混合动力汽车-动力传动及其资料.ppt

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1、 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔3、混合动力汽车自动变速系统自动变速系统及其控制系统主主 讲：朱讲：朱 明明高级技师、高级技师、工程师、工程师、经济师经济师高级技能专业教师高级技能专业教师高级汽车维修工考评员高级汽车维修工考评员 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔混合动力汽车自动变速系统混合动力汽车自动变速系统 n n与传统内燃机汽车类似，由于发动机和电机的转速工作范围与车速范围不一致，需要将混合动力汽车动力源的动力变速变矩地传递至驱动车轮，同时混合动力汽车变速传动系统还要完成发动机和电机动力的分配和藕合。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如

2、授人以渔授人以鱼不如授人以渔混合动力汽车自动变速系统混合动力汽车自动变速系统 n n混合动力汽车可以选用专门针对混合动力系统设计的变速传动系统，也可是使用传统变速系统实现所要功能。现在常见的混合动力轿车有:Prius(Toyota),Estima(Toyota),Tino(Nissan),Civic(Honda)和Insight(Honda)，其选用的变速传动系统如表1所示。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔混合动力汽车自动变速系统混合动力汽车自动变速系统n n表1 混合动力汽车使用的变速传动系统 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔混合动力汽

3、车自动变速系统混合动力汽车自动变速系统n n除除PriusPrius和和EstimaEstima外，混合动力轿车多采用外，混合动力轿车多采用CVTCVT，而，而ToyotaToyota采用的采用的THS(Toyota Hybrid THS(Toyota Hybrid System)System)是一种区别于传统变速系统的行星齿轮是一种区别于传统变速系统的行星齿轮结构，其通过协调发动机、发电机和电动机的转结构，其通过协调发动机、发电机和电动机的转速，实现动力分配和无级变速的双重功能。速，实现动力分配和无级变速的双重功能。n n由于受开发周期、开发成本和技术水平的限制以由于受开发周期、开发成本和技

4、术水平的限制以及自主知识产权方面的要求，我国混合动力汽车及自主知识产权方面的要求，我国混合动力汽车开发多选择传统汽车所使用的变速系统。开发多选择传统汽车所使用的变速系统。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔混合动力汽车自动变速系统混合动力汽车自动变速系统n n按照实现自动变速的原理，自动变速器可分为三类:一类是液力变矩器和行星齿轮变速箱组成的液力自动变速器(Automatic Transmission简称AT);一类是无级变速器(Continuously Variable Transmission，简称CVT);另一类是由传统固定轴式变速箱和干式离合器以及相应的电液控制

5、系统组成的机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission,简称AMT)朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔液力自动变速器（AT)n nAT，在汽车上应用的历史已有60多年，是现在传统汽车中应用范围最广的自动变速系统，图1所示为宝马7型的6速自动变速器。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔液力自动变速器（AT)n n 图图1 1 宝马宝马6 6速自动变速器速自动变速器 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔液力自动变速器（AT)n n液力自动变速器由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统液力自

6、动变速器由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，液力变扭器是组成，液力变扭器是ATAT最关键的部件，由泵轮、涡轮和导最关键的部件，由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，它除了起离合器的作用外，还具有在一定轮等构件组成，它除了起离合器的作用外，还具有在一定范围内无级变速和变矩的能力，对负载有良好的自动调节范围内无级变速和变矩的能力，对负载有良好的自动调节和适应性。因此，液力自动变速器换档平稳，操作容易，和适应性。因此，液力自动变速器换档平稳，操作容易，但其缺点也较多但其缺点也较多:一是对速度变化反应较慢，没有手动变一是对速度变化反应较慢，没有手动变速器灵敏，无法满足对驾驶感觉要求较高的人的需求速器灵敏

7、，无法满足对驾驶感觉要求较高的人的需求:二二是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术一定程度上改善了这方面的问题控制技术一定程度上改善了这方面的问题;三是机构复杂，三是机构复杂，设计、制造和维护困难。设计、制造和维护困难。n n由于由于ATAT的燃油经济性较差，而且结构复杂不容易进行结构的燃油经济性较差，而且结构复杂不容易进行结构改变，应用于混合动力汽车时不仅影响整车燃油经济性，改变，应用于混合动力汽车时不仅影响整车燃油经济性，而且还受到其过长的开发周期和过高的开发、使用成本的而且还受到其过长的开发周期和过高的开发、使用成本的

8、影响。影响。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔无级变速器(CVI)n nCVTCVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上来用上来用CVTCVT技术的鼻祖，早在技术的鼻祖，早在18861886年就将年就将V V型橡胶带式型橡胶带式CVTCVT安装在该安装在该公司生产的汽油机汽车上，但由于橡胶带式公司生产的汽油机汽车上，但由于橡胶带式CVICVI存在一系列的缺陷，存在一系列的缺陷，没有被汽车行业普遍接受随着新技术逐步克服原有技术的缺陷，研制没有被汽车行业普遍接受随着新技术逐步克服原有技术的缺陷，

9、研制出了性能更优良的出了性能更优良的CVTCVT。进入。进入2020世纪世纪9090年代，汽车界对年代，汽车界对CVTCVT技术的技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中，研究开发日益重视，特别是在微型车中，CVTCVT被认为是关键技术。被认为是关键技术。n nCVTCVT的结构和工作原理如图的结构和工作原理如图2 2所示，主要包括主动轮组、从动轮组、所示，主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带和液压泵等基本部件。CVICVI结构简单、体积小，既没有手动变结构简单、体积小，既没有手动变速器的众多齿轮组，也没有速器的众多齿轮组，也没有ATAT中复杂的液力变矩器和行星齿轮组。

10、理中复杂的液力变矩器和行星齿轮组。理论上论上CVTCVT可使发动机始终在经济工况区运行从而较大幅度地改善车辆可使发动机始终在经济工况区运行从而较大幅度地改善车辆燃油经济性，但由于燃油经济性，但由于CVTCVT是摩擦传动，传动效率较低，且传动带很容是摩擦传动，传动效率较低，且传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，因此其只能用于在低功率和低转矩汽易损坏，不能承受较大的载荷，因此其只能用于在低功率和低转矩汽车，随着技术的不断进步，现在车，随着技术的不断进步，现在CVTCVT已经开始在中等排量的汽车中得已经开始在中等排量的汽车中得到应用。到应用。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人

11、以渔无级变速器(CVI)n n图2无级变速器结构图 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔机械式自动变速器(AMT)n n传统手动变速器是通过驾驶员控制离合器、变速箱来接合传统手动变速器是通过驾驶员控制离合器、变速箱来接合发动机动力和改变传动系统档位，通过在手动变速器基础发动机动力和改变传动系统档位，通过在手动变速器基础上加装换档、离合器执行机构和相应的自动控制单元实现上加装换档、离合器执行机构和相应的自动控制单元实现上述的自动控制即为机械式自动变速器。上述的自动控制即为机械式自动变速器。n n国外对国外对AMTAMT的研究和开发始于二十世纪七十年代中期，较的研究和开发始

12、于二十世纪七十年代中期，较为典型的有瑞典为典型的有瑞典ScandiaScandia的的CAGCAG系统、德国系统、德国Daimler Daimler BenzBenz的的EPSEPS系统、美国系统、美国EatonEaton的的SAMTSAMT系统，这些系统使系统，这些系统使换档操纵实现了自动化，换档时仍由驾驶员踩离合器踏板换档操纵实现了自动化，换档时仍由驾驶员踩离合器踏板来配合换档。世界上第一台全自动的电控机械式自动变速来配合换档。世界上第一台全自动的电控机械式自动变速器是日本五十铃公司在器是日本五十铃公司在19841984年推出的年推出的NAVI-5NAVI-5，不久德国，不久德国波尔舍的波

13、尔舍的C C arreraarrera轿车也装用轿车也装用Tip TropicTip Tropic，同时期出现，同时期出现的还有的还有:日本日本Nissan,HinoNissan,Hino及美国及美国EatonEaton的全自动变速系的全自动变速系统。统。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔各种变速系统的比较 n n 各种变速系统的比较 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔各种变速系统的比较n n在混合动力汽车中，由于对燃油经济性以及成本、开发周期等方面的要求较高，AT不适合于在混合动力汽车上使用。由于世界各大汽车公司的参与，CVT的各项技术不断

14、走向成熟，国外众多汽车厂商都致力于CVT的推广应用，由于其燃油经济性较好，因此在混合动力轿车中得到了较好的应用。但是由于CVT应用于较大型的车辆时还存在一些问题，因此许多混合动力汽车中采用AMT作为变速机构。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔传统汽车AMT基本控制原理 n n 图3 传统汽车AMT基本控制原理 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车 n n使用AMT作为混合动力汽车的动力藕合和变速传动装置比较适合我国的国情。由于混合动力汽车的动力源与传统汽车不同，AMT应用于混合动力汽车时，其功能和控制也与传统汽车情况有很

15、大的不同。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n传统汽车传统汽车AMTAMT的控制即为整车控制，如图的控制即为整车控制，如图3 3所示，所示，控制系统根据驾驶员对车辆的操纵控制系统根据驾驶员对车辆的操纵(加速踏板、制加速踏板、制动踏板、操纵手柄等动踏板、操纵手柄等)和车辆状态和车辆状态(车速、档位、车速、档位、发动机转速等发动机转速等)选择当前行车需要的最佳档位，如选择当前行车需要的最佳档位，如果需要换档或离合器操作，则借助相应的自动操果需要换档或离合器操作，则借助相应的自动操纵机构对车辆的动力和传动系统进行控制，因此，纵机构对车辆的动力和传

16、动系统进行控制，因此，传统汽车传统汽车AMTAMT控制主要指换档策略和动力、传动控制主要指换档策略和动力、传动系统控制两个方面的内容区别于传统汽车，由于系统控制两个方面的内容区别于传统汽车，由于混合动力汽车中电驱动系统的存在，混合动力汽车中电驱动系统的存在，AMTAMT控制在控制在这两个方面的问题与传统汽车有较大不同，混合这两个方面的问题与传统汽车有较大不同，混合动力汽车整车控制包括能量管理策略和能量管理动力汽车整车控制包括能量管理策略和能量管理策略的实现两方面的内容。策略的实现两方面的内容。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n能量管理策略

17、n n混合动力汽车的能量管理策略包括发动机和电机的转矩分配策略以及变速系统的换档策略两方面内容转矩分配策略。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n混合动力汽车能量管理策略研究多集中于转矩分配策略方混合动力汽车能量管理策略研究多集中于转矩分配策略方面，转矩分配策略的目的是通过调整发动机和电机的转矩面，转矩分配策略的目的是通过调整发动机和电机的转矩提高车辆综合效率。在一般的并联式混合动力汽车中，发提高车辆综合效率。在一般的并联式混合动力汽车中，发动机是主驱动装置，电机是辅助驱动装置。由于发动机工动机是主驱动装置，电机是辅助驱动装置。由于发动机工作

18、效率较低，尤其在发动机转速和负荷率较低时，其燃油作效率较低，尤其在发动机转速和负荷率较低时，其燃油经济性极差，为避免发动机工作在低效区，在满足驾驶员经济性极差，为避免发动机工作在低效区，在满足驾驶员转矩需求的基础上，转矩分配策略通过调整电机转矩使发转矩需求的基础上，转矩分配策略通过调整电机转矩使发动机工作在高效区或关闭发动机并由电机单独驱动车辆。动机工作在高效区或关闭发动机并由电机单独驱动车辆。在发动机工作效率较高时，可以由发动机直接驱动车辆，在发动机工作效率较高时，可以由发动机直接驱动车辆，此时通过调整电机电动或发电的转矩使发动机工作在高效此时通过调整电机电动或发电的转矩使发动机工作在高效区

19、，电机发电生成的电能存储在动力电池中以供电动时使区，电机发电生成的电能存储在动力电池中以供电动时使用，为保证电池充放电时的效率，转矩分配策略还要尽量用，为保证电池充放电时的效率，转矩分配策略还要尽量维持电池的电量平衡。维持电池的电量平衡。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n换档策略换档策略 n n在并联式混合动力汽车中，发动机和电机布置在在并联式混合动力汽车中，发动机和电机布置在变速箱之前，主电机与变速箱输入轴直接连接，变速箱之前，主电机与变速箱输入轴直接连接，发动机的动力通过离合器传递至变速传动系统。发动机的动力通过离合器传递至变速传动系

20、统。n n变速箱档位切换改变了发动机和电机的工况进而变速箱档位切换改变了发动机和电机的工况进而影响车辆燃油经济性和排放性能指标。因此，并影响车辆燃油经济性和排放性能指标。因此，并联式混合动力汽车的能量管理策略包括转矩分配联式混合动力汽车的能量管理策略包括转矩分配策略和换档策略两个方面。策略和换档策略两个方面。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n并联式混合动力汽车有两个动力源:汽油发动机和永磁同步电机，使用AMT作为动力藕合装置和变速传动系统，电机与变速箱输入轴直接相连，发动机通过AMT系统中的离合器与主电机(即变速箱输入轴)连接，混合动力系

21、统的结构如图2-1所示 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n图4 并联式混合动力汽车动力传动系统 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n在使用AMT作为变速驱动单元的的混合动力汽车中，AMT不仅需要将发动机和电机的动力变速变矩地传递至驱动轮(或将车辆的制动能量反向传递至电机进行能量回收)，还要完成混合动力系统的动力分配和转矩藕合，AMT是实现能量管理策略的关键 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔AMT应用于混合动力汽车n n能量管理层根据驾驶员操作能量管理层根据驾

22、驶员操作(加速踏板、制动踏板和手柄加速踏板、制动踏板和手柄位置位置)和车辆运行状态和车辆运行状态(车速、电池车速、电池SOCSOC、变速箱档位等等、变速箱档位等等)确定变速系统档位、离合器状态、发动机转矩、电机转确定变速系统档位、离合器状态、发动机转矩、电机转矩以及液压制动转矩，目的是改善车辆的动力性和燃油经矩以及液压制动转矩，目的是改善车辆的动力性和燃油经济性。在使用济性。在使用AMTAMT的的PHEVPHEV中，能量管理策略主要包括发中，能量管理策略主要包括发动机、电机的转矩分配策略和换档策略两个方面的内容。动机、电机的转矩分配策略和换档策略两个方面的内容。n n在能量管理策略的实现层，通

23、过对发动机、电机、离合器在能量管理策略的实现层，通过对发动机、电机、离合器和变速箱的协调控制来实现能量管理策略。换档和离合器和变速箱的协调控制来实现能量管理策略。换档和离合器动作由控制系统直接控制，对发动机和电机的控制是通过动作由控制系统直接控制，对发动机和电机的控制是通过将控制指令发送至发动机控制器将控制指令发送至发动机控制器EMS(Engine EMS(Engine Management System)Management System)和电机控制器和电机控制器MCU(Motor MCU(Motor Control Unit)Control Unit)，由，由EMSEMS和和MCUMCU对

24、发动机和电机进行直接对发动机和电机进行直接控制。控制。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔PHEV动力传动及其控制系统 n n 图图 PHEVPHEV动力传动及其控制系统动力传动及其控制系统 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔混合动力汽车动力总成结构n n按动力传动系结构不同，混合动力汽车可分为串联、并联和混联三种构型，每种构型又有一多种结构方案 n n下而对这三种型式的部件组成、工作原理和各自的优缺点进行简要分析 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔1串联混合动力总成构型n n串联式HEV动力传动系的结构组成如下图所示

25、。由发动机、发电机、电机、变速箱等构成。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔1串联混合动力总成构型n n该结构方式的优点：该结构方式的优点：n n(1)(1)结构布置灵活结构布置灵活n n由于发动机与汽车驱动轮之间无机械连接，这样便于进行由于发动机与汽车驱动轮之间无机械连接，这样便于进行整车布置。整车布置。n n(2)(2)发动机工作效率高发动机工作效率高n n可对发动机进行独立控制，使发动机可稳定于高效区或低可对发动机进行独立控制，使发动机可稳定于高效区或低排放区附一近工作。同时，该结构尤其适合于那类与驱动排放区附一近工作。同时，该结构尤其适合于那类与驱动轮难于进行机

26、械连接的高效发动机，如燃气轮机、斯特林轮难于进行机械连接的高效发动机，如燃气轮机、斯特林发动机等。发动机等。n n(3)(3)整车的控制简单整车的控制简单n n由于发动机独立于行使工况，小存在发动机与电机之间的由于发动机独立于行使工况，小存在发动机与电机之间的功率分配，因此整车的控制简单。功率分配，因此整车的控制简单。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔1串联混合动力总成构型n n该结构方式的缺点为该结构方式的缺点为:n n(1)(1)系统综合效率低系统综合效率低n n由于发动机输出的机械能由发电机转化为电能，由于发动机输出的机械能由发电机转化为电能，再由电动机将电能转

27、化为机械能用以驱动汽车，再由电动机将电能转化为机械能用以驱动汽车，途经两次能量转换，中间必然会伴随着能量的损途经两次能量转换，中间必然会伴随着能量的损失，因此，系统综合效率降低。失，因此，系统综合效率降低。n n(2)(2)成本高成本高n n对于混合动力客车，由于需要的电机功率很高，对于混合动力客车，由于需要的电机功率很高，这样所需要的电池数量增加，带来重量和成本增这样所需要的电池数量增加，带来重量和成本增高。对于轿车而言，它的三个动力总成高。对于轿车而言，它的三个动力总成(发动机、发动机、发电机、电动机发电机、电动机)也会给系统总布置带来困难。也会给系统总布置带来困难。朱明工作室朱明工作室授

28、人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔2 双轴并联混合动力总成构型 n n双轴并联式混合动力总成的结构根据动力合成装置在变速箱的前与后可分为前置式(动力合成装置在变速箱前)双轴并联结构和后置式(动力合成装置在变速箱后)双轴了并联结构分别如下图和图所示 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔前置式双轴并联式HEV动力传动系结构n n图图 前置式双轴并联式前置式双轴并联式HEVHEV动力传动系结构简图动力传动系结构简图 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔后置式双轴并联式HEV动力传动系结构n n图图 后置式双轴并联式后置式双轴并联式HEVHEV动力传

29、动系结构简图动力传动系结构简图 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔双轴并联混合动力总成n n双轴并联式双轴并联式HEVHEV动力传动系，发动机与电动机可动力传动系，发动机与电动机可以分别独立地向汽车驱动轮提供动力，没有串联以分别独立地向汽车驱动轮提供动力，没有串联式式HEVHEV动力传动系中的专用发电机，因此更象传动力传动系中的专用发电机，因此更象传统的汽车动力传动系，并具有了许多显著的优点统的汽车动力传动系，并具有了许多显著的优点:n n(1)(1)由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，中间没有能量的转换，与串联式布置相比，

30、桥，中间没有能量的转换，与串联式布置相比，系统效率较高，燃油消耗也较少系统效率较高，燃油消耗也较少;n n(2)(2)电动机同时又可作为发电机使用，系统仅有电动机同时又可作为发电机使用，系统仅有发动机和电动机两个动力总成，整车质量和成本发动机和电动机两个动力总成，整车质量和成本大大减小。大大减小。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔双轴并联混合动力总成n n缺点缺点:n n(1)(1)由于发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接，由于发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接，发动机运行工况实时地受到汽车行驶工况的影响，发动机运行工况实时地受到汽车行驶工况的影响，因此对整车排放工

31、作点的优化小如串联形式好。因此对整车排放工作点的优化小如串联形式好。n n(2)(2)这种结构，要维持发动机在最佳工作区工作，这种结构，要维持发动机在最佳工作区工作，需要复杂的控制系统和控制策略。对于双轴并联需要复杂的控制系统和控制策略。对于双轴并联式混合动力汽车式混合动力汽车(PHEV(PHEV，动力传动系的主要元件之，动力传动系的主要元件之一为动力合成装置。动力合成的实现方法可归类一为动力合成装置。动力合成的实现方法可归类为为:转速合成式、牵引力合成式和扭矩合成式三大转速合成式、牵引力合成式和扭矩合成式三大类。类。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔转速合成式PHE

32、V动力传动系 n n 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔转速合成式PHEV动力传动系 n n常用的转速合成装置有行星齿轮系和电动转速计，常用的转速合成装置有行星齿轮系和电动转速计，它们构成的动力传动系结构分别如图它们构成的动力传动系结构分别如图2-5,2-5,图图2-62-6所示。所示。n n转速合成式转速合成式PHEVPHEV动力传动系中，两个动力总成之动力传动系中，两个动力总成之间的转速分配较为灵活，适用于那些对转速变化间的转速分配较为灵活，适用于那些对转速变化敏感而对扭矩变化小太敏感的动力总成间的输出敏感而对扭矩变化小太敏感的动力总成间的输出功率叠加。但由于两动

33、力总成的输出扭矩存在着功率叠加。但由于两动力总成的输出扭矩存在着一定的比例关系一定的比例关系(如式如式2-1)2-1)，要求发动机的工作，要求发动机的工作特性调节必须与电动机的输出特性相配合，增加特性调节必须与电动机的输出特性相配合，增加了控制系统的难度。另外，转速合成式装置固有了控制系统的难度。另外，转速合成式装置固有的输出特性也限制了电动机低速大转矩特性的利的输出特性也限制了电动机低速大转矩特性的利用，而低速大转矩却对车辆的起动十分有利。用，而低速大转矩却对车辆的起动十分有利。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔牵引力合成式PHEV动力传动系 n n图2-7牵引力合

34、成式PHEV动力传动系 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔牵引力合成式PHEV动力传动系n n牵引力合成式PHEV动力传动系的具体结构如图2-7所示。发动机和电动n n机之间无任何机械连接，它们通过各自的传动轴分别驱动车辆的前轮和后轮 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔牵引力合成式PHEV动力传动系n n该动力传动系的一显著优点是:汽车的驱动力由两个驱动轴承担，因此作用于每一驱动轴上的驱动力小会超出其轮胎地而附一着极限，但由于电机驱动系统与内燃机驱动系统分离，结构小紧凑，给动力传动系的具体布置带来困难。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔

35、授人以鱼不如授人以渔单轴并联混合动力总成构型 n n单轴并联式混合动力总成型式系是指发动机和电机同轴联单轴并联式混合动力总成型式系是指发动机和电机同轴联接和布置，根据电机在变速箱的前与后可分为前置式接和布置，根据电机在变速箱的前与后可分为前置式(电电机在变速箱前机在变速箱前)单轴并联结构和后置式单轴并联结构和后置式(电机在变速箱后电机在变速箱后)单轴并联结构，分别如图单轴并联结构，分别如图2-92-9和图和图2-102-10所示。所示。n n单轴并联结构形式的优缺点除如上所述外，还有一个特点单轴并联结构形式的优缺点除如上所述外，还有一个特点是有利于电机和变速箱结构的一体化模块设计，便于批量是有

36、利于电机和变速箱结构的一体化模块设计，便于批量生产中的模块化供货和整车装配。生产中的模块化供货和整车装配。n n单轴并联结构的合成方式为扭矩合成。这种结构单轴并联结构的合成方式为扭矩合成。这种结构(发动机发动机和电动机的输出轴采用了同一根传动轴和电动机的输出轴采用了同一根传动轴)将导致发动机和将导致发动机和电动机两者每时每刻的转速值均为同一值，限制了电动机电动机两者每时每刻的转速值均为同一值，限制了电动机的工作区域，造成两者特性的小匹配，为改善这种关系，的工作区域，造成两者特性的小匹配，为改善这种关系，需要布置一多速变速箱，这又会导致控制系统较为复杂。需要布置一多速变速箱，这又会导致控制系统较

37、为复杂。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔后置式单轴并联结构n n图2-9后置式单轴并联结构 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔前置式单轴并联结构n n图2-10前置式单轴并联结构 燃料电池电动车 4 混合动力汽车燃料电池电动车主主 讲：朱讲：朱 明明高级技师、高级技师、工程师、工程师、经济师经济师高级技能专业教师高级技能专业教师高级汽车维修工考评员高级汽车维修工考评员 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔能源动力的发展 n n历史上利用能源的方式有过多次革命性的变革，历史上利用能源的方式有过多次革命性的变革，从原始的

38、蒸汽机到汽轮机、高压汽轮机、内燃从原始的蒸汽机到汽轮机、高压汽轮机、内燃机、燃气轮机，每一次能源利用方式的变革都机、燃气轮机，每一次能源利用方式的变革都极大地推进了现代文明的发展。极大地推进了现代文明的发展。n n传统的能源利用方式有两大弊病。一是储存于传统的能源利用方式有两大弊病。一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料的限制，在机端所获得的效率只有的限制，在机端所获得的效率只有3335%3335%，一半以上的能量白白地损失掉了；二是传统，一半以上的能量白白地损失

39、掉了；二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔能源动力的发展n n对于发电行业来说，虽然采用的技术在不断地升对于发电行业来说，虽然采用的技术在不断地升级，如开发出了超高压、超临界、超超临界机组，级，如开发出了超高压、超临界、超超临界机组，开发出了流化床燃烧和整体气化联合循环发电技开发出了流化床燃烧和整体气化联合循环发电技术，但这种努力的结果是：机组规模巨大、超高术，但这种努力的结果是：机组规模巨大、超高压

40、远距离输电、投资上升，到用户的综合能源效压远距离输电、投资上升，到用户的综合能源效率仍然只有率仍然只有35%35%左右，大规模的污染仍然没有得左右，大规模的污染仍然没有得到根本解决。多年来人们一直在努力寻找既有较到根本解决。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。这就是燃料电池发电技术。这就是燃料电池发电技术。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第四代发电技术n n燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源代发

41、电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是界预测，燃料电池是2121世纪最有吸引力的发电方世纪最有吸引力的发电方法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。大电网相结合将

42、给我国带来巨大的经济效益。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔燃料电池技术n n燃料电池按其工作温度是不同，把碱性燃料电池（燃料电池按其工作温度是不同，把碱性燃料电池（AFCAFC，工作温度为工作温度为100100）、固体高分子型质子膜燃料电池）、固体高分子型质子膜燃料电池（PEMFCPEMFC，也称为质子膜燃料电池，工作温度为也称为质子膜燃料电池，工作温度为100100以内）和磷酸型燃料电池（以内）和磷酸型燃料电池（PAFCPAFC，工作温度为工作温度为200200）称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料电池）称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料电池（MCFCMCFC，

43、工作温度为工作温度为650650）和固体氧化型燃料电池）和固体氧化型燃料电池（SOFCSOFC，工作温度为工作温度为10001000）称为高温燃料电池，）称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而进行联合并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行开发的燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行的，把的，把PAFCPAFC称为第一代燃料电池，把称为第一代燃料电池，把MCFCMCFC称为第二称为第二代燃料电池，把代燃料电池，把SOFCSOFC称为第三代燃料电池。这些电池称为第三代燃料电池。这些电池均需用可燃气体作为其发电用的燃料

44、。均需用可燃气体作为其发电用的燃料。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 朱明工

45、作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔燃料电池的优势燃料电池的优势n n（1 1）效效率率高高，燃燃料料电电池池的的化化学学反反应应不不受受卡卡诺诺循循环环的的限限制制，理论上能量效率可接近理论上能量效率可接近8080，实际效率已达，实际效率已达505070%70%。n n（2 2）清清洁洁无无污污染染，氢氢/氧氧燃燃料料电电池池的的产产物物只只有有水水，属属于于零零排放或接近零排放（考虑到燃料重整时）。排放或接近零排放（考虑到燃料重整时）。n n（3 3）效效率率随随输输出出功功率率变变化化的的特特性性好好，燃燃料料电电池池的的效效率率在在额额定定功功率率附附近近可可达达60

46、60，部部分分功功率率下下运运行行时时效效率率会会高高于于额额定定功功率率下下的的效效率率，可可达达约约70%70%，过过载载功功率率下下运运行行时时效效率率略略低低于于额额定定功功率率的的效效率率，可可达达50505555。燃燃料料电电池池的的效效率率随随输出功率变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。输出功率变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。n n（4 4）过过载载能能力力强强，燃燃料料电电池池的的短短时时过过载载能能力力可可达达200200的的额定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况额定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授

47、人以渔国外燃料电池汽车的研发进国外燃料电池汽车的研发进展展n n由于质子交换膜燃料电池（由于质子交换膜燃料电池（PEMFCPEMFC）同时兼备无污染、）同时兼备无污染、高效率、适用广、低噪声、可快速补充能量、具有模块化高效率、适用广、低噪声、可快速补充能量、具有模块化结构等特点，被公认为是替代传统内燃机的最理想的动力结构等特点，被公认为是替代传统内燃机的最理想的动力装置。全世界各发达国家及各大汽车公司都非常重视燃料装置。全世界各发达国家及各大汽车公司都非常重视燃料电池的研究开发。美国能源部的最新报告指出，燃料电池电池的研究开发。美国能源部的最新报告指出，燃料电池的研制和开发的研制和开发“已接近

48、历史性突破的边缘已接近历史性突破的边缘”，“欧美日的欧美日的激烈竞争已进入冲刺阶段激烈竞争已进入冲刺阶段”，燃料电池技术将成为，燃料电池技术将成为2121世纪世纪“汽车工业竞争的焦点汽车工业竞争的焦点”。美国前矿物能源部长助理克美国前矿物能源部长助理克西格尔说：西格尔说：“燃料电池技术在燃料电池技术在2121世纪上半叶在技术上的冲世纪上半叶在技术上的冲击影响，会类似于击影响，会类似于2020世纪上半叶内燃机所起的作用世纪上半叶内燃机所起的作用”。福。福特汽车公司主管特汽车公司主管PNGVPNGV项目的经理鲍伯项目的经理鲍伯默尔称：燃料电默尔称：燃料电池必定给汽车动力带来一场革命。池必定给汽车动

49、力带来一场革命。朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔国外燃料电池汽车的研发进国外燃料电池汽车的研发进展展n n美国现任乔治美国现任乔治布什政府对燃料电池汽车的研制开发和推广应用非常布什政府对燃料电池汽车的研制开发和推广应用非常重视，美国联邦政府能源部于重视，美国联邦政府能源部于20022002年年1 1月月9 9日提出日提出Freedom Freedom CARCAR（Freedom Cooperative Automotive ResearchFreedom Cooperative Automotive Research）计划，支）计划，支持新能源汽车的研究开发，该计

50、划在持新能源汽车的研究开发，该计划在20032003年由美国联邦政府投资年由美国联邦政府投资15 15 029.6029.6万美元，其中燃料电池万美元，其中燃料电池50005000万美元（占万美元（占33.2733.27），氢源设施），氢源设施25822582万美元（占万美元（占17.1817.18），两者之和占总投资的），两者之和占总投资的5050以上。以上。20032003年年2 2月美国现任总统乔治月美国现任总统乔治布什向国会提出布什向国会提出“自由燃料自由燃料”（FreedomFuelFreedomFuel）计划，在对此计划发表的公开讲话中指出，）计划，在对此计划发表的公开讲话中指出，