混合动力汽车的探索.doc
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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除广西科技大学毕业论文 论文题目 混合动力汽车的探索与研究姓名 (宋体,四号,加粗)系别 管理学院 专业 (宋体,四号,加粗)班别(宋体,四号,加粗)指导教师 (宋体,四号,加粗)日期 20XX年X月X日【精品文档】第 9 页摘要 混合动力电动汽车的研究和发展对于解决环境污染和能源危机这两个人类目前面临的两大难题能起相当大的作用。作为一项崭新的技术,90年代初以来,混合动力电动汽车的开发得到了美、日及西欧等许多发达国家的高度重视,并已取得了一些重大的成果和进展。本文通过探讨混合动力汽车的特点、优势、工作原理和市场分析,以及对普锐斯混合动力汽车的分析
2、,得出结论:国内混合动力汽车的产业初步具备自主研发和关键零部件的能力,混合动力的商用车仍然处于起步阶段。另外,从总体上来看材料的开发滞后于零部件,总承的开发滞后于系统,系统的开发滞后于整车。关键词:混合动力汽车;串联式;并联式;油电混动Abstract英文用新罗马体12号,参照中文摘要样式Keyword:ddd;ddd;目 录摘要IIAbstractIII一、引 言1(一)研究背景及意义1(二)研究现状1(三)研究方法2(四)发展趋势3二、 混合动力电动汽车种类与特点3三、混合动力汽车的优势5四、混合动力汽车工作原理5(一)气电混合系统工作原理5(二)气动系统工作原理6(三)电动系统工作原理6
3、五、混合动力汽车市场特征分析6六、 以普锐斯混合动力车为例9七、结语10致 谢11一、引 言(一)研究背景及意义汽车发展的100年,是人类文明和经济发展迅猛的100年,汽车为人类创造了难以计算的直接或者间接的利益。当下,世界上汽车的数量达到了670000万多,汽车已经成为了人们的日常生活及生产不可缺少的工具。但是,数量庞大的燃油汽车排放造成空气的一天比一天恶化及石油资源的日益缺乏,这使得去开发低油耗、低排放的新型混合动力汽车成为了汽车业界一个的紧迫任务。混合电动汽车基本上不改变现有的汽车产业结构,不改变现有能源(石油燃料)的体系,不改变用户对汽车的使用方式,它也可以成为迅速实现产业化的重要影响
4、因子。专家们预言,在以后的十年中即将会产生40%的燃油汽车为混合驱动。以上所述可知,对于混合动力汽车的研究和开发针对解决环境污染以及能源危机这两项人类目前面临的复杂难题能实现非常大的影响。作为一种崭新的科技,从1980年以后,混合动力汽车的开发得到了英、法、俄、美、日及许多发达国家的重视,其发展速度相当快。但在国内如今还是在探索的最原始阶段。因此,对于混合动力汽车的研究具有非常重大的意义。正是因为加快发展我国的混合动力汽车,我国科技部把发展混合动力的汽车作为863计划的一个大项目。(二)研究现状混合动力汽车作为一种新兴技术,已取得了一些重大的成果和进展。下面具体介绍一下当前世界各国研制混合动力
5、汽车的技术发展状况。美国从1980年开始,斥资督促各个大型汽车公司以及相关联的部门去开展混合动力汽车的科技研发。在1993年,为了开发最新一代高效节能环保的汽车PNGV计划被提出。美国先进项目局(ARVA)在1993年建立电动汽车和混合动力电动汽车,斥资2500,0000美元研发EV技术以及HEV技术。在1994年,ARPA项目的投资总额达4600,0000美元。1993年,美国能源部分别和福特汽车公司、克莱斯勒汽车公司、通用汽车公司签署了价值103610万美元的混合动力汽车系统开发子合同。随着PNGV计划的实施,美国三大汽车公司开始了一系列的整车技术开发及研制工作。通用汽车公司同时进行了并联
6、式混合动力的研制和串联式混合动力电动汽车的开发。再1998年,美国通用汽车公司研究制造出EVI型4座的混合动力汽车。福特汽车公司同时研制出福特P2000型5座并联式混合动力电动汽车。福特新开发出的“优异2010”概念车实验平台的性能已到达了PNGV计划的一小部分的目标。在1998年的1月,克莱斯勒汽车公司宣布,研制出道奇无畏ESXZ串联式混合动力汽车。在1997年,俄亥俄州政府、美国宇航局(NAS)AeLwis中心和工业界、大学等多个公司合作,研制出串联式电动一喷气涡轮混合动力大客车。与我国是广东云山汽车厂也合作研制了一种混合动力的中巴汽车。但是,从开发技术上看,我国现阶段还是在探索的最原始阶
7、段。以上所述的混合动力电动汽车大都是串联式,原理上仅仅在以前的电动汽车上简单地安装了发动机以及发电机机组,技术的集成度低下,缺少能源管理系统以及高度自动化的控制系统,此两种动力源仅仅是简单的组合,缺少统一的调度,这与真正意义上的混合动力汽车,与国外的科学技术水平相比,还是有很大差距。在1995年,日本日产公司研制出一种可以使续航距离增加一倍的串联式混合动力型微型轿车。1995年9月,日产公司再次研制出能节约燃料费一半的,且能够大批次生产的并联方式混合动力型的汽车系统。本田公司研制的脚X混合动力汽车,其动力系统是1公升3缸直喷式VTEC发动机与电动机,还有一组超级电容用来代替经常使用的蓄电池系统
8、。1997年12月,日野汽车制造公司也研制出了柴油机和电动并联式的混合型系统的客车。日本富士重工则将研制微型的混合动力型汽车当作其的主要方向。三菱电机公司也开发出轻型串联式混合动力电动卡车。值得关注的是丰田公司开发的普锐斯5座并联式混合动力电动汽车。普锐斯是在1997年的12月走进市场的,一上市就受到市场的一致好评。普锐斯混合动力电动汽车在成本方面也控制的极其出色。普锐斯混联式混合动力电动汽车扩展了混合动力电动汽车技术和新的应用领域,开天辟地的头一次使用了两种动力系统混联的方法,运用高度精密的机械装置成功的进行了动力系统的连接与能源的传递。另外,丰田汽车的COAST串联式混合动力电动客车也开始
9、进入商业化运作阶段。欧洲各国同样也在积极的开展混合动力电动汽车的研制、开发、推广等方面的工作。法国的雷诺公司研制的HYMME与VERT这两款混合动力汽车已经开始在法国进行了10000kn的运行试验。并在1998年研制出油电两用混动车。此种电动汽油两用是汽车的车前部安装有一台汽油的发动机和两台7KW电动机,电动机安装在两个车后轮上。瑞典的沃尔沃汽车公司也研制出在沃尔沃FL6卡车基础上改进的混合动力电动汽车,最高的时速可以达到90km。德国同样几十辆混合动力大客车在斯图加特与威塞尔市之间运营。德国生产的并联式混合动力汽车多不进行大批次生产。我国在混合动力电动汽车领域的大规模开发是“八五”及“九五”
10、期间有计划地开展了电动汽车的整车研制与关键技术攻关的功劳,在此基础上,同时进行了的混合动力电动汽车的各种技术的研究。在1995年,清华大学开始了混合动力电动汽车关键技术、系统及理论方面的研究。到目前为止,我国已经有几个单位开发出了混合动力电动汽车的样车,如广州市电车公司研制出了混合动力公交车。(三)研究方法(1)文献资料法:文献资料研究法研究混合动力汽车,通过Internet及文献检索查阅多种期刊杂志、专业书籍和各大高校毕业论文等与混合动力汽车相关的科研成果,借鉴部分研究成果及研究方法,并收集整理相关专著和文献,作为本研究的参考资料和研究基础。文献资料法是本课题的主要研究方法之一。(2)观察法
11、:在与汽车制造商负责人良好沟通后,笔者先后进入几个车间实地感受观察,记录下车间内好的表现和不良现象,总结发现当前混合动力汽车存在的实际性问题,并提出具体解决问题的方法进行讨论。(3)逻辑分析法:将文献检索和测试所得到的数据材料通过比较与分类、归纳与演绎、分析与综合等研究方法分析。其作用是对材料在描述的基础上进行逻辑分析或推断。揭示研究现象背后的规律。(4)访谈法:结合本论文的研究,与汽车制造商、总经理、技术人员问题进行探讨。向专业人员就专业问题问题进行请教;与一些机械制造专业的研究生就混合动力汽车技术进行交流。(四)发展趋势现阶段,对于混合动力汽车的研究和开发已经实现世界范围内由点向面的扩散,
12、发展的相当快。发达国家的许多研究已经从实验室走出,并且进入了市场。许多发展中国家同样开始为混合动力汽车的研究筹集资金,成立科研团队进行关键技术攻关和可行性论证。混合动力电动汽车对于电动汽车和代用燃料汽车的优势,使得其具备良好的商业前途。在面对电动汽车的成本和电池等技术难题,欲取得重大的突破研究混合动力电动汽车有利于解决环境、能源等可持续发展要求解决的关键问题。如今,国内外的专家基本上得出共识:混合动力汽车的使用不仅仅是电动汽车的一个过渡阶段,同样是汽车工业即将面临的一场新的技术革命。大家都知道,燃料电池虽然是电动汽车商业化以及产业化的一个新的希望,但是,因为燃料电池不可逆性,加入单纯的采用燃料
13、电池当作动力的来源,会在制动以及减速时候,不能完成能量的回收,另外,燃料电池汽车启动也是一个待解决的难听。因此,燃料电池同样需要和电池构成混合的动力系统。二、 混合动力电动汽车种类与特点 现阶段,世界上各个国研制开发出来的混合动力汽车具备不同的结构特征,依据汽车具备的驱动系统的配置以及组合方式差别,分为并联式、串联式、混联式,各种方式的结构形式以及特点如下所述。(1)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,它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,是
14、发动机带动的发电驱动电动机。当车辆在加速、启动、爬坡过程中,电动机组、发动机以及电池组都可以向电动机提供足够的电能;当电动车位于滑行、低速、怠速的过程中,那么电池组驱动电动机,当电池组没有足够的电支撑时,这就会由发动机-发电机组向电池组进行输电。N=W/Q*100%串联式结构多用于城市内频繁起步以及低速运行的状况,能够把发动机调整到最好的状况附近进行运转,经过调整的电池以及电动机的输出调整车速。使发动机避开了怠速以及低速运转的情况,而且提升了发动机的效率,降低了废气的排放。但是,其缺点在于能量几经转换,机械的效率不高。图1 串联式混合动力汽车 (2)并联式装置的发动机以及电动机是一起来驱动汽车
15、的,发动机与电动机有各自分属的系统,能够单独地对汽车的传动系统提供扭矩,面对不同的环境,不但能够一起驱动而且能够单独的驱动。当汽车加速爬坡过程中,电动机以及发动机可以一起向传动机构提供驱动的动力,当汽车的速度到达巡航的速度时,汽车将不仅靠发动机维持这个速度。电动机不但能够作为电动机又可以作发电机用,这背称做电动发电机组。因为没有独立的发电机,发动机有能够直接地通过传动机构驱动车轮,这种装置更靠近传统汽车的驱动系统,机械效率的损耗和普通汽车相差不大,所以能够广泛的应用。图2 并联式混合动力汽车 (3)混联式装置包括有串联式以及并联式的特点。动力系统包含了发电机、发动机、电动机,依据助力装置差别,
16、其又可以分成发动机为主以及电机为主两种方式。以发动机为主的方式里,发动机作为主动力源,电机为辅助动力源;以电机为主的形式中,发动机作为辅助动力源,电机为主动力源。该结构的优点是控制方便,缺点是结构比较复杂。图3 混联式混合动力汽车 现阶段,开发出的混合动力汽车以串联式以及并联式居多,上述两种方式的技术比较容易掌握。串联式混合动力电动汽车依靠的是电动机的动力,发电机、发动机、电动机的功率都十分大;且对于电池的要求不高,电池的重量、体积、成本相对要高,性价比较高。并联式混合动力电动汽车主要依靠的是发动机提供动力,电池仅仅是串联式的1/3,但是在能量传递过程中损失小,排放污染却十分的大,发动机的燃烧
17、效率也不高。随着1997年丰田普锐斯混联式混合动力汽车的面世,世界各个大公司渐渐的把混联式混合动力汽车作为开发的重点项目。混联方式是相对比较完善的一种动力系统,其能较好地把燃油汽车与电动汽车的特点有机地结合起来,也能够把燃油汽车以及电动汽车的技术力量结合起来。电池的重量、体积、成本较低,发动机经常在最高效率下工作,具备很好的燃料经济性,加速性以及平稳性,可以充分的发挥串联式和并联式的特点,与此同时,可以有效地补偿串联式和并联式混合动力汽车的不足。三、混合动力汽车的优势 所谓混合动力电动汽车HEV,是在一辆汽车上同时装备了电力驱动系统以及辅助的动力单元(简称APU)。其中,APU作为燃烧某种燃料
18、的原动机或者原动机驱动的发电机组,现阶段HEV所使用的原动机大多为汽油机、柴油机、燃汽轮机。将产生动力的部件以及电能储存元件用不同的方法结合,能够形成不同类型的HEV。换言之,HEV就是吧传统的内燃机、电力驱动以及储能装置结合起来,各配件之间的良好匹配与优化的控制,能够充分的发挥内燃机汽车与电动汽车的长处,避免各自的缺点,者是当今世界上最具实际开发意义的低排放以及低油耗的混动汽车。与纯电动汽车相比,HEV具有以下的特点: (l)能够最大程度的发挥内燃机汽车以及纯电动汽车的长处; (2)因为要用原动机作辅助动力,电池的数量与质量可以减少,所以,汽车自身的重量也能减小; (3)使用辅助的动力单元A
19、PU让汽车的续驶里程以及动力的性能能够到达内燃机汽车的水准; (4)依靠原动机的动力,能够带动真空助力、空调、转向助力和其它的辅助电器,不需要消耗电池组的电能,以保证驾车以及乘坐汽车的舒适性。 相比较内燃机汽车,HEV具备以下的特点: (1)内燃机会有少量排放产生,但因为其排放少,主要作用于最佳工况点左右,从而大大降低了汽车变工况(特别是低速、怠速)时的排放,又因为可回收制动能量,能够使混合动力的汽车变成较低排放量的节能型混动车; (2)在人口密集的居民区、商业地区、游览区等地混合动力汽车可以关闭APU,仅仅用电力驱动,变成零排放的纯电动的汽车; (3)经过电动机提供动力,所以能够配备功率小的
20、发动机,而且可以通过电动机收回汽车减速和制动时的能量,进一步降低了汽车的能量消耗和排污。四、混合动力汽车工作原理(一)气电混合系统工作原理 汽车的气电混合动力系统,主要含有电动系统、力矩耦合系统、气动系统、控制系统,如图4所示为气电混合动力系统示意图。气电混合动力系统在工作的过程中,第一要把气动系统和电动系统的输出动力传递给力矩耦合的系统,由力矩耦合的系统把这两种动力进行混合分配,通过车辆传动系统把动力传送到车轮,车轮驱动的车辆工作,控制系统能够根据负载变化以及人工操作控制对气动系统与电动系统调节。图4 气电混合动力系统(二)气动系统工作原理 气动系统是用高压的气体(或其他的介质)当作动力源,
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