（光学工程专业论文）超级电容电池复合储能式混合动力汽车控制策略研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e d t o 保密2 年 t o n 萄iu n i v e r s i t yi nc o n f o m i t y w i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r t h em a s t e rd e g r e e s t u d y o nt h ec o n t r o ls t r a t e g y f o rh y b r i d e l e c t r i cv e h i c l ee m p l o y e d c a p a c i t o r b a t t er y s c h o o l d e p a r t m e n t ：s i n o g e r m a n y i n s t i t u t e d i s c i p l i n e ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g m a j o r ： a u t o m o t i v ee n g i n e e n n g c a n d i d a t e ： c h e nh a o r a n s u p e r v i s o r ：p r o f w a ng a n g p r o f l il i g u a n g j u n e ，2 0 0 8 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 。学位敝储虢依彤址 学位论文作者签名：。僳万、址 2 0 d 6 年6 月侈日 l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位敝作者虢饼难也 溯8 年月纱日 摘要 摘要 随着全球能源局势的紧张，清洁能源汽车的呼声越来越高。其中，发展得 最快的当属混合动力电动车h e v ( h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ) 。h e v 经济性和排 放性优于传统汽车，续驶早程又远长于纯电动汽车；与燃料电池汽车相比，混 合动力对现有车辆的改动更小，且无需大规模的基础设施建设。综合以上各方 面优势，混合动力汽车被认为是目前最切实可行的清洁汽车方案。在混合动力 中，较为常见的是混联式及并联式混合动力，而串联式混合动力由于各方面的 限制，目前一般只能应用在大型客车上。 本课题源自同济大学和意大利环境与国土海洋部合作的一个混合动力项 目：项目目标车型为场馆车。考虑到奥运会和世博会等越来越多的大型活动， 高性能场馆车将有较大的需求；通过分析，我们认为串联式混合动力可很好地 适合场馆车的特性要求。目前在场馆车等小型车上，串联式混合动力的应用尚 比较少，具有一定的研究价值。在设计过程中，加入超级电容，与蓄电池构成 复合能源，蓄电池主要承担能量要求而超级电容承担功率要求，综合了两者的 优点，从而极大的提高了场馆车的性能及技术含量；而且，这种复合能源的研 究还可为将来的燃料电池电电混合汽车提供一定的参考价值。 本文首先介绍了超级电容的工作原理及其特性，超级电容应用在复合能源 中时，需通过d c d c 变换器，才能与蓄电池之间实现良好的协调，因此，本文 使用m a t l a b s i m u l i n k 软件搭建了多种不同的d c d c 变换器，研究各种参数对变 换器的影响以及不同类型变换器在复合能源中的适用程度。选定双向升降压变 换器，然后利用c r u i s e 软件建立了搭载超级电容的串联式混合动力汽车模型， 用s t a t e f l o w 编写了其控制策略，证明超级电容与蓄电池所构成的复合能源能够 达到预期效果。在文章的最后，拟合了蓄电池寿命的实时估算公式，并计算了 超级电容改善蓄电池使用寿命的效果。 关键词：串联式混合动力汽车，超级电容，仿真匹配，控制策略，蓄电池寿命 a b s t r a c t a b s t r a c t r e c e n t l yt h ed e m a n df o rc l e a ne n e r g yi n c r e a s e sr a p i d l yb e c a u s eo ft h ec o n t i n u o u s i n c r e a s eo fo i lp r i c e i tm a k e sag r e a ti m p a c to nt h et r a d i t i o n a lv e h i c l e ，b u to nt h e o t h e rh a n d ，i ta l s oe n c o u r a g e st h ed e v e l o p m e n to fc l e a ne n e r g yv e h i c l e s a m o n ga l l t h ed i f f e r e n tt y p e so fc l e a ne n e r g yv e h i c l e ，h y b r i de l e c t r i cv e h i c l eh a st h ef a s t e s t g r o w t h i to w n sb e t t e rf u e le f f i c i e n c yt h e nt h et r a d i t i o n a lv e h i c l e s ，l o n g e rd r i v i n g d i s t a n c et h e nt h ee l e c t r i cv e h i c l ea n di ti sm u c hm o r ee a s i e rt or e a l i z et h e nt h ef u e l c e l lv e h i c l e g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h e r ea r et h r e et y p e so fh e v ：s e r i a lh e v , p a r a l l e l h e va n dp a r a l l e ls e r a i lh e v n o w a d a y sp h e va n dp s h e va r em o r ep o p u l a rt h e n s h e v , w i t c hi sn e a r l yo n l ya p p l i e di nh e a v yd u t yv e h i c l ea n db u s i nt h i sp a p e r ，t h es h e vs t r u c t u r eo nal i g h tv e h i c l ei sp r e s e n t e d i ti ss u p p o r t e db y t h eh y b r i dv e h i c l ep r o j e c tc o o p e r a t e db e t w e e nt o n g i iu n i v e r s i t ya n dt h ei t a l i a n m i n i s t r yf o rt h ee n v i r o n m e n t ，l a n da n ds e a t h ev e h i c l ei s ah i g hp e r f o r m a n c e s i g h t s e e i n gv e h i c l e t h a n k st ot h eo l y m p i cg a m e s2 0 0 8a n dw o r l de x p o2 0 10 ，t h e r e i sag r e a tn e e do fh i g h - p e r f o r m a n c es i g h t s e e i n gv e h i c l e b a s e do nt h es t u d y , i ti sf o u n d t h a ts e r i a lh y b r i ds t r u c t u r ei ss u i tf o rt h i st y p eo fv e h i c l e ，a n dr e s e a r c ho fs e r i a lh y b r i d o nl i g h tv e h i c l ei ss t i l lr e l a t i v er a r e ，t h u si ti sw o r t ht ow o r ko nt h i sf i e l d i nt h e d e s i g n ，a l lu l t r ac a p a c i t o ri se m p l o y e dt oc o o p e r a t ew i t ht h eb a t t e r ya n df o r m e da c o m b i n ee n e r g ys o u r c e t h ec o m b i n ee n e r g ys o u r c ei m p r o v e sn o to n l yt h eo v e r a l l p e r f o r m a n c eo ft h es i g h t s e e i n gv e h i c l e ，b u ta l s ob e i n gw o r t h ya t t e m p tf o rt h er e s e a r c h o ff u e le e l lv e h i c l ei nt h ef u t u r e a tf i r s to ft h i sp a p e r ，t h ep r o p e r t ya n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fu l t r ac a p a c i t o ri s d i s c u s s e d ad c d ct r a n s f o r m e r ( b u c k - b o o s tc h o p p e r ) i nn e e d e dt oe n s u r et h eg o o d c o o p e r a t i o nb e t w e e nu ca n db a t t e r y t h e r e f o r ed i f f e r e n tt y p e so fb u c k - b o o s t c h o p p e rm o d e lu s i n gm a t l a b s i m u l i n kw e r eb u i l tu pa n ds e v e r a lt y p e so fc o n t r o l t h e o r yo ft h ec h o p p e rw e r ec o m p a r e d b a s e do nt h er e s u l t ，i ti sf o u n do u tt h a ta b i - d i r e c t i o n a lb u c k - b o o s tc h o p p e ri ss u i t a b l ef o rt h ec o m b i n ee n e r g ys o u r c ei no u r s h e v t h e nt h es h e vm o d e lu s i n gc r u i s ei sb u i l tu p as p e c i f i cc o n t r o ls t r a t e g yi s a p p l i e do ni t ，w i t c hi sb u i l tu pw i t hs i m u l i n k s t a t e f l o w s e v e r a ls i m u l a t i o n so nt h i s a b s t r a c t m o d e la r ep e r f o r m e da n dh o wt h ec o m b i n ee n e r g ys o u r c ei m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c e o ft h es h e vi sa n a l y s e d a tl a s t h o wt h eu ce x t e n dt h ec y c l e l i f eo ft h eb a t t e r yi s c a c u l a t e d k e y w o r d ：s e r i a lh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，u l t r ac a p a c i t o r , b u c kb o o s tc h o p p e r , s i m u l a t i o n ，c o n t r o ls t r a t e g y , c y c l el i f e i i 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 前言1 1 2 项目意义3 1 3 国内外研究现状和发展趋势4 1 3 1 国外研究现状4 1 3 2 国内研究现状1 0 1 4 混合动力汽车的分类。1 2 1 4 1 串联式混合动力电动汽车1 3 1 4 2 并联式混合动力电动汽车1 4 1 4 3 混联式混合动力电动汽车1 5 1 5 本项目车型所用混合动力形式的选择1 6 1 6 本章小结1 8 第2 章电动汽车储能系统分析2 0 2 1 电动汽车对储能系统的要求。2 0 2 2 电动汽车用蓄电池现状。2 l 2 3 满足电动汽车对储能系统要求的途径2 2 2 4 超级电容2 3 2 4 1 超级电容原理2 3 2 4 2 超级电容的分类。2 4 2 4 3 超级电容的性能特点。2 6 2 4 4 超级电容的产业化情况2 7 2 4 5 超级电容在电动汽车上的应用情况2 8 2 5 复合能源系统及其结构3 0 2 5 1 复合能源系统构思的提出3 0 目录 2 5 2 复合能源系统的可行性3 0 2 5 3 复合能源系统的设计要求3 2 2 6 本章小结3 2 第3 章驱动系统部件建模3 3 3 1 蓄电池模型3 3 3 2 超级电容模型3 5 3 3d c d c 变换器模型3 7 3 3 1p w m 原理3 7 3 3 2 直流斩波基本电路。3 8 3 4 本章小结5l 第4 章d c d c 变换器的控制5 3 4 1p i d 控制5 3 4 1 1 在复合能源中使用p i d 控制的必要性5 3 4 1 2p i d 控制存在的问题5 8 4 2 模糊控制6 0 4 3 模糊p i d 控制6 1 4 3 1p i d 参数模糊调整原理6 l 4 3 2 确定模糊语言变量及其隶属函数、6 3 4 3 - 3p i d 参数的校正模型6 3 4 4 本章小结6 7 第5 章超级电容电池复合储能混合动力汽车的动力系统选型与控制 策略仿真6 8 5 1 参考车型6 8 5 2 整车参数确定及相应需求功率计算6 9 5 2 1 整车参数选型6 9 5 2 2 需求功率计算6 9 一i i 目录 5 3 动力系统部件选型7 l 5 3 1 设计原则7 1 5 3 2 轮毂电机选型7 l 5 3 3 发动机选型7 2 5 3 4i s g 选型7 2 5 3 5 蓄电池选型7 3 5 3 6 超级电容选型7 3 5 3 7 动力系统部件参数7 7 5 4 串联式混合动力系统控制策略7 7 5 4 1 恒温器型控制7 7 5 4 2 功率跟随器型控制7 8 5 4 3 本车所使用的控制策略7 8 5 5 超级电容电池复合储能串联式混合动力场馆车模型8 2 5 5 1c r u i s e 整车模型8 2 5 5 2 控制策略模型8 2 5 6 混合动力模型仿真分析8 6 5 6 1 不同初始参数下控制策略的稳定性8 6 5 6 2 超级电容对制动能回收能力的提升9 2 5 6 3p l u g i n 模式下超级电容的作用9 3 5 7 蓄电池寿命算法及其在超级电容h e v 中的应用9 8 5 7 1 引言9 8 5 7 2 寿命模型的理论依据9 8 5 7 3 实验数据与寿命模型拟合1 0 0 5 7 4 寿命模型有效性验证1 0 0 5 7 5 寿命模型在复杂工况下的适用性1 0 2 5 7 6 寿命模型在复合能源中的应用1 0 4 5 8 本章小结1 0 6 第6 章全文总结与展望1 0 8 i i i 目录 致谢1 1o 参考文献1 11 个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果1 1 4 第1 章绪论 第1 章绪论 随着科学技术的进步与经济的发展，汽车的发展速度不断加快，与人们的生活 越来越紧密。汽车不再是一个简单的代步和运输工具，已成为许多人的生活必需品 和文化生活的一部分，甚至成为一些人的流动办公室。汽车工业在当代世界经济活 动中也发挥了巨大的作用，是当今世界最大、最重要的行业之一，已成为世界许多 发达国家的支柱产业。汽车工业的发展给人们造就了许多就业机会，带来了财富， 促进了经济的发展。汽车缩短了人们之间的距离，促进了旅游业的发展，带来了舒 适和享受，改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量，汽车工业已经成为改 变整个社会面貌的一个重要手段。【l 】汽车的普及程度和技术水平己成为一个国家或 地区现代化程度的标志。 1 1 前言 在促进社会物质与精神文明的同时，汽车工业的发展也带来了能源供给与环境 污染的巨大压力。 近年来，国际油价持续性地大幅上涨，2 0 0 8 年1 月3 日首次突破1 0 0 美元每桶 的价位，3 月突破1 1 0 美元，5 月6 日突破1 2 0 美元，近日更是突破了每桶1 3 0 美元， 欧佩克主席卡利尔甚至表示，不排除油价涨至2 0 0 美元的可能。近一年以来的石油 价格走势如图1 1 所示，从图中可以看出，从去年6 月至今，油价已经上涨了超过 一倍。 石油价格持续上涨的原因是多方面的，重要的一点就是石油需求的稳步上升， 而这之中，家用汽车迅速普及所带来的影响不可忽略，目前汽车用油己占全球石油 需求的5 0 ，每年新增石油需求的9 0 来自汽车。国际原子能机构估计，今年全球石 油需求为每天8 7 0 0 万桶，缺口为每天1 2 5 0 万桶，未来几年，这一缺口将继续扩大， 全球能源紧缺状态，短期内很难改观。而原油的上涨的直接影响就是导致汽油和柴 油价格的飚升，目前9 3 号汽油的价格已经从两年前的3 6 6 元上涨到5 1 7 元。除了 价格因素，资源因素也已经开始显现，许多加油站前排起了车队，“限量加油”使 得需要长途驾驶的司机不得不频繁的找加油站，给社会经济发展带来了巨大的影响。 第i 章绪论 o 。 母 、 e g n y m e xc r u d eo ；if u t u r e s 0 7 0 2 2 0 0 70 e 3 0 2 0 0 71 0 1 3 0 2 0 0 71 2 3 1 1 2 70 3 0 3 2 0 0 80 5 ，0 1 ，2 蝴 j u n e1 2 0 0 7 - j u n e6 2 0 0 8 w r r g e c m i “。 2 0 - m “ “7 铆2 们9 4 n t - 一c l o s e 图1 1 纽约商业交易所2 0 0 7 年6 月至2 0 0 8 年6 月的原油价格走势 随着经济的发展，生活水平的提高，人们对环保问题也越来越重视。汽车排放 的尾气中所含的碳氢化合物、氮氧化物等有害物质会严重损害人们的健康【2 】，而二 氧化碳所引起的温室效应也不容忽视，据统计，1 9 9 6 年，汽车尾气所排放的二氧化 碳已占全美国二氧化碳排放量的3 1 【3 】，而且随着汽车保有量的高速增长，在世界 许多其他地区，汽车尾气都成了最主要的二氧化碳排放源。总的来说，汽车尾气排 放已成为城市大气污染的重要来源之一。而且，这种情况在我国尤为严重，资料显 示，目前世界上空气污染最严重的1 0 个城市中，有7 个在中国，根据国家环保中心 的预测，2 0 1 0 年汽车尾气排放量将占空气污染源的6 4 【lj 。 可见，传统汽车行业正承受这巨大的压力。汽车业的出路就在于新型能源结构， 汽车行业的大变革正在进行中。 越来越严格的排放法规，促进了人们对电动车再一次重视。历史上，电动车曾 经一度快速发展，但终因性能原因而被燃油汽车所代替；不过，今时今日的电动汽 车在性能方面与原来的电动车相比已有了质的飞跃，其具有清洁无污染、动力源多 样化、能量转换效率高、结构简单、使用维修方便等优点【4 j 。被称为“2 1 世纪的绿 色环保汽车”。按照动力源的不同，目前一般把电动汽车分为纯电动汽车( e l e c t r i c v e h i c l e ，e v ) 、混合动力电动汽车( h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，h e v ) 和燃料电池电 动汽车三大类( f u e lc e l lv e h i c l e ，f c v ) 。 纯电动汽车的唯一动力源是蓄电池，它最大的优点是能做到在各种工况下零排 放行驶，噪音小；但是，受目前蓄电池能量密度的限制，纯电动汽车在单次充电行 第l 章绪论 驶里程上未能形成突破性进展( 目前仅为1 0 0 公里左右) ，很难为市场所接受；而 且，目前蓄电池的功率密度也比较低，还不能满足高性能汽车的性能指标的要求。 燃料电池是一种将氢和氧的化学能直接转化成电能的装置，其最大特点是反应 过程不涉及燃烧和热机做功，能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，因而效率较 高；其工作过程的唯一产物是水，不污染环境；工作时无机械运动部件，仅有气体 和水的流动，运行噪声低，可靠性高。但是车用燃料电池的功率密度仍有待提高， 且氢气的贮存和安全问题目前也是困扰着科研人员的难题。燃料电池汽车的研究在 持续升温，但目前尚未实现产业化 5 - 6 1 。 混合动力电动车( h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，h e v ) 油耗与排放优于传统汽车，续驶 里程远长于纯电动汽车，而与燃料电池汽车相比，混合动力对现有车辆的改动更小， 且无需大规模的基础设施建设。综合以上各方面优势，混合动力汽车被认为是目前 最切实可行的清洁汽车方案，从丰田的p r i u s 到通用最新的双模混合动力概念，h e v 在汽车业中地位逐渐巩固。根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建 议，混合动力电动汽车是指由两种或两种以上的储能器、能源和转换器作驱动能源， 其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。例如，汽油机和蓄电池 混合，柴油机和蓄电池混合，蓄电池和超大容量电容混合，蓄电池和飞轮混合，蓄 电池和蓄电池混合等等。 1 2 项目意义 事实上，上述的分类并不是完全严密的。将混合动力与燃料电池汽车相并列， 使得混合动力的概念被狭义化了。混合动力出现于上一世纪9 0 年代，至今已经经过 了十多年的发展。正式由于这种概念的狭义化，使得混合动力曾一度被业界所怀疑， 关于混合动力是不是“过渡性 产品的争论相当激烈。但是，正如中国科技部万钢 部长为混合动力正名时所说的，“混合动力不是一种过渡产品，燃料电池本质上也 是一种混合动力”。从电力机动车技术委员会为混合动力所指定的通用定义来看， 燃料电池汽车理所应当的也是一种混合动力，确切地说，是电电混合的形式，而从 世界各国的研究现状来看，混合动力正逐渐成为一种强大的趋势，不再被视为一种 短命的过渡性产品。因此，混合动力的研究是有深刻意义的，有理由相信，它会越 来越成熟，直至达到或超过传统汽车的各项性能。不管是汽车业界还是政府，都对 这一技术相当重视，日本，美国，欧洲许多发达国家等，都纷纷投入大量资金、人 第l 章绪论 力进行混合动力电动汽车的研制与开发7 1 。而对我们国家而言，其研究与发展具有 更加重大的意义。一方面，作为一个迅速发展的国家，我们的能源需求特别巨大， 而面对的污染问题也尤其严重，另一方面，内燃机汽车时代所发生的这种变革，让 我们又一次得到机会与先行者拉近了距离，在某种意义上可以说是重新站在了起跑 线上。 1 3 国内外研究现状和发展趋势 1 3 1 国外研究现状 1 3 1 1 日本研究现状 日本是混合动力电动汽车技术发展速度最快的国家。 乘用车方面，日本丰田和本田两家汽车公司率先成为能够批量产销混合动力汽 车的企业。第一款商业化的混合动力丰田p r i u s ，搭载i m a ( i n t e r g r a t e dm o t o r a s i s t ) 的本田i n s i g h t ，是每个人提起混合动力必然会联想到的元老。目前，丰田混合 动力汽车的累积产量已超过百万辆。从1 9 9 7 年到现在，日本汽车企业已推出了相当 多款混合动力乘用车，涵盖了从微型车到高档车的所有细分市场，如搭载v 6 汽油 功率电机的雷克萨斯l f x h ，具有跑车性能的本田c r z ，应用p l u g i n 系 田1 x ，微型城市车丰田i qc o n c e p t ，都是车展上的亮点，也是开拓混合动 的新一代“先锋”。表1 1 中示出了日本公司的一些新车型。 用车方面，日本日野( h i n o ) 公司所开发的全球首例柴一电棍合驱动系统 h y b r i di n v e r t e r c o n t r o l l e dm o t o r a n dr e t a r d e r ) ，装车数量已超过3 0 0 辆。丰罔公 于柯斯特客车，开发了柯斯特混合动力客车【引。 4 第l 章绪论 表1 1 日本混合动力汽车新车型及技术特点 雷克萨斯l f _ x h 采用了先进的混合 瀵霸霹壤戳吣 动力技术。动力系统由v 6 汽油发动机和 弋”羹莲l 高功率电机组成，采用了4 轮驱动系统。 车身长宽高为4 ，8 0 0 1 ，8 9 5 1 6 5 0 咖，轴 誉 鬻一委璧季 距2 8 5 0 m m 。 本田c r z 车型是一款轻质运动概念 ，确霪缫淞、 车，该车将配备本田的油电混合动力系 e 。一 统，在保持环保性能的同时达到较高水 平驾驶性能。 丰田1 x 采用了电机与发动机混合动力 系统。为了更好的保证车辆的安全，在 车辆的周身也加装“耳朵”系统。有了 这些灵敏的“耳朵”车辆将能更好的感 知到周遭的危险与情况，为车辆更好的 避免不必要的麻烦。 丰田i qc o n c e p t 是丰田以降低车辆自 身辐射所孕育而生的城市小车。一辆不 到3 米的小车，全长仅为2 9 8 米，却提 供了3 + i 的座椅安排，给小车带来了很 优秀的驾驶、乘坐空问。 e 塑蠡缫夏三i 1 3 1 2 美国研究现状 作为传统的汽车大国，美国在早期对混合动力的研究落后于日本，但现在，美 国政府也对该项技术给予了相当高的重视程度。9 0 年代开始，美国加强了政府和企 业之间的技术合作与联合，以混合动力电动汽车为重点对象，由能源部牵头，连同 第l 章绪论 运输部和国防部，斥巨资组织各大汽车公司和有关部门积极开展混合动力电动汽车 的研究工作。 乘用车方面，最著名的由当时的美国总统克林顿与通用、福特和克莱斯勒三大 汽车公司总裁共同提出的美国“新一代汽车合作伙伴计划”( p n g v 计划) ，该计划 旨在开发新一代高效节能汽车。p n g v 计划中提出在车辆价格、性能基本不变的前 提下，提高燃油经济性3 倍，即“三升油”计划；参与计划的三大公司都迅速推出 各自的原型车或概念车，而迄今为止，则已有多款各种形式的混合动力电动汽车面 世，如g mp r e c e p t f o r dp r o d i g y d a i m l e rc h r y s l e rd o d g ee s x 3 。p n g v 计划在h e v 性能仿真、汽车集成动力模块等技术领域取得了显著成就。近两年来，美国的混合 动力更是飞速发展，提出了欲与丰田t h s 争锋的双模混合动力，新推出的混合动力 车型也相当丰富，双模混合动力s u v 凯雷德；可使用多种燃料的林肯m k t ；极有 可能由上海通用进行国产的m a i b u ；采用p l u g i n 技术，理论油耗低至2 4 l 1 0 0 k m 的通用v o l t ，显示了老牌汽车大国的实力。其新车型及其技术特点如表1 2 所示。 在商用车开发方面，由l m c s ( l o c k h e e dm a r t i nc o n t r o ls y s t e m s ) 公司和o r i o n b u si n d u s t r y 公司联合开发的o r i o n l m c sb u sv i 型低地板混合动力客车，己经在纽 约地区完成示范运行。其他已经推出和正在研制的混合动力电动客车还有 a v s ( a d v a n c e dv e h i c l es y s t e m s ) 公司的a v s 2 2 和a v s 3 8 型混合动力巴士( 该车型 为世界首辆专门制造的以微型燃气轮机作为原动机的混合电动巴士) 、n a b i ( n o a h a m e r i c a nb u si n d u s t r i e s ) 公司的3 0 c l f 型c n g 一电力混合客车以及i s er e s e a r c h 公司与n e w f l y e r 及n o v a 合作推出的两辆样车等。其中最具有代表性的是 o r i o n b u s v i 客车和n o v a b u s 【9 】。而美国军方甚至还将混合动力技术应用到坦克上。 表1 2 美国混合动力汽车新车型及技术特点 凯雷德混合动力车型配备一个双 模式混合动力系统，该系统包括一个先进 的电子控制变速器( e v t ) 和3 0 0 伏镍氢混 合能量储存系统( e s s ) 。在低速行驶时， 可以完全依靠电力驱动，需增加动力时发 动机将在瞬间激活。在高速路行驶时，混 合动力系统不起作用。 第l 章绪论 林肯m k t 概念车上搭载的福特 貔一幽 e c o b o o s t 发动机可适应多种燃油。驾驶者 可自由选择优质汽油和e 8 5 乙醇汽油混 貔幽娑 合燃料。其发动机可输出3 0 5 千瓦的强劲 动力和5 4 2 牛顿米的扭矩，升功率可达8 6 千瓦。 雪佛兰m a li b u 的底盘布置为前置前 驱布置，采用通用全新全球战略的中级轿 车平台一e p s il o ni i 。而极有可能于2 0 0 8 年国产的通用混合动力轿车就是基于雪 黪硇翟一浮露越i 幽 佛兰m a l i b u 而开发的混合动力版。 鸶。 j 。赢一，? j 。 搋镕磁嵇l 雪佛兰v o l t 属于插电式混合动力车j 通过两个额定功率为4 0 k w ( 最大为1 2 0 k w ) 轮毂电机驱动前轮，配合1 0 l 排量3 缸 一 涡轮增压汽油发动机，车载电池采用1 6 k w h 锂离子电池，可用家用电源充电，充电 1 次可行驶约6 4 k m 。电池耗尽后，发动机 带动发电机发电。 美军第一台拥有h y b r i d 油电复合式 f 复一_ 。蔼 系统的军事坦克车，是美军未来战斗系统 ( f c s ) 研究计划中的成果之一。f c s 计划 中的柴油h y b r i d 动力系统，除了能给予最 佳的推进、驾驭以及刹车等功能，也和一 般路上常见的h y b r i d 混合动力车一样，能 实现反馈制动。 7 第l 章绪论 1 3 1 3 欧洲研究现状 在一直力挺柴油技术的欧洲，各大汽车厂商也开始热心于推出各种混合动力汽 车。 乘用车方面，欧盟制定了发展混合动力车辆技术的f p 4 ( t h ef o u r t hf r a m e w o r k p r o g r a m m i n g ) 和f p 5 计划，欧洲大部分国家和主要汽车生产厂商都参与了该计划， 大众、宝马、雪铁龙、非亚特等公司都分别开发了自己的概念车或验证车型。其 h e v 的突出代表是法国的b e r l i n g e ，在性价比上能与燃油汽车相抗衡，代表了国际 实用先进水平。法国雷诺公司研制的v e r t 和h y m m e 两款混合动力汽车已进行了 1 0 0 0 0 公里的运行试验。德国奥迪汽车公司生产的d u o 混合动力电动汽车已小批量 生产，现已经开始出租；法国雷诺汽车公司研制的v e r t 和h y m m e 两款混合动力 电动汽车己在法国接受运行实验；近两年来，欧洲的混合动力更是进入了高速发展 阶段，随着奔驰f 7 0 0 ，宝马x 6 ，保时捷卡宴混合动力版的出现，混合动力技术真正 地向豪华车市场进军。欧洲的部分混合动力新车型如表1 3 所示。 商用车方面，沃尔沃客车公司早于1 9 9 5 年就开始了“环保概念客车” ( e n v i r o n m e n t a lc o n c e p tb u s ) 的研究，开发了以乙醇为燃料的燃气轮机电动混合动力 客车，并于1 9 9 9 年开始在瑞典进行路试检测；斯堪尼亚公司也在s 1 1 和s 1 5 客车基 础上开发了混合动力电动客车样车；m a n 公司和福伊特驱动技术有限公司( v o i t h t u r b o ) 及西门子汽车科技公司联合开发了使用e p c o s 超级电容的柴一电混合动力 电动客车，并于1 9 9 8 年3 月首次在德国纽伦堡投入试运行，意大利开发出了串联式 混合动力客车a l t r ah e v b u s 。瑞典沃尔沃汽车公司开发出了基于f l 6 卡车改装的 混合动力电动汽车。【lo 】欧洲其它国家也在积极进行混合动力电动汽车开发、研制及 推广。 关键零部件方面，德国西门子和博世( b o s c h ) 等著名零部件公司也积极与大汽车 公司联手开发混合动力汽车。 第i 章绪论 表1 3 欧洲混合动力新车型及技术特点 橐髟w 一 欧宝飞灵概念车动感十足，并且 卜一3 环保性能非常好，其上搭载的 e - f l e x 系统采用了锂离子电池，能 霞童链。新矗“】 够推进欧宝飞灵以零排放工况行驶 5 5 公里。此外还有一款1 3 升的涡 薹登誊拔二。 轮柴油发动机可以为电池充电，延 长续航里程。 隰一辐 奔驰f 7 0 0 搭载了革命性的新 式d i e s o t t o 驱动系统和小型混合动 力模块。该车具有汽油发动机的低 排放和柴油发动机的节油性，且该 露霪孽拶翥 混合动力模块可提供额外的1 5 k w 功 黪” 嘲硼嗍礅麟嬲灞 涵 率。整车百公里油耗仅5 3 升，每 警l 麟躲怨。施蹴赫妇糍施磊女越勰黝g 妊钰勉渤；l 翻蝴豳醯藤癜蘸随淞酒公里二氧化碳排放量也只有1 2 7 克。 “绿色的”保时捷卡宴依然保留 隆龋分灞 了s u v 的强劲越野能力，其性能甚 至还稍好于标准型的卡宴v 6 。燃油 羹溉一溪 方面，美国测试得到了2 4 m p g 的燃 油经济性以及欧洲循环工况测得的 l 。“；霪 9 8 l l o o k m 。 筻岁，翟蕉 x 6 的发动机是一款双模电力 和汽油混合两用发动机，可降低油 耗降2 0 。 9 第1 章绪论 可见，在国际上，混合动力研究已经成为一股热潮，其涉及范围相当广泛，从 整车到零部件，从大型车n d , 型车，甚至从制造产品到指定标准。这一方面将极大 地促进汽车工业的发展，另一方面，对我国汽车工业而言，也提出了相当严峻的挑 战。表1 4 列出了典型混合动力汽车的结构形式和主要参数 表1 4 典型h e v 结构形式和主要参数 混合蓄电 变速 车型发动机电动机及结构特点 方式 池 器 丰田 混联 四缸汽油机 3 3 k w 永磁电机驱动 和能量回收，另一电机 n i m h c v t p r i u s1 5 l 4 3 k w 10 2 n m2 8 8 v 发电 本田 并联 三缸汽油机1 0 k w 起动机发电机n i m h5 档 i n s i g h t 1 0 l 5 0 k w 9 0 n m一体化电机1 4 4 v 手动 1 7 k w 交流同步电机驱 日产 混联 四缸汽油机动和能量回收；另一电l i i o n c v t t i n o1 8 l 7 4 k w 15 3 n m机起动发动机和给电3 6 a h 池充电 福特 并联 四缸汽油机3 5 k w 起动机发电机一n i m h5 档 p r o d i g y 1 2 l 5 5 k w 16 5 n m体化电机2 8 8 v 自动 克莱 三缸汽油机 1 5 k w 起动机发电机一 斯勒并联体化电机 l i i o n6 档 1 5 l 5 5 k w 1 6 5 n m1 5 0 v 自动 e s x 3 2 5 k w 电动机驱动后 通用 混联 三缸汽油机轴，1 0 k w 电机驱动前n i m h4 档 p r e c e p t 1 3 渊k w 1 7 0 n m轴，给蓄电池充电和回3 5 0 v 自动 收能量 1 3 2 国内研究现状 为维护我国能源安全，改善大气环境，提高我国汽车