《新能源汽车技术》教案 第7课 分析混合动力电动汽车的性能

课题分析混合动力电动汽车的性能

课时2课时(90min)

知识目标：

(1)掌握混合动力电动汽车的动力耦合类型

(2)掌握混合动力电动汽车的关键技术.

技能目标：

教学目标

能够分析混合动力电动汽车的性能.

素质目标：

(1)弘扬爰岗敬业、甘于奉献的职业精神。

(2)培育崇尚技艺、求实创新的职业品质。

教学重点：混合动力电动汽车的动力耦合类型、混合动力电动汽车的关键技术

教学重难点

教学难点：混合动力电动汽车的动力耦合类型、混合动力电动汽车的关键技术

教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法、实践法

教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程主要教学内容及步骤

【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课

前任务

课前任务

请大家了解混合电动汽车动力耦合类型及关键技术。

【学生】完成课前任务

【教师】使用APP进行签到

考勤

【学生】班干部报请假人员及原因

【教师】提出以下问题，随机邀请学生进行回答：

你认为混合动力电动汽车的关键技术是什么？

问题导入

【学生】思考、举手回答

【教师】总结学生的回答，讲述“任务引入”的相关内容

【教师】讲解混合动力电动汽车的耦合方式与关键技术

一、混合动力电动汽车的耦合方式

混合动力电动汽车是由发动机和驱动电机两种动力混合驱动的汽车，这两种动力的混合一般是通

过动力耦合器的耦合作用来实现的。动力耦合的方式不仅决定了混合动力电动"气车的驱动模式，还是

传授新知

制订功率分配策略的重要依据，并对整车的动力性、排放性及燃油经济性有很重要的影响.

动力耦合方式主要有转矩耦合、转速耦合、功率耦合、牵引力耦合等。

【教师】请学生结合教材，讨论混合动力电动汽车的耦合方式，并随机邀请学生回答

【学生】思考、讨论、回答

【教师】结合学生回答,讲解混合动力电动汽车的镭合方式

1.转矩耦合

转矩耦合是指R：力系统各动力源的转矩相互独立，而输出转速互成比例，耦合后最终输出的转矩

是各动力源的转矩售加的动力耦合方式.转矩耦合可以通过齿轮耦合、电磁耦合、链或带羯合等方式

实现.典型齿轮耦合式动力系统的结构如图6-7所示.

电气连接机械连接

图6-7典型齿轮耦合式动力系统的结构

转矩耦合的合成转矩为

训）

式中：

Ti——发动机转矩；

T2—驱动电机转矩；

T3—合成转矩；

no----耦合效率；

ik—驱动电机到发动机的传动比。

合成转速为

式中：

m---发动机转速；

n2—驱动电机转速；

n3—合赚也

【师生互动】

【教师】组织学生讨论转矩耦合式动力系统的结构及其合成痔矩的影响因素，并邀请学生回答

【学生】讨论、思考、回答

【教师】总结、点评学生回答，鼓励回答较好的同学

2.转速耦合

转速耦合是指动力系统各动力源的转速相互独立，而转矩互成比例，耦合后最终的转速是各动力

源转速静加的动力耦合方式。

合成转速为

%=P%+q〃2

式中：

ni——动力源1的转速；

n2—动力源2的转速；

n3——动力源1和动力源2的合成转速；

p.q——常系数，其数值由动力耦合器的结构决定。

转速耦合可以通过行星齿轮耦合、差速器耦合等方式实现。典型行星齿轮耦合式动力系统的结构

如图6-8所示。

图6-8典型行星齿轮耦合式动力系统的结构

【师生互动】

【教师】组织学生讨论转速耦合式动力系统的结构及其合成转矩的影响因素，并邀清学生回答

【学生】讨论、思考、回答

【教师】总结、点评学生回答，鼓励回答较好的同学

3.功率耦合

功率耦合是指动力系统同时采用转矩耦合和转速耦合的动力耦合方式，其输出的转矩和转速分别

是发动机和驱动电机转矩和转速的线性和.

采用功率耦合式动力系统的混合动力电动汽车,其发动机的转矩和转速都可以自由控制，不受行

驶工况的影响。功率耦合具备了转矩耦合和转速耦合的优点，能实现多种工作模式，可以充分发挥混

合动力电动汽车芍能减排的优势。

4.牵引力耦合

牵引力耦合是指车辆的发动机驱动前轮（或后轮），驱动电机驱动后轮（或前轮），然后将两个

动力源的输出动力耦合在一起的动力耦合方式。牵引力耦合方式结构简单，改装方便，但整车的驱动

控制复杂，适合于四轮驱动式混合动力电动汽车上。

【分组讨论】

【教师】将学生分为4组，分别讨论混合式动力电动汽车的动力隅合方式的特点以及应用历合，

并随机邀请学生起立回答

【学生】思考、讨论、回答

【教师】总结、点评学生的回答，鼓励回答较好的同学

二、混合动力电动汽车的关穗技术

混合动力电动汽车以先进的控制技术为纽带，是由传统燃油汽车到纯电动汽车的一种过渡性车型，

其关键技术涵盖机电工程、电力电子、电化学、控制工程、汽车电子和车辆工程等多门学科。目前，

混合动力电动汽车的关键技术包括驱动电机及其控制技术、动力蓄电池技术、能量管理策略、动力传

动系统参数匹配、制动能量回收技术、先进车辆控制技术等。

【教师】请学生结合教材，讨论混合动力电动汽车的关键技术，并随机邀请学生回答

【学生】思考、讨论、回答

【教师】结合学生回答,讲解混合动力电动;气车的关耀技术

1.驱动电机及其控制技术

对于混管动力电动］气车来说，驱动电机的重要性与发动机是等同的。混合动力电动汽车对驱动电

机的要求是能量密度高、体积小、质量轻、效率高。

驱动电机的控制技术涉及大功率电子器件、变换器、微处理器等相关技术，以及驱动电机控制策

略等。目前，高性能的电子器件仍处于研究中，正朝着集成了微电子技术与电力电子技术的第四代功

率集成电路方向发展。变换器所采用的能量变换技术遁着大功率电子器件的发展而发展包括了DC/DC

机，由动力蓄电池为驱动电机供电，驱动车辆行驶。

恒温器策略的优点是发动机效率高、排放低；缺点是能量转换效率较(氐，且频繁充放电会缩短动

力蓄电池的使用寿命.

(2)功率跟踪式策略.

功率跟踪式策略是使发动机全程跟踪车辆功率需求来运行的一种能量管理策略：只有当动力蓄电

池的SOC高于设定的上限值，且满足车辆需求的功率仅由动力蓄电池提供时，才关闭发动机或使其怠

速运行。

功率跟踪式策略的优点是能量转换效率高，缺点是发动机的效率和排放性能不如恒温器策略。

(3)基本规则式策略.

基本规则式策略的基本思路是：根据发动机负荷特性图将发动机的工作区域划分成高、中、低三

个负荷区，结合加速踏板的开度和开度变化率，判断当前需求功率对应的发动机工作区域，从而进行

相应的控制。如果需求功率处于发动机的高负荷区则将发动机控制在高效率工作状态，不足的动力

由驱动电机提供；如果需求功率处于中负荷区，则动力由发动机单独提供；如果需求功率处于1氐负荷

区，则车辆将进入纯电驱动模式或行车充电模式.

基本规则式策略综合了恒温器策略和功率跟踪式策略的优点，可以充分利用发动机和动力蓄电池

的高效率工作区，从而提升了整车的能量利用效率。

【分组讨论】

【教师】将学生分为3组，分别讨论串联式混合动力电动汽车的三种基本能量管理策略的特点以

及应用场合，并随机邀请学生起立回答

【学生】讨论、思考、回答

【教师】总结、点评学生的回答，鼓励回答较好的同学

2)并联式混合动力电动汽车的能量管理策略

并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制策略，主要有静态逻辑门限策

略、瞬时优化能量管理策略、全局最优能量管理策略和模糊能量管理策略等。

(1)静态逻辑门限策略。

静态逻辑门限策略主要通过对逻辑门限值(如车速、动力蓄电池SOC上下限等)的设定，实现对

发动机工作区间的实时限制，从而提高车辆的整体性能。静态逻辑门限策略实现简单，但由于主要依

靠工程经验设置逻辑门限参数,因此无法保证车辆燃油经济性最优，而且这些静态参数不能适应工况

的动态变化，无法使整车能量利用效率达到最大。

(2)瞬时优化能量管理策略。

瞬时优化能量管理策略是通过对不同节点的车辆排放和油耗水平进行实时监控，以确定最佳的工

作方式和工作参数，从而实现瞬时优化控制的。

(3)全局最优能量管理策略。

全局最优能量管理策略是通过对控制理论和控制方法进行合理且有效的调整，最终实现有效控制

整车耳瞅和油耗的目标。

全局最优能量管理策略实现了真正意义上的最优化，但该策略实际上并不具有实际应用价值。这

是因为在目前的全局最优能量控制策略中，车辆的行程必须是已知的，而实际上车辆的行程往往是无

法预知的。因此，该策略只是一种理论上的设计方法。

(4)模制能量管理策略。

模糊能量管理策略是基于模糊控制方法来确定混合动力系统的工作模式和功率分配方式的：将“专

家”的知识以规则的形式输入到模糊控制器中，模糊控制器将输入量(如车速、动力蓄电池SOC上下

限等)模糊化，然后基于设定的控制规则来完成决受，以实现对动力系统的合理控制，从而提高车辆

的整体性能.

模糊能量管理策略可以实现不同影响因素的折中处理，鲁棒性好，但由干模糊控制器的建立主要

依靠经验，因此无法获得全局最优的能量管理效果。

【分组讨论】

【教师】将学生分为4组，分别讨论并联式混合动力电动汽车的四种基本能量管理策略的特点以

及应用场合，并随机邀请学生起立回答

【学生】讨论、思考、回答

【教师】总结、点评学生的回答，鼓励回答较好的同学

3)混联式混合动力电动汽车的能量管理策略

混联式混合动力电动汽车由于采用了特有的行星齿轮机构，因此除了采用以上常用的能量管理策

略外，还采用了一些特有的能量管理策略，如发动机恒定工作点策略和发动机最优工作曲线策略。

(1)发动机恒定工作点策略。

由于采用了行星齿轮机构，发动机的转速可以独立于车速而变化，这样可使发动机在最佳工作点

进行工作，以提供恒定的转矩，而剩余的转矩则由驱动电机提供。驱动电机负责动态部分，避免了发

动机动态调节带来的损失，而且与发动机相比，驱动电机的控制更灵敏，更易于实现。

(2)发动机最优工作曲线策略。

发动机工作在万有特性曲线中最佳油耗线上，只有当发电机输出的电流超出动力蓄电池的接收能

力或用于动力驱动的电流超出驱动电机或动力蓄电池的使用上限时，才调整发动机的工作点。

【分组讨论】

【教师】将学生分为2组，分别讨论混联式混合动力电动汽车的两种基本能呈管理策略的特点以

及应用场合，并随机邀请学生起立回答

【学生】讨论、思考、回答

【教师】总结、点评学生的回答，鼓励回答较好的同学

4.动力传动系统参数匹配

动力传动系统参数匹配是设计混合动力电动汽车的一项重要内容，它直接影响混合动力电动汽车

的排放性和燃油经济性。动力传动系统参数匹配包括合理地选择和匹配发动机功率、动力蓄电池容量

及驱动电机功率等内容，车辆以此来确定驱动系统的混合程度，从而提升驱动系统的整体性能。

5.制动能量回收技术

混合动力电动汽车的制动能量回收系统主要由驱动轮、主减速器、变速器、驱动电机、AC/DC变

换器、DC/DC变换器、动力蓄电池及其管理系统等组成，如图6-9所示。

车辆在制动或滑行过程中，可根据驾驶员的制动意图，由控制器计算出车辆需要的总制动力，再

根据制动力分配控制策略得到驱动电机圆是供的制动力矩。

制动能量回收是混合动力电动汽车提高燃油经济性的重要手段之一。在车辆行驶过程中，其行车

安全与制动性能息息相关。因此，如何在最大限度回收车辆的制动能量与保证制动距离的安全和车辆

的行驶稳定性之间取得平衡，是制动能量回收技术需要解决的难题之一。

6、先进车辆控制技术

传统的动力学控制系统与混合动力控制系统以及制动能量回收系统的结合，是混合动力电动汽车

控制技术的一个研究热点.另外，随着混合动力电动;气车研究的深入，传统的驱动控制系统、车辆稳

定性控制系统等与混合动力电动汽车的能量管理及动力控制系统相结合，日益显示出其重要性与必要

性.传统的电气控制技术与现代新能源;气车控制技大的融汇集成,将使混合动力电动汽车更加节能、

舒适和安全。

【师生互动】

【教师】组织学生阅读“大遒至简”的相关材料(