混合动力汽车的发展及现状

1、天津职业技术师范大学毕业设计开题报告 题 目 混合动力汽车的现状及发展 学生姓名 朱雷明 学号 所在院(系) 汽车与交通学院 专业班级 汽修0911班 指导教师 王银山 2013.12.03题 目混合动力汽车的现状及发展一、研究课题的目的及意义 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其动力潜能的40%,在市区还会跌至25%,更严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来,随着全球汽车工业的发展,汽车的产量、销售量和保有量在逐年增加,因此对石油资源的需求,对生态环境的影响也越来越大。世界各国对改善环保的呼声日益高涨,各国制定了一系列十

2、分严格的排放法规,要求生产厂家设法减少汽车排放,开发无污染和超低污染汽车,各种各样的电动汽车也脱颖而出。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。专家估计在未来一段时间内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车。为此想出了一个两全其美的办法,开发了一种混合动力汽车装置HEV(Hybrid-electricVehicle)。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。这样既利用了发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以发挥电

3、动机无污染、低噪声的好处。二、研究主要内容 随着汽车保有量的不断加大，汽车尾气污染已经成为城市空气污染的最主要来源，哥本哈根气候大会明确指出要求降低汽车尾气排放。目前国外汽车巨头纷纷投入巨资，研究“低碳排放”“节能减排”的核心技术，各国规定的排放标准也在一步步提高。环保、节能、新能源将关乎一个汽车品牌的未来和命运。如果不对这些进行开发研究，必将会穷途末路，被淘汰。然而新能源的道路漫长且坎坷，低碳生活，节能减排，也不是一夕之间的事情。所以我们需要多方面去研究开发环保节能技术，提高自主品牌竞争力。低碳生活已是全球汽车行业发展趋势，它将对汽车行业发展产生极其深远的影响。采用新技术、新材料、新能源甚至

4、新工艺，生产清洁环保型汽车将成为汽车行业发展的趋势，尤其在能源日益紧张的今天，开发新能源，采用新技术也必将成为未来汽车行业的重中之重。因此，节能环保的低碳生活已是全球汽车行业发展趋势，它将对汽车行业发展产生极其深远的影响。采用新技术、新材料、新能源甚至新工艺，生产清洁环保型汽车将成为汽车行业发展的趋势，尤其在能源日益紧张的今天，开发新能源，采用新技术也必将成为未来汽车行业的重中之重。因此，节能环保的新型技术必将是未来汽车行业发展的方向。混合动力汽车就是一种新能源的电动车。国外混合动力汽车的发展,自1995年起，世界各大汽车生产厂商已将研究的重点转向了混合动力汽车的研究开发。日本丰田汽车公司开发

5、了混合动力轿车。美国三大汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力汽车。目前，混合动力汽车技术及市场均被看好。日本国内拥有的混合动力电动汽车已超过7万辆，预汁在2010年将达到210万辆。美国通用公司将在5年内销售100万辆混合动力汽车。目前本丰田汽车公司是走在混合动力汽车研发展前沿的汽车公司，开发的混合动力汽车已达到实用化水平。1997年，丰田推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车，其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车。到2002年底，丰田汽车公司生产的混合动力汽车在日本国内和海外的累计销量均突破了10万辆，现在已经在全世界20多个国家上市销售。据统计，美国市场上

6、售出混合动力汽车接近7万辆，2002年美国的混合动力汽车市场规模达到35000辆。美国已有近20个城市在试用混合动力公共汽车。欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车。法国BE集团先后推出了贝灵格型和萨拉型混合动力汽车。国内混合动力汽车开发情况,国内90年代末期开始了混合动力汽车的研发工作。1999年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。2001年底，国家863电动汽车科技攻关项目正式启动，第一批项目中主要是混合动力车，目前正在进行当中。一汽和东风汽车集团联合所在地的高校和研究所，在各自客车底盘上，研发混合驱动公共汽车和大型客车。此外，东风电动汽车公司

7、还承担了混合动力轿车的研究开发。针对混合动力汽车在应用存在的问题和采取的对策,提出自己的观点和见解。混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。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。根据混合动力汽车的驱动方式，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（Series Hybrid)。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

8、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(Parallel Hybrid)。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

9、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输出功率和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。Prius采用的是混联式联结方式。根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：一是微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。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-alt

10、ernator Starter Generator, 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24v。其中24v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Integrated Starter Generator，简称ISG系统）。与微混合动力系统相比，

11、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。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统。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

12、能。这种系统的混合程度较高，可以达到30%左右，技术已经成熟，应用广泛。四是完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima属于完全混合动力系统。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。普瑞斯结构原理和各种使用性能等为例来说明混合动力汽车的应用中的问题。丰田普锐斯采用为应用混合动力系统而研发的1NZ-FXE发动机控制系统。此发动机使用高膨胀比循环、VVT-i（智能可变气门正）系统和ETCS-i（智能电子节气门控制系统）实现其高性能、

13、静谧性、燃油经济性和排放清洁性。在此发动机上中，通过减少活塞各部分的摩擦来提高燃油效率，以实现对燃油经济性和低排放行的进一步提高。普瑞斯混合动力系统组成如下所示：1. HV变速器驱动桥。混合动力车辆变速驱动桥由发动机（MG1）、电动机（MG2）和行星齿轮组组成。2. HV蓄电池。在起步、加速和上坡时，将制动或制动踏板未踩侠士再次冲入的电能提供给电动/发电机。3. 变频器总成。此设备用于将高压DC（HV蓄电池）转换为AC供给发电机（MG1）和电动机（MG2），反之亦然，即将AC转为DC。它包括增压转换器、DC/DC转换器和空调变频器。4. HV ECU。接受每个传感器及ECU的信息，根据此信息计

14、算所需的转矩和输出功率。HV ECU将计算结果发送给发动机ECU、变频器总成、蓄电池ECU和制动防滑控制ECU。5. 发动机ECU。根据接受来自HV ECU的目标发动机转速和所需的发动机动力，进而起动ETCS-i（智能电子节气门控制系统）进行调整。6. 蓄电池ECU.监控HV蓄电池的充电状态。7. 制动防滑控制ECU。控制电动/发电机产生的再生制动以及控制液压制动，使制动力等于仅配备液压制动的传统车辆的制动力。同样，制动防滑控制ECU照常进行控制系统控制（带EBD的ABS、制动辅助和VSC+）。8. 加速踏板位置传感器。将加速踏板角度转换为电信号并输出到HV ECU。9. 挡位传感器。将挡位转

15、换为电信号并输出到HV ECU。10. SMR（系统主继电器）。用来自HV ECU的信号连接或断开蓄电池和变频器总成间的高压电压。11. 互锁开关（用于变频器盖和检修塞）。确认变频器盖和检修塞均已安装完毕。12. 断路传感器。如果检测到车辆发生碰撞，则切断高压电路。13. 检修塞。在检查货维修车辆时，要拆下此塞，关闭HV蓄电池高压电路。介绍主要部件结构和和部件控制原理以及使用性能。混合动力汽车的发展前景混合动力电动汽车具备了良好的动力性能、良好的燃油经济性、清洁环保、经济实用。为达到提高车辆的动力性、经济性和环保性,需要采用当代最先进的内燃机技术深入分析低油耗特性；选择比功率、比能量和效率最高

16、、扭矩密度最大的电机,研究它的低速大转矩、效率和再生制动能量回馈性能；经过周密分析和试验研究特性,最佳选择各自高性能区段的组合与叠加。因为混合动力汽车除了以往的动力装置外，至少还必须安装电池，其成本不可能降至普通汽车的水准。因此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，特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本。提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率，从汽车制造阶段着手，设计改进汽车动力系统，满足汽车再生制动回收要求，加强混合动力电动汽车的可靠性，解决动力电池的使用寿命和可靠性问题，是混合动力电动汽车推广应用的前提。国际能源紧缺，混合动力可以很好的节

17、省汽车行进过程中减速、下坡过程的能量消耗，同时其排量低、污染小，也是未来汽车发展的必然趋势。混合动力技术的先进性和实现的现实性，节能、环保效果明显，采用混合动力汽车是现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案。但是，由于混合动力汽车是在牺牲了部分环保利益的基础上，可以满足目前人们对汽车环保的基本要求，在结构上两套系统电池/电机和内燃机同时安装于本来只装一套系统的汽车上，不仅加大了汽车本身的重量，也提高了对整体工艺及控制等方面的要求。除了和纯电动汽车（BEV）一样受目前蓄电池技术的限制之外，混合动力的能量来源仍然是石油，这决定了混合动力不是电动汽车发展的最终形式。美国PNGV计划的废止和Free

18、domCAR计划的重点是发展燃料电池汽车正说明了这一点。但是，目前日本的几大公司的混合动力汽车的热销说明，混合动力汽车是传统汽车时代向氢燃料电池汽车时代的过渡车型技术，虽然不是长远之计，但据估计，仍有20年以上的较长市场周期。可以充分利用现有内燃汽车生产能力，推动传统汽车工业的改造发展。开发新一代车用能源动力系统，发展新能源汽车。重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车，逐步过渡到采用生物燃料的混合动力和可充电的混合动力；进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气/氢气内燃机及其混合动力；发展新一代燃料电池发动机及其混合动力，到2020年，达到规模商业化水平；大力推进动力电池的技术进步，发展适合中国国情的纯电动车尤其是微型纯电动车。以城市公交车辆为重点，以点带面，稳步推进新能源汽车的示范与商业化。总之，混合动力汽车介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车之间，是一种承前启后的，在技术和经济方面都趋于成熟的电动汽车产品。最后提出自己的看法和建议。三主要参考文献1麻友良，陈全世.混合动力汽车