rkq-混合動(dòng)力汽車(chē)分析

/畢業(yè)設(shè)計(jì)<論文）中文摘要隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇，電動(dòng)車(chē)這種以電能為動(dòng)力的交通工具憑借其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來(lái),許多發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，我國(guó)的“863計(jì)劃”也已明確將電動(dòng)汽車(chē)作為重點(diǎn)攻關(guān)工程。節(jié)能成為新世紀(jì)全球的主題，日益短缺的能源要求出現(xiàn)新的動(dòng)力技術(shù)。本文詳細(xì)的闡述了汽車(chē)混合動(dòng)力技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，并且分析了汽車(chē)混合動(dòng)力核心技術(shù)，綜合分析了混合動(dòng)力汽車(chē)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。關(guān)鍵詞：環(huán)境；能源；混合動(dòng)力Title：ThedevelopmentofhybridelectricvehicletechnologyAbstract：Withtheincreasingoilsupplyshortageandgrowingenvironmentalpollution,electricvehiclessuchaselectricity-poweredvehicles,withitsenergysavingandenvironmentalprotectionadvantagesofbecomingthefocusoftheindustry.Sincethe80softhe20thcentury,manydevelopedcountrieshaveinvestedheavilyinelectricvehicleresearchanddevelopment,China's"863Program"hasaclearfocusonelectricvehiclesasakeyproject.Energysavinghasbecomesubjectmatteroftheworld,thelackoftheenergydemandsanewdrivingtechnology.Inthispaper,thehybridelectricvehicletechnologyhasbeenexpoundedindetail,andanalyzautomobiledynamicaledautomobiledynamicalkerneltechnology,colligatecolligatethetechnologyofautomobiledynamicaledandchallenge.Keywords：environment。energy。hybrid目錄摘要1b5E2RGbCAP1引言4p1EanqFDPw1.1混合動(dòng)力汽車(chē)的概述4DXDiTa9E3d1.2混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展技術(shù)背景4RTCrpUDGiT2混合動(dòng)力汽車(chē)的類(lèi)型和特點(diǎn)55PCzVD7HxA2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)6jLBHrnAILg2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)6xHAQX74J0X2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)7LDAYtRyKfE3混合動(dòng)力汽車(chē)的核心技術(shù)研究與發(fā)展9Zzz6ZB2Ltk3.1混合動(dòng)力汽車(chē)用電池9dvzfvkwMI13.1.1混合動(dòng)力汽車(chē)對(duì)電池的特殊要求9rqyn14ZNXI3.1.2混合動(dòng)力汽車(chē)電池的發(fā)展10EmxvxOtOco3.1.3混合動(dòng)力汽車(chē)電池的管理10SixE2yXPq53.2混合動(dòng)力汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)116ewMyirQFL3.3混合動(dòng)力汽車(chē)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用11kavU42VRUs4混合動(dòng)力汽車(chē)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)13y6v3ALoS894.1混合動(dòng)力單元技術(shù)13M2ub6vSTnP4.2能量存儲(chǔ)技術(shù)140YujCfmUCw4.3汽車(chē)集成電力電子模塊技術(shù)14eUts8ZQVRd結(jié)論15sQsAEJkW5T參考文獻(xiàn)17TOC\o"1-3"\h\z\uGMsIasNXkA個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途1引言1.1混合動(dòng)力汽車(chē)的概述混合動(dòng)力車(chē)是汽車(chē)使用兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的動(dòng)力源來(lái)推進(jìn)車(chē)輛行駛的車(chē)輛，混合動(dòng)力汽車(chē)的英文縮寫(xiě)是HEV。HEV的基本結(jié)構(gòu)是在電動(dòng)汽車(chē)<EV）和燃料電池電動(dòng)車(chē)<FCEV）的基礎(chǔ)上增加一套輔助動(dòng)力系統(tǒng)--動(dòng)力發(fā)電機(jī)組或某種原動(dòng)機(jī)。原動(dòng)機(jī)可以是內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等熱機(jī)。TIrRGchYzg通常所說(shuō)的混合動(dòng)力一般是指油電混合動(dòng)力，即燃料<汽油，柴油）和電能的混合?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)是有電動(dòng)馬達(dá)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車(chē)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)要使用燃油，而且在起步、加速時(shí)，由于有電動(dòng)馬達(dá)的輔助，所以可以降低油耗，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是與同樣大小的汽車(chē)相比，燃油費(fèi)用更小，而且，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)可以在啟動(dòng)的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)力，因此，車(chē)主可以享受更強(qiáng)勁的起步、加速。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性。7EqZcWLZNX混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)<HEV）將內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)與一定容量的蓄電池通過(guò)控制系統(tǒng)相組合，電動(dòng)機(jī)可補(bǔ)充提供車(chē)輛起步、加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩，又可以存儲(chǔ)吸收內(nèi)燃機(jī)富余功率和車(chē)輛制動(dòng)能量，從而可大幅度降低油耗，減少污染物排放?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)雖然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)零排放，但其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)能滿(mǎn)足當(dāng)前苛刻要求，可緩解汽車(chē)需求與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾。所以自從90年代以來(lái)，全球刮起了研究混合動(dòng)力的風(fēng)暴。日本豐田率先將混合動(dòng)力車(chē)商品化，于1997年推出Prius，隨后的時(shí)間里，多家日本汽車(chē)公司實(shí)現(xiàn)了多款混合動(dòng)力的商品化。在美國(guó)，克林頓政府上臺(tái)不久，為了開(kāi)發(fā)新一代汽車(chē)，由美國(guó)政府促進(jìn)，于1993年9月29日發(fā)起了新一代汽車(chē)伙伴計(jì)劃即PNGV，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)低油耗的混合動(dòng)力汽車(chē)。然而該計(jì)劃最終被廢止，沒(méi)有達(dá)到預(yù)訂的2005年左右推出商品化的混合動(dòng)力汽車(chē)的目標(biāo)。lzq7IGf02E1.2混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展技術(shù)背景隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇，電動(dòng)車(chē)這種以電能為動(dòng)力的交通工具憑借其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。zvpgeqJ1hk20世紀(jì)80年代以來(lái),許多發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，我國(guó)的“863計(jì)劃”也已明確將電動(dòng)汽車(chē)作為重點(diǎn)攻關(guān)工程。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家基本上處在同一起跑線(xiàn)上，在某些方面甚至超過(guò)國(guó)外[2]。2005年，我國(guó)第一代混合動(dòng)力商品車(chē)通過(guò)論證和驗(yàn)收。

法國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)等都經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和示范運(yùn)行，開(kāi)發(fā)出具有商品化水平的純電動(dòng)汽車(chē)，如法國(guó)PSA公司的標(biāo)志P106和雪鐵龍AX電動(dòng)轎車(chē)，日本豐田汽車(chē)公司的RAV-4EV電動(dòng)轎車(chē)，美國(guó)通用汽車(chē)公司的EV1電動(dòng)轎車(chē)等。我國(guó)也將電動(dòng)汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)列入“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)工程，并于1996年6月建成廣東汕頭國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)實(shí)驗(yàn)示范基地。“十五”期間，國(guó)家科技部將電動(dòng)汽車(chē)工程列入國(guó)家“863”重大專(zhuān)項(xiàng)。成了資助電池、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、整車(chē)控制系統(tǒng)以外，重點(diǎn)資助北京市<北京理工大學(xué)牽頭）進(jìn)行純電動(dòng)大客車(chē)的研發(fā)和示范運(yùn)行。2005年6月21日由國(guó)家發(fā)改委正式批準(zhǔn)，14輛鉛酸電池純電動(dòng)公交大客車(chē)在北京公交121路線(xiàn)投入商業(yè)化運(yùn)行。另一個(gè)課題資助天津清源動(dòng)力公司<中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心）進(jìn)行純電動(dòng)轎車(chē)的研究開(kāi)發(fā)和示范運(yùn)行。其中有5輛純電動(dòng)轎車(chē)于2005年初首次出口到美國(guó)。NrpoJac3v1雖然電動(dòng)汽車(chē)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它不能取代傳統(tǒng)的燃?xì)鈩?dòng)力模式，而混合動(dòng)力汽車(chē)是目前新型清潔動(dòng)力汽車(chē)中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化前景的車(chē)型，其發(fā)展方向是真正零排放、無(wú)污染，不消耗燃油的燃料電池車(chē)輛。現(xiàn)在混合動(dòng)力汽車(chē)在歐美國(guó)家及日本已形成產(chǎn)業(yè)化，而國(guó)內(nèi)還處于起步階段，沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化。1nowfTG4KI2混合動(dòng)力汽車(chē)的類(lèi)型和特點(diǎn)先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)是混合動(dòng)力汽車(chē)取得成功并實(shí)現(xiàn)其優(yōu)越性的關(guān)鍵。混合動(dòng)力汽車(chē)是將電力驅(qū)動(dòng)和輔助動(dòng)力單元<AuxiliaryPowerUnit,縮寫(xiě)為APU）合用到一輛汽車(chē)上。這個(gè)輔助動(dòng)力單元通常采用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)組。一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳工作點(diǎn)上驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，排放少、效率高；另一方面，蓄電池又可得到發(fā)電機(jī)的不斷補(bǔ)充充電，從而，在減少蓄電池容量和體積的同時(shí)提高了汽車(chē)最高速度，加大了續(xù)駛里程，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的連接方式，目前開(kāi)發(fā)研制的混合動(dòng)力汽車(chē)基本上可分為三類(lèi)，即串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。fjnFLDa5Zo2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)這種汽車(chē)系統(tǒng)更接近于電動(dòng)汽車(chē)，它由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池和電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力裝置以串聯(lián)方式連接組成<如圖2-1所示）。在這種系統(tǒng)中，一臺(tái)小型的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能被儲(chǔ)存于蓄電池或傳給電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。負(fù)荷小時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；負(fù)荷大時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；車(chē)輛制動(dòng)或減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)把驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)功率變速器給蓄電池充電。tfnNhnE6e5圖2-1串聯(lián)式HEV串聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系的組成，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、功率變速器以及蓄電池。這種類(lèi)型車(chē)能以超低排放模式工作。由于串聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系中的發(fā)電機(jī)與汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪之間無(wú)機(jī)械連接具有獨(dú)立于汽車(chē)行駛工況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的優(yōu)點(diǎn)，適用于市內(nèi)常見(jiàn)的頻繁起步、加速和低速運(yùn)行工況，可使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定于高效區(qū)或低排放區(qū)附近工作。但串聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系的綜合效率較低，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，再由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用以驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，途經(jīng)二次能量轉(zhuǎn)換，中間必然會(huì)伴隨著能量的損失。HbmVN777sL2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)汽車(chē)并聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系的組成，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、耦合器、變速器、電動(dòng)機(jī)、功率變速器以及蓄電池<如圖2-2）。這種系統(tǒng)更接近于傳統(tǒng)意義上的燃油汽車(chē)，該系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是并列連接到驅(qū)動(dòng)橋上的。汽車(chē)行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)可以分別獨(dú)立或共同向汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪提供動(dòng)力。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)主要由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力性較好。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制較復(fù)雜，電池總?cè)萘績(jī)H是串聯(lián)式的三分之一，能量傳遞損失小。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況不可避免地要受到汽車(chē)具體行駛工況的影響，很難在最佳工作區(qū)工作，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能均較串聯(lián)式差。V7l4jRB8Hs圖2-2并聯(lián)式HEV綜上所述，并聯(lián)式HEV布置方案由于在傳動(dòng)系組成及控制方面更接近于傳統(tǒng)汽車(chē)傳動(dòng)系，并且所需的電機(jī)功率較小，電池組數(shù)量小，整車(chē)的價(jià)位也較低。更可貴的是，并聯(lián)式HEV可采用傳統(tǒng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，從而可把傳統(tǒng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的最新研究成果應(yīng)用到混合動(dòng)力汽車(chē)上，節(jié)省了研發(fā)資金，目前這種結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系應(yīng)用比較廣泛。83lcPA59W92.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)典型的混聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系是由電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離合器以及蓄電池組成，具備了串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)<如圖2-3）。這種系統(tǒng)包括兩條能量傳遞路線(xiàn)：一是機(jī)械能傳遞路線(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能可通過(guò)機(jī)械裝置直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪；二是電能傳遞路線(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。同時(shí)，電池連接到發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間，可接受充電或提供輔助動(dòng)力。mZkklkzaaP圖2-3混聯(lián)式HEV混聯(lián)式HEV布置方案綜合了串、并聯(lián)兩種布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，是一種相對(duì)比較完善的動(dòng)力系統(tǒng)，其電池的體積較小、重量較輕、成本較低；發(fā)動(dòng)機(jī)總是在最高效率下工作，具有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性和較低的排放，加速性和平穩(wěn)性也很好。因此，可以說(shuō)在許多方面，混聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)?；炻?lián)式HEV控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，技術(shù)難度最大，增加了開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本，不過(guò)，隨著控制技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車(chē)更傾向于選擇這種結(jié)構(gòu)。AVktR43bpw在以上三種方式中，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的污染最小，但是能量在傳遞過(guò)程中損失較大，且對(duì)電池的要求較高。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的集成度相對(duì)較低，主要依賴(lài)于發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)受工況的影響，因而燃料的經(jīng)濟(jì)性較差、排放污染情況相對(duì)較差、噪聲較大，這不符合混合動(dòng)力車(chē)高效率、低能耗、低污染的基本目標(biāo)，但由于其具有較好的動(dòng)力性，曾一度得到各大汽車(chē)公司的青睞?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)同樣具有良好的動(dòng)力性而且污染與油耗大大降低，因此，世界各大汽車(chē)公司紛紛開(kāi)始把注意力投向混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的研究與開(kāi)發(fā)。這三種方式具體的分類(lèi)比較，見(jiàn)表2-4ORjBnOwcEd表2-4串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種方式的比較項(xiàng)項(xiàng)目方式控制系統(tǒng)電池能量傳遞效率燃油發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率環(huán)境污染其他串聯(lián)式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只要根據(jù)蓄電池充電狀態(tài)決定其運(yùn)行或停止對(duì)電池要求較高，容量大，增加了電池和汽車(chē)重量以及制造成本動(dòng)力傳遞過(guò)程中，存在能量轉(zhuǎn)換的損失，降低了能量利用率發(fā)動(dòng)機(jī)的工作不受汽車(chē)行駛工況的影響，總在最佳工況下工作，具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性污染最小每一動(dòng)力裝置的功率均等于汽車(chē)要求的總功率，設(shè)備規(guī)模較龐大，增加了車(chē)輛的成本及機(jī)構(gòu)布置的難度并聯(lián)式動(dòng)力控制系統(tǒng)及機(jī)械切換系統(tǒng)相對(duì)較復(fù)雜總?cè)萘勘却?lián)式小<約為三分之一），對(duì)蓄電池的峰值功率要求較低動(dòng)力直接傳到車(chē)輪上，中間環(huán)節(jié)少，比串聯(lián)式有更高的能量效率主要?jiǎng)恿€是來(lái)源于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，但燃油發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍大，效率較低污染和噪聲較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可把傳統(tǒng)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的最新研究成果應(yīng)用到混合動(dòng)力汽車(chē)上，節(jié)省了研發(fā)資金混聯(lián)式機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)最為復(fù)雜對(duì)電池的依賴(lài)小，甚至可以不需要外置充電系統(tǒng)較高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作不受汽車(chē)行駛工況的影響，總是在最高效率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性比并聯(lián)小發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)均可較小。動(dòng)力系統(tǒng)可根據(jù)不同工況選用不同的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，充分利用兩套動(dòng)力裝置的優(yōu)點(diǎn)3混合動(dòng)力汽車(chē)的核心技術(shù)的應(yīng)用汽車(chē)的混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展與機(jī)械、電氣、內(nèi)燃機(jī)、能源、計(jì)算機(jī)、汽車(chē)、信息等技術(shù)息息相關(guān)。HEV作為多種高薪技術(shù)的集成,是典型的高薪技術(shù)產(chǎn)品,集智能化、數(shù)字化、輕量化和實(shí)用化于一體。其研制和開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)主要是電池、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制、電力電子技術(shù)、能量管理技術(shù)以及車(chē)身和底盤(pán)設(shè)計(jì)等,其中前4項(xiàng)是混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展瓶頸。2MiJTy0dTT3.1混合動(dòng)力汽車(chē)用電池HEV的成敗關(guān)鍵在于電池,電池也是一直制約混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素。HEV在勻速行駛時(shí),由發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量,電池組基本上處于不充不放的狀態(tài)。汽車(chē)行駛需要大功率時(shí)(如加速、爬坡、高速等>,電池組放電,釋放能量。汽車(chē)行駛需要小功率時(shí)(如低速、停車(chē)等>,電池組充電,積蓄能量。gIiSpiue7A3.1.1混合動(dòng)力汽車(chē)對(duì)電池的特殊要求與EV不同,HEV電池連續(xù)工作時(shí)間短,對(duì)電池容量要求不高,而對(duì)功率要求較高。另外HEV電池SOC工作范圍在50%左右,波動(dòng)一般不超過(guò)20%。這是因?yàn)镠EV要求電池留有足夠的余量,以保證車(chē)輛制動(dòng)時(shí)可以充分吸收能量,并不致使電池過(guò)充后降低壽命,甚至破壞電池。HEV和EV用電池的主要性能指標(biāo)有質(zhì)量比能量、體積比能量、質(zhì)量比功率、價(jià)格和循環(huán)壽命等。為了確保HEV合理的行駛性能,對(duì)其能源系統(tǒng)有如下要求:高比能量(確保HEV達(dá)到合理的行駛里程>。高比功率(確保加速和爬坡性能>。壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、充電快、效率高(提高車(chē)輛的使用效率和接受制動(dòng)回輸功率的能力>。尺寸小。安全性高。uEh0U1Yfmh3.1.2混合動(dòng)力汽車(chē)電池的發(fā)展至今為止,電動(dòng)汽車(chē)用電池經(jīng)歷了三代的發(fā)展,已取得了突破的進(jìn)展。第一代是鉛酸電池,主要是閥控鉛酸電池(VRLA>,由于其比能量高、價(jià)格低和放電倍率高,成為目前唯一大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)用電池。第二代是堿性電池,只要有Ni2Cd,Ni2MH,Na/S,Li2ion和Zn/Air等多種電池,其比能量和比功率都比鉛酸電池高,大大提高了電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)能力和續(xù)駛里程,但是價(jià)格比鉛酸電池要高。第三代是以燃料電池為主的電池,燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,具有能量轉(zhuǎn)換效率高、比能量高、比功率高、控制反應(yīng)過(guò)程可控、能量轉(zhuǎn)化過(guò)程可連續(xù)的特點(diǎn),因此是理想的汽車(chē)用電池,現(xiàn)正處于研制階段,一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。從目前車(chē)用電池的發(fā)展來(lái)看,鎳氫電池可能是HEV動(dòng)力能源的首選電池,它已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn),性能穩(wěn)定,其質(zhì)量比、體積比率、電池壽命和重復(fù)充放電次數(shù)方面已經(jīng)達(dá)到美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)(USABC>性能指標(biāo)另外,一種叫質(zhì)子交換膜的燃料電池(PEMFC>的能量轉(zhuǎn)換效率是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的2～3倍。同時(shí)它還具有噪音低、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)迅速、比功率大和輸出功率可隨時(shí)調(diào)整等特性,使得PEMFC非常適合用作交通工具的動(dòng)力源,有關(guān)專(zhuān)家預(yù)言:21世紀(jì)燃料電池電動(dòng)汽車(chē)可能成為汽車(chē)的主體。其他尚在實(shí)驗(yàn)階段的電池如飛輪電池、太陽(yáng)能電池,有著壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在未來(lái)的車(chē)用電池中也必將占有一席之地。IAg9qLsgBX3.1.3混合動(dòng)力汽車(chē)電池的管理在電池管理方面,目前著力于多個(gè)電池串、并聯(lián)使用,為管理此更新的電池類(lèi)型,需要采用嵌入式控制器來(lái)監(jiān)視電池組的工作情況。大型HEV電池組可能包含200個(gè)甚至更多的獨(dú)立電池,因此對(duì)所有電池進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控是不現(xiàn)實(shí)的,而嵌入式處理器的可根據(jù)電池技術(shù)的多重特性、不同電池組之間的電壓以及流入或流出電池組的電流來(lái)估計(jì)電池的電量狀態(tài)。當(dāng)鏗電池或鎳氫(Ni2MH>電池的電量耗盡到低于閉值時(shí),鎳氫電池和鏗電池將很快損壞,不過(guò)嵌入式處理器可測(cè)定電量狀態(tài),并在電池組或單個(gè)電池的電壓低于閉值前關(guān)斷系統(tǒng)。但也不可對(duì)鏗電池和氫電池進(jìn)行過(guò)充電,以盡量延長(zhǎng)電池組的使用壽命。WwghWvVhPE3.2混合動(dòng)力汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的原動(dòng)機(jī),是心臟,是HEV的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器兩部分組成。電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置,為滿(mǎn)足整車(chē)動(dòng)力性能的需要,對(duì)電動(dòng)機(jī)的具體要求為:1>瞬時(shí)功率大、功率密度高、過(guò)載能力強(qiáng)。2>效率高。3>運(yùn)行速度范圍要廣,高、低速綜合效率也要高。電動(dòng)機(jī)在低速區(qū)具有恒轉(zhuǎn)矩特性,在高速區(qū)具有恒功率特性,其轉(zhuǎn)矩和功率控制特性如圖3-1所示。4>結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固,耐沖擊、顛簸、運(yùn)行可靠,免維護(hù),低成本等。驅(qū)動(dòng)控制器是將電池的電能轉(zhuǎn)換為適于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的另外一種電能變換控制裝置。通過(guò)這種變換和控制使電動(dòng)機(jī)處于上述要求的運(yùn)行最佳工作狀態(tài),以滿(mǎn)足HEV實(shí)際行駛工況的需要。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,系統(tǒng)可靠性高,成本低等。asfpsfpi4k圖3-1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率控制特性用于HEV的電機(jī)必須要具有良好的可控性和容錯(cuò)能力以及具有低噪聲、高效率的特點(diǎn),同時(shí)具有對(duì)電壓波動(dòng)不敏感等性能。用于HEV的電機(jī)類(lèi)型有交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。其中交流感應(yīng)電機(jī)較具有代表性,但這種電機(jī)很難解決其功率和效率之間的矛盾,因此需要能夠適用于HEV的具有更高效率和功率密度的永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的先進(jìn)電機(jī)來(lái)替代目前使用的交流感應(yīng)電機(jī)。同時(shí)對(duì)電機(jī)的控制方法和冷卻系統(tǒng)也應(yīng)有深入的研究。ooeyYZTjj13.3混合動(dòng)力汽車(chē)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用HEV常用的電力電子技術(shù)裝置:豐田新一代混合動(dòng)力系統(tǒng)PriusTHSII的電力電子技術(shù)在HEV中的應(yīng)用如圖3-2所示，該整車(chē)電器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要采用用AtkinSon循環(huán)的高效發(fā)動(dòng)機(jī)、永磁交流同步電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、動(dòng)力分配裝置、高性能鎳金屬氫化物(Ni2MH>電池、控制管理單元以及各相關(guān)逆變器和DC2DC變換器等部件組成。要求HEV用電力電子技術(shù)機(jī)裝置應(yīng)具有成本低、體積小、比功率大。易于安裝的特點(diǎn)。此外,以下的技術(shù)細(xì)節(jié)必須得到重點(diǎn)考慮:BkeGuInkxI1>電力電子裝置密封問(wèn)題:各種車(chē)用電力電子裝置必須要進(jìn)行有效的密封,以耐受溫度和振動(dòng)的影響,并能防止各種汽車(chē)液體的侵入。PgdO0sRlMo2>電磁兼容/電磁干擾(EMC/EMI>問(wèn)題:HEV是一個(gè)相對(duì)狹小的空間,里面包含有各種控制芯片和弱電回路,因此在進(jìn)行車(chē)載電力電子裝置設(shè)計(jì)時(shí),為了消除將來(lái)的事故隱患,必須要很好的研究并解決EMC/EMI問(wèn)題。3cdXwckm153>直流母線(xiàn)電壓利用問(wèn)題:HEV儲(chǔ)能系統(tǒng)的電壓是可變的,電壓的大小取決于汽車(chē)實(shí)際負(fù)載的大小、運(yùn)行工況(電動(dòng)還是發(fā)電>以及電機(jī)是否弱磁運(yùn)行等等,典型的母線(xiàn)電壓波動(dòng)范圍是標(biāo)稱(chēng)值的-30%～+25%。因此如何在汽車(chē)工況頻繁變化的情況下,充分利用直流母線(xiàn)電壓,成為了控制策略設(shè)計(jì)者所需要解決的問(wèn)題。h8c52WOngM圖3-2PriusTHE整車(chē)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4>電力電子裝置控制問(wèn)題:“高開(kāi)關(guān)頻率”和“高采樣率”目前被普遍應(yīng)用于HEV的電力電子裝置和交流傳動(dòng)系統(tǒng)中,客觀上,“雙高”需要高精度的編碼器和解算器,因此這就意味著電機(jī)中出現(xiàn)寬的溫度梯度和飽和狀態(tài)時(shí),如何降低參數(shù)敏感度,以滿(mǎn)足控制要求。v4bdyGious5>軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在HEV中的應(yīng)用:目前,HEV普遍采用PWM控制的電壓源型逆變器。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái),正弦波逆變器主要的工作模式是SPWM或SVPWM,在這種工作模式下,逆變器開(kāi)關(guān)管工作在“硬開(kāi)關(guān)”狀態(tài)。它存在開(kāi)、關(guān)損耗大、過(guò)高的的dv/dt和di/dt帶來(lái)傳導(dǎo)和輻射電磁干擾等問(wèn)題,這些問(wèn)題已經(jīng)引起人們的充分重視,做了大量的研究,研究的重心就是如何實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的“軟開(kāi)關(guān)”?，F(xiàn)階段,研究較為活躍的有電感換向SPWM軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、電感換能式三相軟開(kāi)關(guān)技術(shù)新型半橋電流源串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)等等。J0bm4qMpJ96>HEV用逆變器的通態(tài)損耗分析:目前,逆變器中的主流器件仍是IGBT和快恢復(fù)二極管,這些器件在運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生損耗,主要由通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗組成。隨著器件開(kāi)關(guān)特性的優(yōu)化,通態(tài)損耗占變換器損耗的比重越來(lái)越大,特別是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)損耗大大減小,通態(tài)損耗從而成為主要的功率損耗源。因此,通態(tài)損耗的精確計(jì)算是HEV用逆變器系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。XVauA9grYP4混合動(dòng)力汽車(chē)需解決的關(guān)鍵技術(shù)混合動(dòng)力汽車(chē)要進(jìn)入實(shí)用化，需要具備高比能量和高比功率的能量存儲(chǔ)裝置，低成本、高效率的功率電子設(shè)備和燃料經(jīng)濟(jì)性好、排放低的高效發(fā)動(dòng)機(jī)。所要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面。bR9C6TJscw4.1混合動(dòng)力單元技術(shù)混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力可以同時(shí)來(lái)自熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)。在混合動(dòng)力汽車(chē)上，發(fā)動(dòng)機(jī)又被稱(chēng)為混合動(dòng)力單元，與傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其作用發(fā)生了變化。在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)上，混合動(dòng)力單元通過(guò)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，同時(shí)電動(dòng)機(jī)也承擔(dān)一部分動(dòng)力的功能，因而使得混合動(dòng)力單元能夠采用尺寸更小、效率更高的發(fā)動(dòng)機(jī)；在串聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)上，混合動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，由于汽車(chē)的行駛與發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有直接聯(lián)系，因此混合動(dòng)力單元也能夠采用小型高效的發(fā)動(dòng)機(jī)，且其運(yùn)行工況可以固定于較小的高功率和低排放區(qū)。pN9LBDdtrd混合動(dòng)力汽車(chē)的主要目標(biāo)就是降低排放，所以，控制混合動(dòng)力單元的排放將是今后研究的重點(diǎn)。目前對(duì)混合動(dòng)力單元的研究主要集中在三個(gè)方面；一是燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)研究燃料與空氣混合物的點(diǎn)燃和燃燒的過(guò)程，探究HC、CO以及氮氧化物和微粒的形成機(jī)理，從而改進(jìn)燃燒系統(tǒng)；二是尾氣處理技術(shù)，主要研究高效的尾氣催化系統(tǒng)和過(guò)濾系統(tǒng)；三是代用燃料的研究。DJ8T7nHuGT從目前的研究表明，直噴式柴油機(jī)將是首選的混合動(dòng)力單元。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已日趨小型化，同時(shí)，采用先進(jìn)的共軌式噴油系統(tǒng)，降低了微粒<PM）和氮氧化物排放、改善了熱效率和低溫排放污染等，在性能上已經(jīng)有了很大的提高。QF81D7bvUA4.2能量存儲(chǔ)技術(shù)目前運(yùn)用于混合動(dòng)力汽車(chē)上的能量?jī)?chǔ)存裝置主要還是高能蓄電池。除此之外，雖然超級(jí)電容器、飛輪電池等新型能量?jī)?chǔ)存裝置也在研究開(kāi)發(fā)，但是近期最有希望進(jìn)入實(shí)用化的還是高能蓄電池。4B7a9QFw9h目前，鎳氫電池和鋰離子電池技術(shù)較成熟，已達(dá)到混合動(dòng)力汽車(chē)的使用要求。從發(fā)展看，能量?jī)?chǔ)存裝置的研究應(yīng)該包括以下內(nèi)容：一是研究電池內(nèi)部的連接、檢測(cè)、監(jiān)控以及便于將整個(gè)電池子系統(tǒng)安裝在汽車(chē)上的支撐機(jī)構(gòu)；二是電池設(shè)計(jì)和制造方面的改進(jìn)，降低制造成本，改善電池的性能和提高使用壽命；三是電池的熱能管理及剩余電量管理。由于電池的工作溫度不可能覆蓋汽車(chē)運(yùn)行的工作溫度范圍，為了保證電池系統(tǒng)的統(tǒng)一，減少各電池單元之間的不平衡，所以需要一個(gè)有效的熱能管理系統(tǒng)。此外，電池的剩余電量直接影響混合動(dòng)力汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性的排放，因此需要有效的測(cè)試方法和控制裝置。ix6iFA8xoX在混合動(dòng)力汽車(chē)中，能量存儲(chǔ)裝置的作用已發(fā)生了質(zhì)的變化，有時(shí)也稱(chēng)之為載荷調(diào)節(jié)裝置，這就是它的真正作用所在。在混合動(dòng)力汽車(chē)中，提供整車(chē)行駛所需的動(dòng)力最終依然來(lái)源于使用高能量密度化學(xué)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池，載荷調(diào)節(jié)裝置引進(jìn)的目的是通過(guò)它的調(diào)節(jié)作用來(lái)達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放的目的。由于混合動(dòng)力汽車(chē)的最終能量來(lái)源依然是化學(xué)燃料，所以它不再像純電動(dòng)汽車(chē)那樣假如普及就需要建設(shè)大規(guī)模的配套基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)有的加油站系統(tǒng)無(wú)須作任何的改進(jìn)即可適應(yīng)。wt6qbkCyDE4.3汽車(chē)集成電力電子模塊技術(shù)混合動(dòng)力系統(tǒng)的精確運(yùn)轉(zhuǎn)依賴(lài)于優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是混合動(dòng)力系統(tǒng)的最關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新?？刂葡到y(tǒng)要能夠根據(jù)采集到的速度和負(fù)荷等數(shù)據(jù)，計(jì)算出以最高效率為基點(diǎn)的分配到發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)上的功率值，即實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)耦合功率分配比。為了滿(mǎn)足汽車(chē)高速開(kāi)關(guān)控制的要求，混合動(dòng)力汽車(chē)還需要設(shè)有一些分立裝置，例如，專(zhuān)用的集成電路、模擬和數(shù)字集成電路以及其他功率電子裝置?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)對(duì)智能化的要求導(dǎo)致其控制的復(fù)雜性，因此要求控制裝置采用高速運(yùn)行的半導(dǎo)體芯片，其功率密度高，散熱性能也較好。Kp5zH46zRk在混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)入實(shí)用化的過(guò)程中，一個(gè)關(guān)鍵性的部件是汽車(chē)集成電力模塊。它采用現(xiàn)代電子集成技術(shù)，將復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)集成在一個(gè)單一封裝內(nèi)，能夠供給汽車(chē)大約100KW的功率，其功率范圍為10－100KW。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整車(chē)的控制，例如，控制電動(dòng)機(jī)功率的輸入和輸出、發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的離合，同時(shí)還能控制再生制動(dòng)能量的回收與釋放，確定電池的充電狀態(tài)、判斷是否對(duì)電池充電，以及優(yōu)化控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)以減少排放。Yl4HdOAA61混合動(dòng)力汽車(chē)在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上達(dá)到了提高燃油經(jīng)濟(jì)