混合动力汽车的传动系统发展趋势ppt

1、LOGOLOGO电动汽车电动汽车课程报告课程报告行车记录仪 http:/ 3电动汽车混合动力传动系统发展趋势2 1.混合动力电动汽车混合动力电动汽车混合动力电动汽车的概念12混合动力电动汽车的分类电动汽车混合动力传动系统发展趋势33混合动力传动系统的地位 1.1 混合动力汽车的基本概念混合动力汽车的基本概念 v 什么是混合动力电动汽车什么是混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle(Hybrid Electric Vehicle简称简称HEV)HEV)？优点：排放小，节能，可以再生制动优点：排放小，节能，可以再生制动;电动汽车到到2020年单是中国汽车的保有量将达到年单是

2、中国汽车的保有量将达到2亿；亿；面对碳排量和环境保护的压力，混合动力电动汽车有很好面对碳排量和环境保护的压力，混合动力电动汽车有很好的发展前景。的发展前景。混合动力传动系统发展趋势4同时拥有电动机和内燃机两个动力源的汽车同时拥有电动机和内燃机两个动力源的汽车。1.2混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车并联串联混联复合按照传动系统结构按照传动系统结构电动汽车混合动力传动系统发展趋势5按照混合程度分按照混合程度分混合动力电动汽车混合动力电动汽车微混合微混合轻度混合轻度混合中度混合中度混合完全混合完全混合电动汽车可以纯电动可以纯电动模式运行。模式运行。Prius发动机起停控制

3、发动机起停控制在微混合基础上添加能量在微混合基础上添加能量回收功能回收功能荣威750、奔驰S400Lhybrid发动机和电动机协发动机和电动机协作，一定程度可以作，一定程度可以实现纯电动运行实现纯电动运行本田IMA混合动力传动系统发展趋势61.2混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车的分类1.3传动系统在机车中的地位传动系统在机车中的地位动力源（发动机和电动机）转矩转矩和转和转速速传动系统车轮动力源（发动机）转矩和转矩和速度速度传动系统车轮传统汽车传统汽车混合动力混合动力再生再生制动制动再生再生制动制动电动汽车现在：整个动力系的核心，实现高效驱动、现在：整个动力系的核心，实现高效驱动、最优控制

4、最优控制和和良好驾驶性能的关键。良好驾驶性能的关键。传统：转速传统：转速和转矩匹配和转矩匹配混合动力传动系统发展趋势7对混合动力传动系统的理解对混合动力传动系统的理解控制系统控制系统硬件系统硬件系统先进的先进的机电技机电技术作为术作为物理机物理机构支撑。构支撑。整个系统的整个系统的“大大脑脑”，运用优良，运用优良算法，实现预期算法，实现预期传动要求。传动要求。总控制器指令总控制器指令传动系统传动系统输出转速和转矩输出转速和转矩到车轮。到车轮。电动汽车混合动力传动系统发展趋势8二二 混合动力汽车传动系统的发展混合动力汽车传动系统的发展混合混合动动力力传动传动系系统统的的发发展主要展主要在在2 2

5、个个方面方面: : 1 1. .物理结构物理结构的发展；的发展； 2.2.控制系统控制系统的发展；的发展；电动汽车混合动力传动系统发展趋势9电机技术电机技术1 物理结构的发展物理结构的发展1动力耦合、变速环节动力耦合、变速环节2电力电子电力电子 3电动汽车混合动力传动系统发展趋势10 电动机具有调速方便，响应快，低速大转矩等电动机具有调速方便，响应快，低速大转矩等特点。用以改善发动机的低速和高速转矩特性。特点。用以改善发动机的低速和高速转矩特性。 增大电传动功率来代替种类繁多的机械和液压增大电传动功率来代替种类繁多的机械和液压系统是汽车产业的一个发展趋势。系统是汽车产业的一个发展趋势。2.1.

6、1 电机技术电机技术电动汽车混合动力传动系统发展趋势11电机是混合动力传动系统的标志。电机是混合动力传动系统的标志。2.1.1 电机技术电机技术v混合动力电动汽车用的电机主要有：混合动力电动汽车用的电机主要有：v感应电机：高可靠性和低成本、低维护成本成为混感应电机：高可靠性和低成本、低维护成本成为混合动力的最有潜力的电力驱动选择，低功率因数，合动力的最有潜力的电力驱动选择，低功率因数，低效率等缺点需要改善。低效率等缺点需要改善。v永磁电机：永磁刷直流电机在高能量密度和高功率永磁电机：永磁刷直流电机在高能量密度和高功率密度，与感应电动机相比有很大优势。近些年能量密度，与感应电动机相比有很大优势。

7、近些年能量密度和功率密度随着新永磁材料的出现还在提高。密度和功率密度随着新永磁材料的出现还在提高。v轮毂电机：传动路线大大缩短，实现无齿轮传动，轮毂电机：传动路线大大缩短，实现无齿轮传动，在效率和扭矩比传统电机方面有很大优势。在效率和扭矩比传统电机方面有很大优势。Honda Insight用用的永磁同步电机的永磁同步电机电动汽车想要轮毂电机应用于混合动力传动系想要轮毂电机应用于混合动力传动系统必须采用串联混合传动系统，串联统必须采用串联混合传动系统，串联系统低效率不可回避，所以轮毂电机系统低效率不可回避，所以轮毂电机不太适合混合动力传动系统。不太适合混合动力传动系统。混合动力传动系统发展趋势1

8、2集成启动集成启动/发电机发电机ISG电机技术的发展使电机技术的发展使ISG成为可能。成为可能。对于中度混合动力传动系统而言，集成启动对于中度混合动力传动系统而言，集成启动/发电机发电机具有以下优点：具有以下优点：1 结构紧凑，传统汽车用到发电机和启动电机，两个电机，结构紧凑，传统汽车用到发电机和启动电机，两个电机，占用空间大，重量增加多。占用空间大，重量增加多。2 ISG可以完成传统汽车中两个部件功能同时，辅助提供峰可以完成传统汽车中两个部件功能同时，辅助提供峰值功率，改善机车动力性能。值功率，改善机车动力性能。3 针对一个电机的控制，简单可靠。针对一个电机的控制，简单可靠。电动汽车混合动力

9、传动系统发展趋势13CVT和动力耦合发展趋势和动力耦合发展趋势电动汽车 近年混合动力系统中近年混合动力系统中CVT兼任动力耦合的功能，及兼任动力耦合的功能，及两者的功能一体化，结构简单，控制更加方便。两者的功能一体化，结构简单，控制更加方便。混合动力传动系统发展趋势14 电机的加入使无级变速电机的加入使无级变速(CVT)成为混合动力传动成为混合动力传动变速方式首选，主要有变速方式首选，主要有电子无级变速电子无级变速和和金属带式无级金属带式无级变速变速。 CVT缺点是成本略高。缺点是成本略高。 CVT可以实现连续光滑的速度变化，实现动力与工可以实现连续光滑的速度变化，实现动力与工况的最佳匹配；可

10、以使发动机一直工作与高效区，提高况的最佳匹配；可以使发动机一直工作与高效区，提高HEV的整车效率。的整车效率。电子无极变速电子无极变速E-CVT以1997年，丰田Prius中电子无级变速为起点，电子无级变速成为混合动力的主要变速方案。优点：1、无离合器，传动效率高。2、无级变速，发动机可以一直工作于高效区。3、怠速停止发动机，电机驱动机车，提高效率，减少排放。4、下坡或减速时完全再生制动。电动汽车混合动力传动系统发展趋势15Toyota Prius, Camry Hybrid, Highlander Hybrid- Ford Escape Hybrid, Fusion Hybrid- Niss

11、an Altima Hybrid- Lexus Hybrids.通过行星轮系实现发动机和电机之间机械耦合和无级变速缺点：需要润滑、传动能量损失、噪声。无级变速完全靠一个电动机实现，对电动机性能要求很高。近年来，研究转向无齿轮无级变速。电动汽车混合动力传动系统发展趋势16双转子电机实现无级变速和耦合功率的两个路径：由发动机直接传递至输出轴；电能通过滑环流入电机绕组，驱动输出轴。完全实现电磁耦合，不需要润滑；非常有吸引力的变速和动力耦合方案。当需要的转速变化时，当需要的转速变化时，通过控制电机部分通过控制电机部分的的输出功率输出功率可以保持发可以保持发动机的转速不变动机的转速不变，实，实现无极变速

12、现无极变速。电动汽车混合动力传动系统发展趋势17式子中d为输出轴转速无刷电子无极变速无刷电子无极变速混合动力传动系统发展趋势电动汽车18与前一种与前一种e-CVT相比，去掉相比，去掉了电刷；通过电磁场完成能了电刷；通过电磁场完成能量的传递，结构更加简单，量的传递，结构更加简单，易于维护。易于维护。金属带式无极变速金属带式无极变速v 原理：主、被动工作轮的固原理：主、被动工作轮的固定和可动两部分形成定和可动两部分形成V形槽，形槽，与金属传送带啮合。当主、与金属传送带啮合。当主、被动工作轮可动部分作轴向被动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传送带的回移动时，改变了传送带的回转半径，从而改变传动比，

13、转半径，从而改变传动比，实现无级变速传动实现无级变速传动。缺点：缺点：1变变速范围小，速范围小，需要另外增需要另外增加变速齿轮。加变速齿轮。2 受金属带受金属带的强度限制，的强度限制，应用有限。应用有限。电动汽车混合动力传动系统发展趋势192.1.3 电力电子应用电力电子应用电力电子学在混合动力传动电力电子学在混合动力传动系统中的应用极大改善了混系统中的应用极大改善了混合动力汽车各方面的性能。合动力汽车各方面的性能。未来电子电力动力系是混合未来电子电力动力系是混合动力电动汽车中最昂贵的子动力电动汽车中最昂贵的子系统系统电动汽车在混合动力传动中的应用电动机的驱动控制再生制动能量回收CD-CD变换

14、混合动力传动系统发展趋势202.1.3电力电子的应用电力电子的应用丰田新一代混合动力系统丰田新一代混合动力系统THS中电力电子技术的应用中电力电子技术的应用 高压电源、各种逆变器和高压电源、各种逆变器和14V蓄电池用辅助蓄电池用辅助DC-DC变换器组成功变换器组成功率控制器。集成了率控制器。集成了DSP控制器、驱控制器、驱动和电路保护、直流稳压电容、冷却动和电路保护、直流稳压电容、冷却回路和汽车通信的回路和汽车通信的CAN总线接口等。总线接口等。电动汽车混合动力传动系统发展趋势212.1.3 电力电子的应用电力电子的应用 电动机电动机/发电机用逆变单元：发电机用逆变单元：目前电动汽车多用目前电

15、动汽车多用PWM控控制型逆变器。这种逆变器线路简单、效率高。制型逆变器。这种逆变器线路简单、效率高。 PWM逆变器的发展趋势：逆变器的发展趋势： 一一 采用采用IGBT器件，工作频率高，减少启动时的电流冲击。器件，工作频率高，减少启动时的电流冲击。 二二 电机额定功率提高，扩大调速范围，提高功率比。电机额定功率提高，扩大调速范围，提高功率比。 三三 采用采用DSP为核心的计算机控制系统，可使电机快速恒转为核心的计算机控制系统，可使电机快速恒转矩启动及弱磁矩启动及弱磁高速高速运行；该系统稳定，电流冲击小，控制运行；该系统稳定，电流冲击小，控制效率高。效率高。 电动汽车混合动力传动系统发展趋势22

16、2.1.3 电力电子学的应用电力电子学的应用电动汽车电力电子装置密封问题，使其耐受高温，并能防止各种汽车电力电子装置密封问题，使其耐受高温，并能防止各种汽车液体的侵入。液体的侵入。电磁兼容电磁兼容/电磁干扰（电磁干扰（EMC/EMI）问题，混合动力汽车空间）问题，混合动力汽车空间狭小，有很多芯片和弱狭小，有很多芯片和弱电电电路，电路，需要需要解决解决EMC/EMI问题。问题。“高开关频率高开关频率”和和“高采样率高采样率”普遍应用于混合动力电动汽普遍应用于混合动力电动汽车的电力电子装置中，车的电力电子装置中，这这需要高精度的编码器和解算器，需要高精度的编码器和解算器，当当电机中出现电机中出现宽

17、宽温度梯度和饱和状态时，温度梯度和饱和状态时，实现鲁棒控制实现鲁棒控制。HEV对电力电子技术的要求对电力电子技术的要求：混合动力传动系统发展趋势23电力电子的最新发展电力电子的最新发展电动汽车2012年年2月英飞凌公司推出了一种新型封装技术，月英飞凌公司推出了一种新型封装技术，使车用电力电子器件的电流承受能力和效率提高。使车用电力电子器件的电流承受能力和效率提高。首批推出的采用首批推出的采用H-PSOF封装技术的产品是封装技术的产品是40VOptiMOS T2功率晶体管，它们的漏极电流高功率晶体管，它们的漏极电流高达达300A，导通电阻（，导通电阻（RDS(on)）低至）低至0.76毫欧。毫欧

18、。混合动力传动系统发展趋势24为汽车设计人员在提高效率降低排放方面提供为汽车设计人员在提高效率降低排放方面提供了更大的余地。了更大的余地。电动汽车富士电机富士电机2012年年6月提出了月提出了HEV/EV用的用的IGBT模块端子的超声波焊接技术。模块端子的超声波焊接技术。该技术具备高熔点和高强度，而且不存在线性膨该技术具备高熔点和高强度，而且不存在线性膨胀系数差，可获得较高的可靠性胀系数差，可获得较高的可靠性混合动力传动系统发展趋势252.2 控制系统的研究控制系统的研究控制系统是整个转动系统的灵魂，能否高效完项各控制系统是整个转动系统的灵魂，能否高效完项各项指标控制系统的好坏至关重要。项指标

19、控制系统的好坏至关重要。 控制系统控制协调各个部件完成以下性能指标：控制系统控制协调各个部件完成以下性能指标：1. 燃油经济性燃油经济性2. 最优驱动力最优驱动力3. 最小排放最小排放4. 连续稳定的功率输出连续稳定的功率输出5. 再生制动的实现再生制动的实现电动汽车1控制系统的仿真和控制策略2最新混合动力车辆的控制系统。混合动力传动系统发展趋势26这些指标不能兼得，这些指标不能兼得，控制系统根据驾驶控制系统根据驾驶员的要求而取舍员的要求而取舍仿真流程仿真流程输入工况输入工况控制策略控制策略发动机和电动机所发动机和电动机所需的转速和扭矩需的转速和扭矩发动机和电动机的发动机和电动机的实际转速和扭

20、矩实际转速和扭矩实际车速实际车速反反馈馈所需车速所需车速电动汽车混合动力传动系统发展趋势27控制策略控制策略混合动力传动系统发展趋势电动汽车28 鲁棒性强，操作简单，易于实现逻辑门限控制策略逻辑门限控制策略 搜索效率高，算法简单，易于实现；但是容易受随机震荡影响。容易陷于极小值。粒子群算法（粒子群算法（PSO） 很强的全局寻优能力遗传算法遗传算法（GA） 学习能力强神经网络神经网络 随机组合优化模拟退火模拟退火应用于混合动力传动系统的控制策略（算法）有很多种。应用于混合动力传动系统的控制策略（算法）有很多种。主要有：主要有：通常应用中是将多个策略组合应用，取优补短，达到好通常应用中是将多个策略

21、组合应用，取优补短，达到好的控制效果。的控制效果。基于逻辑门限控制策略介绍基于逻辑门限控制策略介绍混合动力传动系统发展趋势电动汽车29控制规则控制规则本田超级四轮驱动控制系统本田超级四轮驱动控制系统SPORT hybrid sh-awd电动汽车 SPORT hybrid sh-awd控制系统是由一台控制系统是由一台3.5升自然进升自然进气气V6发动机与发动机与3台大功率电机组成；厂家称，这套系统在动力台大功率电机组成；厂家称，这套系统在动力方面可以媲美一台采用传统动力技术的方面可以媲美一台采用传统动力技术的V8发动机，而在油耗发动机，而在油耗方面则几乎与一台自然进气四缸发动机相同。方面则几乎与

22、一台自然进气四缸发动机相同。混合动力传动系统发展趋势30 车辆在转弯时，为了让车辆的转向更为顺畅，内侧车辆在转弯时，为了让车辆的转向更为顺畅，内侧后轮的动力输出会被限制，而由此节省下来的能量就会后轮的动力输出会被限制，而由此节省下来的能量就会被驱动外侧后轮的电机所使用，以提高外侧后轮的扭矩被驱动外侧后轮的电机所使用，以提高外侧后轮的扭矩输出。输出。奥迪奥迪A7iHEV智能混合动力系统智能混合动力系统电动汽车 滑行混合动力滑行混合动力(Coasting Hybrid)的运行模式，控制系的运行模式，控制系统集合油门、制动、坡度、速度、导航信息进行综合判断，统集合油门、制动、坡度、速度、导航信息进行综合判断，再借助大功率电动机频繁关闭和起动车头的发动机，大幅再借助大功率电动机频繁关闭和起动车头的发动机，大幅提升动力系统的工作效率提升动力系统的工作效率混合动力传动系统发展趋势31无人驾驶技术对混合动力传动系统影响无人驾驶技术对混合动力传动系统影响混合动力传动系统发展趋势电动汽车32 各种控制中，如果可以有实时的路况信息提供，则控各种控制中，如果可以有实时的路况信息提供，则控制系统可以更高效的实现机车的控制；制系统可以更高效的实现机车的控制；Google的全球导的全球导航可以提供这样的服务；并且由航可以提供这样的服务；并且由Googl