混合动力汽车.doc

湖南涉外经济学院课程设计报告课程名称：汽车电控系统结构与维修 报告题目：混合动力汽车的结构原理及其发展 学生姓名： 所在学院：机械工程学院 专业班级：汽车服务工程1401 学生学号： 指导教师：杨振东 20 16 年 12 月 12 日湖南涉外经济学院课程设计目录目录I摘要1第一章 前言2第二章 混合动力的概述22.1 混合动力的内涵22.2 混合动力的外延3第三章 混合动力汽车的分类43.1 根据混合动力驱动模式，混合动力系统主要分为以下三类：43.2 根据在混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：4第四章 混合动力汽车的结构与工作原理（以串联混合动力电动汽车为例）64.1 串联式混合动力汽车的结构64.2 串联式混合动力汽车的工作原理6第五章 我国混合动力汽车的发展85.1 混合动力汽车的优点85.2 混合动力汽车的发展前景95.2.1 发展混合动力汽车是国民经济可持续发展的需要95.2.2 发展混合动力汽车是控制城市污染的需要95.2.3我国混合动力汽车的现状95.2.4我国混合动力汽车的发展105.2.5我国混合动力汽车发展的三大目标10第六章 总结11参考文献121摘要随着汽车保有量的增加，世界石油资源日趋匮乏，环境日益严重，混合动力汽车由于在节能和降低排放污染方面有明显优势，世界各国环境保护的措施越来越严格，替代发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并巳有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。关键词：混合动力汽车,原理，前景，优势。abstractWith the increase of car ownership, the worlds oil resources become increasingly scarce, environment is becoming more and more serious, and hybrid cars because of has obvious advantage in energy conservation and reduce emissions pollution, the world environmental protection measures more and more strict, the scheme of alternative engine car more and more, such as hydrogen energy vehicles, fuel cell vehicles, hybrid vehicles, etc. But at present the most practical value and has a commercial operation mode, only a hybrid car.Key words: hybrid cars, principle, prospect, advantage.第1章 前言随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点，混合动力电动汽车（HEV）将内燃机、电动机与一定容量的蓄电池通过控制系统相组合，电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转矩，又可以存储吸收内燃机富余功率和车辆制动能量，从而可大幅度降低油耗，减少污染物排放。混合动力汽车虽然没有实现零排放，但其动力性、经济性和排放等综合指标能满足当前苛刻要求，可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。所以自从90年代以来，全球刮起了研究混合动力的风暴。1第2章 混合动力的概述车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。2010年，全球进入汽车混合动力时代。2.1 混合动力的内涵混合动力是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠发电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机机电和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，可以单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。更大的效率。2.2 混合动力的外延混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。第3章 混合动力汽车的分类3.1 根据混合动力驱动模式，混合动力系统主要分为以下三类：一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。Prius采用的是混联式联结方式。3.2 根据在混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：一是微混合动力系统。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的Belt-alternatorStarterGenerator,简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。二是轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的IntegratedStarterGenerator，简称ISG系统）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20以下。三是中混合动力系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30左右，目前技术已经成熟，应用广泛。四是完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。第四章 混合动力汽车的结构与工作原理（以串联混合动力电动汽车为例）混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。串联式混合动力系统利用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。4.1 串联式混合动力汽车的结构串联式混合动力汽车的基本结构是由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器组成。由一个小输出功率的发动机进行准稳恒性运转来带动发电机，直接向电动机供应电力，或一边给HV蓄电池充电一边行驶。由于内燃发动机的动力是以串联的方式供应到电动机，所以称为“串联式混合动力系统”。其结构如图4-1所示：图4-1串联式混合动力汽车的结构4.2 串联式混合动力汽车的工作原理在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作。电池电量低于60时，辅助动力系统起动：当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，可以单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。5第5章 我国混合动力汽车的发展5.1 混合动力汽车的优点混合动力汽车是指采用传统燃料，同时辅助动力单元通常采用一台发动机或动力发动机组，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，与传统燃油汽车相比较，混合动力汽车在油耗、排放等方面有较大程度的改善。混合动力汽车的优点：一是可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，减少蓄电池容量和体积的同时提高了汽车最高速度，提高电驱动续驶里程，延长了蓄电池的使用寿命，降低成本；二是混合动力电动汽车集燃油发动机、电动机、储能器件良好匹配和优化控制，大大提升了续驶里程，可达到燃油汽车水平，十分方便地解决纯电动汽车遇到的难题；三是采用混合动力后可以自由调整负荷少或者多时的功率输出与能量控制，在车辆行驶的过程中可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。混合动力车普遍具有低油耗、少污染的优点，同时也提高了能量的利用率。四是低排放，混合动力汽车由于在运行过程中所应用的燃料与常规动力有着很大的区别，所以具备低排放和零排放的相关要求。总结来说有五点：1、采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现零排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。5.2 混合动力汽车的发展前景5.2.1 发展混合动力汽车是国民经济可持续发展的需要随着石油资源会在不久的将来可能枯竭，各个国家对于传统主要以石油为燃料的动力汽车开始改进，以求能够更好地应对石油枯竭的未来发展趋势。另外，人们环保意识的提高，电动汽车及混合动力汽车将成为新世纪前几十年汽车发展的主流，这种新形式的动力汽车相对于传统动力汽车是一场新的汽车革命，研究与发挥好混合动力汽车有利于国民经济的可持续发展。5.2.2 发展混合动力汽车是控制城市污染的需要随着社会的进一步发展，混合动力汽车越来越能够体现出它的重要性。由于全球变暖、厄尔尼诺现象等大气与环境问题，世界各国开始更多的关注大气污染问题。其中，常规化石能源就是导致环境恶劣的主要因素之一。在这种背景下，世界各国纷纷制定了相关严格的汽车排放标准，改变了以往对于大气污染的无视与忽视。由于国家对于大气保护的相关法律法规的相关要求，人们对于清洁能源的呼吁等因素，今后，混合动力汽车在今后的发展中有着广阔的市场空间，也是人类可持续发展的需要，特别是开发用于城市交通和城市之间的混合动力汽车在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。5.2.3我国混合动力汽车的现状 在混合动力汽车方面，参与到与混合动力汽车相关的“一纵三横”中的高校、科研院所和企业已经几十家。此外，还有很多地方支持或自筹资金进行的混合动力汽车项目。在整车和关键部件乃至上路示范运行方面都取得了可喜的成果。在科技部和地方的配套支持下，二汽、一汽、长安和奇瑞等在混合动力汽车领域都取得了很大进步。在整车、部件、试验等方面已实现众多技术创新。各车型均已完成功能样车开发，正在着手性能样车开发和产业化准备。5.2.4我国混合动力汽车的发展中国新能源汽车产业始于21世纪初。2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题，并规划了以混合动力车为起点，向氢动力车目标挺进的战略。2009年初，国家财政部、科技部下发节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法，在13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作。2010年7月，国家将十城千辆节能与新能源汽车示范推广试点城市增至25个。在2011年3月出台的“十二五”规划纲要中，中国把新能源汽车列为战略性新兴产业之一，提出要重点发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术，开展插电式混合动力汽车、纯电动汽车研