混合动力汽车现状和发展终稿(共20页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上长春工业大学人文信息学院毕业论文论文题目: 混合动力汽车的现状和发展系别专业: 汽车系汽车服务工程 班 级: 姓 名: 指导教师: 完成时间: 2017年5月2日 内容摘要在21世纪,由于汽车的大量存在,尾气排放严重。逐渐地造成了环境恶化越来越严重,随着环境问题日益增多,雾霾天气给人们带来的困扰,以及能源的短缺使人们意识到必须寻找新的能源来取代现在的现状。混合动力汽车作为纯电动汽车替换内燃机汽车的重要过渡产品,不仅在节油环保上的优势明显,而且其动力性和行驶里程也能和现在的内燃机汽车媲美。因而成为当今各大汽车公司开发的热点。混合动力电动汽车将发动机、电动机、能量储存装置
2、(蓄电池)组合在一起,它们之间的良好匹配和优化控制,可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点,避免各自的不足,是当今最具开发意义的的低排放和低油耗汽车。关键词节能环保 混合动力 技术发展AbstractIn the 21st century, due to the large number of cars, exhaust emissions. Gradually causing environmental degradation more and more serious, with the increasing environmental problems, haze weather to b
3、ring people to the troubled, and the shortage of energy so that people are aware of the need to find new energy to replace the current situation. Hybrid electric vehicles as a pure electric vehicle to replace the internal combustion engine of the important transition products, not only in the advant
4、ages of saving oil on the obvious, and its power and mileage and the current internal combustion engine can be comparable. And thus become the major development of todays auto companies hot spots. Hybrid electric vehicles will be engine, motor, energy storage devices (batteries) together, they are b
5、etween the good match and optimal control, can give full play to the advantages of internal combustion engine vehicles and electric vehicles to avoid their own shortcomings, is the most development today Meaning the low emissions and low fuel consumption of the car.Key words Energy efficient Hybrid
6、vehicle Technological development专心-专注-专业目 录混合动力汽车的现状和发展一、绪论目前,石油资源供应的日益缺乏,环境污染持续恶化,世界范围内对环境友好可持续发展的呼声不断高涨,寻找新能源代替传统燃料已成为国际共识。近几来,我国机动车保有量迅猛增长,汽车尾气排放已成为影响各大城市大气质量最主要的污染源之一,严重制约和影响城市的可持续发展和人们的日常生活。因此,寻找新能源来代替传统的石油燃料是人们首要解决的问题。相对混合动力汽车,纯电动汽车虽然具有比较突出的环保优势,但是其产业发展的研究总体上还处于起步阶段,受限于燃料电池等关键技术,其行驶路程短、动力性能差以
7、及成本高等问题没有得到解决,所以,纯电动汽车发展的局限导致其很难市场化。为寻找传统燃油汽车与纯电动汽车的过渡产品和折衷方案,混合动力汽车(HEV)的研发已经成为国际范围内新型环保车辆开发的新热点,具有很好的发展前景和市场潜力。为此,世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度研发试验各种混合动力汽车和混合动力客车。从当前的技术发展情况来看,纯电动汽车由于受到燃料电池性能的局限,续航里程比较短,难以推广上市应用。燃料电池汽车的基础研发设施投入非常大,车辆成本极高,更不可能在短期内实现产业化。而混合动力汽车具有排放污染低、续驶里程长、节约能源、不改变已有基础设施的各方面优点,是当前实现环保汽车产业化
8、、规模化的最佳产品。二、混合动力汽车的概述(一)混合动力汽车的定义基本定义:混合动力汽车(HybridElectricVehicle,)是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同,形成了多种分类形式。的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。 1(二)混合动力汽车的工作原理混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。如图2-1所示,以串联混合动力电动汽车为例,介绍一下混合动力电动汽车的工作原理。图2
9、-1:串联混合动力电动汽车工作原理在车辆行驶之初,蓄电池处于电量饱满状态,其能量输出可以满足车辆要求,辅助动力系统不需要工作;电池电量低于60时,辅助动力系统起动;当车辆能量需求较大时,辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量;当车辆能量需求较小时,辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时,还给蓄电池组进行充电。由于蓄电池组的存在,使发动机工作在一个相对稳定的工况,使其排放得到改善。2(三)混合动力汽车的分类根据混合动力电动汽车驱动系统的配置和组合方式不同,可分为串联式、并联式、混联式三种。1串联式混合动力汽车(SHEV)串联式驱动系统图如图2-2所示。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发
10、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2-2 串联式混合动力系统示意图2并联式混合动力电动汽车(PHEV)并联式驱动系统图如图2-3所示。并联式结构发动机与电动机并联,可以同时给车轮提供驱动力。电动机还可以用作发电机,在最佳工况点周围通过平衡发动机所受的载荷运转。发动机机械能一般中间没有能量转换地输送到汽车驱动桥,因此系统有着很高的
11、效率以及比较少的燃油消耗量。可是在发动机与车辆驱动轮之间有着许多直接的机械接触,导致发动机不能以最佳工况运行,汽车具体行驶工况一定程度上发挥很大的作用。在城市间公路和高速公路上等稳定行驶的工况上,并联式驱动系统比较适合。在崎岖不平的山路等较之复杂的工况下运用并联式混合动力系统,拥有更广的使用范围,但需要更加优化的内燃机工作状态和更佳的能量系统管理。 3图2-3 并联式混合动力系统示意图3混联式混合动力电动汽车(PSHEV)混联式驱动系统图如图2-4所示。串联式与并联式综合起来就相当于混联式混合动力驱动系统。混联式的驱动系统通过发动机生成的机械能与电动机生成的机械能共同作用的方法驱动汽车,但驱动
12、电动机的发电机与发动机串联。当前的混联式结构的基本构架通常是行星齿轮作为动力复合器。发动机做功不仅驱动发电机,而且以机械传送的方式输送给驱动桥。发电机产生的电能输供给电动机或储能装置,电动机获得的驱动力矩经过动力复合装器传致驱动桥。混联式驱动系统其有着灵活的控制策略:以低速行驶的车其驱动系统基本上用串联方式运作;以高速行驶的车其驱动系统基本上用并联方式运作。混联式混合动力驱动系统完全拥有了串联式和并联式的优点,使其达到高热效率和低污染排放。同并联式比较,混联式有更复杂的动力复合形式,随之对动力复合装置的有更高的要求。 4图2-4 混连式混合动力系统示意图三、混合动力汽车的关键技术分析油电混合动
13、力系统有机械功率和电功率两条能量传递路线,包含发动机、变速箱、电机及其驱动、电池等多个环节,是一个集成度很高的系统。相信在未来5-10 年的发展过程中,要想使混合动力系统具有更加优良的燃油经济性和出色的动力性能,还需在以下几点关键技术上下功夫。(一)高能量密度电池及其管理系统 一定程度上,油电混合动力汽车的出现是为了解决现阶段电池性能不足而造成的纯电动汽车续航里程较短的问题。但同时,为确保混合动力汽车在加速与爬坡时能有效提供较大的峰值功率,对电池的能量密度和功率密度也提出了很高的要求。特别是随着汽车轻量化革命的推进,为混动汽车配备高能量密度的电池以及更加高效的电池管理系统成为需要重点解决的问题
14、。具体来讲,插电式混合动力汽车的电池容量直接影响到车辆的油耗水平,而以丰田“PRIUS”为代表的非插电式混合动力为延长电池寿命,对其电池系统设计了浅充浅放的控制策略,无形中降低了电池的有效能量密度,与汽车轻量化的发展趋势不符。因此,无论未来的油电混合动力汽车是采用镍氢电池、磷酸铁锂电池还是三元锂电池,都急需提高电池的能量密度,同时为其配备一套完善的电池状态监测管理系统,以最大限度的发挥电池性能、延长电池使用寿命。 5(二)高可靠性、高效率的机械传动结构纯电动汽车已没有传统意义上的变速箱,但现阶段的混合动力车辆都还或多或少有机械传动环节,尤其是在混联式混合动力系统中,由行星排和齿轮传动构成的功率
15、耦合装置作为核心环节,其效率和可靠性很大程度上决定了整车的性能。丰田“PRIUS”在进行换代改进时,为降低传动环节的磨损、增强可靠性,专门将定传动比的第二排行星传动改成了平行轴齿轮传动。(三)高性能电机及其驱动技术随着混合动力技术的发展,电机已经不仅仅作为一项驱动单元,还要作为能量转换过程中极为重要的一环,在电动以及发电模式下都能高效运行。并且,在电机峰值功率上,需具备启动发动、电驱动、整车加速、制动回收等各方面的能力。现阶段在混动汽车上使用的电机主要有交流永磁同步、直流永磁、开关磁阻以及异步电机等四种类型。在进行电机选用时,需要综合考虑性能、质量、效率、成本等因素。因此,接下来的电机研发工作
16、集中在质量改进、性能提升以及体积缩小上。电机的高效工作与其驱动技术密不可分,随着混合动力汽车的发展,系统中电机功率不断增大,这就对驱动电路中的功率放大模块提出了很高的要求。此外,电机转速、转矩控制的精确性和稳定性也离不开优化的控制算法。 (四)优化的整车控制策略混合动力汽车的控制策略是整个混合动力系统的大脑,国内早期的有关研究主要是利用实验数据映射出发动机工作点,与所建立的控制策略仿真结果进行对比,反推国外车型的控制策略。控制策略通常可分为基于确定规则的控制策略、离线全局优化算法和预测控制算法三种,它们各具优缺点。基于确定规则的控制算法难以充分发挥行星混联系统的节能潜力,控制效果有限;离线全局
17、优化算法往往难以保证实时性,也不具有普遍的工况适应性,预测控制摆脱了工况局限性,但实时性仍是应用瓶颈。因此,若要使混合动力系统的综合性能再上一个台阶,还需设计出实时性良好,可应用于实车控制器,又能大幅提升整车燃油经济性的控制策略。6四、混合动力汽车国内外发展现状(一)国内发展现状我国混合动力电动汽车的研究与开发的工作开始于上个世纪90年代。经过国家“863计划”的支持与发展,目前,我国在新能源汽车的自主创新过程中,坚持了政府支持,以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则,确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”,以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池/燃料电池为“三横”的研
18、发布局,通过产学研紧密合作,我国混合动力汽车的自主创新取得了重大进展。上汽、东风、长安和比亚迪汽车公司走在了HEV开发和研制的最前列。表4-1为国内主要厂商生产的混合动力汽车。表4-1: 国内主要厂商生产的混合动力汽车地点厂商车型重庆长安混合动力轿车武汉东风混合动力轿车深圳比亚迪混合动力轿车芜湖奇瑞混合动力轿车长春一汽混合动力轿车、大巴北京博太混合动力大巴上海上汽混合动力大巴厦门金龙混合动力大巴上海荣威混合动力轿车浙江吉利混合动力轿车郑州宇通混合动力大巴2017年2月,国内销量为17596辆,同比增长30.3%。受补贴政策及推广目录调整的影响下,国内市场在经历了1月的低迷走势后,在2月终于开始
19、逐渐回暖。其中,2017年2月插电式产销分别完成2645辆和3677辆,同比分别下降33.5%和12.4%。图4-2:2017年2月国内插电式混合动力车型销量排名在2月插电式混动车型市场中,销量排名前五的车型依次为荣威E550、比亚迪唐、荣威eRX5、荣威e950以及比亚迪秦。上汽的荣威E550是2月插电式混合动力汽车的销冠车型,销量为1122辆。国产有代表性的混合动力汽车有:1上汽的荣威E550 动力方面,搭载1.5L自然吸气发动机+2台电动机的动力组合,但此次三者有机结合,可输出的最大功率147kW,最大扭矩587Nm。且在经过调校后,车辆的纯电最大续航里程提升至60km,综合最大续航里程
20、超过500km,另百公里综合油耗降低至1.6L。与动力系统匹配的是上海捷能自主开发的EDU电驱变速箱,通过离合器C1、C2的两个挡位,可实现纯电动、串联、并联和全工况混动模式的切换。2比亚迪秦混合动力模式下0到百公里加速时间仅为5.9秒,最高时速可达185Km/h,百公里综合油耗仅2L。秦在纯电状态下可连续驶70公里,满足日常代步需求,长途旅行电量耗完后也可用1.5TID黄金单独驱动,突破了续驶不足的瓶颈。秦采用了比亚迪的dmii双模混动系统,依旧采用并联模式,即系统可以以纯电动或汽油+电动模式进行驱动。3长安逸动逸动蓝动版车型正式发布,新车最大的变化在于搭载由1.6升自然吸气发动机与电动机组
21、成的系统(HEV),也是自主品牌中较为少见的非车型。外观方面,展示车采用了透明的发动机盖,且换上了蓝色格栅。其他方面,该车则基本与普通燃油版保持一致。车身尺寸上,其长宽高分别为4620/1820/1490mm,轴距为2660mm。动力方面,逸动插电式混动版配备混动系统,目前其汽油机的情况没有公布,而电动机的最大功率输出有两个版本,分别为33KW和80KW,峰值扭矩为270Nm,电池组容量为12.4kWh,纯电动续航里程在70km之上,综合里程在750km之上。从其车身上的标识来看,其综合油耗为1.6L/100km。4吉利帝豪作为吉利首款插电式混合动力轿车,帝豪PHEV基于FE平台打造,搭载全球
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