串聯(lián)混合動力課件

混合動力電動汽車（串聯(lián)）主要內(nèi)容混合動力汽車的概念以及發(fā)展背景串聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)混合動力汽車的工作原理串聯(lián)混合動力汽車工作模式分析混合動力汽車的發(fā)展趨勢混合動力汽車：是指車輛驅(qū)動系由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動系聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動系單獨(dú)或多個(gè)驅(qū)動系共同提供?；旌蟿恿﹄妱悠嚕菏侵赣蓛煞N和兩種以上的儲能器、能源或轉(zhuǎn)換器作驅(qū)動能源，其中至少有一種能提供電能的汽車稱為混合動力電動汽車。HEV,指能夠至少從下述兩類車載儲存的能量中獲得動力的汽車：－可消耗的燃料；－可再充電能/能量儲存裝置。1、概念及發(fā)展背景1.1概念車載能量源動力裝置輔助系統(tǒng)發(fā)動機(jī)傳動系能源存儲系統(tǒng)能源存儲和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)電動機(jī)驅(qū)動輪用于能源存儲或進(jìn)行能源的初始轉(zhuǎn)化以向動力生成裝置直接供能的所有部件的總稱。用于把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械動能(旋轉(zhuǎn)動能)的裝置，直接作為動力傳遞系的輸入從動力裝置中獲取動力，用于維持汽車良好的操控特性、舒適性等的所有部件的總稱，如轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)、制動助力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、輔助電氣系統(tǒng)等車輛上所有的用于存儲、轉(zhuǎn)化和傳遞能量并使車輛獲得運(yùn)動能力的部件的總稱。具體由車載能量源、動力裝置、傳動系以及其他輔助系統(tǒng)組成。動力傳動系傳動系輔助系統(tǒng)用于傳遞和調(diào)節(jié)動力生成裝置輸出的旋轉(zhuǎn)機(jī)械動能，并輸送給車輛驅(qū)動車輪，實(shí)現(xiàn)車輛正常行駛的所有部件的總稱1.2混合動力電動汽車發(fā)展簡史1894年，第一輛混合動力電動汽車誕生；1905年，H.Piper在美國申請了混合動力電動汽車專利，隨后有多種混合動力汽車推出，但一直沒有量產(chǎn)；20世紀(jì)90年代，重新得到重視；1997年，第一代Prius上市；2011年2月，突破300萬輛。發(fā)展背景

未來的汽車應(yīng)當(dāng)向清潔、環(huán)保的方向發(fā)展，經(jīng)過對各種新燃料，新能源和新動力的探索，電動汽車成為最主要的選擇之一。

電動汽車包括純電動汽車(EV,ElectricalVehicle)、混合電動汽車(HEV,HybridElectricalVehicle)和燃料電池汽車(FCV，F(xiàn)uelCellVehicle)三種形式，它是理想的零排放或低排放車輛。發(fā)展趨勢及方向純電動汽車：具有無污染、低噪音、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但在發(fā)展中受到了技術(shù)上的制約，有限的行駛里程和較長的充電時(shí)間使得它們的普及比較困難，產(chǎn)業(yè)化前景正在發(fā)展當(dāng)中。燃料電池汽車：具有極高的效率、低排放、低噪音，其甲醇燃料有廣泛的來源，并具有可再生等重大優(yōu)勢，已成為世界各大汽車集團(tuán)新世紀(jì)激烈競爭的焦點(diǎn)，被喻為21世紀(jì)改變?nèi)祟惿畹氖蟾呖萍贾祝a(chǎn)業(yè)化仍需要較長的時(shí)間?；旌蟿恿﹄妱悠嚕核怯蓛煞N或兩種以上的能源提供動力的汽車，是將新技術(shù)和老技術(shù)結(jié)合的最可行的產(chǎn)物，它同時(shí)具有純電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的優(yōu)點(diǎn)，既具有純電動汽車的高效率和低排放的性能，還具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的行駛里程長和快速補(bǔ)充燃料的性能?；旌想妱悠嚦蔀楫?dāng)前解決節(jié)能、環(huán)保問題切實(shí)可行的過渡方案電動汽車三種模式對比串聯(lián)式混合動力電動汽車串聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)三大主要部件總成組成。發(fā)動機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動機(jī)，電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電，來延長混合動力電動汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨(dú)向電動機(jī)提供電能來驅(qū)動電動汽車，使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下行駛。串聯(lián)式混合動力電動汽車驅(qū)動模式

由發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能，共同輸出到電動機(jī)來驅(qū)動汽車行駛，電力驅(qū)動是唯一的驅(qū)動模式。

動力流程圖如上圖所示。只有電動機(jī)直接與驅(qū)動橋相連接(這一點(diǎn)與純電動汽車相同)，而發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)直接連接產(chǎn)生電能，來驅(qū)動電動機(jī)或者給蓄電池充電。當(dāng)蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC,StateOfCharge)下降到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，發(fā)動機(jī)即開始對蓄電池進(jìn)行充電。發(fā)動機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)并沒有機(jī)械地連接在一起，這種方式可以很大程度地減少發(fā)動機(jī)所受到的車輛的瞬態(tài)響應(yīng)。瞬態(tài)響應(yīng)的減少可以使發(fā)動機(jī)進(jìn)行最優(yōu)的噴油和點(diǎn)火控制，使其在最佳工況點(diǎn)附近工作?；旌蟿恿﹄妱悠嚨膬?yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、發(fā)動機(jī)總是在最佳工況下驅(qū)動發(fā)電機(jī)，因此效率高，有一定節(jié)能效果，排放亦低，減少了污染;2、安裝了發(fā)動機(jī)一發(fā)電機(jī)組，可以不斷地將電能輸送給牽引電機(jī)，與電動汽車相比行駛里程有顯著的增加;3、控制系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)比較簡單，特別是發(fā)電機(jī)運(yùn)行的控制只需根據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)決定發(fā)電或停止發(fā)電。缺點(diǎn)（1）發(fā)動機(jī)的輸出能量存在二次轉(zhuǎn)化問題。發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械能經(jīng)過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，這部分電能或者用于電池充電，或者通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動車輪，無論哪種形式都有能量損失，即電池的充電和放電有能量損失，電機(jī)工作時(shí)也存在能量損失，因此發(fā)動機(jī)的輸出能量存在二次轉(zhuǎn)化問題，降低了效率。（2）由于電機(jī)的功率大，相應(yīng)的體積和質(zhì)量就大，進(jìn)而整車質(zhì)量較大，這就使得汽車的需求功率比較大，增加了能量源的輸出功率?；旌蟿恿ζ嚨墓ぷ髟泶?lián)式混合動力汽車SeriesHybridElectricVehicle（SHEV）SHEV用發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組均衡地發(fā)電，電能供應(yīng)驅(qū)動電動機(jī)或動力電池組，使SHEV的行駛里程得到延長；實(shí)際上SHEV的發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組只能看作一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)并不直接參與SHEV的驅(qū)動。

SHEV的發(fā)動機(jī)，可采用四沖程內(nèi)燃機(jī)、二沖程內(nèi)燃機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。發(fā)動機(jī)是發(fā)電機(jī)組動力源，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi)，不受SHEV運(yùn)行工況的影響，經(jīng)常保持在低能耗、高效率和低污染的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。SHEV驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，動力電池組、發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組和驅(qū)動電動機(jī)在底盤上的布置有較大的自由度，控制系統(tǒng)也比較簡單，因?yàn)橹挥形ㄒ坏碾妱訖C(jī)驅(qū)動模式，其特點(diǎn)是動力特性更加趨近于EV。

SHEV必須裝置一個(gè)大功率的發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組，再用驅(qū)動電動機(jī)來驅(qū)動車輛。發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的功率都要求等于或接近于SHEV的最大驅(qū)動功率，在熱能→電能→機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換過程中，總效率低于內(nèi)燃機(jī)汽車。三大動力總成的體積較大，質(zhì)量也較重，還有龐大的動力電池組，使得在中小型汽車上布置有一定的困難，一般適合大型客車采用。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)直接帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池和電動機(jī)，然后通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下，電池就象一個(gè)水庫，只是調(diào)節(jié)的對象不是水量，而是電能。電池對在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。與傳統(tǒng)汽車相比，混合動力汽車多了一個(gè)能量存儲單元，因此有多種工作模式。汽車在行駛過程中，通過選擇最優(yōu)的工作模式，可以達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排放的目的，因此在進(jìn)行控制策略原理分析之前，有必要先分析一下串聯(lián)混合動力汽車工作模式，如表所示。串聯(lián)混合動力汽車工作模式分析工作模式描述工作模式能量流圖示純電動模式當(dāng)電池SOC較高、汽車的需求功率不能使發(fā)動機(jī)運(yùn)行在高效率區(qū)或者汽車啟動時(shí)，為了避免發(fā)動機(jī)運(yùn)行在低效區(qū)，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，僅由電池供電。發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式當(dāng)汽車的需求功率可以使發(fā)動機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)且電池SOC不低時(shí)，由發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動。

發(fā)動機(jī)電池混合驅(qū)動當(dāng)汽車需求功率很大，電池SOC較高時(shí)，發(fā)動機(jī)和電池聯(lián)合驅(qū)動汽車，以提供汽車行駛所需的功率。

發(fā)動機(jī)驅(qū)動并給電池充電當(dāng)電池SOC較低且汽車的需求功率較小時(shí)，發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，發(fā)動機(jī)輸出的功率一部分用于驅(qū)動汽車行駛，另一部分用于給電池充電。再生制動當(dāng)汽車減速行駛且電池SOC不高時(shí)，可以利用電機(jī)發(fā)電對電池充電，將制動能量回收。如果電池SOC很高，則此時(shí)利用電制動和機(jī)械制動相結(jié)合方法。

停車充電當(dāng)汽車停車且電池SOC較低時(shí)可以利用發(fā)動機(jī)對電池進(jìn)行充電。

根據(jù)混合度的不同弱混合動力系統(tǒng)輕度混合動力系統(tǒng)中度混合動力系統(tǒng)重度混合動力系統(tǒng)插電式混合動力系統(tǒng)

弱混合動力系統(tǒng)對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的起動機(jī)進(jìn)行改造，形成由帶傳動的發(fā)電起動一體式電機(jī)（BSG）。BSG混合動力系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)怠速停機(jī)（發(fā)動機(jī)）、車輛啟動時(shí)快速拖動發(fā)動機(jī)到怠速轉(zhuǎn)速。在城市循環(huán)工況下節(jié)油率一般為5%~10%.

BSG：Belt-drivenStarter/Generator皮帶傳動起動/發(fā)電一體化電機(jī)控制發(fā)動機(jī)的快速起停，可以取消發(fā)動機(jī)的怠速過程，降低油耗和排放。保證環(huán)境溫度過低時(shí)發(fā)動機(jī)能正常啟動

輕度混合動力系統(tǒng)ISG:IntergratedStarter/Generator集成起動/發(fā)電一體化電機(jī)ISG混合動力系統(tǒng)將一體化啟動/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)動機(jī)曲軸的輸出端連接在一起，同時(shí)取消了原有的飛輪。實(shí)現(xiàn)用電機(jī)控制發(fā)動機(jī)的起停外，同時(shí)在車輛制動和下坡工況下，實(shí)現(xiàn)部分能量回收?；旌隙纫话阍?0%以下。中度混合動力系統(tǒng)同樣采用ISG系統(tǒng)。電機(jī)采用高壓電機(jī)，在車輛加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動機(jī)能夠輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛，提高整車性能?；旌隙冗_(dá)到30%左右，城市循環(huán)工況下的節(jié)油率可以達(dá)到20%~30%，技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛。如：本田Insight、Accord、Civic混合動力汽車

重度混合動力系統(tǒng)采用高壓電機(jī)，混合度達(dá)到50%以上，城市循環(huán)工況下的節(jié)油率可以達(dá)到30%~50%。特點(diǎn)：動力系統(tǒng)以發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)動力，動力電池為輔助動力。電機(jī)功率大，可以滿足車輛在起步和低速時(shí)的動力需求。在急加速和爬坡運(yùn)行工況下車輛需要較大的驅(qū)動力時(shí)，電機(jī)和發(fā)動機(jī)同時(shí)對車輛提供動力。逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。如：豐田Pruis插電式混合動力系統(tǒng)Plug-inHybridElectricVehicle,PHEV可利用電網(wǎng)對動力電池充電；可使用純電動模式驅(qū)動車輛行駛，且純電動行駛里程較長；電能不足時(shí)，車輛仍然可以重度混合模式行駛。PHEV的電機(jī)功率比純電動汽車的稍小，動力電池的容量介于重混合系統(tǒng)和純電動車輛之間。已成為主流發(fā)展方向！

插電式混合動力車與傳統(tǒng)混合動力車有兩個(gè)較大的差異。①PHEV可以直接由外接電源充電。而傳統(tǒng)的HEV大多通過發(fā)動機(jī)為電池充電以及車輛行駛過程中回收制動能量等。②PHEV的電池容量較大，可以靠電力行駛較遠(yuǎn)的距離，電力驅(qū)動在PHEV中所占比例更高，其對發(fā)動機(jī)的依賴較傳統(tǒng)HEV少。在PHEV中，電動機(jī)大多是主要的動力輸出，因此其對電動機(jī)的性能要求較高，并需要大容量的電池來為電動機(jī)提供足夠的電力。PHEV主要以電為動力來源，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)只作為輔助動力，在電池能量消耗完時(shí)才啟用。插電式混合動力電動汽車具有如下特點(diǎn)：

①

具有純電動汽車的全部優(yōu)點(diǎn)：零排放、低噪聲及高能量效率等。

②

相比傳統(tǒng)的HEV，其大大降低了有害氣體、溫室氣體的排放，并提高了燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性能。

③

將混合動力驅(qū)動系統(tǒng)與純電動驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，純電動狀態(tài)下可行駛較長距離，需要時(shí)也可采用混合動力模式。

④

可利用外部公用電網(wǎng)(主要是晚間低谷電力)對車載動力電池進(jìn)行均衡充電。這樣可改善電廠發(fā)電組效率，節(jié)約能源；顯著減少燃油的使用量，大大降低對石油的依賴；同時(shí)較低的電價(jià)也降低了車輛使用成本。串聯(lián)式PHEV，通常稱為增程式電動車，其特點(diǎn)是發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電能通過電動機(jī)控制器直接輸送給電動機(jī)，由電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。其動力電池可進(jìn)行外接充電，在允許的條件下可通過切斷發(fā)動機(jī)的動力實(shí)現(xiàn)純電動行駛；在要求迅速加速和爬坡時(shí)，以混合動力模式工作；當(dāng)電池組不起作用或不能使用時(shí)，發(fā)動機(jī)可單獨(dú)驅(qū)動電動機(jī)帶動汽車運(yùn)行；在停車狀態(tài)下可對動力電池進(jìn)行充電。其動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。PHEV的工作模式

根據(jù)車上電池荷電狀態(tài)的變化特點(diǎn)，可以將PHEV

的工作模式分為電量消耗、電量保持和常規(guī)充電模式，其中電量消耗又分為純電動和混合動力兩種子模式。

PHEV優(yōu)先應(yīng)用電量消耗模式。在電量消耗模式中，PHEV

根據(jù)整車的功率需求，具體選擇純電動和混合動力兩種子模式。在“電量消耗-純電動”子模式中，發(fā)動機(jī)是關(guān)閉的，電池是唯一的能量源，電池的荷電狀態(tài)降低，整車一般只達(dá)到部分動力性指標(biāo)。該模式適合于起動、低速和低負(fù)荷時(shí)應(yīng)用。在“電量消耗-混合動力”子模式中，發(fā)動機(jī)和電機(jī)同時(shí)工作，電池提供整車功率需求的主要部分，電池的荷電狀態(tài)也在降低，發(fā)動機(jī)用來補(bǔ)充電池輸出功率不足的部分，直至電池的荷電狀態(tài)達(dá)到最小允許值。該模式適合高速，尤其是要求全面達(dá)到動力性指標(biāo)時(shí)采用。

在電量保持模式下，PHEV的工作方式與傳統(tǒng)HEV工作模式類似，電池的荷電狀態(tài)基本維持不變?；旌蟿恿嚨膰鴥?nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀插入式混合動力作為目前較為成熟的新能源技術(shù)，吉利已經(jīng)完成串聯(lián)、并聯(lián)兩種方式的技術(shù)儲備并做好了量產(chǎn)準(zhǔn)備，搭載于帝豪EC7上的串聯(lián)式GPECs系統(tǒng)，采用碳酸鐵鋰電池和1.0升發(fā)動機(jī)，純電動驅(qū)動可行駛60公里，近期即將上市。比亞迪唐由一臺最大扭矩為320Nm的2.0TI渦輪增壓發(fā)動機(jī)，和一臺高功率的電動機(jī)提供動力，傳動方面則匹配6速濕式雙離合變速箱。據(jù)悉新車從靜止加速到100km/h僅需4.9秒，在純電動模式下最大行駛距離約為85公里。攬勝運(yùn)動混合動力車型將搭載一臺3.0LV6柴油發(fā)動機(jī)及一臺電動機(jī)，這將和海外發(fā)布的攬勝混合動力版車型相同，與之匹配的是ZF公司的8速手自一體變速箱。這道混合動力系統(tǒng)包括鋰離子電池、逆變器及電動機(jī)，其重量將不會超過120公斤。在柴油發(fā)動機(jī)與電動機(jī)同時(shí)工作的情況下，新車將產(chǎn)生的最大功率為340匹馬力，最大扭矩將達(dá)到700牛米。百公里加速在7秒之內(nèi)，最高時(shí)速218km/h。路虎攬勝混合動力車型百公里油耗為6.4L，而二氧化碳排放為169g/公里。沃爾沃S60L汽油版插電式混合動力車采用238馬力的高效Drive-E“E驅(qū)智能科技”動力總成與電氣化技術(shù)協(xié)同工作，構(gòu)成了綠色、高效的插電式混合動力技術(shù)。該車型將由沃爾沃汽車成都工廠生產(chǎn)，計(jì)劃于2015年上半年在華上市。這款產(chǎn)品是沃爾沃汽車為中國引入領(lǐng)先新能源科技的重要一步。S60L插電式混合動力概念車提供純電動、混動和性能三種不同的駕駛模式，駕駛員可以根據(jù)自己的偏愛進(jìn)行選擇，能夠同時(shí)滿足日常通勤與長途出行的需求，完美實(shí)現(xiàn)性能與環(huán)保的平衡?；旌蟿恿蛺傓I車，采用雙動力系統(tǒng)，是一種將控制發(fā)電機(jī)和電動機(jī)兩種混合力量相結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)，不僅降低了油耗及排放，更極大地提高了動力和操縱性能，實(shí)現(xiàn)了既可充電又可加油的多種能量補(bǔ)充方式，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的雙動力混合系統(tǒng)。和悅混合動力車，在動力上以電為主，以油為輔，當(dāng)動力電池電量低于某一定值后，內(nèi)燃機(jī)起動發(fā)電機(jī)發(fā)電，與同類型燃油車相比可降低燃油消耗30%。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)可驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而滿足整車高速行駛時(shí)的電量平衡。在動力方面，和悅混合動力車最高車速能達(dá)到每小時(shí)120公里，最大爬坡度大于30度，如果純電力行駛，可駛里程超過50公里?；旌蟿恿Φ耐句J使用了一臺245kw(329hp)的3.3升V6發(fā)動機(jī)，配合一臺可以產(chǎn)生34kw(46hp)的電動馬達(dá)，總共產(chǎn)生280kw(375hp)的功率和580N.m的扭矩，百公里加速時(shí)間6.5秒，百公里油耗為6.8升。而大眾宣稱其可以在純電力驅(qū)動模式下，幫助車子加速到48km/h(30mpg)。大