，增程器可以使用多種輔助燃料。但是缺乏使用的靈活性，拖車質(zhì)量和體積都比較大，不易倒車。在不確定是否需要長距離行駛時，或者有突發(fā)性事件的時候，都為駕乘者造成了很大的不便，限制了隨意駕駛的自由度。

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頁2.2.2增程器的分類

（2）插拔式增程器。插拔式增程器將增程器設(shè)置為可插拔的模塊，考慮到短途行駛時，不需要攜帶增程器行駛，提出了這種方案。這種增程器需要將增程器系統(tǒng)模塊，包括控制器和DC/DC轉(zhuǎn)換器集中在一起，做成一個方便拆卸的獨(dú)立單元。在日常短途行駛時，將增程器系統(tǒng)整體從車上拆下，此時只用蓄電池的電能驅(qū)動車輛行駛，完全變?yōu)榧冸妱悠?，減少了車輛的整備質(zhì)量，提高了能量利用率；長途行駛時，將增程器模塊通過機(jī)械及電氣接口與整車動力系統(tǒng)相連，增加續(xù)駛里程。該種形式增程器對設(shè)計要求較高，并需要與動力部件及傳動系統(tǒng)合理的匹配，在匹配的基礎(chǔ)上要求的控制策略非常復(fù)雜，還要解決振動噪聲等附加問題，所以目前的增程式電動汽車價格偏高。

第40

頁2.2.2增程器的分類

（3）車載式增程器。車載式增程器與純電動汽車的動力系統(tǒng)固定在一起，結(jié)構(gòu)形式簡單，動力系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)布置，提高了整車的空間利用率，與插拔式增程器相比，不需要在出行前對出行距離進(jìn)行預(yù)估，也不需要頻繁地對增程器進(jìn)行拆卸和安裝，是目前應(yīng)用最多的增程器系統(tǒng)。

第41

頁2.2.2增程器的分類

2．按結(jié)構(gòu)組成分類按照增程器的結(jié)構(gòu)組成將目前已有的增程器分為以下幾種：（1）大容量蓄電池增程器。大容量蓄電池增程器的優(yōu)點(diǎn)是便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格，研發(fā)周期短，成本低，容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。但是由于這種增程器是基于傳統(tǒng)的蓄電池，所以不可避免地存在能量密度較低、體積偏大、成本高等缺點(diǎn)。短距離行駛時的優(yōu)勢明顯不足。

第42

頁2.2.2增程器的分類

（2）燃料電池增程器。為了達(dá)到盡量避免使用燃油，實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)，燃料電池增程器成為一種新的選擇。可以采用功率為5~10kW的小型燃料電池作為增程器，與車載主動力電池協(xié)同工作，延長電動汽車的續(xù)駛里程，燃料電池增程器的結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。

第43

頁2.2.2增程器的分類

（3）發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)組增程器。發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)組增程器可以采用多種發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)進(jìn)行組合成為增程式系統(tǒng)，可供選擇的發(fā)動機(jī)有傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、小型燃?xì)廨啓C(jī)等。由于這種增程系統(tǒng)的電能由發(fā)動機(jī)提供，經(jīng)歷了發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過程，因此發(fā)電機(jī)功率要大于增程系統(tǒng)功率，發(fā)動機(jī)到發(fā)電機(jī)之間存在能量損失，要求發(fā)動機(jī)功率大于發(fā)電機(jī)功率，在滿足以上結(jié)構(gòu)和配置的基礎(chǔ)上，保證發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)都工作在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速高效率區(qū)內(nèi)。發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)組的增程系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多和技術(shù)最成熟的增程系統(tǒng)。

第44

頁2.2.3增程式電動汽車原理

增程式電動汽車的動力系統(tǒng)在組成上與串聯(lián)插電式混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)相似。特殊之處在于增程式電動汽車的能量傳遞路線體現(xiàn)出兩種動力系統(tǒng)，但是只有一種驅(qū)動方式，即電動機(jī)驅(qū)動。不需要非常復(fù)雜的電能與化學(xué)能的耦合。在結(jié)構(gòu)上，增程式電動汽車是在純電動汽車的基礎(chǔ)上開發(fā)的電動汽車，增程器的布置對原有車輛的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響較小。之所以稱之為增程式電動汽車是因?yàn)檐囕v追加了增程器，而為車輛追加增程器的目的是進(jìn)一步提升純電動汽車的續(xù)駛里程，使其能夠盡量避免頻繁地停車充電。

第45

頁2.2.3增程式電動汽車原理

第一種工作模式為純電動模式，如圖2.16所示的能量傳遞路線，與發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)無關(guān)，電池是唯一的動力源，這種工作模式與純電動汽車一樣，相當(dāng)于一輛純電動汽車。不同之處是，增程式的純電動行駛里程可以設(shè)置的相對較小，不必裝備大量的蓄電池組，電池的電量能夠滿足車輛起步、加速、爬坡、怠速，以及驅(qū)動汽車空調(diào)等附件。

第46

頁2.2.3增程式電動汽車原理

第二種工作模式為增程模式，能量傳遞路線如圖2.17所示。在電池的電達(dá)到預(yù)設(shè)的SOC最低值時，增程器系統(tǒng)啟動，發(fā)動機(jī)運(yùn)行在最佳的狀況，使發(fā)電機(jī)發(fā)電，一部分用于驅(qū)動車輛行駛，多余的電量為蓄電池充電。增程模式的發(fā)動機(jī)可以有多種工作方式，根據(jù)控制策略的不同，可以選擇發(fā)動機(jī)恒功率模式、功率跟隨模式、恒功率與功率跟隨模式結(jié)合，此外有智能控制策略和優(yōu)化算法控制策略等復(fù)雜控制策模式。當(dāng)車輛停止的時候，可以利用市電為蓄電池充電。

第47

頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

增程式電動汽車與普通燃油驅(qū)動汽車相比，短距離行駛時不起動發(fā)動機(jī)，不排放污染物，長距離行駛時油耗比較低，在大部分情況下發(fā)動機(jī)不起動，所以噪音小。而且增程式電動汽車發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)起動時，工作于最佳工作范圍內(nèi)，這大大提高了發(fā)動機(jī)的工作效率。增程式電動汽車與純電動汽車相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是行駛里程得到了很大提高，純電動汽車由于完全使用價格高昂的動力電池，附加成本高，而且即便電動汽車采用了最新的電池技術(shù)，行駛里程仍然有限。一旦電池能量消耗盡，汽車就無法行駛，只能停車等待充電。

第48

頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

增程式電動汽車與插電式混合動力電動汽車最大的區(qū)別在于，由于動力電池容量的增大以及驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的不同，增程式電動汽車在電能充足條件下行駛時發(fā)動機(jī)不參與工作。增程式電動汽車的工作模式看上去與早期的純電動型插電式混合動力電動汽車相似，然而在電池電量充足的情況下，增程式電動汽車必須在所有的工作模式下維持純電驅(qū)動模式。增程式電動汽車不需要為了駕駛者速度和功率的需求而起動發(fā)動機(jī)，因此在電池電量充足的情況下不需要像早期的純電動型插電式混合動力電動汽車那樣轉(zhuǎn)變成混合驅(qū)動模式運(yùn)行。在增程器設(shè)計方面，增程式電動汽車允許將發(fā)動機(jī)的功率顯著降低，發(fā)動機(jī)所提供的動力不需要達(dá)到車輛動力性能所需的峰值功率，僅滿足車輛行駛所需要的持續(xù)動力需求即可。

第49

頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

增程式電動汽車與混合動力電動汽車相比，由于混合動力電動汽車采用了復(fù)雜的機(jī)械動力混合結(jié)構(gòu)，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)復(fù)合驅(qū)動，電池能量很小，只起到輔助驅(qū)動和制動能量回收的作用。增程式電動汽車采取電池擴(kuò)容的方式解決了電池驅(qū)動的續(xù)行能力問題。雖然車輛成本略有提高，但是在正常的運(yùn)行工況下，有了電能補(bǔ)充裝置的作用，電池處于良性平臺充放，保證了電池的使用壽命，減少了維護(hù)成本。而電能補(bǔ)充裝置電量補(bǔ)充一直處于最佳工作狀態(tài)，保證了發(fā)動機(jī)最佳工作狀態(tài)。而且增程式電動汽車能外接充電，盡可能利用晚間低谷電或午間司乘人員的休整間隙充電，進(jìn)一步提高了能源利用率。

第50

頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

增程式電動汽車與燃料電池電動汽車相比，其電池成本更低，技術(shù)也更為成熟，燃料電池轉(zhuǎn)換效率高，對環(huán)境無污染。隨著燃料電池技術(shù)的進(jìn)步和配套設(shè)施的成熟，開發(fā)和使用成本也會相應(yīng)降低。增程式電動汽車能夠有效節(jié)約燃油利用率，主要是因?yàn)椋孩儆捎诎l(fā)動機(jī)不是直接與機(jī)械系統(tǒng)相連，發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)相對獨(dú)立，可將發(fā)動機(jī)設(shè)定于最佳效率點(diǎn)工作；②在電量保持模式下，主要由發(fā)動機(jī)驅(qū)動整車行駛，當(dāng)需求功率較小時，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，由動力電池驅(qū)動整車行駛；當(dāng)需求功率較大時，動力電池提供發(fā)動機(jī)功率不足的部分，這樣可避免發(fā)動機(jī)的工作點(diǎn)波動，保證發(fā)動機(jī)工作于最佳效率點(diǎn)。③當(dāng)車輛制動時，電池組能有效回收制動能量。

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頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

綜上所述，增程式電動汽車是一種可增加續(xù)駛里程的純電動汽車，兼有混合動力電動汽車和純電動汽車的特征，是現(xiàn)階段解決新能源汽車技術(shù)問題最切實(shí)可行的方案之一。增程式純電動汽車的特點(diǎn)如下：（1）在電量消耗模式下，發(fā)動機(jī)不起動，由動力電池驅(qū)動整車行駛，這樣可減少整車對石油的依賴，緩解石油危機(jī)。（2）在電池電量不足時，為了保證車輛性能和電池組的安全性，進(jìn)入電量保持模式，由動力電池和發(fā)動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動整車行駛。

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頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

（3）整車純電動續(xù)駛里程滿足大部分人員每天行駛里程要求，動力電池可利用晚間低谷電力充電，緩解供電壓力。（4）整車大部分情況下在電量消耗模式下行駛，能達(dá)到零排放和低噪音的效果。（5）發(fā)動機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)不直接相連，發(fā)動機(jī)可工作于最佳效率點(diǎn)，大大提高整車燃油效率。效率點(diǎn)。③當(dāng)車輛制動時，電池組能有效回收制動能量。

第53

頁2.2.4增程式電動汽車的特點(diǎn)

鑒于增程器工作條件的特殊性，對電動汽車的增程系統(tǒng)提出了以下要求：（1）增程系統(tǒng)要穩(wěn)定可靠，可以立刻起動并進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)長時間不用的時候要定期開啟發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以使得各個部件得到良好的潤滑和維護(hù)。（2）由于工況復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)高效率和低排放的要求，要求系統(tǒng)處在最優(yōu)工作點(diǎn)工作，因此控制器非常關(guān)鍵，通過控制策略和優(yōu)化措施，在保證整車動力性前提下提高經(jīng)濟(jì)性和效率。

第54

頁2.2.5增程式電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)

第55

頁2.2.5增程式電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)

第56

頁2.2.6增程式電動汽車車型實(shí)例

1．瑞麒X1增程式電動汽車

第57

頁2.2.6增程式電動汽車車型實(shí)例

2．增程式電動寬體輕客V80Hybrid

第58

頁2.2.6增程式電動汽車車型實(shí)例

3．馬自達(dá)ExtenderEV增程式電動汽車

第59

頁2.2.6增程式電動汽車車型實(shí)例

4．雪佛蘭Volt增程式電動汽車

第60

頁2.3混合動力電動汽車

2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類2.3.2混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)原理2.3.3混合動力電動汽車的特點(diǎn)2.3.4混合動力電動汽車關(guān)鍵技術(shù)2.3.5混合動力電動汽車主要技術(shù)指標(biāo)2.2.6混合動力電動汽車車型實(shí)例

第61

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類1.混合動力電動汽車的定義從狹義上講，混合動力電動汽車是指同時裝備兩種動力源——熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動力源（電池與電動機(jī)）的汽車。通過在混合動力電動汽車上使用電機(jī)，使得動力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。也可以認(rèn)為混合動力電動汽車通常是指既有蓄電池可提供電力驅(qū)動，又裝有一個相對小型內(nèi)燃機(jī)的汽車。

第62

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類從廣義上來講，混合動力電動汽車指的是裝備有兩種具有不同特點(diǎn)驅(qū)動裝置的車輛。這兩個驅(qū)動裝置中有一個是車輛的主要動力來源，它能夠提供穩(wěn)定的動力輸出，滿足汽車穩(wěn)定行駛的動力需求，由于內(nèi)燃機(jī)在汽車上成功的應(yīng)用，使之成為首選的驅(qū)動裝置；另外還有一個輔助驅(qū)動裝置，它具有良好的變工況特性，能夠進(jìn)行功率的平衡，能量的再生與存儲，目前應(yīng)用最多的是電混合系統(tǒng)。國際電子技術(shù)委員會對混合動力車輛的定義為：在特定的工作條件下，可以從兩種或兩種以上的能量存儲器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器中獲取驅(qū)動能量的汽車。其中至少一種存儲器或轉(zhuǎn)化器要安裝在汽車上。混合動力電動汽車至少有一種能量存儲器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電能。串聯(lián)式混合動力車輛只有一種能量轉(zhuǎn)化器可以提供驅(qū)動力，并聯(lián)式混合車輛則不止一種能量轉(zhuǎn)化器提供驅(qū)動力。

第63

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類2．混合動力電動汽車的分類混合動力電動汽車分類方法較多，主要介紹6種分類方法。（1）按照動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式劃分。根據(jù)混合動力電動汽車零部件的種類、數(shù)量和連接關(guān)系，可以將其分為串聯(lián)式混合動力電動汽車(SHEV)、并聯(lián)式混合動力電動汽車(PHEV)和混聯(lián)式混合動力電動汽車(PSHEV)。串聯(lián)式混合動力電動汽車是指車輛行駛系統(tǒng)的驅(qū)動力只來源于電動機(jī)的混合動力電動汽車。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過電機(jī)控制器輸送給電動機(jī)，由電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。另外，動力電池也可以單獨(dú)向電動機(jī)提供電能驅(qū)動汽車行駛。

第64

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類并聯(lián)式混合動力電動汽車是指車輛行駛系統(tǒng)的驅(qū)動力由電動機(jī)及發(fā)動機(jī)同時或單獨(dú)供給的混合動力電動汽車。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)可以單獨(dú)使用發(fā)動機(jī)或電動機(jī)作為動力源，也可以同時使用電動機(jī)和發(fā)動機(jī)作為動力源驅(qū)動汽車行駛。混聯(lián)式混合動力電動汽車是指具備串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的混合動力電動汽車。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是可以在串聯(lián)混合模式下工作，也可以在并聯(lián)混合模式下工作，同時兼顧了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。

第65

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類（2）按照混合度劃分。按照電動機(jī)相對于燃油發(fā)動機(jī)的功率比大小，可以將其分為微混合型混合動力電動汽車、輕度混合（弱混合）型混合動力電動汽車、中度混合型混合動力電動汽車和重度混合（強(qiáng)混合）型混合動力電動汽車。微混合型混合動力電動汽車是以發(fā)動機(jī)為主要動力源，不具備純電動行駛模式的混合動力電動汽車。只具備停車怠速停機(jī)功能的混合動力電動汽車是一種典型的微混合模式。一般情況下，電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比≤5%。

第66

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類輕度混合（弱混合）型混合動力電動汽車是以發(fā)動機(jī)為主要動力源，電動機(jī)作為輔助動力，在車輛加速和爬坡時，電動機(jī)可向車輛行駛系統(tǒng)提供輔助驅(qū)動力矩，但不能單獨(dú)驅(qū)動車輛行駛的混合動力電動汽車。一般情況下，電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為5%～15%。中度混合型混合動力電動汽車是以發(fā)動機(jī)和/或電動機(jī)為動力源的混合動力電動汽車。一般情況下，電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為15%～40%。重度混合（強(qiáng)混合）型混合動力電動汽車是以發(fā)動機(jī)和/或電動機(jī)為動力源，且電動機(jī)可以獨(dú)立驅(qū)動車輛行駛的混合動力電動汽車。一般情況下，電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比＞40％。

第67

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類（3）按照外接充電能力劃分。按照是否能夠外接充電，可分為可外接充電型混合動力電動汽車和不可外接充電型混合動力電動汽車?？赏饨映潆娦突旌蟿恿﹄妱悠囀且环N被設(shè)計成可以在正常使用情況下從非車載裝置中獲取能量的混合動力電動汽車。不可外接充電型混合動力電動汽車是一種被設(shè)計成在正常使用情況下從車載燃料中獲取全部能量的混合動力電動汽車。

第68

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類（4）按照行駛模式的選擇方式劃分。按照行駛模式的選擇方式可分為有手動選擇功能的混合動力電動汽車和無手動選擇功能的混合動力電動汽車。有手動選擇功能的混合動力電動汽車是指具備行駛模式手動選擇功能的混合動力電動汽車，車輛可選擇的行駛模式包括熱機(jī)模式、純電動模式和混合動力模式三種。無手動選擇功能的混合動力電動汽車是指不具備行駛模式手動選擇功能的混合動力電動汽車，車輛的行駛模式根據(jù)不同工況自動切換。

第69

頁2.3.1混合動力電動汽車的定義與分類（5）按照車輛用途劃分。按照車輛用途可以分為混合動力電動乘用車、混合動力電動客車和混合動力電動貨車。（6）按照與發(fā)動機(jī)混合的可再充電能量儲存系統(tǒng)劃分。按照與發(fā)動機(jī)混合的可再充電能量儲存系統(tǒng)不同，可以劃分為動力蓄電池式混合動力電動汽車、超級電容器式混合動力電動汽車、機(jī)電飛輪式混合動力電動汽車和動力蓄電池與超級電容器組合式混合動力電動汽車。

第70

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2.3.2混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)原理

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系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電動機(jī)和蓄電池組等部件組成。發(fā)動機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過電動機(jī)控制器直接輸送到電動機(jī)，由電動機(jī)產(chǎn)生的電磁力矩驅(qū)動汽車行駛。發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)電動機(jī)電池組

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2.3.2混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)原理

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系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動機(jī)、電動機(jī)/發(fā)電機(jī)和蓄電池等部件組成，有多種組合型式，可以根據(jù)使用要求選用。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。

發(fā)動機(jī)變速器電動機(jī)電池組

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2.3.2混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)原理

3.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，主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、行星齒輪機(jī)構(gòu)和蓄電池組等部件組成。

發(fā)電機(jī)發(fā)動機(jī)電動機(jī)電池組

第73

頁2.3.3混合動力電動汽車的特點(diǎn)

混合動力電動汽車是將原動機(jī)、電動機(jī)、能量存儲裝置(蓄電池)等組合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的不足，是當(dāng)今最具實(shí)際開發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。較之純電動汽車，混合動力電動汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)由于有原動機(jī)作為輔助動力，蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可減少，因此汽車自身重量可以減?。?2)汽車的續(xù)駛里程和動力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的水平；(3)借助原動機(jī)的動力，可帶動空調(diào)、真空助力、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。

第74

頁2.3.3混合動力電動汽車的特點(diǎn)

較之內(nèi)燃機(jī)汽車，混合動力電動汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)可使原動機(jī)在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，避免或減少了發(fā)動機(jī)變工況下的不良運(yùn)行，使得發(fā)動機(jī)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(shí)現(xiàn)零排放；(3)可通過電動機(jī)提供動力，因此可配備功率較小的發(fā)動機(jī)，并可通過電動機(jī)回收汽車減速和制動時的能量，進(jìn)一步降低了汽車的能量消耗和排污。

第75

頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

混合動力電動汽車以先進(jìn)控制技術(shù)為紐帶，是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車的一種過渡性車型，其關(guān)鍵技術(shù)涵蓋機(jī)電工程、電力電子、電化學(xué)、控制工程、汽車電子和車輛工程等多學(xué)科。混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括驅(qū)動電動機(jī)及其控制技術(shù)、動力電池及其管理系統(tǒng)、整車能量管理控制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)匹配、再生制動能量回收系統(tǒng)、先進(jìn)車輛控制技術(shù)等。

第76

頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

1．驅(qū)動電動機(jī)及其控制技術(shù)電動機(jī)是電動汽車的心臟，對于混合動力電動汽車來說，電動機(jī)的重要性與發(fā)動機(jī)是等同的。混合動力電動汽車對驅(qū)動電動機(jī)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(yīng)電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)上，對于高速、勻速行駛工況，采用感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動較為合適；而對于經(jīng)常起動、停車、低速運(yùn)行的城市工況，永磁同步電動機(jī)驅(qū)動效率較高。

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頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

驅(qū)動電動機(jī)的控制技術(shù)包括大功率電子器件、轉(zhuǎn)換器、微處理器以及電動機(jī)控制算法等。高性能的電力電子器件仍處于研究中，并且向微電了技術(shù)與電力電子技術(shù)集成的第4代功率集成電路方向發(fā)展。轉(zhuǎn)換器技術(shù)隨著功率器件的發(fā)展而發(fā)展，可分為DC/DC直流斬波器和DC/AC逆變器，分別用于直流和交流電動機(jī)。電動機(jī)控制微處理器主要有單片機(jī)和DSP芯片，目前電動機(jī)控制專用DSP芯片已被廣泛采用，將微處理器與功率器件集成到一塊芯片上(即PTC芯片)，是目前的研究熱點(diǎn)。

第78

頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前常規(guī)電動機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域的控制方法如矢量控制、變壓變頻控制、模型參考自適應(yīng)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、自調(diào)整控制等都已被用到電動汽車的驅(qū)動控制中來，但電動汽車控制有自身特點(diǎn)，要求在恒轉(zhuǎn)矩、恒功率區(qū)都保持效率高、調(diào)速范圍大、動態(tài)響應(yīng)快等性能。從目前的實(shí)踐看，感應(yīng)電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)矢量控制是比較好的控制方法。近年來興起的變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)控制等新興控制方法也不斷在電動汽車中被采用，效果也較為理想。

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頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

2．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(jī)的性能，從而影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。混合動力電動汽車使用的電池工作負(fù)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。能否開發(fā)適合混合動力電動汽車的專用動力電池是決定混合動力電動汽車能否大量推廣使用的重要因素之一。如何全面、準(zhǔn)確地對動力電池進(jìn)行管理，是決定動力電池能否發(fā)揮最佳效能的重要因素。

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頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

3．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(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(dá)到效率、排放和動力性的最佳，同時兼顧行駛車輛的平順性。整車能量控制必須通過有效地控制混合動力系統(tǒng)的工作才能實(shí)現(xiàn)，此外，能量控制還需考慮其他車載電氣附件和機(jī)械附件的能量消耗，如空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向、制動助力等系統(tǒng)的能耗，以綜合考慮整車的能量使用。

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頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

4．動力傳動系統(tǒng)匹配混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合動力電動汽車設(shè)計的一個重要內(nèi)容，其直接影響混合動力電動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)動機(jī)功率、動力電池容量和電動機(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)動系統(tǒng)。

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頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

5．能量再生制動回收系統(tǒng)能量再生制動回收是混合動力電動汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性的又一重要途徑，由于制動關(guān)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。

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頁2.3.4混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

6．先進(jìn)車輛控制技術(shù)在混合動力電動汽車上的應(yīng)用傳統(tǒng)汽車的車輛動力學(xué)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(shù)的下一個研究熱點(diǎn)?；旌蟿恿﹄妱悠嚨脑偕苿酉到y(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的ABS系統(tǒng)的結(jié)合，在國外已經(jīng)得到了較好的解決，而國內(nèi)尚無真正解決方案。另外，隨著混合動力電動汽車研究的深入，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，將越來越顯示出其重要性與必要性。傳統(tǒng)汽車的控制技術(shù)與現(xiàn)代電動汽車控制技術(shù)的融匯集成，將使未來的混合動力電動汽車更加節(jié)能、舒適和安全。

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頁2.3.5混合動力電動汽車的主要技術(shù)指標(biāo)

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頁2.3.5混合動力電動汽車的主要技術(shù)指標(biāo)

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頁2.3.5混合動力電動汽車的主要技術(shù)指標(biāo)

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頁2.3.6混合動力電動汽車車型實(shí)例1.普銳斯混合動力電動汽車

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頁2.3.6混合動力電動汽車車型實(shí)例2.榮威550插電式混合動力電動汽車

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頁2.3.6混合動力電動汽車車型實(shí)例3.比亞迪秦插電式混合動力電動汽車

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頁2.3.6混合動力電動汽車車型實(shí)例4.沃爾沃S60L插電式混合動力電動汽車

第91

頁2.3.6混合動力電動汽車車型實(shí)例5.大眾插電式混合動力電動汽車

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頁2.4燃料電池電動汽車

2.4.1燃料電池電動汽車的類型2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理2.4.3燃料電池電動汽車的特點(diǎn)2.4.4燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)2.4.5燃料電池電動汽車的主要技術(shù)指標(biāo)2.4.6燃料電池電動汽車車型實(shí)例

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頁2.4.1燃料電池電動汽車的類型1．純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEV純?nèi)剂想姵仉妱悠囍挥腥剂想姵匾粋€動力源，汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。

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頁2.4.1燃料電池電動汽車的類型2．燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(FC+B)的FCEV

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頁2.4.1燃料電池電動汽車的類型3．燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動(FC+C)的FCEV這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動能量方面比蓄電池有優(yōu)勢，循環(huán)壽命長，但是超級電容的能量密度較小。隨著超級電容技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種結(jié)構(gòu)將成為一種新的重要研究方向。

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頁2.4.1燃料電池電動汽車的類型4．燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動(FC+B+C)的FCEV

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頁2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理

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頁2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理燃料電池電動汽車的動力系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動機(jī)、輔助動力源、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、電動機(jī)和動力電控系統(tǒng)等組成。1.燃料電池發(fā)動機(jī)在FCEV所采用的燃料電池發(fā)動機(jī)中，為保證PEMFC組的正常工作，除以PEMFC組為核心外，還裝有氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應(yīng)生成物的處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。只有這些輔助系統(tǒng)匹配恰當(dāng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能保證燃料電池發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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頁2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理以氫為燃料的燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)

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頁2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理以氫氣為燃料的FCEV的總布置基本結(jié)構(gòu)模型

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頁2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理2.輔助動力源在FCEV上燃料電池發(fā)動機(jī)是主要電源，另外還配備有輔助動力源。根據(jù)FCEV的設(shè)計方案不同，其所采用的輔助動力源也有所不同，可以用蓄電池組、飛輪儲能器或超大容量電容器等共同組成雙電源系統(tǒng)。3.DC/DC變換器FCEV的燃料電池需要裝置單向DC/DC變換器，蓄電池和超級電容器需要裝置雙向DC/DC變換器。

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頁2.4.2燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理4.驅(qū)動電動機(jī)燃料電池電動汽車用的驅(qū)動電動機(jī)主要有直流電動機(jī)、交流電動機(jī)、永磁電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)等。燃料電池汽車驅(qū)動電機(jī)的選型必須結(jié)合整車開發(fā)目標(biāo)，綜合考慮電動機(jī)的特點(diǎn)。驅(qū)動電動機(jī)的詳細(xì)內(nèi)容見第4章。5.動力電控系統(tǒng)燃料電池汽車的動力電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(FCE-ECU)、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)、動力控制系統(tǒng)(PCU)及整車控制系統(tǒng)(VMS)組成，而原型車的變速器系統(tǒng)會簡化很多。

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頁2.4.3燃料電池電動汽車的特點(diǎn)(1)效率高。燃料電池的工作過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率較高，可以達(dá)到30%以上。(2)續(xù)駛里程長。采用燃料電池系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺點(diǎn)，其長途行駛能力及動力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車。(3)綠色環(huán)保。燃料電池沒有燃燒過程，以純氫作燃料，生成物只有水，屬于零排放。采用其它富氫有機(jī)化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生產(chǎn)物除水之外還可能有少量的CO2，接近零排放。

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頁2.4.3燃料電池電動汽車的特點(diǎn)(4)過載能力強(qiáng)。燃料電池除了在較寬的工作范圍內(nèi)具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達(dá)額定功率的200％或更大。(5)低噪音。燃料電池屬于靜態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，除了空氣壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)以外無其它運(yùn)動部件，因此與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，運(yùn)行過程中噪音和振動都較小。(6)設(shè)計方便靈活。燃料電池汽車可以按照X－By－Wire的思路進(jìn)行汽車設(shè)計，改變傳統(tǒng)的汽車設(shè)計概念，可以在空間和重量等問題上進(jìn)行靈活的配置。

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頁2.4.3燃料電池電動汽車的特點(diǎn)燃料電池電動汽車的主要缺點(diǎn)有：(1)燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高。(2)輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大。

(3)起動時間長，系統(tǒng)抗振能力有待進(jìn)一步提高。

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頁2.4.4燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)1．燃料電池系統(tǒng)燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。車用燃料電池系統(tǒng)核心是燃料電池堆。燃料電池堆技術(shù)發(fā)展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率以及制造成本4個要素來評判。燃料電池堆研究正在向高性能、高效率和更高耐久性方向努力。降低成本也是燃料電池堆研究的目標(biāo)，控制成本的有效手段是減少材料的費(fèi)用，降低加工費(fèi)。另外，作為車用燃料電池系統(tǒng)還需要攻克許多工程技術(shù)壁壘，包括：系統(tǒng)啟動與關(guān)閉時間、系統(tǒng)能量管理與變換操作、電堆水熱管理模式以及低成本高性能輔助設(shè)施

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頁2.4.4燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)2．車載儲氫系統(tǒng)儲氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的車載儲氫系統(tǒng)有高壓儲氫、低溫儲存液氫和金屬氫化物儲氫3種基本方案。對于車載儲氫系統(tǒng)，美國能源部提出在續(xù)駛里程與標(biāo)準(zhǔn)汽油車相當(dāng)?shù)娜剂想姵仄囓囕d儲氫目標(biāo)是：質(zhì)量儲氫密度為6%、體積儲氫密度為60kg/m3?？v觀現(xiàn)有儲氫方案，除了低溫儲存液氫技術(shù)，其他技術(shù)都不能完全達(dá)到以上指標(biāo)。而低溫儲存氫氣的成本與能耗很大，作為車載儲氫并不是最佳選擇。如何有效減小儲氫系統(tǒng)的質(zhì)量與體積，是車載儲氫技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。一個比較理想的方案是，采用儲氫材料與高壓儲氫復(fù)合的車載儲氫新模式，即在高壓儲氫容器中裝填質(zhì)量較輕的儲氫材料，這樣裝置與純高壓儲氫方式(>40MPa)相比，既可以降低儲氫壓力(約10MPa)又可以提高儲氫能力。復(fù)合式儲氫模式的技術(shù)難點(diǎn)是如何開發(fā)吸、放氫性能好，成型加工性良好，質(zhì)量輕的儲氫材料。

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頁2.4.4燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)3．整車熱管理燃料電池汽車整車熱管理有兩方面特性需要關(guān)注：（1）燃料電池發(fā)動機(jī)自身的運(yùn)行溫度為60~70℃，實(shí)際的散熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在60℃，這樣一來與整車運(yùn)行的環(huán)境溫度相比，溫差不大，造成燃料電池汽車無法像傳統(tǒng)汽車一樣依賴環(huán)境溫差散熱，轉(zhuǎn)而必須依賴整車動力系統(tǒng)提供額外的冷卻動力為系統(tǒng)散熱，這樣從動力系統(tǒng)效率角度出發(fā)是不經(jīng)濟(jì)的，二者之間的平衡將是在熱管理開發(fā)方面必須關(guān)注的；

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頁2.4.4燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)（2）目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造成散熱系統(tǒng)設(shè)計的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應(yīng)對，必須開發(fā)專用的零部件(如特殊構(gòu)造或布置的冷凝器、高功率的冷卻風(fēng)扇等)，這樣就要求豐富的整車散熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以支持相關(guān)開發(fā)設(shè)計，而這點(diǎn)正好是目前國內(nèi)整車企業(yè)欠缺的。另外，與整車散熱系統(tǒng)密切相關(guān)的車用空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)也是整車企業(yè)必須關(guān)注的。由于沒有傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機(jī)，傳統(tǒng)空調(diào)的壓縮機(jī)動力源發(fā)生了顛覆性變化，改用純電動壓縮機(jī)作為空調(diào)系統(tǒng)的動