新能源汽车技术 第5章 混合动力电动汽车.ppt

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1、规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院第第5章章 混合动力电动汽车混合动力电动汽车 5 5.1 1 概述概述5 5.2 2 混合动力电动汽车动力系统设计混合动力电动汽车动力系统设计 5 5.3 3 混合动力电动汽车制动能量回收系统混合动力电动汽车制动能量回收系统5 5.4 4 混合动力电动汽车的能量管理混合动力电动汽车的能量管理5 5.5 5 混合动力电动汽车车型实例混合动力电动汽车车型实例新能源汽车技术 第 1 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）H

2、ARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1 概述概述5.1.1 混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车的分类（1）按连接方式分类：）按连接方式分类：串联式混合动力电动汽车（串联式混合动力电动汽车（SHEV）并联式混合动力电动汽车（并联式混合动力电动汽车（PHEV）混联式混合动力电动汽车（混联式混合动力电动汽车（PSHEV）（2）按混合程度分类）按混合程度分类 微混混合动力电动汽车微混混合动力电动汽车 轻混混合动力电动汽车轻混混合动力电动汽车 强混混合动力电动汽车强混混合动力电动汽车 全

3、混混合动力电动汽车全混混合动力电动汽车新能源汽车技术 第 2 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.2混合动力电动汽车的组成与原理混合动力电动汽车的组成与原理1.串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车组成：组成：串联式结构是由发动机、发电机和驱动电动机三大主要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组成部件总成组成各部件功用：各部件功用：发动机仅仅用于发电发动机仅仅用于发电 发电机发出的电能直接输送到电动机部分电能向电池

4、充电发电机发出的电能直接输送到电动机部分电能向电池充电 电动机产生的电磁力矩驱动汽车行走电动机产生的电磁力矩驱动汽车行走新能源汽车技术 第 3 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院串联式混合动力电动汽车原理图串联式混合动力电动汽车原理图新能源汽车技术 第 4 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院串联式混

5、合动力电动汽车动力流程图串联式混合动力电动汽车动力流程图串联式混合动力电动汽车动力流程图串联式混合动力电动汽车动力流程图 在串联式混合动力电动汽车上，由发动机带动发电机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。动汽车行驶，电力驱动是唯一的驱动模式。新能源汽车技术 第 5 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学

6、院串联式混合动力电动汽车的特点串联式混合动力电动汽车的特点优点：优点：（1）发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的）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；运转状态，使有害排放气体控制在最低范围；（2）总体结构上看，比较简单，易于控制，只有电）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动机的电力驱动系统，其特点更加趋近于纯电动汽车；车；（3）三大部件总成在电动汽车上布置起来，有较大）三大部件总成在电动汽车上布置起来，有较大的自由度。的自由度。新能源汽车技术 第 6 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBI

7、N INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院串联式混合动力电动汽车的特点串联式混合动力电动汽车的特点缺点：缺点：（1）三三大大部部件件总总成成各各自自的的功功率率较较大大，外外形形较较大大，质质量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难；量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难；（2）另另外外在在发发动动机机发发电电机机电电动动机机驱驱动动系系统统中中的的热热能能电电能能机机械械能能的的能能量量转转换换过过程程中中，能能量量损损失失较大。较大。串联式混合动力驱动系统较适合在大型客车上使用串联式混

8、合动力驱动系统较适合在大型客车上使用新能源汽车技术 第 7 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院2.并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车组成：组成：并联式结构是由发动机、电动机并联式结构是由发动机、电动机/发电机两大部发电机两大部件总成组成件总成组成新能源汽车技术 第 8 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学

9、院汽车工程学院并联式混合动力电动汽车原理并联式混合动力电动汽车原理 发动机和电动机通过某种变速装置同时与驱动桥直接相联接。电动机可以用来平衡发动机所受的载荷，使其能在高效率区域工作，因为通常发动机工作在满负荷（中等转速）下燃油经济性最好。当车辆在较小的路面载荷下工作时，内燃机车辆的发动机燃油经济性比较差，而并联式混合动力电动汽车的发动机此时可以被关闭掉而只用电动机来驱动汽车，或者增加发动机的负荷使电动机作为发电机，给蓄电池充电以备后用（即一边驱动汽车，一边充电）。由于并联式混合动力电动汽车在稳定的高速下发动机具有比较高的效率和相对较小的质量，所以它在高速公路上行驶具有比较好的燃油经济性。新能源

10、汽车技术 第 9 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院并联式混合动力电动汽车动力流程图并联式混合动力电动汽车动力流程图 并联式驱动系统有两条能量传输路线，可以同时使用电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。部

11、的动力能源。新能源汽车技术 第 10 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院并联式驱动系统的动力合成装置并联式驱动系统的动力合成装置（1）驱动力合成式）驱动力合成式 驱动力合成式并联混合动力电动汽车采用一个小功率的发动机，单独地驱动汽车的前轮。另外一套电动机驱动系统单独地驱动汽车的后轮，可以在汽车启动、爬坡或加速时增加混合动力电动汽车的驱动力。两套驱动系统可以独立驱动汽车，也可以联合驱动汽车，使汽车变成四轮驱动的电动汽车。此种混合动力电动汽车具有四轮

12、驱动汽车的特性。新能源汽车技术 第 11 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院（2）转矩合成式）转矩合成式(双轴式和单轴式双轴式和单轴式)转矩合成式并联混合动力汽车的发动机通过传动系统直接驱动混合动力电动汽车，并直接（单轴式）或间接（双轴式）带动电动机/发电机转动向蓄电池充电。蓄电池也可以向电动机/发电机提供电能，此时电动机/发电机转换成电动机，可以用来启动发动机或驱动汽车。新能源汽车技术 第 12 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN

13、 INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院（3）转速合成式）转速合成式 转速合成式并联混合动力汽车的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。可以利用普通内燃机汽车的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，改制容易，维修方便。为获得最佳传动效果，控制装备往往十分复杂。新能源汽车技术 第 13 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽

14、车工程学院汽车工程学院并联式混合动力汽车的驱动方式如图所示并联式混合动力汽车的驱动方式如图所示并联式混合动力汽车的驱动方式如图所示并联式混合动力汽车的驱动方式如图所示新能源汽车技术 第 14 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3.混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车 混联式驱动系统是串联式与并联式的综合。发动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，另机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，

15、另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给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。合装置传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是：在汽车低速行驶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。行驶时，则以并联工作方式为主。新能源汽车技术 第 15 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL O

16、F AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院混联式混合动力电动汽车原理图混联式混合动力电动汽车原理图新能源汽车技术 第 16 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院混联式混合动力电动汽车动力流程图混联式混合动力电动汽车动力流程图新能源汽车技术 第 17 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院

17、汽车工程学院5.1.3 混合动力电动汽车的特点混合动力电动汽车的特点 混合动力电动汽车与纯电动汽车比较：混合动力电动汽车与纯电动汽车比较：（1）由于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量和质）由于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量和质量可减少，因此汽车自身重量可以减小；量可减少，因此汽车自身重量可以减小；（2）汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平；）汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平；（3）借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转）借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器，无需消耗蓄电池组有限的向助力及其它辅助电器，无需消耗蓄电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐

18、的舒适性。电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。新能源汽车技术 第 18 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院混合动力电动汽车与内燃机汽车比较：混合动力电动汽车与内燃机汽车比较：（1）可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，避免）可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的不良运行，使得发动机或减少了发动机变工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大为降低；的排污和油耗大为降低；（2）在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动）在人口密

19、集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动车辆，实现零排放；方式驱动车辆，实现零排放；（3）可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小）可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的发动机，并可通过电动机回收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。的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。新能源汽车技术 第 19 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院混合动力电动汽车类型的比较混合动力电动汽车类型

20、的比较 新能源汽车技术 第 20 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院不同类型的混合动力电动汽车的特点 新能源汽车技术 第 21 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.1.4 混合动力电动汽车的关键技术混合动力电动汽车的关键技术 1驱动电动机及其控制技术驱动电动机及其控制技术 电动机是电动汽车的心脏，

21、对于混合动力电动汽车来说，电动机的重要性与发动机是等同的。混合动力电动汽车对驱动电动机的要求是能量密度高、体积小、重量轻、效率高。从发展趋势来看，电驱动系统的研发主要集中在交流感应电动机和永磁同步电动机上，对于高速、匀速行驶工况，采用感应电动机驱动较为合适；而对于经常起动停止、低速运行的城市工况，永磁电动机驱动效率较高。新能源汽车技术 第 22 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院2动力电池及其管理系统动力电池及其管理系统 动力电池是混合动力电动汽

22、车的基本组成单元，其性能直接影响到驱动电动机的性能，从而影响整车的燃油经济性和排放。混合动力电动汽车用的电池工作负荷大，对功率密度要求较高。但体积和容量小，而且电池的SOC工作区间较窄，对循环寿命要求高。开发适合混合动力电动汽车的专用动力电池是确定于混合动力电动汽车能否大量推广使用的重要因素之一。如何全面、准确地对动力电池进行管理，是决定动力电池能否发挥最佳效能的重要因素。新能源汽车技术 第 23 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3整车能量管理

23、控制系统整车能量管理控制系统 混合动力电动汽车的整车能量控制系统的主要功能是进行整车功率控制和工作模式切换的控制。整车能量控制系统如同混合动力电动汽车的大脑，指挥各个子系统的协调工作，以达到效率、排放和动力性的最佳，同时兼顾行驶车辆的平顺性。新能源汽车技术 第 24 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院4动力传动系统匹配动力传动系统匹配 混合动力电动汽车动力传动系统的参数匹配是混合动力电动汽车设计的一个重要内容，直接影响混合动力电动汽车将来的排放和

24、燃油经济性能，它包括合理的选择和匹配发动机功率、动力电池容量和电动机的功率等，以确定车辆的混合度，组成性能最优的混合驱动系统。新能源汽车技术 第 25 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5能量再生制动回收系统能量再生制动回收系统 能量再生制动回收是混合动力电动汽车提高燃油经济性的又一重要途径，由于制动关系到行车安全性，如何在最大限度回收制动时的车辆动能与保证安全的制动距离和车辆行驶稳定性之间取得平衡，是再生制动系统需要解决的难题之一，再生制动系统

25、与车辆防抱死制动系统的结合可以完美地解决这一难题。新能源汽车技术 第 26 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院6先进车辆控制技术在混合动力电动汽车上的应用先进车辆控制技术在混合动力电动汽车上的应用 传统汽车的车辆动力学控制系统与混合动力系统控制以及制动能量回收控制的结合，将是混合动力电动汽车控制技术的下一个研究热点。另外，随着混合动力电动汽车研究的深入，传统汽车的驱动控制系统、车辆稳定性控制系统等如何与混合动力电动汽车的能量管理及动力系统控制相结

26、合，将越来越显示其重要性与必要性。新能源汽车技术 第 27 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2 混合动力电动汽车动力系统设计混合动力电动汽车动力系统设计 下面以某汽车为例，保持原车的外形参数不变，只对其动力系统进行重新设计，动力系统采用混联式结构。混合动力电动汽车获得高的燃油经济性主要通过以下原则来实现：（1）将较小型发动机安装在汽车上并使发动机在较高负荷下工作（获取较高的效率）；（2）将制动时产生的能量转化为电能用于汽车加速或为其提供动力

27、；（3）采用高效率的电动机将汽车从静止状态起动起来等。新能源汽车技术 第 28 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.1 发动机发动机 发动机由于自身特性的显著非线性，其真实模型相当复杂，通常采用高阶多项式近似方程进行模型描述，但多项式的阶数过高又不便于模拟计算，因此直接引用这些数学模型并不合适。为了解决这个问题，ADVISOR采用了实验数据建模法，即通过对大量的实验数据（如发动机的万有特性图和排放特性数据）分析处理获得描述发动机工作特性的近

28、似方程。此处采用上面的几条原则对发动机功率进行设计。新能源汽车技术 第 29 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院汽车行驶时功率平衡方程式汽车行驶时功率平衡方程式新能源汽车技术 第 30 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院各种坡度下行驶车速与所需功率的关系曲线各种坡度下行驶车速与所需功率的关系曲线 新

29、能源汽车技术 第 31 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.2 电动机电动机 电动机在混联式混合动力电动车上起着很重要的作用，它既可以作启动电机使用，又可以起到串联和并联结构中电机的作用，还可以在制动时作为发电机回收制动能量。因此，在混联式混合动力电动汽车上对以电动和发电模式工作的电机有更高的要求：恒转矩、恒功率（弱磁控制）工作，高效率的大功率输出，接近双倍功率的过载量（出现于车辆再生制动时的发电模式，此时电动机转速变化范围可达几转到上万转

30、）。新能源汽车技术 第 32 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院1逆变器逆变器/电动机控制策略电动机控制策略新能源汽车技术 第 33 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 电动机的转矩电动机的转矩速度曲线给出了牵引驱动期望的宽速度曲线给出了牵引驱动期望的宽调速范围轮廓，它具有三个特征工作区：调速范围轮

31、廓，它具有三个特征工作区：（1）恒转矩：从零转速到基速）恒转矩：从零转速到基速 （2）恒功率：基速到最大速度（恒功率区结束）恒功率：基速到最大速度（恒功率区结束时刻的速度）时刻的速度）（3）有限转差）有限转差 新能源汽车技术 第 34 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院2电动机功率设计电动机功率设计 通常，适用于电动车辆使用的电动机外特性为：在额定转速以下，电动机以恒转矩模式工作，在额定转速以上，以恒功率模式工作。相应参数选取包括：（1）电动机额

32、定功率 （2）电动机额定转速 （3）电动机最高转速 新能源汽车技术 第 35 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 依据控制策略，电动机起动功率应满足汽车的依据控制策略，电动机起动功率应满足汽车的最大爬坡度和加速时间要求最大爬坡度和加速时间要求 由最大爬坡度要求得由最大爬坡度要求得 由原地起步加速时间要求得 新能源汽车技术 第 36 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF

33、AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 使用MATLAB中的函数fzero求解，得到满足加速时间或最大爬坡度要求的最小电动机启动功率，取两者之中较大值作为电动机启动功率。数值整数化后为40kW。电动机的最高转速对传动系的尺寸、电动机的额定转矩都有影响。考虑到上面因素的影响，选取电动机最高转速为9000r/min，扩大恒功率区系数 。对仿真结果分析可知当发动机、电动机与蓄电池功率不变，并且整车总质量不变时，改变发电动机的功率值对整车的动力性与经济性影响非常微小，因此本车采用小型轻量高效的交流永磁同步电动机。功率为15kW，质量为33kg。新能源汽车技术 第 37 页

34、规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.3 储能装置储能装置 目前，电化学蓄电池仍是多源混合驱动的一个基本组成元素，无论是在串联、并联还是在混联的混合传动结构中，电化学蓄电池都被用做辅助能源。大多数混合电动车辆在再生制动时就像通常的电动车一样：牵引电动机工作于发电模式，汽车的动能通过牵引电动机传递给电池。混合动力电动汽车用电池不仅需要高能量密度，而且还需要高功率密度。研究与开发高性能、低成本、寿命长的电池，仍然是发展混合动力电动汽车的关键问题之一

35、。新能源汽车技术 第 38 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院1.蓄电池通用模型蓄电池通用模型 蓄电池的等效电路图蓄电池的等效电路图 放电时：充电时：新能源汽车技术 第 39 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院蓄电池的通用模型蓄电池的通用模型 蓄电池放电：蓄电池放电：新能源汽车技术 第 40 页规格

36、严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院新能源汽车技术 第 41 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 蓄电池充电：蓄电池充电：新能源汽车技术 第 42 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING

37、汽车工程学院汽车工程学院蓄电池不工作时：蓄电池不工作时：新能源汽车技术 第 43 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院2蓄电池功率设计蓄电池功率设计 具体的汽车行驶功率的变化与蓄电池的瞬时负载电流、电压和内阻的变化，特别是与蓄电池中得出能量变化密切相关。内阻为 电动势为新能源汽车技术 第 44 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERI

38、NG汽车工程学院汽车工程学院3蓄电池仿真模型蓄电池仿真模型（1）蓄电池开路电压和内阻计算模块（2）功率限制模块（3）蓄电池负载电流计算模块（4）SOC计算模块（5）蓄电池散热模型（6）蓄电池总成模型 新能源汽车技术 第 45 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院蓄电池总成模型蓄电池总成模型 新能源汽车技术 第 46 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBIL

39、E ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.4 动力分配装置动力分配装置 动力分配装置图动力分配装置图 通过对行星机构的变速比和受力分析可以得到如通过对行星机构的变速比和受力分析可以得到如下方程下方程：新能源汽车技术 第 47 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 驱动力：驱动力：混联式混合动力系统的行星齿轮机构可以充分满足车辆用任何一种独立驱动模式或任何一种混合驱动模式，平稳有序的运转来带动车辆行驶，不会发生任何的运动干扰。用多能源

40、动力总成控制模块，随机的转换车辆的驱动模式，使发动机和驱动电动机始终保持最佳效率状态。新能源汽车技术 第 48 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.5 整车仿真模型整车仿真模型 分别对混联式混合动力电动车的各个重要模块进行了数学建模与仿真建模，把各个仿真模块封装起来，加入到混联式混合动力电动车的整车模型中，并进行连接，得到其总体框架 如图所示：新能源汽车技术 第 49 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE O

41、F TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.6 控制策略控制策略 混联式混合动力电动汽车的控制方法：（1）恒工作点控制方法；（2）总功率损失最小化原则；（3）维持电池的SOC值。混联式混合动力系统是通过行星齿轮装置结构实现了控制方法的可操作性。此处采用了以设定车速和电池荷电状态SOC为控制信号的控制方法。通过动力分配装置的执行，灵活的选用最优的能量流动途径，其工作模式及能量流动如下图所示：新能源汽车技术 第 50 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOO

42、L OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院新能源汽车技术 第 51 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 图中字母所代表的能量流动方向如下：A：电池组电动机车轮；B：发动机车轮；C：发动机发电机电动机车轮；D：发动机发电机电池组；E：车轮电动机电池组。新能源汽车技术 第 52 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE

43、ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院车辆起动或轻载工况：此时，由于发动机不能有效地工作，所以关闭发动机，而由电动机单独驱动车辆；车辆正常行驶工况：此时，发动机输出功率的一部分用于直接驱动车辆，剩余部分经发电机转化为电能后向电动机供电（B）、（C）；全节气门开度加速工况：此时，由电动机和发电机共同驱动功率（A）、（B）、（C）；减速/制动工况：此时，电动机以发电模式工作，实现再生制动（D）；电池组充电工况：当车载电池组电量偏低时，即使已经停车，发动机也应继续工作并对电池组进行补充充电（E）。新能源汽车技术 第 53 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE

44、OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.2.7 仿真实例仿真实例 在汽车这样一个非常复杂的非线性动态系统中，单纯的建立数学模型来对设计变量进行优化是很不现实的，很多所谓的优化匹配都是使用动力性指标作为约束简单计算得来的，得到的数据只是建立在理论分析基础上的，并没有达到真正意义上的优化。可以使用仿真软件ADVISOR与数值计算的结合进行优化，效果显然高于简单的计算选取。在前面合理设计的数据基础上会使所需测试的数据大大减小，加快优化速度。新能源汽车技术 第 54 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INST

45、ITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 只有三大动力元件功率变化的情况下，对于整车的动力性和燃油经济性有如下的函数关系：0100km加速时间：最大爬坡度：燃油消耗量：HC排放量 ：CO排放量 ：NOx排放量：为发动机功率；为电动机功率；为电池组功率。新能源汽车技术 第 55 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 通过以上函数，对各种性能的重要性进行加权值分析，使

46、用MATLAB中的MIN函数容易得到插值数据中的最小值，同时找出对应于最小值的设计变量值作为最终的设计结果。得到动力源优化分配的结果之后，再次使用仿真软件对整车的性能进行仿真分析，在UDDS循环工况下分别对使用传统设计方法和优化设计方法得到的整车性能进行仿真分析。新能源汽车技术 第 56 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 混合动力电动汽车性能数据混合动力电动汽车性能数据混合动力电动汽车性能数据混合动力电动汽车性能数据 新能源汽车技术 第 57

47、页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 结论：结论：（1）在没有降低原车动力性的条件下，经改装的混联式混合动力电动车燃油经济性与排放性能都有明显的改善，达到节能和环保的目的。（2）采用传统设计方法改装的车在动力性上稍好于采用优化方法改装的车，但在经济性上后者要远远好于前者，在车的动力性没有降低的情况下，盲目的提高动力性是没有必要的，这就说明了传统的设计方法得到的结果并不是最优解，优化出来的设计值才能使整车的综合性能达到最佳。新能源汽车技术 第 58

48、页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.3 混合动力电动汽车制动能量回收系统混合动力电动汽车制动能量回收系统 制动能量回收系统：制动能量回收系统：定义：定义：是混合动力电动汽车重要组成部分之一，又叫再生制动系统，是指汽车在制动或下坡时将储存于车身上的势能和动能，通过电动机转化为电能，并储存于储能装置中的过程。组成：组成：制动能量回收系统由驱动轮、主减速器、变速器、电动机、AC/DC转换器、DC/DC转换器、能量储存系统以及控制器组成。新能源汽车技术

49、 第 59 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 制动能量回收系统结构与原理图制动能量回收系统结构与原理图新能源汽车技术 第 60 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院5.3.1 混合动力电动汽车制动力分配控制策略混合动力电动汽车制动力分配控制策略 混合动力电动汽车制动力由前、后轮制动器提供的制动力和电

50、动机提供的再生制动力三部分组成，其中再生制动力只作用在驱动轮上。三种控制策略：（1）前、后轮制动力理想分配时的控制策略 （2）前、后轮制动力比例分配时的控制策略 （3）最优能量回收控制策略 新能源汽车技术 第 61 页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院1.后轮制动力理想分配时的控制策略 汽车制动时，如果前、后轮制动力理想分配，则前、后轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均有利。下图为理想分配电液制动系统。新能源汽车技术 第 62 页