混合动力发展简介

1、混合动力汽车发展简介,xxxx 2011-6-11,主要内容：,1、混合动力汽车原理及分类 2、混合动力汽车的性能特点 3、现状及国内外发展趋势,1、混合动力汽车原理及分类,混合动力汽车原理及分类,混合动力汽车定义:,多于一种能量转换器来提供驱动动力的混合型汽车 -国际电工委员会电动汽车技术委员会,又称复合动力汽车（Hybrid Power Automobile），指车上装有两个以上动力源：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。 -百度,Hybrid Electric Vehicle 简称为HEV：是在一辆汽车上同时配备电

2、力驱动系统和辅助动力单元(APU)的汽车，其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组。 -多数论文,混合动力汽车原理及分类,混合动力汽车地位:,随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油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。,新能源汽车时代的过渡客,混合动力汽车原理及分类,最常用分类方法：,1、根据动力源数量及动力传递方分类：,2、按照混合度分类：,串联型(SHEV),并联型(PHEV),混联型(SP-HEV),弱混合(Micro HEV),中度混合(Micro HEV),完全混

3、合(Micro HEV),混合动力汽车原理及分类,（1）串联式混合动力系统(SHEV) 结构特点： 发动机机械能转换为电能。用发动机直接带动发电机发电，电能直接输送到电池或电动机，电动机驱动汽车，电池作为发动机输出和电动机需求的调节装置。发动机的运行独立于车速和道路情况，适用于市内常见的频繁起步、加速和低速运行工况。,混合动力汽车原理及分类,（1）串联式混合动力系统(SHEV) 应用：主要用城市大客车 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。 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

4、了废气排放 。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。,混合动力汽车原理及分类,（1）串联式混合动力系统(SHEV) 应用实例：福特“新能级2010” 其电池采用燃料电池，在城市市区行驶时全部由燃料电池驱动电动机，电动机通过减速器（变速器）和驱动桥驱动车轮，达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时，则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机供电，驱动车轮。,混合动力汽车原理及分类,（2）并联式混合动力系统(PHEV) 结构特点： 发动机与电动机并联，可以同时，也可分别给车轮提供驱动力。电动机还可以用作发电机，以平衡发动机所受的载荷，使其能在最佳工况点附近运行。由于发动机的机械能可直接输出到汽车

5、驱动桥，中间没有能量的转换，所以系统效率较高，燃油消耗也较少。但由于发动机与车辆驱动轮之间有直接的机械连接，发动机不是都在最佳工况点附近运行，其会受到汽车具体行驶工况的影响。,混合动力汽车原理及分类,（2）并联式混合动力系统(PHEV) 应用：广泛应用 发动机和电动机共同驱动汽车，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。 当只有发动机提供动力时，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，但是又多了一套动力系统，所以得到比较广泛的应用。,混合动力汽车原理及分类,（2）并联式混合动力系统(PHEV) 应用实例：大众“

6、高尔夫” 在车辆自静止起步时，高尔夫 TDI Hybrid单独以电动马达作为驱动来源；而在高速巡航时，TDI柴油引擎则为主要的动力来源。唯有在进行超车或急加速等操驾时，TDI柴油引擎和电动马达同时启动，提供最充沛的动力输出。而车辆等红灯或静止时，TDI引擎更会完全熄火，以达到省油节能的功效。,混合动力汽车原理及分类,（2）并联式混合动力系统(PHEV) 应用实例：大众“高尔夫” CO2排放量可达到89g/km的优异水平，而每升29公里(折合百公里油耗3.5L)的平均油耗成绩也相当杰出。高尔夫 TDI Hybrid采用柴油引擎、电动马达的混合动力，搭载高效能三缸、1.2升共轨式柴油引擎，输出75

7、匹最大马力和18.2公斤米最大扭力。而一具27匹马力、14.2公斤米扭力的电动马达则与TDI引擎串联，除了提供额外动力外，此具电动马达也取代传统的起动马达和发电机功能，以达到精简体积、重量的功效。,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力系统(SP-HEV) 结构特点： 包含了串联式和并联式的特点。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。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力

8、系统(SP-HEV) 应用：发展趋势 在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主；在减速或制动时，系统通过电动机发电将能量回收到电池（蓄电池）中。混联式混合动力系统(SP-HEV)，充分发挥了串联式和并联式的优点，能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证了在更复杂的工况下仍能使系统在最优状态下工作，所以更容易达到控制排放和油耗的目的。,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力系统(SP-HEV) 应用实例：丰田 Prius 总成包括两个动力源，发动机与电动机，属于以电机为主动力源的混联式混合动力总成汽车。 丰田Pr

9、uis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。,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力系统(SP-HEV) 应用实例：丰田 Prius 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,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力系统(SP-HEV) 应用实例：丰田 Prius 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

10、生的电力驱动电动机运转，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。,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力系统(SP-HEV) 应用实例：丰田 Prius 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,混合动力汽车原理及分类,（3）混联式混合动力系统(SP-HEV) 应用实例：丰田 Prius 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（上图）。 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（下图）。,混合动力汽车原理及分类,三种类型的比较,混合动力汽车原理

11、及分类,弱混合技术中, 电功率足以在内燃机停机后实现启动, 但是只能在很小的程度上回收制动能。弱混合技术附加成本相对比较低, 未来有比较好的实用性。,弱混合简介：,混合动力汽车原理及分类,如果要很好地实现制动能回收, 则电功率必须在 10 15kW的范围内, 也就是通常意义上的中度混合。这个功率范围可以满足大部分的减速要求, 回收大部分的制动能, 进一步提高功率可以回收更多的制动能, 但是这类情况发生的概率比较小, 提高功率经济性不好, 效果不明显。中度混合还是达不到电力驱动, 只能对内燃机提供一定的支持。 但是从节能角度来看, 中度混合可以达到起停功能节油 5%, 制动能量回收 10%。,中

12、度混合简介：,混合动力汽车原理及分类,在中度混合的基础上，如果在低功率运行模式下关闭内燃机, 并对车辆实现电力驱动, 则可以继续降低油耗 4%, 这就是完全混合。因此电功率等级要比中度混合高, 需要达到 30 50kW, 附加成本也随之上升。 由于电功率比较大, 所以相应需要的内燃机的功率就比较小, 内燃机的尺寸可以选取比较紧凑型的。完全混合技术是为了实现整车功率的提升。,完全混合简介：,混合动力汽车原理及分类,国内混合车型分类表,2、混合动力汽车的性能特点,混合动力汽车的性能特点,1、采用混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

13、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。,混合动力汽车的优点：,混合动力汽车的性能特点,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。,混合动力汽车的优点：,混合动力汽车的性能特点,3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现零排放。,混合动力汽车的优点：,混合动力汽车的性能特点,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。,混合动力汽车的优点：,混合动力汽车的性能特点,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

14、命，降低成本。,混合动力汽车的优点：,混合动力汽车的性能特点,有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。,混合动力汽车的缺点：,过渡产品,混合动力汽车的性能特点,1、混合动力汽车发动机频繁起动和关闭，使驱动系统和附件的电能管理变得复杂，因此需要先进的检测和控制系统；现有的以内燃机为主的混合动力单元在将燃油转化为有用功的同时，需要提高转化效率，同时还要满足严格的排放标准。,解决的关键性技术问题：,混合动力汽车的性能特点,2、能量存储装置(电池)要具有较高的比功率，以满足汽车加速和爬坡时对大功率的需要；同时，能量存储装置必须采用热能控制管理，要有较高的比能量、较长的使

15、用寿命和低廉的制造成本。,解决的关键性技术问题：,混合动力汽车的性能特点,3、减小电气电子器件的尺寸，减轻质量和降低制造成本。 4、需要建立更先进的驱动系统数学模型(包括静态的和动态的)，这是计算机仿真和分析的基础。,解决的关键性技术问题：,3、现状及国内外发展趋势,混合动力汽车的现状及国内外发展趋势,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

16、车PRIUS。到2012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。,国外情况：,日本,混合动力汽车的现状及国内外发展趋势,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。美国能源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。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

17、。2004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。,国外情况：,美国,混合动力汽车的现状及国内外发展趋势,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。新能源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。 在“十二五”规划中，新能源汽车产业被描述成“国民经济的先导产业”；同时，市场期待已久的节能与新能源汽车产业发展规划(2011

18、2020年)也将于近期正式对外发布。在政府鼓励新能源汽车发展相关政策的推动下，我国新能源汽车产业正步入发展的快车道。,国内情况：,中国,混合动力汽车的现状及国内外发展趋势,一汽研发的红旗HQ3于已2006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研究中心，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

19、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。,国内情况：,中国,混合动力汽车的现状及国内外发展趋势,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（除非燃料电池技术有重大突破）。,未来发展趋势：,混合动力汽车的现状及国内外发展趋势,根据目前新能源汽车的发展状况，新能源汽车主要有以下发展趋势： （1）由于受续驶里程的影响，纯蓄电池驱动的汽车向超微型发展。 （2）驱动电机呈多样化发展。 （3）混合动力汽车将率先投放市场。 （4）燃料电池汽车成为竞争的焦点。 到2040年，各类汽车占有率预测如图所示,可以看出，到2040年，传统的燃油汽车将不再存在，同时混合动力汽车将会占有不小的份额。,未来发展趋势：,混合动力汽车的现状及