1、 毕业论文 题 目： 混和动力汽车 结构、原理及 发 展前景研 究 学 院： 机电工程学院 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名 ： 指导老师： 完成日期： 2014 年 混和动力汽车 结构、原理及发展前景研 究 摘 要 当前， 全球能源和环境问题日益突出，有关资料表明，目前已探明的石油储量，如果按照现在的开采速度，仅够人类使用 50-60年，近年来油价不断攀升，世界进入一个高油价时期。 作为不可再生资源的石油随着汽车业的发展显得 捉襟见肘 ，而传统内燃机汽车排放的废气对自然环境的污染也日益困扰着地球人。为此，各国政府和汽车公司纷纷开展新型高效节能汽车的研究与开发，对此设计有很多方案，例如氢
2、能源汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车、混合动力汽车等。但以目前的条件和实用性来看，具备商业化运作条件的只有混合动力汽车（ Hybrid Electric Vehicle,简称 HEV）。 混 合动力汽车（亦称 复 合动力汽车，英文为 Hybrid Power Automobile）是指车上装有两个以上动力源：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。 混合动力汽车的问世给人类生活带来了诸多好处，不仅石油耗减少了，环境也得以改善。下面就来对混合动力汽车做一些详细分析介绍。 关键词：新能源汽车 HEV 结构 原理 发展前景装 订 线
3、 Mixed electric vehicle structure, the principle and the development foreground research Abstract Nonce,Global energy and environment problem increasingly,Relevant data show that, At present its proven oil reserves,If according to the present mining speed,Only enough humans use 50-60 years.In recent
4、 years rising oil prices,The world into a period of high oil prices.As a nonrenewable resources with the development of the auto industry oil appears to their knees.While the traditional internal combustion engine air pollution from cars to the natural environment pollution is also increasingly bese
5、t the earth person.For this,Governments and car companies have high efficiency and energy saving for a new car research and development,This design has many schemes .For example,Hydrogen energy vehicles,Fuel cell vehicles,Solar car,Hybrid Electric Vehicle.But with the current conditions and practica
6、l and see,Have the commercialized operation conditions of the only a Hybrid Electric Vehicle(HEV).HEV are equipped with refers to two or more power supply:battery,Fuel cells,Solar cells,Internal combustion engines generator sets.The current composite power car general is to point to internal-combust
7、ion engine car generator,Plus the battery cars.HEV to the introduction of the human life brought many benefits, not only reduce the oil consumption, the environment also can be improved.Here is the hybrid electric vehicle do some detailed analysis is introduced. Key words: New energy vehicles HEV St
8、ructure Principle Development prospect 装 订 线 - - 1 - - 目 录 前言 1 一 题 混合动力汽车的定义与分类 2 1.1 混合动力汽车的定义 2 1.2 混合动力汽车的分类 2 二 混合动力车的结构和原理 7 2.1 串 联式混合动力汽车（ SHEV） 7 2.2 并联式混合动力电动汽车（ PHEV） 8 2.3 混联式混合动力电动汽车（ PSHEV） 10 三 混合动力 汽车的 策略 11 3.1 混合动力系统控制策略 11 3.2 混合动力能量管理策略 15 四 混合动力汽车优缺点分析 16 4.1 混合动力汽车的 优点分析 16 4.2
9、 混合动力汽车的 缺点分析 17 装 订 线 装订线装订线- - 2 - - 五 混合动力汽车的 发展 前景 18 5.1 混合动力汽车在国内外的发展 18 5.2 混合动力汽车的 前景 23 5.2.1 混合动力汽车 的 技术 23 5.2.2 混合动力汽车面临的问题 25 5.2.3 混合动力汽车的市场推广 26 结语 29 参考文献 29 致谢 30装 订 线 - - 1 - - 前 言 地球上的石油资源总有一天会枯竭，若没有信 能源或代替能源，到那时汽车将寸步难行，为此，人类一直在寻求新能源或试图找到新的方法以减少对石油资源的依赖。目前新能源汽车有纯电动汽车、燃料电池汽车、燃气汽车和混
10、合动力汽车等。纯电动汽车可以实现零排放，动力性、经济性、安全性和可靠性可以达到或接近普通内燃机汽车，能满足一定续驶里程的要求，但作为动力源的蓄电池成本高，寿命短，体积和比重大，充电时间长，所以，目前还 没有哪一种蓄电池能完全满足电动汽车的要求；燃料电池电动汽车的工作原理是使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中与大气中的氧发生化学反应从而产生出电能启动电 动机，进而驱动汽车，燃料电池电动汽车可以减少二氧化碳的排放，有利于人类居住，还可以减少人类对石油资源的依赖，虽然燃料电池电动汽车有诸多有点，但还是有许多不完善之处，例如：制造、储存、运输、灌装比较困难，氢气价格过高、建立“加氢站”投资过大等；燃气
11、汽车可以降低排放、减低噪音、提高汽车的动力性和经济性，但是气体液化技术将提高成本，一次充气续驶里程短，燃用天然气或液化气石油气将使发动机功率下降；混合动力电动汽车（ HEV）是指汽车使用汽油和电力两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时只靠发电机带动，不达到一定速度发动机 就不工作，因此便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好、排放低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。采用混合动力后可以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，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电
12、，故其行程和普通汽车一样。因为有了电池，可以十分方便地回收制动、下坡、怠速时的能量。在繁华市区，可以关停内燃机，由多次单独驱动，实现“零”排放。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。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。比较而言，混合动力汽车更适合现阶段的生活需求。 装 订 线 - - 2 - - 一 题 混合动力汽车的定义与分类 1.1混合动力汽车的定义 混合动力汽车（ Hybrid Electrical Vehicle，简称 HEV）是指同时装备两种动力来源 热动力源（由传统的
13、汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行 工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。 混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗。简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此，车主在享受更强劲的起步、加速的同时，还能实现较高
14、水平的燃油经济性。 1.2混合动 力汽车的分类 （一） 根据混合动力驱动模式，混合动力系统主要分 为以下三 类： a.串联式混合动力电动汽车（ Series Hybrid Electric Vehicle， SHEV） ; b.并联式混合动力电动汽车（ Parallel Hybrid Electric Vehicle， PHEV） ; c.混联式混合动力电动汽车（ Parallel Series Hybrid Electric Vehicle， PSHEV）。 一般所说的混合动力汽车是由电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车 。其结构特点就是在传统 HEV上改装或加装 可充电的动力电池，因此，不
15、同类型传统 HEV所具备的特点在相应类型的可外接充电式混合动力汽车 (Plug-in HEV)上依然具备，所不同的是 Plug-in HEV 用发动机功率比传统 HEV 的小，电机和电池功率比传统 HEV 的大，电池可通过电网进行充电。 （ 1） 串联式混合动力系统 装 订 线 - - 3 - - 串联式动力由发动机、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 SHEV动力单元系统， 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。小负荷时由 电池驱动 电动机驱动 车轮 ， 大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、
16、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当 电动车 处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机 -发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。 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。在这种联结方式下，电池就象一个
17、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。 图 1-1 串联型 Plug-in HEV动力系统简图 装 订 线 - - 4 - - 如图 1-1所示 ， 串联型 Plug-in HEV的特点是：发动机带动发电机发电，电能通过电动机控制器直接输送给电动机，由电动机产生电磁力矩驱动汽车。在发动机与驱动桥之间通过电能实现动力传递，因此更像是电传动汽车。 （ 2） 并联式混合动力系统 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
18、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。 并联型 Plug-in HEV 的特点是：并联式布置保留了发动机及其后续传动的机械连接，由电池组 -电动机所提供的动力在原驱动系统的某一处和主动力汇合，或者发动机和电动机产生的力完全分开用以驱动不同的驱动桥，即汽车可由发动机和电动机共同驱动或者各自单独驱 动。发动机和电机是两个相互独立的系统，即可实现纯电动行驶，又可实现内燃机驱动行驶，在功率需求较大时还可以实现全混合动力行驶，在停车状态下可进行外接充电。其结构原理如图
19、 1-2所示。 图 1-2 并联型 Plug-in HEV动力系统简图 装 订 线 - - 5 - - （ 3） 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 功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。 丰田 Prius采用的是混联式联结方式。 丰田 Prius所采用的混合驱动方式，是将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来。动力从发动机输出到与其相连的行星
20、架，行星架将一部分转矩传送到发电机，另一部分传送到电动机并输出到驱动轴。此时车辆并不是串联式或者并联式，而是介于串联和并联之间，充分利用两种驱动方式的优点，可以在低速下用电池带动汽车工作，在加速时，由两套动力系统一同工作，在驱动汽车行驶的同时又为电池充电，因此非常适合城市走走停停的低速路况。混联式 混合动力系统的特点在于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，或采用行星轮式的结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。另外，汽车在小负荷工作时，电动机 /发电机（作为发电机）给蓄电池充电，使蓄电池得以补充电能；在汽车减速或制动时，汽车驱动电动机 /发电机
21、（作为电动机）为蓄电池充电（回收汽车减速或制动时的部分能量转变为电能储存）。与并联式混合动力系统相比，混联式混合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。唯一的缺点就是价格高，结构复杂。 基本 上混合动力汽车就是以上说的那些，不过现在也有公司在开发非电动的混合动力车，比如通用公司的氢动力车。 混联型 Plug-in HEV 驱动系统是串联式与并联式的综合，图 1-3 为一种典型的混联型Plug-in HEV动力系统结构原理图。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。发电机发出的电能由控制器控制，输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力耦合装置传送给驱动桥。混联型 Plug-in HEV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；汽车高速稳定行 驶时，则以并联工作方式为主；停车时，通过车载充电器对其进行外接充电。 装 订 线
