《新能源汽车技术》项目6

新能源汽车技术

授课教师：xxx授课时间：xxx绪论项目一纯电动汽车的概述项目二动力蓄电池及管理技术项目三驱动电机及控制技术项目四整车控制及轻量化技术项目五纯电动汽车其他关键技术项目六混合动力电动汽车项目七燃料电池电动汽车全课导航项目一纯电动汽车的概述项目六

混合动力电动汽车

混合动力电动汽车是人们在开发纯电动汽车的过程中，为有利于市场化而推出的一种新车型。它通过先进的控制系统，将现有内燃机与一定容量的储能设备进行整合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。混合动力电动汽车作为一种新兴的节能型汽车，其技术和市场正处于蓬勃发展阶段。随着制造技术和控制技术的发展，混合动力电动汽车的关键技术也将迎来飞速发展。

本项目主要介绍混合动力电动汽车的基本结构、分类、特点和工作原理，以及混合动力电动汽车的关键技术。项目导读学习目标（1）掌握混合动力电动汽车的基本结构。（2）熟悉混合动力电动汽车的分类和特点。（3）掌握串联式、并联式和混联式混合动力电动汽车的

工作原理、驱动模式和特点。（4）了解混合动力电动汽车的动力耦合类型。（5）熟悉混合动力电动汽车的关键技术。（1）能够识别混合动力电动汽车的基本结构。（2）能够分析混合动力电动汽车的工作原理。（3）能够分析混合动力电动汽车的性能。（1）弘扬爱岗敬业、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。知识目标技能目标素质目标项目导航任务6.1认识混合动力电动汽车任务6.2分析混合动力电动汽车的工作原理任务6.3分析混合动力电动汽车的性能任务6.1

认识混合动力电动汽车任务引入提高节能汽车在汽车销售中所占的比例，推广混合动力与先进节能技术在节能汽车上的应用，是我国汽车产业降低能源消耗、减轻环境污染、实现能源安全的重要保障。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，我国将以中型及以下车型规模化发展纯电动乘用车为主，实现纯电动技术在家庭用车、租赁服务、公务车以及中短途商用车等领域的推广应用；以紧凑型及以上车型规模化发展插电式混合动力乘用车为主，实现插电式混合动力技术在私人用车、公务用车以及其他日均行驶里程较短的领域推广应用。任务要求：学生从混合动力电动汽车的基本结构、分类、特点等方面认识混合动力电动汽车。任务引入表1知识与技能要求任务内容认识混合动力电动汽车学习程度识记理解应用学习任务混合动力电动汽车的基本结构●混合动力电动汽车的分类●混合动力电动汽车的分类特点●实训任务认识混合动力电动汽车的基本结构●分析混合动力电动汽车的特点●自我勉励任务工单——认识混合动力电动汽车1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，在实训车辆或整车实训平台上认识混合动力电动汽车的基本结构，分析混合动力电动汽车的类型和特点。序号名称型号与规格单位数量备注2．工具和器材准备

各小组查阅资料，熟悉实训车辆的组成、特点和相关技术参数，并进行工作规划，将实训所需的工具和器材填入表2中。表2任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地认识混合动力电动汽车，将实施内容及完成情况填入表3中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表3相关知识6.1.1混合动力电动汽车的基本结构6.1.2混合动力电动汽车的分类6.1.3混合动力电动汽车的特点相关知识混合动力电动汽车可以从两种或两种以上的能量储存器或能量转换器中获取动力。这几种动力源在不同的车辆行驶状态（如起步、加速、减速、制动等）下分别工作或同时工作，通过自动控制形成最佳组合，以减少燃油消耗和尾气排放，从而实现节能环保的目的。1．发动机发动机用于为发电装置（发电机或驱动电机）提供动力，或用于直接驱动车辆。6.1.1混合动力电动汽车的基本结构混合动力电动汽车沿用了传统燃油汽车的大部分传动系统，保留了传统燃油汽车的操纵装置，包括发动机控制装置、加速踏板、制动踏板、离合器和变速器的操纵装置等。混合动力电动汽车一般由发动机、电动机/发电机、驱动电机、储能装置、电动附件等组成。点击播放微课视频根据能量来源的不同，发动机汽油机柴油机根据结构原理的不同，发动机二冲程发动机四冲程发动机转子发动机在混合动力电动汽车中，较常使用6.1.1混合动力电动汽车的基本结构（1）在某些混合动力电动汽车上直接参与车辆驱动。（2）在车辆加速或爬坡时提供辅助动力。（3）在车辆制动时进行制动能量回收。2．电动机/发电机电动机/发电机主要有以下几方面的作用。3．驱动电机用于纯电驱动、混合驱动和制动能量回收目前较常使用的是永磁同步电机6.1.1混合动力电动汽车的基本结构4．储能装置是混合动力电动汽车的电能储存单元。可以是各种动力蓄电池、燃料电池，也可以是多种储能元件的组合。5．电动附件电动附件包括制动系统、电动助力转向系统等。这些系统接收驾驶员的操纵控制信号，并通过中控计算机的中央控制器和各控制模块向驱动系统中的发动机、驱动电机、离合器、变速器等发出控制指令，以获得不同的驱动模式。同时，相应的传感器负责为控制系统提供反馈信号，以确认控制指令得到执行。6.1.2混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车可以按照动力系统的结构形式、混合度或外接充电能力进行分类。1．按照动力系统的结构形式分类混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车车辆行驶所需的动力只来源于驱动电机的混合动力电动汽车。利用发动机拖动发电机发电，电能通过MCU输送给驱动电机，再由驱动电机驱动车辆行驶。另外，动力蓄电池也可以单独向驱动电机提供电能驱动车辆行驶。这种动力系统在城市公交上应用的比较多，而在轿车上很少使用。两套驱动系统：燃油驱动系统和电驱动系统。既可以单独驱动车辆，也可以同时驱动车辆。车辆行驶所需的动力由驱动电机和发动机同时或单独供给的混合动力电动汽车。适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂工况。特点在于燃油驱动系统和电驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构通过齿轮系或行星齿轮机构结合在一起，从而综合调节发动机与驱动电机之间的转速关系。同时具备串联式和并联式两种动力系统结构形式的混合动力电动汽车。与并联式混合动力电动汽车相比，混联式混合动力电动汽车可以更加灵活地根据工况来调节发动机和驱动电机的输出功率。既可以在串联模式下工作，也可以在并联模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。在车辆启动和低速行驶时只靠驱动电机驱动车辆行驶，当车速提高时，由发动机和驱动电机共同分担动力。这种汽车结构复杂，成本较高。

以发动机为主要动力源，驱动电机作为辅助动力源，具备制动能量回收功能的混合动力电动汽车。一般情况下，驱动电机的峰值功率与总功率的比值小于10%。

以发动机为主要动力源，驱动电机作为辅助动力源，在车辆加速或爬坡时，驱动电机可向车辆行驶系统提供辅助驱动力矩的混合动力电动汽车。一般情况下，驱动电机的峰值功率与总功率的比值大于10%。

以发动机和（或）驱动电机为动力源，且驱动电机可以独立驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。一般情况下，驱动电机的峰值功率与总功率的比值大于30%。微混合型轻度混合型重度混合（强混合）6.1.2混合动力电动汽车的分类2．按照混合度分类仅具有停车怠速停机功能的混合动力电动汽车也可称为微混合型混合动力电动汽车。轻度混合型混合动力电动汽车在传统燃油汽车的基础上增加了怠速起停、加速助力、制动能量回收和行驶充电等功能，在城市循环工况下节油率可达20%～30%，目前技术比较成熟，应用广泛。与轻度混合型混合动力电动汽车不同的是，重度混合型混合动力电动汽车电驱动系统的功率强大，完全可以满足车辆在起步和低速行驶时的动力要求。因此，重度混合型混合动力电动汽车无论是在起步还是在低速行驶状态下都不需要启动发动机，仅用驱动电机就可以胜任，在低速状态下可视其为一款纯电动汽车。重度混合型混合动力电动汽车一般采用200V以上的高压驱动电机，混合度一般大于30%，甚至可以达到50%。技术的发展将使得重度混合型混合动力电动汽车逐渐成为混合动力电动汽车的主要发展方向。6.1.2混合动力电动汽车的分类3．按照外接充电能力分类混合动力电动汽车按照外接充电能力的不同，可分为可外接充电式混合动力电动汽车和不可外接充电式混合动力电动汽车。1）可外接充电式混合动力电动汽车2）不可外接充电式混合动力电动汽车在正常使用情况下可从非车载装置中获取电能的混合动力电动汽车。目前较常见的插电式混合动力电动汽车就属于此类型。插电式混合动力电动汽车可以使用纯电驱动模式驱动车辆行驶，且纯电续航能力较强；当电能不足时，还可以使用重度混合模式驱动车辆行驶。在正常使用情况下从车载燃料中获取全部能量的混合动力电动汽车。6.1.2混合动力电动汽车的分类知识链接混合动力电动汽车还可以按照行驶模式的不同进行分类，可分为有手动选择功能的混合动力电动汽车和无手动选择功能的混合动力电动汽车两种类型。有手动选择功能的混合动力电动汽车，车辆的行驶模式包括纯电动模式、热机模式和混合动力模式。无手动选择功能的混合动力电动汽车，车辆的行驶模式可根据不同工况自动切换。此外，还有一种增程式电动汽车，它在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能，当车载可充电储能系统无法满足续驶里程的要求时，会打开车载辅助供电装置为动力系统提供电能，以延长车辆的续驶里程。该车载辅助供电装置与驱动系统没有传动轴、传动带等传动连接。6.1.3混合动力电动汽车的特点1．与纯电动汽车相比与纯电动汽车相比，混合动力电动汽车具有以下优点：减小了电池模块的数量，即减小了整车的质量，降低了整车的制造成本。延续了传统燃油汽车成熟的驱动与控制技术，适合量产，从而降低了制造成本。车辆的续驶里程和动力性能可达到传统燃油汽车的水平。2．与传统燃油汽车相比与传统燃油汽车相比，混合动力电动汽车具有以下优点：可使发动机在最佳效率区域稳定运行，避免或减少了发动机在变工况下的不良运行。可实现纯电驱动。可实现制动能量回收，进一步降低车辆的能耗和污染物排放。可满足日益严格的环保法规要求。6.1.3混合动力电动汽车的特点混合动力电动汽车由于兼具纯电动汽车与传统燃油汽车的优点，可以实现续驶里程长、节能环保的双重目标，因此具有很好的市场发展前景。近年来，各大汽车企业不断投入研发力量，使得混合动力技术有了飞速发展。大力发展混合动力电动汽车，不仅是建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措，还是贯彻新发展理念、推动经济高质量发展的必然选择。大道至简课堂小结任务6.2

分析混合动力电动汽车的工作原理任务引入根据传统燃油汽车与纯电动汽车的驾驶体验，对于传统燃油汽车，其在高速工况下的油耗相对较低；对于纯电动汽车，其在城市工况下的电耗相对较低。在高速工况下，发动机可以运行在高效率区间，而当汽车低速行驶时，往往需要减速器配合发动机减速和增加力矩，这就导致能量传递效率降低，油耗也随之增加；驱动电机的最佳运行速度往往在低速区间，故纯电动汽车在低速行驶的城市工况下效率较高，而在高速运行时，需要弱磁提速，会有较大的无功功率输出，这就增大了车辆的耗电量。

因此，较合理的解决方法就是：车辆在低速行驶时采用纯电驱动模式，在高速行驶时采用发动机直驱模式（无减速器），这便是并联式、混联式混合动力电动汽车所采用的驱动模式。

任务要求：学生熟悉串联式、并联式、混联式混合动力电动汽车的工作原理和驱动模式。任务引入表4知识与技能要求任务内容分析混合动力电动汽车的工作原理学习程度识记理解应用学习任务串联式混合动力电动汽车的工作原理、驱动模式●并联式混合动力电动汽车的工作原理、驱动模式●混联式混合动力电动汽车的工作原理、驱动模式●实训任务分析混合动力电动汽车的工作原理●自我勉励任务工单——分析混合动力电动汽车的工作原理1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，收集、整理相关技术资料，分析不同动力系统结构形式的混合动力电动汽车的工作原理序号名称内容描述单位数量备注2．数据资料准备各小组查阅资料，熟悉相关车型的结构特点和技术参数，并进行工作规划，将实训所需的各项数据资料填入表5中。表5任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地分析混合动力电动汽车的工作原理，将实施内容及完成情况填入表6中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表6相关知识6.2.1串联式混合动力电动汽车6.2.2并联式混合动力电动汽车6.2.3混联式混合动力电动汽车6.2.1串联式混合动力电动汽车1．串联式混合动力电动汽车的工作原理串联式混合动力电动汽车的动力系统主要由发动机、发电机、驱动电机、动力蓄电池等部件组成，如图1所示。点击播放微课视频发动机仅用于拖动发电机来发电，电能经整流变换后供给驱动电机。发电机发出的部分电能还可用于为动力蓄电池充电，以延长混合动力电动汽车的续驶里程。动力蓄电池可以单独向驱动电机供电来驱动车辆，使车辆在零污染状态下行驶图16.2.1串联式混合动力电动汽车1．串联式混合动力电动汽车的工作原理串联式混合动力电动汽车的动力流程如图2所示。

发动机直接与发电机连接产生电能，电能经整流变换器、控制器整流变换后输送至驱动电机，或由整流变换器整流变换后直接为动力蓄电池充电；驱动电机直接与驱动桥相连，输出车辆行驶所需的动力。

当动力蓄电池的SOC降到一个预定值时，发动机即开始对动力蓄电池进行充电，以延长车辆的续驶里程。发动机与驱动系统之间没有机械连接，这样可以很大程度地减少发动机的瞬态响应，从而使发动机进行最优的喷油和点火控制，使其在最佳工况点附近工作。图2小贴士：串联式混合动力电动汽车的车载能量源包括燃油的化学能和动力蓄电池的电能，但动力装置单一，仅包括驱动电机。6.2.1串联式混合动力电动汽车2．串联式混合动力电动汽车的驱动模式当车辆负荷较小且动力蓄电池电量充足时，动力蓄电池单独向驱动电机供电以驱动车辆行驶。纯电驱动模式下发动机不启动，可以实现“零排放”。当车辆负荷较大，但所需的驱动功率不超过发动机的最大功率时，由发动机带动发电机发电，将电能提供给驱动电机，以驱动车辆行驶。当车辆在加速、爬坡、大负荷运行等工况下行驶时，发动机带动发电机产生的电能直接流向驱动电机，同时动力蓄电池也向驱动电机供电，驱动车辆行驶。此模式可以使车辆的动力性能达到最佳。纯电驱动模式纯发动机驱动模式混合驱动模式（1）污染物排放少（2）驱动形式多样（3）布置方便6.2.1串联式混合动力电动汽车3．串联式混合动力电动汽车的特点1）优点

串联式混合动力电动汽车采用纯电驱动模式行驶时，会关闭发动机，只用动力蓄电池的电力驱动汽车，可以实现“零排放”。发动机-发电机组所发出的电能向动力蓄电池充电，发动机独立工作在高效率区域用于补充动力蓄电池的电能或直接为驱动电机供电，可以增加续驶里程，减少有害气体排放。

串联式混合动力电动汽车可采用驱动电机驱动或轮毂驱动电机驱动。根据布置方式的不同，串联式混合动力电动汽车的驱动形式还有前轮驱动、后轮驱动、四轮驱动等。

串联式混合动力电动汽车的驱动系统只有驱动电机的电驱动系统，其特点更趋近于纯电动汽车。由于驱动电机与发动机没有机械连接，因此，机械结构布置起来更方便。（1）对驱动电机、发动机-发电机组的要求高（2）能量转换效率低（3）对动力蓄电池要求高6.2.1串联式混合动力电动汽车3．串联式混合动力电动汽车的特点在串联式混合动力电动汽车上，由于驱动电机的功率需要满足车辆在行驶中的最大功率需求，因此需要一个较大功率的发动机-发电机组，外形尺寸和质量都较大。串联式混合动力电动汽车驱动系统所需要的能量通过化学能→机械能→电能→机械能转换而来，整个过程的能量损失较大。动力蓄电池的充放电循环决定了其使用寿命。为了保护动力蓄电池，使其获得更好的性能和更长的使用寿命，要根据动力蓄电池荷电状态的变化自动启动或关闭发动机-发电机组，以避免动力蓄电池过度充放电，因此串联式混合动力电动汽车对动力蓄电池的质量及发动机-发电机组与动力蓄电池之间的搭配要求较高。2）缺点6.2.2并联式混合动力电动汽车1．并联式混合动力电动汽车的工作原理并联式混合动力电动汽车的动力系统主要由发动机、驱动电机、动力蓄电池和变速器等部件组成，如图3所示。并联式混合动力电动汽车有多种结构形式，可以根据需要进行选择。并联式混合动力电动汽车有发动机和驱动电机两套独立的驱动系统，它们可以分开工作，也可以同步工作。

并联式混合动力电动汽车可以在工况比较复杂的情况下使用，应用范围较广。图36.2.2并联式混合动力电动汽车1．并联式混合动力电动汽车的工作原理并联式混合动力电动汽车的动力流程如图4所示。

发动机和驱动电机通过变速器同时与驱动桥相连接，输出车辆行驶时所需的动力。车辆通过驱动电机来平衡发动机的负荷，使发动机工作在高效率区，因为发动机通常在满负荷（中等转速）工作时的燃油经济性最好。

在较小的负荷下，并联式混合动力电动汽车可以关闭发动机，只用驱动电机来驱动车辆行驶，或者增加发动机的负荷，通过驱动电机给动力蓄电池充电，以备后用（即一边驱动汽车，一边充电）。图46.2.2并联式混合动力电动汽车1．并联式混合动力电动汽车的工作原理并联式混合动力电动汽车的驱动系统有两条能量传输路线，可以分别或同时使用驱动电机、发动机作为动力源来驱动汽车，这种设计方式可以使其以纯电动或低排放的状态行驶，但是此时不能提供全部的输出动力。小贴士6.2.2并联式混合动力电动汽车2．并联式混合动力电动汽车的驱动模式当车辆在起步、低速运行等工况下，且动力蓄电池电量充足时，发动机关闭，由动力蓄电池提供能量，并以驱动电机驱动车辆行驶。此模式可以使发动机避开低效、高排放量的工作区。当车辆高速平稳运行，或者行驶在郊区等对排放要求不高的地方时，可由发动机单独工作驱动车辆行驶。此模式可以使发动机工作在高效率区，燃油经济性好、传动效率高。当车辆急加速或者爬坡时，发动机和驱动电机均处于工作状态，动力蓄电池向驱动电机提供能量，驱动电机作为辅助动力源协助发动机，提供车辆急加速或者爬坡时所需的功率。此模式可以使混合动力电动汽车的动力性能处于最佳状态。纯电驱动模式纯发动机驱动模式混合驱动模式6.2.2并联式混合动力电动汽车2．并联式混合动力电动汽车的驱动模式从概念上讲，并联式混合动力电动汽车属于电力辅助型燃油汽车，其目的是降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动车辆所需的功率时，驱动电机工作在发电机状态，将发动机输出的多余的机械能转换成电能，为动力蓄电池充电。与串联式混合动力电动汽车比较，并联式混合动力电动汽车的发动机和驱动电机的体积要小些。知识链接（1）燃油经济性好（2）动力性好（3）系统稳定性较高（4）驱动电机功率较小（5）动力蓄电池容量较小6.2.2并联式混合动力电动汽车3．并联式混合动力电动汽车的特点并联式混合动力电动汽车有两套动力系统，可根据实际工况选择不同的动力输出方式，避免能量在多次转换中的浪费，提高燃油经济性。当车辆高负荷运行时，发动机和驱动电机通过动力耦合，同时驱动车辆，使车辆具有良好的动力性。当一套动力系统出现故障时，可以启用另一套动力系统，从而保证车辆的正常运行。由于发动机可以单独或和驱动电机共同驱动车辆，因此可以选择功率较小的驱动电机。驱动电机作为辅助动力，所需动力蓄电池容量较小。1）优点（1）排放性相对较差（2）整车布置较复杂（3）控制策略较复杂（4）纯电驱动模式下续驶里程较短6.2.2并联式混合动力电动汽车3．并联式混合动力电动汽车的特点2）缺点由于不同驱动模式之间的切换，使发动机频繁出现点火、启动、熄火等情况，发动机不能稳定在高效区域工作，致使排放性较差。发动机和驱动桥之间存在机械连接，考虑到两种动力的耦合，整车布置较复杂。并联式混合动力电动汽车具有多种驱动模式，需要实现多种驱动模式之间的切换及两种动力之间的耦合，控制比较复杂。6.2.3混联式混合动力电动汽车1．混联式混合动力电动汽车的工作原理混联式混合动力电动汽车的动力系统主要由发动机、发电机、驱动电机、行星齿轮机构、动力耦合器和动力蓄电池等部件组成，如图5所示。

发动机发出的功率一部分通过行星齿轮机构输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给驱动电机或动力蓄电池，驱动电机产生的驱动力矩通过动力耦合器传送给驱动桥。图5

混联式混合动力电动汽车的控制策略是：

当车辆低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；

当车辆高速稳定行驶时，驱动系统主要以并联方式工作。6.2.3混联式混合动力电动汽车1．混联式混合动力电动汽车的工作原理目前，混联式混合动力电动汽车一般采用行星齿轮机构作为动力分配装置。有一种最佳的混联式结构，它是将发动机、发电机和驱动电机通过一个行星齿轮机构连接起来，动力从发动机输出到与其相连的行星架，行星架将一部分动力传送到发电机，另一部分传送到传动轴，同时发电机也可以通过逆变器为驱动电机供电，来驱动传动轴。此时车辆并不是串联式或并联式，而是两种驱动形式同时存在，其动力流程如图6所示。图6混联式混合动力电动汽车充分发挥了串联式和并联式混合动力电动汽车的优点，能够使发动机、发电机、驱动电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使系统在最优状态下工作，更容易实现排放和油耗的控制目标，因此是最具影响力的混合动力电动汽车。6.2.3混联式混合动力电动汽车2．混联式混合动力电动汽车的驱动模式

车辆由动力蓄电池向驱动电机供电，驱动电机通过动力耦合器提供驱动功率驱动车辆行驶。此模式下，发动机、发电机处于关闭状态。

车辆的驱动功率仅由发动机提供，动力蓄电池既不从传动系统中获取能量也不提供电能。此模式下，驱动电机、发电机均处于关闭状态。

指车辆由动力蓄电池和发动机共同提供动力，并通过动力耦合器耦合，然后传送至机械传动装置，驱动车辆行驶。纯电驱动模式纯发动机驱动模式混合驱动模式（1）排放污染小（2）燃油经济性较好（3）动力性较好（4）舒适性较好6.2.3混联式混合动力电动汽车3．混联式混合动力电动汽车的特点1）优点混联式混合动力电动汽车具有多种驱动模式，能保证发动机工作在最佳区域，最大限度降低有害气体的排放。在低速运行时，动力系统主要以串联式模式运行，使车辆具有较好的燃油经济性。在加速或高速运行时，动力系统主要以并联式模式运行，发动机和驱动电机同时提供动力，使车辆具有较好的动力性。车辆在启动及中低速运行时，驱动电机单独驱动车辆行驶，减少了噪声，使车辆具有较好的舒适性。6.2.3混联式混合动力电动汽车3．混联式混合动力电动汽车的特点2）缺点（1）整车布置较复杂（2）控制策略较复杂（3）技术难度大、成本高混联式混合动力电动汽车有两套动力系统，且发动机和驱动桥之间存在机械连接，考虑到两种动力的耦合，整车布置较复杂。混联式混合动力电动汽车对各驱动模式切换及两种动力耦合的控制较复杂。课堂小结任务6.3

分析混合动力电动汽车的性能任务引入混合动力电动汽车在向着节能环保的方向发展时，需要解决很多关键技术，如驱动电机及其控制技术、动力蓄电池技术等。对这些关键技术的优化研究将大大提高混合动力电动汽车的燃油经济性、排放性和动力性，使混合动力电动汽车更具市场竞争力。任务要求：学生从混合动力电动汽车的动力耦合方式、相关关键技术等方面分析混合动力电动汽车的性能。任务引入表7知识与技能要求任务内容分析混合动力电动汽车的性能学习程度识记理解应用学习任务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●实训任务分析混合动力电动汽车的性能●自我勉励任务工单——认识混合动力电动汽车的性能1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，收集、整理相关技术资料，分析混合动力电动汽车的性能。序号名称型号与规格单位数量备注2．数据资料准备各小组查阅资料，熟悉混合动力电动汽车的结构特点和技术参数，并进行工作规划，将实训所需的各项数据资料填入表8中。表8相关知识6.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式6.3.2混合动力电动汽车的关键技术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。6.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式动力耦合的方式决定了混合动力电动汽车的驱动模式制订功率分配策略的重要依据对整车的动力性、排放性及燃油经济性有很重要的影响转矩耦合转速耦合功率耦合牵引力耦合6.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式1．转矩耦合转矩耦合是指动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叠加的动力耦合方式。转矩耦合可以通过齿轮耦合、电磁耦合、链或带耦合等方式实现。典型齿轮耦合式动力系统的结构如图7所示。图76.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式1．转矩耦合转矩耦合的合成转矩为：

合成转速为：

式中：

n1——发动机转速；

n2——驱动电机转速；

n3——合成转速。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8所示。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叠加的动力耦合方式。合成转速为：

n3=pn1+qn2式中：n1——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。6.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式2．转速耦合6.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式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。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节能减排的优势。6.3.1混合动力电动汽车的动力耦合方式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。6.3.2混合动力电动汽车的关键技术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混合动力电动汽车的关键技术包括：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。6.3.2混合动力电动汽车的关键技术1．驱动电机及其控制技术对于混合动力电动汽车来说，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随着大功率电子器件的发展而发展，包括了DC/DC直流斩波技术和DC/AC逆变技术。用于控制驱动电机的微处理器主要有单片机和DSP芯片两种，目前控制驱动电机专用DSP芯片已被广泛采用，而将微处理器与功率器件集成到一块芯片上（即PTC芯片）是目前的研究热点。常规驱动电机领域的控制方法矢量控制变压变频控制模型参考自适应控制直接转矩控制自调整控制比较好的控制方法此外，近年来兴起的变结构控制、模糊控制、神经网络控制以及专家系统控制等新兴控制方法也不断地应用于混合动力电动汽车中，效果也较为理想。6.3.2混合动力电动汽车的关键技术2．动力蓄电池技术动力蓄电池是混合动力电动汽车的基本组成单元，其性能直接影响了驱动电机的性能，从而影响了整车的燃油经济性和排放性。混合动力电动汽车所使用的动力蓄电池工作负荷大，对功率密度要求较高，但体积和容量要小，而且动力蓄电池的SOC工作区间较窄，故混合动力电动汽车对动力蓄电池的循环寿命要求较高。6.3.2混合动力电动汽车的关键技术2．动力蓄电池技术动力蓄电池需要搭配BMS使用，以对动力蓄电池进行全面、准确地管理，使其发挥出最佳的效能。一般来说，BMS要涵盖以下几个方面的功能：（1）能够科学、准确地计算出动力蓄电池的SOC工作区间。（2）能够实时监控电池单体或电池模块的温度、电压等数据及其变化情况。（3）能够明确动力蓄电池在目标时间内的工作极限，并将结果反馈给车辆电控单元。（4）能够有效地进行动力蓄电池的热管理。（5）能够实时监控动力蓄电池自身出现的电压失衡问题，并能对其进行校正。能否开发出适合混合动力电动汽车的专用动力蓄电池是决定混合动力电动汽车能否大量推广使用的重要因素之一。如何全面、准确地对动力蓄电池进行管理，是决定动力蓄电池能否发挥出最佳效能的重要因素。6.3.2混合动力电动汽车的关键技术3．能量管理策略混合动力电动汽车能量管理策略的控制目标是根据驾驶员的操作，如对加速踏板、制动踏板、变速杆的操作等，判断驾驶员的驾驶意图，在满足驾驶员需求的前提下，将输出功率科学地分配给驱动电机、发动机、动力蓄电池等动力部件，实现能量的最优分配，从而获得最佳的燃油经济性和排放性。混合动力电动汽车的结构形式不同，能量管理策略也不同。由于串联式混合动力电动汽车的发动机与车辆行驶工况没有直接联系，因此能量管理策略的目标主要是使发动机在最佳效率区和排放区工作。为了优化能量分配、提升整体效率，还应考虑动力蓄电池、发动机、发电机、驱动电机等部件。串联式混合动力电动汽车有三种基本的能量管理策略，即恒温器策略、功率跟踪式策略和基本规则式策略。6.3.2混合动力电动汽车的关键技术3．能量管理策略（1）恒温器策略。恒温器策略主要是依据动力蓄电池相关的驱动需求所提出的一种能量管理策略：当动力蓄电池SOC低于设定的下限值时，启动发动机，并使发动机在最低油耗或排放点按照恒定功率模式输出，在驱动车辆行驶的同时，还为动力蓄电池充电；当动力蓄电池SOC上升到所设定的上限值时，关闭发动机，由动力蓄电池为驱动电机供电，驱动车辆行驶。优点是发动机效率高、排放低；缺点是能量转换效率较低，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。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；如果需求功率处于低负荷区，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。1）串联式混合动力电动汽车的能量管理策略6.3.2混合动力电动汽车的关键技术3．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。

2）并联式混合动力电动汽车的能量管理策略（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排放和油耗的目标。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）模糊能量管理策略。

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策，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，但由于模糊控制器的建立主要依靠经验