混合动力汽车的探索与研究毕业论文.doc

技术学院毕业论文前言随着石油能源稀缺和汽车尾气排放对环境造成污染等问题日益严重，新能源汽车的研发聚集了更多的关注目光，人们希望找到一种低成本、无污染、大功率和高效率的能源来驱动汽车，包括氢燃料、纯电动和太阳能等能源都在研究过程中。但这一转变并非一朝一夕即能实现，而是需要相当长的一段时间，在艰苦的研发过程中，混合动力汽车作为过渡的中间产物应运而生。混合动力汽车是指在一辆汽车中同时采用两种动力装置及储能装置(通常为内燃机、电动机和电池)，通过先进的控制系统使动力装置和储能装置有机协调工作，实现动力系统最佳的能量分配，达到整车低能耗、低排放和高性能。混合动力汽车有以下优点：发动机在最佳经济区运行，从而降低发动机排放和油耗；在城市区域内行驶，可用纯电动驱动，实现零排放；可配备较小排量的发动机；能实现再生制动，进一步降低汽车的油耗和排放。油电混合动力汽车的电池组部分散热问题危及到电池的工作环境和使用寿命，直接关系到用户的使用感受和满意程度，因此在电池箱开发过程中，电池方案除了考虑空间布置以外，更需要着重考虑电池散热的需要。摘 要随着排放法规的日趋严格和世界能源的节能、日益短缺，高效与环保成为内燃机技术发展的主导方向。混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)是改进的内燃机汽车技术与建立在信息技术基础上的混合动力汽车技术相结合的产物,具有混合动力汽车和传统内燃机汽车的综合优点,是相当长时间内缓解汽车工业能源短缺和环境污染问题的一个可行的过渡方案。社会对环境和节能的重视有力地促进了混合动力车辆的发展。本文分析了国内外混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结构形式与工作原理，指出了混合动汽车目前需要解决的主要问题和应对对策，并对其发展前景进行了预测。关键词：混合动技术 新能源 电动汽车AbstractWith increasingly stringent emission regulations and the world energy energy conservation, growing shortage of highly efficient internal combustion engine technology and environmental protection has become the dominant direction. Hybrid Electric Vehicles (Hybrid Electric Vehicle, HEV) is an improved internal combustion engine vehicle technology and the establishment of information technology in hybrid vehicle based on the result of combining technology with traditional internal combustion engine vehicles and hybrid cars integrated the advantages of a very long time ease energy shortage within the automotive industry and the pollution of a viable transition program. Community attention on the environment and energy effectively promoted the development of hybrid vehicles. This paper analyzes the domestic and international research status of HEV, hybrid electric vehicle introduced the main structure and working principle, pointed out the need for hybrid cars at present the major problems and response measures, and to predict its future development. Key words: Mixed Action Technology NEW Energy Electric Vehicle目录前言I摘 要IIAbstractIII1 混合动力技术发展趋势及现状12 混合动力技术42.1混合动力技术定义42.2混合动力技术的种类42.3 常见的混合动力技术的结构及工作原理62.4 混合动力在汽车上的应用实例73混合动力系统动力传输路线方式93.1串联式93.2并联式93.3混联式104混合动力技术在中国的发展前景趋势分析144.1中国混合动力技术的发展前景趋势144.2中国混合动力车发展存在的优势与不足144.3我国电动汽车发展对策探讨165结论与展望185.1结论185.2展望18致谢20参考文献21231 混合动力技术发展趋势及现状当前，全球汽车工业正面临着金融危机和能源环境问题的巨大挑战。发展新能源汽车，实现汽车动力系统的新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛共识。在这种形势下，美国、日本、欧洲等发达国家和地区，不约而同地将新能源为代表的低碳产业作为国家战略选择，都希望通过新能源产业与传统汽车产业的结合，破解汽车工业能源环境制约，培育新型战略性产业，提升产业核心竞争力，发展低碳经济，实现新一轮经济增长1。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。世界各汽车工业先进国家都将研发节能、环保型电动汽车、混合燃料汽车和燃料电池的电动车作为世纪的侧重点，混合动力汽车的应用将会给汽车发展带来一个划时代的革命2。经过多年研发，我国已基本掌握了混合动力汽车关键零部件和动力系统平台技术，拥有了相关技术标准和测试能力，开发出一批混合动力汽车产品，实现了小批量的整车生产能力，混合动力公交车已在多个城市开展了小规模示范应用。在国家相关扶持政策的积极推动下，我国混合动力汽车业将进一步突破产业化瓶颈、降低制造成本、加速产业链的培育和延伸。1.日本混合动力汽车的发展现状从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日本居世界领先地位。目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。到2010年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。丰田汽车公司在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列2。日本丰田汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车Prius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42.6kW/4600r/min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为4.5L，比原汽油车减少了一半，CO2排量也相应减少了一半，CO、HC、NOX仅为现行法规允许值的10%，售价每辆216万日元（约15000美元）。美国克莱斯勒汽车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 E SX2型复合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷采油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3.4L。2000年通用，福特，戴姆勒克莱斯勒已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵6。2.美国混合动力汽车的发展现状美国三大汽车公司只是小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能然部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同，进行为期5年的研发工作，并于1998年在北美国际汽车展上展出了样车3。在此基础上，现已推出3款混合动力概念车：通用Precept、福特Prodigy、戴-克DodgeESX3。2013年，通用汽车公司与戴-克汽车公司对外宣布双方将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手，共同推进此项技术的发展。 3.我国混合动力汽车的发展现状目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。 一汽研发的红旗HQ3将于2014年投产；东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收；长安集团具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安CV9已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术讲究中心，将在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为“BSG”的混合动力车；吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，预计3年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。而广州本田更是紧跟丰田的步伐，于2010年中下旬推出国产雅阁混合动力车。上海集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入“油汽混合动力技术”领域。与此同时，新能然汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如汽车产业发展政策、“十一五”汽车产业发展规划等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展4。HEV（Hybrid-EletrVhicle）混合动力装置。混合动力就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3。 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电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。 2 混合动力技术2.1混合动力技术定义混合动力汽车指的是装备有两种动力驱动装置，并可以相互交替工作的车辆。目前，混合动力汽车通常是指既有蓄电池可提供电力驱动，又装有一个小型内燃机的汽车。内燃机用来辅助加载或加速，或者用来对电池进行充电。目前单纯用电池驱动，其运行范围、操作性能和方便性还不能达到现代汽油车的水平。混合动力汽车结合了电力驱动和内燃机驱动的优点，制动时将能量回收给电池充电、运行平稳、噪音低，同时弥补了电动汽车的行驶里程短的缺点。混合动力汽车的发动机可以做到排放很低，甚至低于发电厂的排放，它可以使发动机经常工作在一、两个排放性能和经济性能最佳的稳态工作点上，以达到低排放的目的5。2.2混合动力技术的种类在对传统汽车进行技术改造的过程中也逐渐形成了以具有良好环保能源特性的纯电动汽车、混合电动汽车和燃料电池电动汽车等为代表的新能源汽车研发潮流和产业化热点。现在有许多其它新能源汽车。如压缩天然气、氢燃料、合成燃料、液化石油气和醇醚燃料汽车等。 电动汽车因污染小、节约能源、能改善能源消耗结构和电网负荷，已经成为21世纪重要的绿色交通工具。新型节能汽车主要有以下几类：1.纯电动汽车是指采用蓄电池作为能量存储单元，采用电机为驱动系统的车辆。就目前的动力电池的技术水平，小型四轮纯电动汽车技术商业化条件已经具备它可以作为短距离上班族的代步交通工具或作为出租车予以推广，尤其是配合社会主义新农村建设。对于大型纯电动车辆还主要是用于特殊场合，如机场摆渡车和市区定线行驶的公交车以及其它特殊用途。也有采用超级电容的纯电动大客车，实践证明其具备推广价值。作为纯电动轿车，一次充电续驶里程应不低于200km，最高时速可达到120km/h。它还依赖于电池的技术进步，目前不具备大批量商业化的条件7。2.混合动力汽车是指由两个或多个能联合或单独运转的驱动系统驱动的汽车。按电动功率的功能和容量混合动力汽车可以分为：微度混合(Mick or Hob rid X）、轻度混合(Mild Hob rid)、全混合(Full H）,可纯电动驱动和外电源插座充电混合(PLUG in Hybrid)四种；按能源补充的方式可分为加油站加油和充电站充电两种；按照系统能量流和功率流的配置结构关系可分为串连、并联和混联三种；按照功率辅助形式又可分为续驶里程延长型、功率辅助型、双模式型等。现在已经市场化的是油电混合电动汽车，其中微型混合电动汽车应比常规汽车减少3以上的能源消耗，轻度混合电动汽车油耗应比传统燃料汽车节能15以上，全混合动力汽车应比同级传统汽车减少30以上燃料消耗。由于纯电动汽车续驶里程短和高昂的电池成本给电动汽车商业化推广应用带来很多问题，所以目前混合动力汽车技术是新能源车辆的主流技术。混合动力汽车的核心技术是动力总成技术、系统集成匹配技术以及车载能源技术和整车控制与能量管理技术等。混合动力电动轿车多采用并联和混联技术，混合动力电动公共汽车以串联技术为主。3.液压混合动力汽车是在原汽车发动机动力的基础上增加了由液压马达、液压蓄能器、按制器、执行器等组成的液压辅助动力系统。车辆在起步时发动机不工作。由液压马达驱动车辆起步行驶。起步阶段是发动机最费油、尾气排放最大的阶段，如果采用液压马达驱动车辆起步，将会节省发动机的油耗，达到节油与环保的目的。驱动液压马达的能量来自于液压蓄能器中贮存的液压能。车辆加速或上坡时液压马达与发动机同时工作，可以减轻发动机的负荷，实现节油及减少尾气排放的目的。车辆在下坡减速制动或停车制动时液压马达将车辆势能和运动的动能转化成液压能贮存在液压蓄能器中，在车辆起步或上坡、加速时应用这些液压能。因为液压能量来干车辆的制动及下坡过程，所以适用于车辆频繁制动、减速的场合，特别是公交车辆。上海交大神舟汽车设计开发公司研制的液压混合动力公交车，在公交车正常运营的条件下，使用液压混合动力系统可同比节油平均25以上，技术应用前景看好6。4.燃料电池汽车是指采用氢能作为全部或部分能源，通过化学方法产生电力并采用电机驱动的车辆。燃料电池汽车被认为是能够真正实现零污染的汽车产品，并公认质子交换膜燃料电池是其中最好的选择，但在燃料电池发动机的研究方面仍然面临着许多难题需要解决。如质子交换膜燃料电池PEMFC抗C0催化剂和质子交换膜、低廉的车载PEMFC流场板和单体电池放大设计等技术的研究，还有系统集成、成本问题和车载重整制氢技术也是研究的重点。5.油电混合动力汽车通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料（汽油，柴油）和电能的混合。混合动力汽车是有电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车。混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此，车主可以享受更强劲的起步、加速。同时，还能实现较高水平的燃油经济性。2.3 常见的混合动力系统的结构及工作原理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。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，同时并未牺牲汽车性能。混合动力汽车设计可回收制动能量。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浪费掉。而混合动力汽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，提供强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性能要求不太高的场所，混合动力汽车可以单靠电动机行驶，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，可以单靠电动机拖动，不用汽油发动机辅助7。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。由于混合动力汽车同时装有内燃机和电动机两套系统，启动、加速和上坡等需要大功率输出时，内燃机和电动机两套系统同时出力；刹车时原来通过热能损失的能量部分逆向存入蓄电池得以回收；平稳行驶时，由发动机以最佳的工作状态驱动汽车或者蓄电池驱使电动机单独出力，发动机关闭不再烧油；怠速时发动机关闭。由于能够回收部分制动能量，专门设计的小型内燃机能够以更高的燃烧效率工作，以及控制系统的优化，能量利用率能够由原来的60%70%提高到了95%以上，由此混合动力汽车相对传统汽车可以节省近一半汽油，而且几乎没有发动机噪音和尾气污染，并且减少了发动机和制动装置等的维护费用。由于制动能量回收是其减少燃油消耗和尾气排放的一个重要原因，因此混和动力汽车在低速拥堵，经常走走停停，加速和减速频繁的城市路况节油非常明显8。通俗一点的说，混合动力系统就是同时装有汽油发动机和电动机两套系统。启动、加速和上坡时两套系统同时工作；刹车时能量会逆向存入蓄电池；而在低速行驶时，由蓄电池驱使电动机单独工作，不再烧油，从而降低油耗，减少尾气。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。 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。在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。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。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。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。 2.4 混合动力在汽车上的应用实例1.比亚迪E6比亚迪是自主品牌新能源车探索的先驱。比亚迪e6的外观融合了SUV和MPV的特点，整体时尚大气。其车身尺寸为4.55418221.63米，轴距达到2.83米。较为宽大的车身内部仅设五座，保障了每个人的乘坐空间。e6的动力电池和启动电池均采用比亚迪自主研发生产的ETPOWER铁电池，可使用220伏民用电源慢充，快充15分钟左右可充满电池电量的80。比亚迪e6单次充电续驶里程超过300千米，是目前世界上续驶里程最长的纯电动轿车。同时e6动力强劲，速度达1OO千米/小时的加速时间在10秒以内，最高速度可达160千米/小时以上，而百千米能耗为18度电以内，只相当于燃油车1/31/4的价格。比亚迪e6预售价在30万元左右。2.丰田FT-EV新一代丰田FT-EV电动概念车与iQ微型车共享底盘，续驶里程可达90千米，最高速度为1OO千米/小时，将在2012年实现批量生产。虽然纯电动汽车没有传统的电油混合动力系统汽车技术成熟，但这是未来发展的重要方向。如果电池容量可以获得更大的突破，纯电动汽车的优势将变得相当明显，特别是对于iQ这类用于城区的微型车。3.宝马MINl E这款MINl E装备一台输出功率高达150千瓦的电动马达， 由一组高性能可充电的锂离子电池提供电能，通过单级螺旋齿轮变速箱将动力传输至前轮。动力传递安静平顺，而且完全零排放。MINI E电能驱动系统的最大扭矩达220牛米，1O0千米/小日寸的加速时间为8.5秒，最高速度为152千米/小时。MINI E的悬架系统根据车辆重量分布进行调整，显示出MlNI品牌特有的敏捷和出色的操控性能。4.雪佛兰VOLT在通用汽车的新能源规划中，雪佛兰概念车Volt名声显赫，它采用了通用汽车先进的EFlex系统驱动，靠电力行驶。EFlex系统是通用汽车下一代电动推进系统的名称。其中的“E” 表示“电”，“Flex”代表“灵活”，意为“用以驱动汽车的电力可以从各种途径获得”。根据通用汽车公布的配置方案，E-Flex系统的电力既可以来自氢燃料电池，也可以由使用乙醇、生物柴油或合成燃料的小型发动机产生，当然也可以通过家用电源充电。5.奔驰Smart Fortwo奔驰Smart Fortwo电动车安装了一款输出功率约为30千瓦的电动马达，峰值扭矩可达121牛米，这一电动马达放置在该车的车尾。60干米/小时所需的加速时间为6.5秒，最高速度可达100千米/小时。奔驰Smart Fortwo电动车所需动力源是由锂离子电池提供的。这一电池组是由Tesla生产制造的，其最大可存储14千瓦时的电能。最大续驶里程可达121千米，充电3个小时后可供该车行驶40千米。3混合动力系统动力传输路线方式混合动力系统动力的传输路线的方式有串联式、并联式、混联式。3.1串联式串联式是最简单的混合动力配置方式，动力系统采用电传动的方式，由发动机带动发电机发电，再带动电动机驱动汽车，同时也视情况为蓄电池充电；当发动机停止时由蓄电池的电能通过电动机驱动汽车。在这种方式中，只有电动机驱动车轮，发动机只用来提供电能，因此和车辆的运行状态没有太多关系，可以通过设计使得发动机一直在接近最佳状态下运行。 串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机8。当车辆处启动、加速、爬坡工况时，发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。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。串联系统布置容易，连接方便，没有离合器和复杂的机械变速箱。为了尽可能利用小发动机高效率的特性，相应配套使用的电池组一般相对于并联型大，因而价格也更加昂贵。这种组合方式一般应用在城市公交或载重型等大型车辆上。3.2并联式并联式中发动机和电动机都能直接驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。本田Insight和Civic混和动力汽车都采用这种配置。并联式比串联式结构复杂，发动机需要通过变速箱来驱动汽车，电力驱动系统通过蓄电池及电动机也能够驱动汽车。通常情况下，并联式使用的发动机比传统汽车发动机小，但是比串联式中使用的发动机大，而电池组却小一些。发动机能够为蓄电池充电，当回收制动能量时，电动机能够转换为发电机，从而实现为蓄电池充电，回收能量的功能。由于发动机能够直接驱动汽车。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。因此并联式既适合城市交通状况，也适合高速交通状况。3.3混联式混联式综合了串联式和并联式两者的优点。丰田Prius混和动力汽车采用这种方式使得发动机始终都在最佳状态下运行。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。因此混联式充分利用了串联和并联的优点，能够使发动机更高频率的在最佳状态下工作。由于添加了更多附件，容易控制，而且组合更加复杂，混联式的成本也比前两者都普遍高。例如丰田的Prius属于以电机为主的形式。它的混合动力总成包括两个动力源，发动机与电动机。还有包含了发电机、电动机、内置动力分离装置的混合动力专用变速器、镍氢电池组和动力控制总成。丰田Pruis混合动力系统有一个特点，就是采用行星齿轮变速结构，变速器内置动力分离装置，行星齿轮机构巧妙地将减速器、发电机和电动机等动力部件偶合在一起，同时行星齿轮又起到无级变速器的功能，结构十分紧凑，形成一个集成化混合动力总成系统（图1）。图1混合动力总成图2大功率驱动启动以及中速以下行驶，此时发动机效率低下，因此Prius的发动机关闭，仅由大功率电动机驱动车辆（图2，箭头A）。在常规行驶时，发动机作主动力源，由动力分离装置将动力分成两路，一路驱动发电机进行发电，产生的电力驱动电动机运转（图3，箭头B），另一路则直接驱动车轮（图3，箭头C），系统会自动对两条路径的动力进行最佳分配，以达到效率的最大化9。图3直接驱动图4增强电动机输出功率当要加速时，电池组会加进来为电动机供电，增强电动机输出功率（图4）。当减速或制动时，则由车轮的惯性力驱动电动机。这时电动机变成了发电机，车辆制动能量转换成了电能（图5，箭头D）。图5能量转换图6电池组充电电池组电量保持在一个恒定水平。当系统发现电池组电量下降会启动发动机驱动发电机发电，向电池组充电（图6，箭头E）。混合动力系统除了丰田Pruis这种形式，还有一种采用薄形电机的混合动力系统，电机厚度只有80毫米左右。由于电机体积小，因此容易在现行底盘上实现混合动力发动机总成与传统发动机总成的互换10。当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40，在市区还会跌至25，更为严重的是污染环境。而混合动力汽车则针对不同的道路环境实施不同的供能方案，能大大降低排放污染程度。例如在城市运行时，当交通堵塞或遇到红灯时发动机会关闭，当车队移动时或信号灯转为绿灯时驾驶者只要轻踩加速踏板，电动机就能驱动汽车前进。在市区内当汽车发动机无效率空转或车辆移动缓慢时，使用电动机作动力源不但对环境有利，而且还减少了噪音。因此，越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车，就越能够显示出它的节能、环保、适应能力广的优越性。不过当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80%以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非然料电池的技术有重大突破）。 现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置HEV的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种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11。4混合动力技术在中国的发展趋势分析4.1中国混合动力技术的发展前景 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，在北京、上海、重庆、杭州、广州、深圳等13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，以财政政策鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车，对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助12。目前混合动力车型是新能源汽车的主流。近年来混合动力车型得到了越来越多消费者的认可。在这股产业化高潮中，国内汽车企业也正在向国际接轨。从最初合资企业一汽丰田引进普锐斯混合动力轿车到如今包括一汽、上汽、东风、长安、奇瑞、比亚迪的群雄逐鹿，混合动力汽车在我国已进入科研转向产业化的关键时期。到2012年前后，我国混合动力汽车市场将进入快速发展阶段。经过多年研发，我国已基本掌握了混合动力汽车关键零部件和动力系统平台技术，拥有了相关技术标准和测试能力，开发出一批混合动力汽车产品，实现了小批量的整车生产能力，混合动力公交车已在多个城市开展了小规模示范应用。在国家相关扶持政策的积极推动下，我国混合动力汽车业将进一步突破产业化瓶颈、降低制造成本、加速产业链的培育和延伸。4.2中国混合动力车发展存在的优势与不足1.混合动力汽车发展的优势（1）燃料电子汽车整车集成技术发展迅速，新一代样车的开发基本完成。在燃料电池发动机方面，由单纯的电堆研究转向系统集成和产业技术研究，将供给方式“氢一氧”发展到“氢一空”方式，成功研究出输出功率3050kw的燃料电池发动机样品机。目前，参与研究的4个燃料电池研究所和高科技企业已完成了它们的第一代样机。与此同时，建立了燃料电池实验室和燃料发动机实验室。我国的高功率型动力蓄电池发展也很迅速，与国外相比有很大价格优势。（2）电机和驱动系统研究取得了进展。我国政府重点鼓励稀土永磁电机的开发，综合利用基础材料领域具有的资源优势，可以降低将来产业化时车辆的造价，具有很强的经济性。（3）在电动汽车四轮驱动方面取得了进展。上海燃料电池汽车动力系统公司同济大学新能源汽车工程中心于2002年5月试制成功了一辆四轮驱动微型汽车功能模型车。该车型将电机驱动、制动、测速和悬架集成于4个相同的独立模块，采用国产燃料电池发动机、轮毂电机和锂离子电池，并自行开发了整车控制策略及其相应的软、硬件，实现了转速闭环控制和电子差速，形成以锂离子电池、燃料电池为动力的电电混合驱动形式。在此基础上，该公司还将自行开发集驱动、制动、测速、转向为一体的电动轮驱动模块，独立悬架和整车中央控制块，并形成不同成本价格。可配置成电池驱动、电池发动机和电池燃料电池混合驱动的微型电动汽车。（4）在燃料电池质子膜、氢的储存制备和氢能基础设施建设研究等方面也有一定突破，整车开发产业化方案初见端倪。根据预测，2010年上海举办世博会时燃料电池汽车将以商品化方式进入市场。（5）电动机及其控制技术取得了进展。电动机及其控制技术是电动汽车系统的核心技术。现代电动汽车和电控与20世纪40年代开发的电瓶车技术有着本质的不同，一般采用新型的高效可靠的传动电机，我国生产的适合车用动力的永磁电机质量很高，已形成出口能力。因此，这部分技术已相对成熟，有实用价值。2.混合动力技术发展的不足（1）在新的电子控制系统技术的使用上与国外有较大差距。国外电动车续驶程长，样机一次充电可行驶200多km，而我国只能持续100多km，在车速上也比不上国外车的速度。（2）在电动汽车关键技术蓄电池方面，国外已成功地开发出铝空气电池、锌气电池、镍氢电池等高能电池，而我国的高能电池正在研制中，目前可用的只有铅酸电池，且电池质量不过关。（3）我国虽制定了部分电动汽车标准，但是与国外完善的电动汽车标准相比，仍存在不足。（4）电动汽车的价格和使用成本比传统汽车高。在美国、日本等国家，政府通过制定减免税收，分时段计算电费等优惠政策鼓励消费者购买或使用电动汽车，从而迅速地形成了一定的电动汽车市场。目前我国已经开始出现商品化的电动汽车产品，但是，其价格是同档次传统汽车的两倍以上，很难形成市场。（5）我国电动汽车企业在知识产权方面基本上不具备控制能力。由于缺乏自主知识产权，实际上合资企业的控股权已经为跨国公司控制，国内的市场也基本上被外国的品牌所垄断。中国的汽车产业出现了严重的“两权”局面，将不可避免地使电动汽车产业发展的主动权受到影响，给我国电动汽车产业发展埋下严重的隐患10。43 我国电动汽车发展对策探讨1.制定电动汽车的发展目标政府的首要工作是与国民经济和社会发展计划相协调，拟定我国中长期的电动汽车产业发展规划和目标，为引导投资提供信息，并根据实际情况和环境变化进行调整。例如拟定在“十五”期间乃至更长一段时间内，我国电动汽车的规划和发展目标、组织目标，竞争优势产品的发展重点等。2.建立电动汽车技术创新平台目前我国的电动汽车项目尚处于开发研制阶段，没有形成生产规模，面对新一轮汽车产业的结构调整及技术升级，技术力量分散，难形成合力，无法实现新一代汽车的突破性创新。因此，要实现跨越式发展，只有建立汽车技术创新平台、集成现有的汽车科技资源，以实现联合攻关，并形成良好的运作机制与相关科技创新平台的互动，这样才能实现我国电动汽车产业的持续发展。发达国家在电动汽车研究上已经取得了突破性的进展，正处于大规模产业化的边缘，将引起一场规模庞大的汽车技术革命，这对我国电动汽车企业造成极大的威胁。我国汽车企业的规模及市场规模还不足以支撑新一代电动汽车产品开发所需的技术基础和成本支出13。应在技术创新平台上促“点”“线”的集成，以寻求“面”的突破。因此，只有在政府的组织和重点支持下建立汽车技术创新平台，聚集科技人才和科技成果，才能实现新一代电子汽车关键技术和重点的突破。3.建立企业信用担保体系企业进行技术引进和创新遇到的障碍之一就是资金不足，融资渠道不畅。因此要促进和激发企业的技术创新活动，政府应采取必要的措施，进一步拓宽融资渠道，完善各种融资手段，解决企业资金困难，为企业的发展和技术创新活动提供资金保障。要加快完善贷款信用保证体系，针对企业贷款难、融资难采取积极措施，加快建立和完善以企业为主要对象的信用担保体系12。国有商业银行应简化审贷手续、完善授信制、扩大信贷比例、提高工作效率，加大对企业的贷款支持力度，对科技开发和技术进步提供优惠，包括降低企业的贷款利率，对技术创新提供专项贷款、贴息贷款等。同时，还要支持企业信用担保机构的建立，完善担保的风险分担及补偿机制，加强对担保机构的监督管理。4.创建独立自主的知识产权电动汽车技术及产业的广泛关联性决定了电动汽车的开发是一个跨行业、跨部门、跨地区的产学研大联合、技术大突破和产业大创新的系统工程。在世界电动汽车发展的关键时期，必须通过政府组织，充分发挥企业的主动作用，通过产、学、研大联合，实施政府组织的国家汽车创新工程，实现新一代汽车和技术的新突破。取得电动汽车产业发展的主动权，才可能使我国电动汽车产业拥有自己的知识产权。5结论与展望5.1结论本文分析了国内外混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结构形式与工作原理，指出了混合动汽车目前需要解决的主要问题和采用的应对对策，并对其发展前景进行了预测。混合动力汽车利用蓄电池可提供电力驱动，又装有一个小型内燃机的来实现汽车的工作。内燃机用来辅助加载或加速，或者用来对电池进行充电。混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本, 这也是今后有待解决的最大课题, 国内外汽车制造者普遍认为混合动力汽车是目前最具开发和推广前景的工具之一。混合动力电动汽车将原动机、电动机、能量储存装置（蓄电池）组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可以充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车，所以开展混合动力电动汽车的研究具有很重要的意义，并且混合动力汽车的发展前景光明。5.2展望混合动力技术对汽车的应用的发展越来越受国家、社会的重视，为获得更高的燃烧效率和更好的燃油经济性，混合动力汽车的发动机可以采用更先进技术的发动机，如燃气轮机或斯特林发动机。另外，由于混合动力汽车具有电动汽车的优点，当它行驶在城市中心区时，可完全成为零排放汽车，以减缓对城市的污染。混合动力汽车的缺点是，还不能完全消除空气污染，成为零排放汽车。因此，越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车，就越能够显示出它的节能、环保、适应能力广的优越性。使用混合动力汽车不但对环境有利，而且还减少了噪音。从目前的发展来看，以计算机技术和自动控制技术，各种智能控制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统（Expert System）、神经网络控制系统（Neural Networks）等在混合动力汽车上的逐渐应用，将进一步促进混合动力汽车的发展。与传统型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力/热力系统中最大的优势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，HEV的电压和功率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于电动汽车。当前HEV所面临的主要技术问题还很多。尽管从长远来看只是一种过渡车型，但HEV在近20-30年内会很有发展前景，这一点是毫无疑问的。汽车行业专家预言，不久的将来，新生产的汽车中HEV将占40%以上。我国的汽车工业应顺应科技发展趋势，抓住HEV这块市场，在国外产品涌入之前，集中科研力量攻关，迅速开发出自己的产品14。致谢本文在姚海林老师的悉心指导下完成的，她严谨治学态度令我深感钦佩，对我学习上的帮助使我终身难忘，在论文完成之际表示衷心的感谢和诚挚的敬意。在毕业设计期间，老师渊博的理论知识和敏捷的思维，严谨求实、刻意创新的治学精神，工作踏实、对事业无私奉献的作风，使我受益匪浅。在此向姚老师表示衷心的感谢，并致崇高的敬意！感谢黄冈职业技术学院交通学院汽车技术教研室的老师们提供此课题，为我提供了良好的学习研究环境！他们诲人不倦的敬业，深深的感染了我。从他们身上我学会了该如何去做科学研究，并体会到了科学研究的真正意义和价值。他们不但是传授科学知识的指导老师，同时也是传授人生观、价值观的良师益友。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！同时也感谢学院为我们提供良好的做毕业设计的环境。 最后衷心地感谢所有在百忙之中抽出时间参与答辩的所有领导与专家们！参考文献1 高延龄汽车运用工程M北京：人民交通出版社，19972 余志生汽车理论M北京：机械工业出版社，19963 黄靖现代汽车新配置实务M北京：人民交通出版社，20054 韩宗现代汽车概论M沈阳：东北大学出版社，20025 陈焕江汽车运用工程基础M北京：机械工业出版社，20086 陈清泉电动车的现状和趋势M西安：西安大学出版社，2003.7 王军，中金升国内外混合动力电动汽车开发状态及发展趋势D北京理工大学学报，20008 任勇，秦大同，杨亚联，杨洋混合动力电动汽车的研发实践D重庆大学学报，20049 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