混合动力汽车基本知识课件

混合动力汽车结构与检修混合动力汽车结构与检修n新能源汽车n指采用非常规车用燃料作为动力来源或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。n新能源汽车n新能源汽车包括燃气汽车（液化天然气、压缩天然气）、燃料电池电动汽车（FCEV）、纯电动汽车（BEV）、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车（油气混合、油电混合）、太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等，其废气排放量比较低 n混合动力汽车n混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。n按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。n国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。n混合动力汽车n优点：n1、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n2、电池可回收制动时、下坡时、怠速时的能量。n3、可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。n4、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。n缺点：n长距离高速行驶基本不能省油。n纯电动汽车n纯电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车n大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子n难点在于电力储存技术。n纯电动汽车n优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。n缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。特斯拉n燃料电池汽车n燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。n电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。n燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。n氢动力汽车n氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。n优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。n缺点：氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。n燃气汽车n燃气汽车又称为天然气汽车，主要分为液化石油气汽车和压缩天然气汽车两种。n燃气汽车主要以天然气为燃料。n它的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，是较为实用的低排放汽车。n燃气汽车已在世界和中国得到了推广应用 n燃气汽车n燃气汽车特点：n优点：燃气成分单一、纯度较高、能与空气均匀混合并燃烧完全，CO 和微粒的排放量较低，发动机在低温时的启动和运转性能较好。n缺点：运输性能比液体燃料差、发动机的容积效率低、着火延迟较长及动力性有所降低。n这类汽车多采用双燃料系统，即一个压缩天然气或液化石油气系统和一个汽油或柴油燃烧系统，能容易地从一个系统过渡到另一个系统，此种汽车主要用于城市公交汽车。n甲醇汽车n以甲醇作为主要燃料的汽车，也能以汽油或汽油-甲醇混合燃料为燃料，是一种甲醇-汽油燃料灵活转换的具有节能环保科技含量的新型汽车，也可以由普通汽车改装而成用甲醇代替石油燃料的汽车。n甲醇汽车n甲醇的燃烧特性有两大特点：n极佳的冷却作用，可以降低发动机温度，不致过热；n极高的抗爆能力，能够在高于优质汽油所容许的压力下燃烧而不会爆震。这正适合高压缩比、高性能的发动机。充分发挥其高辛烷值的作用，输出更大的功率。n优点：燃烧彻底、挥发性低，所排放的碳氢化合物、氧化氮和一氧化碳等有害气体少。n弱点：能量较低、行驶同一距离的消耗几乎比汽油多一倍，因而需要大的油箱。n空气动力汽车n利用空气作为能量载体，使用空气压缩机将空气压缩到30MP以上，然后储存在储气罐中。需要开动汽车时将压缩空气释放出来驱动启动马达行驶。n优点：无排放、维护少n缺点：需要电源、空气压力（能量输出）随着行驶里程加长而衰减、高压气体的安全性。n飞轮储能汽车n利用飞轮的惯性储能，储存非满负载时发动机的余能以及车辆下坡、减速行驶时的能量，反馈到一个发电机上发电，再而驱动或加速飞轮旋转。n飞轮使用磁悬浮方式，在70000r/min的高速下旋转。在混合动力汽车上作为辅助n优点：可提高能源使用效率、重量轻储能高、能量进出反应快、维护少寿命长n缺点：成本高、机动车转向会受飞轮陀螺效应的影响。n超级电容汽车n利用双电层原理的电容器。在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大n优点：充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等n缺点：功率输出随着行驶里程加长而衰减，受环境温度影响大等。项目一 混合动力汽车的基本知识n活动一 混合动力汽车的概述n一、混合动力汽车的概念n世界各国都在开发新型节能无污染汽车，包括纯电动汽车EV、混合动力电动汽车HEV和燃料电池汽车。n纯电动汽车是一种节约石油能源、无污染的理想“零排放”汽车，引入了电驱动模式。n混合动力汽车是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型n二、混合动力汽车的节油控制策略n三、混合动力汽车的种类n（一）根据混合动力驱动模式，分为以下三类：n 1、串联式混合动力系统n 串联式混合动力系统由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，他们之间用串联方式组成串联式混合动力汽车动力单元系统n发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。n2、并联式混合动力系统n并联式混合动力系统有两套驱动系统：n传统的内燃机系统和电机驱动系统。n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。n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。n3、混联式混合动力系统n混联式混合动力系统的特点:n内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构n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。n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功率输出和电机的运转。此链接方式系统复杂，成本高n活动二 串联式混合动力汽车的主要组成及特点n一、串联式混合动力汽车的组成n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，最后通过变速机构来驱动汽车图1-1串联式混合动力电动汽车原理图n在串联式混合动力电动汽车上，由发动机带动发电机所产生的电能和蓄电池输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶，电力驱动是唯一的驱动模式。n二、串联混合动力电动汽车的工作模式n1、启动/正常行驶/加速模式n发动机通过发电机和蓄电池一起输出电能并传递给功率转换器，然后驱动电动机，通过机械传动装置驱动车轮。n2、轻载模式n发动机发出的功率大于车辆所需功率，多余的能量通过发电机给蓄电池充电直到SOC达到预定的限值n3、减速/制动模式n电动机把驱动轮的动能转化为电能，并通过功率转换器给蓄电池充电n4、蓄电池充电模式n停车时，发动机可通过发电机和功率转换器给蓄电池充电n三、串联式混合动力电动汽车的优点：n1、发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，使有害排放气体控制在最低范围；n2、总体结构上看，比较简单，易于控制，只有电动机的电力驱动系统，其特点更加趋近于纯电动汽车；n3、串联式结构是由发动机、发电机和驱动电动机三大主要部件总成在电动汽车上布置起来，有较大的自由度。n四、串联式混合动力电动汽车的缺点：n n1、三大部件总成各自的功率较大，外形较大，质量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难；n2、另外在发动机发电机电动机驱动系统中的热能电能机械能的能量转换过程中，能量损失较大。n活动三 并联式混合动力汽车的主要组成及特点n一、并联式混合动力汽车的组成n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n并联式混合动力系统（PHEV）有三种驱动模式，即：发动机单独驱动，电动机单独驱动，发动机和电动机混合驱动。并联式驱动系统有两条能量传输路线，可以同时使用电动机和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汽车，或低排放汽车的状态运行，但是此时不能提供全部的动力能源。n并联式驱动系统的动力合成装置主要有以下几种形式：n1、驱动力合成式 n2、转矩合成式(双轴式和单轴式)n3、转速合成式1、驱动力合成式 前轮采用小功率发动机驱动，后轮采用电动机驱动系统单独驱动，在汽车爬坡、加速、启动时增加汽车的驱动力，使汽车变成四轮驱动的电动汽车。n2、转矩合成式(双轴式和单轴式)n双轴式：发动机通过传动系统直接驱动汽车，并间接带动电动机向蓄电池充电。蓄电池也可以向电动机提供电能，电动机可以用来启动发动机或驱动汽车n单轴式：发动机通过传动系统直接驱动汽车，并直接带动电动机向蓄电池充电，蓄电池也可以向电动机提供电能，电动机可以用来启动发动机或驱动汽车3、转速合成式发动机和电动机通过离合器和一个“动力组合器”来驱动汽车。可以利用内燃机汽车大部分传动系统的总成，电动机只需通过“动力组合器”与传动系统连接，结构简单n二、并联式混合动力电动汽车的工作模式n1、启动/加速模式n车辆启动或节气门全开加速时，发动机和电动机同时工作，共同分担驱动车辆所需的动力，如发动机和电动机分别承担总功率的80%和20%。n2、正常行驶模式n车辆正常行驶时，电动机关闭，仅由发动机工作提供车辆行驶所需动力。n3、减速/制动模式n车辆减速行驶或制动时，电动机工作于发电机模式进行再生制动，通过功率转换器给蓄电池充电n4、行驶中给蓄电池充电模式n当车辆轻载时，发动机输出功率驱动车辆行驶，同时发动机输出的多余功率驱动以发电状态工作的电动机发电而向蓄电池充电n三、并联式混合动力系统优点 n1、只有发动机和电动机两个动力总成，两者的功率可以等于50%100%车辆驱动功率，比SHEV三个动力总成的功率、质量和体积小很多。n2、发动机可直接驱动车辆，没有SHEV发动机的机械能电能机械能的转换过程，能量转换的综合效率比SHEV高。车辆需要最大输出功率时，电动机可以给发动机提供额外的辅助动力，因此发动机功率可选择较小，燃油经济性比SHEV好.n3、与电动机配套的动力电池组容量较小，使整车质量减小。n4、电动机可带动发动机起动，调节发动机的输出功率，使发动机基本稳定在高效率、低污染状态下工作。发动机带动电机发电向电池组充电，可延长续驶里程。n四、并联式混合动力系统缺点 n1、需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，总布置基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车。发动机工况会受到车辆行驶工况的影响，有害气体排放高于SHEV。n2、需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成，还有电动机、动力电池组和动力组合器等装置，因此动力系统结构复杂，布置和控制更困难。n活动四 混联式混合动力汽车的主要组成及特点n一、混联式混合动力汽车的组成n混联式驱动系统是串联式与并联式的综合。发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或蓄电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。n内燃机系统和电机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。n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功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。n二、混联式混合动力电动汽车的工作模式二、混联式混合动力电动汽车的工作模式n工作模式有两种方式：工作模式有两种方式：n一是发动机主动型混联混合动力电动汽车，车辆运行时主一是发动机主动型混联混合动力电动汽车，车辆运行时主要是发动机驱动车辆要是发动机驱动车辆n二是电力主动型混联混合动力电动汽车，车辆运行时主要二是电力主动型混联混合动力电动汽车，车辆运行时主要是电动机驱动车辆是电动机驱动车辆n1、发动机主动型的工作模式n（1）启动模式n发动机关闭，由蓄电池给电动机提供电能驱动车辆n（2）加速模式n节气门全开车辆加速行驶时，发动机和电动机同时工作，共同分担车辆行驶所需的动力。n（3）正常行驶模式n电动机关闭，发动机工作，提供车辆所需动力。n（4）减速/制动模式n电机工作于发电模式进行再生制动，通过功率转换器给蓄电池充电。n（5）行驶中给蓄电池充电模式 n发动机一部分动力用于驱动车辆，另一部分动力由发电机经功率转换器给蓄电池充电。n2、电力主动型混联混合动力电动汽车的工作模式n（1）启动/轻载模式n发动机关闭，由蓄电池给电动机提供电能驱动车辆n（2）加速模式n发动机和电动机一起工作，共同提供车辆所需功率。电动机所需电能由蓄电池和发电机共同提供。通常用行星齿轮机构分流发动机的输出功率，一部分用于驱动车辆，一部分用来驱动发电机n（3）正常行驶模式n发动机和电动机一起工作，共同提供车辆所需功率。电动机所需电能仅由发动机驱动发电机提供。n（4）减速/制动模式n电动机工作于发电机模式进行再生制动，通过功率转换器给蓄电池充电n（5）行驶中给蓄电池充电模式n发动机一部分动力用于驱动车辆，另一部分动力由发电机经功率转换器给蓄电池充电。n（6）蓄电池充电模式n当停车时，发动机可通过发电机给蓄电池充电。混联式驱动系统的控制策略是：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。n 三、混联式混合动力系统的优点n1、三个动力总成比SHEV三个动力总成的功率、质量和体积小。n2、有多种驱动模式，节能最佳，有害气体排放达到“超低污染”。n3、发动机可直接驱动车辆，没有机械能电能机械能的转换过程，能量转换的综合效率比内燃机汽车高。n4、电动机可独立驱动车辆行驶。电动机利用低速大转矩特性，带动车辆起步，可在城市中实现“零污染”行驶。n车辆需最大输出功率时，电动机可给发动机提供辅助动力，因此发动机功率可选择较小，燃料经济性比SHEV好。n四、混联式混合动力系统的缺点n1、发动机驱动是基本驱动模式，电动机驱动是辅助驱动模式，动力性更接近内燃机汽车。发动机工况受到车辆行驶工况的影响，有害气体排放高于SHEV。n2、需要配备两套驱动系统；发动机传动系统需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成；另外，还有电动机、减速器、动力电池组，以及多能源动力(发动机动力与电动机动力)组合或协调专用装置。因此，多能源动力系统结构复杂，总布置困难。n3、多能源动力系统的工作模式有多种形式，需复杂的多能源动力总成控制系统，才能达到高经济性和“超低污染”。n五、混合动力汽车三种结构模式的各方面比较n三、混合动力汽车的种类n（二）根据电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，混合动力系统还可以分为以下四类：n1、微混合动力系统n这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机上加装了皮带驱动启动电机,简称BSG系统。n该电机为发电启动一体式电动机，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。n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。n微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12V和42V。其中42V主要用于柴油混合动力系统。n 2 2、轻混合动力系统、轻混合动力系统n该混合动力系统采用了集成启动电机该混合动力系统采用了集成启动电机,简称简称ISGISG系系统统n轻混合动力系统除了能够实现用电动机控制发动轻混合动力系统除了能够实现用电动机控制发动机的启动和停止，还能够实现：机的启动和停止，还能够实现：n（1 1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；n（2 2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产）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。需求之间进行调节。n轻混合动力系统的混合度一般在轻混合动力系统的混合度一般在2020以下。以下。n3、中混合动力系统n该混合动力系统同样采用了ISG系统。n中混合动力系统采用的是高压电机。n中混合动力系统还增加了一个功能：n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能。n这种系统的混合程度较高，可以达到30左右，目前技术已经成熟，应用广泛。n4、重混合动力系统n该系统采用了272-650V的高压启动电机，混合程度更高n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。n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。n5、插电式混合动力系统n插电式混合动力汽车是可以利用电网对动力电池充电的混合动力汽车，可以使用纯电模式驱动车辆行驶，且纯电动行驶里程较长;n电能不足时，车辆仍然可以重度混合模式行驶。n一般插电式混合动力轿车都有车载充电机，可以使用家用电源为电池充电，而插电式混合动力公交车由于行驶路线固定，通常利用外接充电机充电。n插电式混合动力系统的电机功率比纯电动汽车的稍小，动力电池的容量介于重混系统和纯电动车辆之间。由于具有利用夜间用电低谷对动力电池充电、降低排放等优势，插电式混合动力汽车已成为主流发展方向之一n四、混合动力汽车发展现状n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。n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。