新型混合动力汽车检测技术的研究及应用

第一篇：新型混合动力汽车检测技术的研究及应用

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新型混合动力汽车检测技术的研究及应用 作者：王 波 徐智敏

来源：《现代电子技术》2009年第17期

摘要：对混合动力汽车的“动力控制策略”和“运行状况的监控系统”进行了研究，重点分析了实现混合动力驱动车辆的关键技术，并给出一种新型混合动力汽车控制系统的设计方法。该系统汇集了先进的电子技术于汽车领域中，因此具备精确的检测功能，满足了混合动力车高效节能的油电混合驱动控制系统的要求，同时增强了控制系统的稳定性和可靠性。关键词：混合动力汽车；动力控制；霍尔传感器；控制策略

第二篇：汽车混合动力技术

汽车混合动力技术

摘要：在最近的一个时期，汽油和柴油仍是汽车的主要能量来源，新能源汽车近期需要解决的方案是传统内燃机新技术和替代燃烧汽车，中期方案是混合动力汽车降低油耗和排放，远期方案是纯电动汽车和燃料电池汽车。虽然新能源汽车提供了使用燃料的燃料汽车、混合动力汽车，以及利用车载氢燃料电池发电和电动系统的燃料电池汽车等多元化选择，但是由于现在的技术发展水平，因此寻找多元化的替代燃料，开发更接近市场的混合动力技术，是目前开发可替代能源的最切实可行的一步。而纯电动车和氢燃料电池由于其技术仍难取得革命性突破，难以成为汽车行业的近期发展目标。且当今社会形势，混合动力可以比较好的解决燃油消耗问题和污染问题，所以会主要介绍混合动力的优势性和可行性。

关键词：新能源汽车； 燃料电池；混合动

Abstract: On a recent period, gasoline and diesel car is still the main energy source, new energy vehicles recent needs to solve the scheme is solely internal-combustion-engine powered new technology and alternative burning cars, intermediate scheme is hybrid cars reduce fuel consumption and emissions, long-dated scheme is pure electric cars and fuel cell vehicles.Although the new energy vehicles provides the use of fuel fuel automobile, hybrid cars, and the use of on-board hydrogen fuel cell power and electric system of fuel cell vehicles etc multiple choices, but because the technology now development level, so looking for diversified development of alternative fuels, closer to the market, the hybrid technology is now developing alternative energy of the most feasible step.And pure electric cars and hydrogen fuel cells due to its technology is still difficult to obtain a revolutionary breakthrough, difficult to become automobile industry's recent development goals.And today's society situation, hybrid can good solve problems and fuel consumption pollution problem, so will mainly introduces the hybrid's superiority and feasibility.Keywords:New energy vehicles;Fuel cell keywords;Hybrid technology

引言

混合动力车是汽车使用两个或两个以上不同的动力源来推进车辆行驶的车辆，混合动力汽车的英文缩写是HEV。HEV的基本结构是在电动汽车（EV）和燃料电池电动车（FCEV）的基础上增加一套辅助动力系统--动力发电机组或某种原动机。原动机可以是内燃机、燃气轮机等热机。

1混合动力的分类

根据混合动力驱动模式，混合动力系统主要分为以下三类：一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，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。二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。Prius采用的是混联式联结方式。根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类： 一是微混合动力系统。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的Belt-alternator Starter Generator, 简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。二是轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20％以下。三是中混合动力系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30％左右，目前技术已经成熟，应用广泛。四是完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50％。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

2串联式混合动力汽车（SHEV）

串联式混合动力（SHEV）模式由发动机、发电机和驱动电动机三大动力组成，发动机、发电机和驱动电动机采用“串联”的方式组成SHEV的驱动系统。SHEV的结构由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，它们采用“串联”的方式组成驱动系统。在车辆行驶之初，蓄电池组处于电量饱和状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作，蓄电池输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机、驱动电动机输出的转矩经变速器、传动轴及驱动桥驱动车轮。蓄电池组电量低于60%时，辅助动力系统起动，为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。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，发动机-发电机组产生的交流电经整流器变为直流电和电池输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机。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。

3并联式混合动力电动汽车（PHEV）

并联式混合动力（PHEV）由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成。发动机、电动/发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成PHEV的驱动系统。PHEV是由发动机与电动机、发动机或驱动电机两大动力总成组成。如上图所示，它们采用“并联”的方式组成驱动系统。电动机的动力要与车辆驱动系统相结合，可以：（1）在发动机输出轴处进行组合（2）在变速器（包括驱动桥）处进行组合；（3）在驱动桥处进行组合。一种电动机的动力在驱动轮处进行组合的驱动轮动力组合式PHEV，其驱动模式为：

1）以发动机驱动为基本驱动模式，独立驱动后驱动轮；

2）驱动电动机为辅助驱动模式，能独立驱动前驱动轮；

3）在混合驱动时，发动机驱动的后轮动力与驱动电机驱动的前轮动力进行组合，成为混合四驱动模式。

4混联式混合动力电动汽车（PSHEV）

混联式混合动力电动汽车综合SHEV和PHEV结构特点，由发动机、电动-发电机和驱动电动机三大动力总成组成。蓄电池组PSHEV是综合SHEV和PHEV结构特点组成的，由发动机、电动机或发动机和驱动电机三大动力总成组成。电动机的动力要与车辆驱动系统相适合，可以在变速器（包括驱动桥）处进行组合，也可以在驱动轮处进行组合。一种发动机的动力与驱动电动机的动力在驱动轮处进行组合的方式，其驱动模式为：

1）以发动机驱动为基本驱动模式，带动电动机/发动机，并独立驱动后驱动轮；

2）以驱动电动机为辅助驱动模式，能独立驱动前驱动轮；

3）在混合驱动时，发动机驱动的后轮动力与驱动电动机驱动的前轮动力进行组合，成为混合四轮驱动模式。

5发展与未来

自1995年起，世界各大汽车生产厂商已将研究的重点转向了混合动力汽车的研究开发。日本丰田汽车公司开发了Prius牌混合动力轿车，本田公司开发了Insight牌混合动力轿车。美国三大汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力汽车，如通用汽车公司推出的Precept，福特汽车公司的Escape和Prodigy，戴-克汽车公司的Citadel、ESX3等。目前，混合动力汽车技术及市场均看好。日本国内拥有的混合动力电动汽车己超过7万辆，预计在2010年将达到210万辆。日本丰田汽车公司计划到2005年生产30万辆混合动力汽车。2003年初，美国《Finance Times》曾报道，一旦发生石油危机，美国通用公司计划将在5年内销售100万辆混合动力汽车，并已决定在2003年销售12种混合动力汽车。

目前，日本丰田汽车公司是走在混合动力汽车研发最前沿的汽车公司，开发的混合动力汽车已达到实用化水平。1997年，丰田推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车Prius，其后又在2001年相继推出了“ESTIMA”混合动力面包车和 “皇冠(CROWN)”轿车。到2002年底，丰田汽车公司生产的混合动力汽车在日本国内和海外的累计销量均突破了10万辆，现在已经在全世界20多个国家上市销售。著名的Prius为4门5座3厢式串联式混合动力轿车，采用了横向直列4缸16气门双顶置凸轮轴电喷汽油机(1.5升、最大功率 53千瓦)、驱动用镍氢电池和电动无级变速系统，标准配置有双安全气囊、电动门窗、中置数字液显仪表板、行驶电脑显示屏、自动空调、音响等。丰田Prius混合动力系统(THS)电

子控制装置的特点是，可分别利用电能、汽油或两者组合同时工作。根据车速和负荷情况，THS可以控制每种能源所提供的功率比例，以保证汽车按最有效的模式运行。在车辆的行驶过程中，乘客对THS的转换是感觉不到的。THS系统的关键部分是功率分流装置。该装置利用一套行星齿轮组将发动机功率直接传递到车的前轮和发电机上。电控式变速器将汽油机、发电机和电动机的功率输出加以混合，从而达到汽车加速和减速的需要。2002年，丰田ESTIMA混合动力面包车投产，其混合动力系统采用了世界首次批量生产的电动4轮驱动及4轮驱动力/制动力综合控制系统，它给混合动力汽车的行驶性能带来了革命性的改进。所有这些都表明丰田公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界同业前列。丰田汽车公司计划20l2年在其全部汽车产品上采用汽油电力混合动力发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。

美国1993年9月启动新一代汽车伙伴计划，其时间表为：1997年完成技术选择，2000年推出概念车，2004年推出能用于投产的式样车。当年，美国能源部与三大汽车公司签订了混合动力汽车开发合同，其中通用汽车公司投入1.48亿美元，福特投入1.38亿美元，克莱斯勒投入8480万美元，进行为期6年的研制开发工作。1997年，PNGV计划已完成了新一代汽车的技术选择，经过充分酝酿，认真筛选，确定了轻质材料、混合动力、高性能引擎(四冲程直燃式引擎)和燃料电池(PEM燃料电池)为PNGV的技术主要方向。在美国47个州的21个联邦实验室，51所大学中，有1200多个PNGV的研究专案正在进行中，PNGV计划已使美国全国形成了一个汽车技术创新的国家行动。经过多年努力，三大公司于1998年北美国际汽车展上分别展出了样车。在此基础上，现已按期推出三款混合动力轿车--通用Precept、福特Prodigy、克莱斯勒Dodge ESX3，三款车均接近或实现了3升/百公里的目标。其中，通用汽车Precept是目前唯一达到新一代汽车协作伙伴关系(PNGV)油耗要求的车型。这是一辆四门、五人座轿车，其驱动系统系由一台3缸1.3升直喷柴油引擎与两台电动机(包括驱动前轮的电动机和驱动后轮的柴油-电动机组)及一台手动自动变速箱组成，而电动机可吸收刹车过程中的制动能量，并给以上的电池组充电。据统计，美国市场上售出混合动力汽车接近7万辆，2002年美国的混合动力汽车市场规模达到35000辆。美国已有近20个城市在试用混合动力公共汽车，欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车。法国BE集团先后推出了贝灵格型和萨拉型混合动力汽车。萨拉型混合动力汽车以雪铁龙的Estate加长型轿车为原型，配备一个55kWDE的汽油内燃机发动机和一个25kW的电动机，排放量较同类普通汽车降低35%，一次行程可高达1000km。

随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点。20世纪80年代以来, 许多发达国家纷纷投入巨资研发电动汽车，我国的“863 计划”也已明确将电动汽车作为重点攻关项目。目前，我国电动汽车的研发水平与发达国家基本上处在同一起跑线上，在某些方面甚至超过国外。1999年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。2001年底，国家“863”电动汽车科技攻关项目正式启动，第一批项目中主要是混合动力汽车，目前正在进行当中。一汽和东风汽车集团联合所在地高校和研究所，在各自客车底盘上，研发混合驱动公共汽车和大型客车。此外，东风电动汽车公司还承担了混合动力轿车的研究开发。“十五”目标是攻克关键技术，推出新产品，主要研究内容包括：发动机、电动机、蓄电池等各种单元技术；各系统的电子控制技术和

整车的动力系统优化与控制技术，应节省燃料50%，排放下降80%；制动能量回收技术，应能回收30%制动能量。目前，混合动力汽车主要研发成果如下：东风电动车辆股份有限公司开发出混合动力汽车。其中，EQ7200HEV型混合动力轿车以风神蓝鸟轿车为平台，以满足未来城市公务、出租用车需求为目标，最大限度利用东风公司现有产品平台及社会资源开发而成，实现产品系列化、通用化、标准化设计。主要技术参数：最高车速160km/h；锂离子电池。EQ6110HEV型混合动力城市公交车采用混联方案，专为2008年北京奥运会公交用车而开发。主要性能参数：采用东风汽车公司生产的康明斯6BTA型柴油机(最大转矩488Nm，额定转速2200rpm)、中科院电工所研制的交流电机，纯电池电动运行最高车速31km/h，最大功率27kW，最大电流119A；发动机和电机混合驱动；最高车速72km/h。

天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中型客车。其主要技术特点： 使用燃油和电力双能源，同时兼顾了传统汽车的方便性和电动汽车的环保性能；排放达到欧III标准，燃油经济性提高15%以上；适于城市和城际之间的公共交通。主要技术指标： 尺寸参数 7210×2110×2670(mm)； 总重量 7t ；座位数 22＋10 ；发动机类型 CY4105Q型柴油机 ；发动机最大功率 72kW； 变速器 5档机械变速 ；电机类型 交流异步(矢量控制)； 电机功率 10 kW ；电池类型 免维护铅酸电池 ；电池容量 100Ah ；最高车速 时速110km以上；最大爬坡度 20%以上；制动距离 小于10m(时速30公里)。

深圳明华环保汽车有限公司开发出混合动力电动轻型客车。其技术特点：采用并联式混合动力系统，内燃机采用达到欧洲二号尾气排放标准的柴油机；电动机采用国际先进的异步交流电机，具有变频调速的矢量控制系统；自身反充功能：内燃机做动力源驱动车辆行驶中可同时通过电动机/发电机功能互换将发动机用作发电机为车载蓄电池组充电以补充能量，提高电驱动续驶里程。

北京嘉捷博大电动车有限公司和常州客车厂合作开发了我国第一辆以燃气涡轮机作为动力机的混合动力电动大客车。该车长11.5 m，宽2.48 m，高3.6 m，46座，排放指标低于2008年将在欧洲开始执行的欧Ⅴ标准，是当前理想的城市环保型公交车和旅游车。

第一汽车集团公司、美国电动车(亚洲)公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作推出一款混合动力轿车--红旗CA7180AE。该款串联式的混合动力轿车属中高档，13kW汽油机，15kW直流电机，144v(105Ah)铅酸电池，4×2前驱动形式，最高车速可达135km/h。

就目前的形势来看，混合动力电动车拥有的特点是混合动力电动汽车具备了良好的动力性能、良好的燃油经济性、清洁环保、经济实用，但为了达到提高车辆的动力性、经济性和环保性, 就需要采用当代最先进的内燃机技术深入分析低油耗特性； 选择比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的电机, 研究它的低速大转矩、效率和再生制动能量回馈性能； 经过周密分析和试验研究特性, 最佳选择各自高性能区段的组合与叠加。

另一方面，混合动力汽车成本过高绝对是目前混合动力电动汽车推广应用的主要难点, 这是因为混合动力汽车除了以往的动力装置外, 至少还必须安装电池, 其成本不可能降至普通汽车的水准。因此, 混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本, 这也是今后有待解决的最大课题, 特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本。还有，要提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率，.就得从汽车制造阶段着手, 设计改进汽车动力系统, 满足汽车再生制动

回收要求，加强混合动力电动汽车的可靠性, 解决动力电池的使用寿命和可靠性问题, 是混合动力电动汽车推广应用的前提。

6结论

综上所述，鉴于石油资源将趋于枯竭和环境污染日益加剧的现实，国内外汽车制造商在其政府支持下，都在竞相开发各种类型电动汽车。目前，纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力汽车三种电动汽车的研发及产业化进展特点是：纯电动汽车技术基本成熟。国外已有少量纯电动汽车进入商业运行，国内处于样车试制阶段。由于动力电池的比能量、比功率小，一次充电行程短、造价高等致命缺憾，大范围的市场化受到一定制约。燃料电池汽车具有燃料多样、效率高、排放少等优点，有可能成为未来汽车的主流，因此受到了国外各大汽车公司的重视，但目前它还面临着许多技术困难。国外正处于研制开发和小批量生产阶段，距离低成本、大量生产的水平尚有差距；国内尚处于研发起步阶段。而混合动力汽车是汽车产业界的一场革命，是汽车最终驶向零排放的过渡，是今后高端产品的一种有效配置，在未来一、二十年内将有很大部分燃油汽车实现混合驱动，与传统燃油汽车分享市场。国内混合动力汽车正处于样车试制阶段，已开发出混合动力轿车、混合动力中巴车、混合动力大客车样车，而国外日本等少数国家汽车制造商已开始了逐年增长的小批量商业化生产，并正在广泛进入世界市场。

参考文献:

［1］郎全栋，《汽车文化》[M].高等教育出版社.［2］龚金科，《汽车排放及控制技术》[M].人民交通出版社.［3］黎苏，黎晓鹰，黎志勤编著.汽车发动机动态过程及其控制[M].人民交通出版社.

第三篇：混合动力汽车的探索研究

混合动力汽车的探索研究

专业：汽车制造与装配

学生：***，指导老师：***

【摘 要】混合动力汽车燃油经济性好，符合节能环保的理念然而因生产及技术成本较高，导致其销售价格偏高。本文将探讨混合动力汽车的未来发展前景，随着人们环保意识的提高，混合动力技术的不断成熟和完善，生产成本的不断降低，混合动力汽车的市场占有量将不断增加。

【关键词】混合动力汽车；前景；节能；环保

混合动力汽车利用混合动力作为能源，能实现较高的燃油经济性，废气成本较高，排放量低，环保性能好，符合节能环保的理念。混合动力的技术较为成熟，但生产成本及技术，导致目前的销售价格与同类汽车产品相比较偏高，消费者的消费能力影响着现阶段销售状况，未来能否有好的市场前景，值得思索。

一，混合动力的概念及基本原理

混合动力汽车（亦称混合动力汽车，英文为Hybrid Power Automobile）是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要增加电动在汽车上马达和电瓶。另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。

二，混合动力汽车的特点

采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低，污染少的最优秀工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷小时，剩余的功率可发电给电池充电。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。因为有了电池，可以十分方便地回收制动,下坡，及怠速时的能量。

在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放，有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调，取暖，除霜等纯电动汽车遇到的难题。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过冲，过放电等现象，延迟其使用寿命，降低成本。

三，混合动力系统

混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。

串联式动力：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，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。

并联式动力：并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。

混联式动力：混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，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。丰田的Prius属于以电机为主的形式。

四，历史发展

当前普遍使用的燃油发动机汽车、存在种种弊病，统计表明在占80%以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。

现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置

（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。

五，国内混合动力汽车的发展现状目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，近几年，在国家“863”计划的资助下，长安、一汽、东风、奇瑞、华晨、吉利等自主品牌汽车企业竞相开发出了相应的混合动力轿车，其中部分车型已申报了国家汽车产品公告，但还存在一定缺陷。行业状况：1，混合动力汽车成本偏高其回收周期较长

2，我国关键技术产业化及其产业链的支撑存在较大差距

发展建议：1，建立自主品牌混合动力汽车产业化共用平台

2，加强混合动力基础技术研究及试验能力建设

3，进一步降低成本并提高产品的可靠性和耐久性

目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，国际、国内的汽车企业在竞相研发混合动力汽车。但要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。

面对交通能源与环境问题的巨大挑战，以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的节能与新能源汽车迅速发展，相互竞争，并引发了汽车动力的电控化和电气化两大技术变革，促进了汽车能源及动力的快速转型。

混合动力汽车可在不改变既有的汽车产业结构、能源(石油燃料)体系以及用户对车辆使用习惯的前提下，最大限度地发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点，达到节能和环保的目的。因而被业界认为是目前最现实可行且长远有效的节能环保方案。混合动力汽车已处于产业化前夕

目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，丰田公司的Prius、Estima、Crown、Coaster等混合动力汽车已成功上市，并在日本、美国和欧洲各国市场上均获得较大成功，累计产销量已超过60万辆。随后本田、福特、通用、戴姆勒、大众、雪铁龙、雷诺、宝马、日产、现代、三菱等各大汽车公司也纷纷向市场推出各种类型的混合动力汽车。截至2008年底，混合动力汽车在全球的累计销售量已超过百万辆。

近几年，在国家“863”计划的资助下，长安、一汽、东风、奇瑞、华晨、吉利等自主品牌汽车企业竞相开发出了相应的混合动力轿车，其中部分车型已申报了国家汽车产品公告，但上述汽车企业大多采用ISG轻度混合或BSG微混合方案，这两种方案的技术难度较小，生产成本也较低。同时我们必须清醒地认识到，要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。具体表现在：1.与国外一样，成本偏高其回收周期较长成为混合动力汽车普及初期最主要的障碍。一般中度混合动力轿车比同类内燃机轿车成本高出20～

30。若按10万元家用轿车计算，在不赢利情况下成本增加2万元，以每年行驶3万公里计算，油价为6元时，回收期为6.9年；油价为5元时，回收期为8.3年。而根据市场调查，用户可接受的回收期为1～1.5年，也就是用户只接受价格增加5以内，与实际相差比较大，严重削弱了用户对购买混合动力汽车的兴趣。2.关键技术产业化及其产业链的支撑存在较大差距。近年来民族汽车之所以崛起，主要就是得力于存在广阔的低端市场空间以及高速增长的市场容量形成强大的拉动力。民族轿车工业崛起主要靠的就是走的低端产品路线，技术含量低，可以通过自主创新或从国外设计公司直接购得。像长安、奇瑞等企业在混合动力技术研发及其产业化上，联合国内的高校、研究机构，甚至与国外的一些研发机构合作，每年投入上千万元资金进行技术研发，国家也有部分资金支持，但还有一些产业化的关键重大技术需要最后的冲刺突破，系统的可靠性还需要大量的试验验证，关键核心零部件的产业化还存在较大差距，标准体系还不完善。比如镍氢电池一直是个瓶颈，在推进混合动力汽车产业化时，有关部门考察了全国所有的镍氢电池供应商，完全满足产业化要求的厂家基本上没有。此外，还有像ISG电机、各种控制系统等关键技术零部件的产业化都与规模化生产存在差距。与乘用车相比，城市混合动力公交车的发展有所不同。据统计，我国城镇居民日常出门有70是首选乘坐公交车。在城市工况下，公交车频繁起步、加速、制动和停车，要额外消耗许多燃节油减排留下了相当大的空间。

根据调查，将近1/2的燃油是被汽车频繁制动所消耗的，这就为混合动力公交车的7～8家客车企业将研发、生产混合动力公交车作为研发工作的重点。经过几年的开发，虽然已取得了一系列重大成果，但公交车的节油率并未达到预计的要求，主要原因包括：1.汽车的制动过程十分短暂，一般不超过10秒，在短短的几秒内，电机要求发出很大的电流，才能有效回收制动能量，但是电池的充电倍率只有放电倍率的一半，因此电池不能接受大电流充电。理论上汽车有50～60的制动能量可回收，但实际回收的制动能量小于20，最简单的改进办法是加大动力电池容量，例如至少加大容量一倍，回收的制动能量可由20增加到40。但这将大大增加整车成本和汽车自重，经济上可能是得不偿失；2.混合动力公

交车若采用停车断油，甚至滑行即时断油，可节油10左右(4L/100km)，实际上国产柴油机没有专门为混合动力汽车设计，一般不允许频繁地停车断油，否则供油系统和废气增压器都可能损坏，严重影响柴油机寿命。而且，停车断油就必须装有电动转向油泵、电动空压机和电动空调系统，这又会大大增加整车成本和重量，两相权衡，不一定合算，所以近期大多未实现停车断油功能。

在实习期间，我了解到安凯的混合动力的一些情况。近年来，安凯在油电混合动力客车、纯电动客车和燃料电池客车三个方面都取得了一定的成就。特别是其研究的第三代纯电动客车，通过采用锂电池+超级电容的混合系统作为动力，满足车辆启动、爬坡等条件下的瞬时高功率需求，又可以延长电池的循环使用寿命，实现电动车动力系统的最优化。通过这段时间的实习，让我感到混合动力汽车的不同于燃油发动机汽车的全新的一面。

值此本论文完成之际，首先要感谢我的指导老师廖小丽老师。廖老师从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量的数据资粮和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下了深刻的影响，值得我永远学习。在此，谨向指导老师廖小丽老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！

参考文献:

[1] 张金桂，混合动力汽车结构，原理与维修，人民交通出版社

[2] 日本电气学会，电动汽车驱动系统调查专门委员会，电动汽车最新技术，机械工业出版社

[3] 吴基安，吴洋，新能源汽车知识读本，北京邮电出版社

第四篇：混合动力汽车的研究探讨论文（范文模版）

毕业论文

论文题目：混合动力汽车的探索研究

班级：09211 学号：200921202 姓名：张浩

指导老师：朱忠伦

2012年5月10日

安徽交通职业技术学院 汽车与机械工程系 2012年5月20日

摘 要

现阶段混合动力汽车已经成为传统的内燃机汽车的最佳替代。它是21世纪初的最理想、最符合实际的绿色交通工具。本文介绍了目前几种新能源汽车，主要通过简单的分析来探讨混合动力汽车类型即混合动力汽车的三种基本驱动方式（串联式、并联式、混联式）及它们的优缺点和分析了混合动力汽车的关键技术，如蓄电池技术、机电技术、内燃机技术、能量管理技术、整车技术，以及国内外混合动力汽车的发展状况。

关键词：混合动力、驱动方式、环保节能、新能源、关键技术、开发路线

目 录

引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

一、新能源汽车的类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.混合动力汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2.纯电动汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 3.燃料电池汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 4.氢动力汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 5.燃气汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 6.生物乙醇汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 7.氮气汽车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

二 混合动力汽车类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.串联式混合动力系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.并联模式混合动力系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.混联式混合动力系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

三、混合动力汽车开发的关键技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 1.蓄电池技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.电动机技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3内燃机技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4.能量管理策略„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 5.再生制动控制技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 6.整车技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

四、混合动力汽车的开发技术路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

五、发展与展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

引 言

能源与环保问题日益突出，因此开发新型的节能环保汽车迫在眉睫。在这种形式下，运生了各种新能源汽车应运而生，如混合动力汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车、燃气这车、生物乙醇汽车和氮气汽车等。虽然各种方案诸多，但是应用于实际情况就会有很多难解决的问题矛盾，目前来讲混合动力具备较高的优势。

一、新能源汽车的类型

新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》已于2009年7月1日正式实施，《规则》强调说明：新能源 新能源汽车

汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。

1.合混动力汽车

混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。

混合动力汽车的优点是：

1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

2.纯电动汽车

电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。

纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。优点:技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。缺点: 目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

3.燃料电池汽车

燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。

近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒－克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布，计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。目前，燃料电池轿车的样车正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，除了燃料电池汽车目前成本高、寿命短、耐久性和可靠性差等主要难点外，配套设施的缺乏，才是燃料电池车在技术进步之外，与成熟的内燃机产业体系最大的差距所在。例如如加氢站，维修、配件供应等，基础设施配套建设匮乏让燃料电池车离大众仍然很远，目前各国的计划，都是由点到线、到小区域示范和试用，再逐步扩大、延伸和推广，这需要几十年的时间。4.氢动力汽车

氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。

几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力，但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前（指2009年）的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候，氢动力燃料电池的出现，犹如再造了一艘诺亚方舟，让人们从危机中看到无限希望。以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳，但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度，释放的能量足以使汽车发动机运转，而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，没有污染。因此，许多科学家预言，以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术，它对汽车工业的革命性意义，相当于微处理器对计算机业那样重要。优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。缺点：氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。

5.燃气汽车

燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。近年来，世界上各国政府都积极寻求解决这一难题，开始纷纷调整汽车燃料结构。燃气汽车由于其排放性能好，可调正汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车，但是燃气终归是不可再生能源，与石油一样，所以这并不能解决能源问题，而且排放问题并不能解决。所以这使我们看到了燃气汽车的末路„„

6.生物乙醇汽车

乙醇俗称酒精，通俗些说，使用乙醇为燃料的汽车，也可叫酒精汽车。用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长，无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟，近来由于石油资源紧张，汽车能源多元化趋向加剧，乙醇汽车又提到议事日程。

7.氮气汽车

氮气汽车是利用低温氮作为能力的载体从外界环境中吸取热量，提高自身的温度增加内能，将其导入特殊的氮气机种，使其在机器内膨胀做工，将内能转换成机械能，从而驱动汽车。但是，气马达需要很多高压氮气，汽车由于体积的限制，不能给汽车做很大的氮气储罐。工厂里停电时应急用的气动马达都配有上百立方米的高压氮气储罐。高压氮气储罐属于压力容器，不安全。虽然没有污染，但是使用费用昂贵，所以没有使用氮气的汽车。

二、混合动力汽车的类型

目前过内外开发与研究的主要有三种类型：串联式混合动力电动汽车（SHEV）、并联式混合动力电动汽车（PHEV）和混联式混合动力电动汽车（CHEV）。

1.串联式混合动力系统

串联式混合动力系统利用发动机和发电机提供电能 ,电动机是唯一的驱动源。其动力传动系的结构组成如图2-1所示。由于发动机与驱动车轮之间没有直接的机械连接 ,发动机不受汽车行驶工况影响 ,始终保持在最佳工作区稳定运行 ,所以特别适用于在市区低速运行的工况。汽车在起步和低速时还可以关闭发动机 ,只利用电池提供驱动功率 ,达到零排放要求。

串联式混合动力汽车特点是整车布置的自由度较大，发动机始终保持在最佳工作状态，汽车具有良好的燃油经济性和排放指标；电力驱动是唯一的驱动模式，控制技术简单；驱动模式决定了发动机、发电机和电动机的功率应接近或等于汽车所需的最大驱动功率，故三大动力总成的功率、外形和质量都较大，整车价格高；电池数量较多，串联布置在中、小型汽车上不容易实现；能量损失较大，发动机输出能量利用率低。

发动机发电机机械连接电气连接电池组电动机

图2-1串联式动力传动系结构图

我们所熟悉的美国通用汽车公司旗下的雪佛兰的“沃蓝达”就是采用该种模式，这款配备了通用汽车最新一代动力推进系统——E-flex系统(“E－flex”系统是通用汽车下一代电动推进系统的名称。

其中的“E”表示“电”，电力是E－Flex车型的唯一驱动方式。而“Flex”代表的是“灵活”，表示用以驱动汽车的电力可以从各种途径取得。）的雪佛兰Volt概念车，让我们可以从汽油、乙醇、生物柴油或氢气中获得电能，这使得我们可以定制推进系统，以满足特殊的要求和特定市场的基础设施。例如在巴西，可以使用 100% 的乙醇作为发动机电动机组和电池的动力，上海的消费者或许会利用太阳获取氢，然后从燃料电池中得到电能，而瑞典的消费者可能会从木材中获取生物柴油。这些可替代能源在E-flex系统架构上都可以得到应用。

雪佛兰Volt配备的E-Flex系统架构采用了通用汽车最新的第五代燃料电池推进技术和锂电池，其体积只有上一代的一半，但却能提供与其相当的动力和性能。在无需燃油、零污染

排放的电力驱动下，最大续驶里程可达483公里，且真正实现零排放。相比较于两年前推出的雪佛兰Sequel概念车（配备的是第四代燃料电池系统），雪佛兰Volt在保持同样续驶能力的前提下，只需配备4公斤的氢，仅为Sequel需要配备的氢重量的一半。

2.并联式混合动力系统

并联式动力混合系统中有发动机和电动机两套驱动系统 ,发动机和电机分别驱动车轮。它的结构形式更像是附加了一个电动机驱动系统的普通内燃机汽车。其动力传动系的结构组成如图2-2。由于发动机与驱动车轮之间机械连接 ,没有串联将机械能转换为电能的发电机 ,因此提高了能量转化效率。并联系统结构紧凑 ,比较适用于轿车。并联混合动力系统的传动系统较为复杂，工作模式较多，控制系统复杂，实现形式多样化。

当汽车低速、小功率行驶时，控制器控制电池为电动机供电，实现零排放；汽车以较大功率行驶时，通过调节发动机输出转矩调节发动机的功率；汽车刹车减速，电动机相当于发电机为电池组充电；电动汽车加速、高速行驶时，电池组为电动机供电，发动机与电动机协调驱动汽车。

发动机机械连接电气连接电动机变速器电池组

图2-2并联式动力传动系结构图

并联式混合动力汽车的特点是系统能量的利用率相对较高，这使得并联式的燃油经济性一般比串联的要高；发动机运行直接受到道路行驶工况影响，运行状态较为复杂，因而并联驱动排放性相对串联驱动要差，但可以在较多不良的行驶工况下运行；发动机与电动机都是动力总成，两者可以互相耦合满足汽车功率的要求，系统可采用小功率的发动机与电动机，使得整车动力总成尺寸小，质量也较轻；但发动机和机械驱动系统的机械连接使得机械装置较复杂，增加了整车布置的难度。当汽车在市区行驶时，可以关闭发动机，由电池组为电动机供电提供汽车的驱动功率，实现零排放。

在电影《谍中谍4》里，阿汤哥驾驶全新宝马i8混合动力双门超级跑车给人留下了深刻的印象。

这款i8 Spyder概念车正是用了并联模式。日前，有海外媒体在寒冷地带拍摄到了全新宝马i8的最新测试谍照。这意味着距离全新量产宝马i8的上市时间已经越来越近。从最新曝光的测试谍照上看，全新宝马i8取消了原有概念车上的结构性前风挡玻璃，而保留了飞扶壁式尾部设计。

i8搭载了高性能的混合动力系统，突出了车辆超强的动力性能。全新宝马i8所使用的插入式混合动力系统由两台电动机和一台涡轮增压汽油发动机构成，最高输出功率345马力，最大扭矩800牛米。其中，1.5升排量三缸汽油发动机使用了燃油直喷和可变进气涡轮增压技术，将动力输出至车辆的后轮。

3.混联式混合动力系统

混联式结构综合了串联式和并联式的特点，其动力传动系的结构组成如图2-3。混联式结构一般以行星齿轮作为动力复合装置的基本构架，混联式混合动力汽车配备的发动机和电动机的功率可以比较小，发动机也比较容易控制在高效区稳定工作，控制策略比较灵活。缺点是结构复杂，成本较高，与其复杂的结构相应，其控制系统也较为复杂。

功率分流器发动机电动机发电机机械连接电气连接图2-3混联式动力传动系结构图

逆变器电池组该系统适合各种行驶条件，具有良好的燃油经济性和排放性能，既可以外接充电，也可自充电，续驶里程相比内燃机汽车远，是很理想的混合电动方案。整车布置难度较高，电池数量较少，但增加了发电机。控制技术含量高，整车价格高。

在这方面，日本丰田走在了前面，其普锐斯、凯美瑞混合动力版及雷克萨斯一系列混合动力车都是这种模式。

以普锐斯为例，PRIUS普锐斯使用的THS II就是混联模式，有效地组合了串联式和并联式，使两者的优势发挥到极致。

发动机的动力由动力分割机构分割，一部分直接驱动车轮，另一部分被用于发电，其使用比例可自由控制。由所产生的电能驱动电动机，电动机的使用比例比并联式更大。THS优先考虑降低环境负荷，TOYOTA在THS成果的基础之上，以“Hybrid Synergy Drive”为理念，使电动机输出功率增长了1.5倍，同时实现了电源系统的高电压化,控制系统也得到大幅改进。由此发挥电动机和发动机工效的相辅相成之协同效果，开发出了降低环境负荷与动力性能两者兼备的新一代TOYOTA油电混合动力系统“THS II”。

三、混合动力汽车开发的关键技术

混合动力汽车是一个复杂的系统工程,涉及的关键技术有蓄电池技术、电机技术、内燃机技术、能量管理技术、整车技术和现代控制理论等。[2-4]

1.蓄电池技术

作为混合动力汽车的动力源之一，电池性能的高低极大的决定了混合动力汽车技术的先进性。混合动力汽车在工作中电池处于非周期性的充放电循环中,对电池的充放电速率和效率很高。研究与开发高性能充放电、低成本、寿命长的电池,是发展混合动力电动汽车的关键问题之一。

目前，除铅酸电池外，正在研究与开发的电池有镍氢蓄电池、铁镍蓄电池、银锌蓄电池、锂蓄电池、燃料蓄电池、太阳能蓄电池。铅酸电池在国内技术成熟，成本低廉，跟随负荷输出特性好，比较适合我国发展的需要。但其快速充放电困难，使用寿命不够理想、质量大等方面仍需改进，如可以通过增加电池片数，改进包装方法、使用高效添加剂，开发质量轻便的隔板材料等方法。在国外，各种镍电池飞速进展，这类镍电池储能较大、过充电和过放电性能优良、能带电充电并可以实现快速充电、使用寿命长。突出优点是全密封，免维护。目前，国外大多采用这些高性能的电池提高汽车的续驶里程和性能。但在价格昂贵，研发降低其成本是其推广的关键。

银锌蓄电池的电池能量高,质量轻,温度特性稳定,但价格高,寿命短；锂蓄电池的比能量大,比功率高,充电放电效率高,可以快速充电,功率输出密度大，但锂的制取较困难,管理和使用较复杂,要有严格的安全措施,价格也高。它是未来电池研发的一个方向。

在新型高性能电池的开发方面，燃料蓄电池转换效率高，容量大，比功率和毕能量高。具有广阔的发展前景。已经成为各国研究的焦点。最常见的燃料蓄电池有:碱性燃料蓄电池、磷酸燃料蓄电池、熔融碳酸盐燃料蓄电池、固体氧化物燃料蓄电池、质子交换膜燃料蓄电池等,而以质子交换膜燃料蓄电池应用于电动汽车上最为可能。在绿色环保方面，太阳能蓄电池最为理想。它直接将太阳能转换为电能，无污染，零排放。太阳能电池主要有三种结构：非晶硅，单晶硅，多晶硅。太阳能蓄电池在光电转换率，降低成本方面还需要进一步突破。目前有少数汽车公司把太阳辐射的能量收集起来，并转换成电能，以此为动力的汽车就是太阳能汽车，它是最洁净无污染的交通工具。太阳辐射到地球表面的能量转换成电能，效率可达30%。目前世界上最先进的技术已经能够达35%左右的转换效率。8平米大小的太阳能板能提供一辆小型汽车所需的电力。经测算，一辆太阳能轿车一年可省油500L.今后汽车动力的发展方向最有可能是使用太阳能、燃油、电力等多种能源的混合动力车。[5] 2.电动机技术

混合动力电动汽车上使用的电动机有感应电动机、永磁无刷电动机等。研究开发体积小、重量轻、工作可靠、动态响应好的电机,对混合动力电动汽车进一步提高动力性和经济性极为重要。

感应电动（交流异步电机）机以鼠笼式感应电动机应用最广,感应电动机的功率容量覆盖面很宽广,转速最高可以达到1.2万r/min,可以采用空气冷却或液体冷却方式,冷却自由度高,对环境的适应性好,并且能够实现再生反馈制动。具有结构简单、维修方便、运行可靠、价格便宜、经久耐用等优点,具有较好的稳态和动态特性。为了解决感应电动机能够在低速下输出稳定的大转矩。解决感应电机的低速问题的方法主要有:采用滑模方法实现解耦控制,解决低速稳定性问题的；设计专门的低速混合磁链模型,调整定子电阻,解决了低速下恒定大转矩输出的问题。此外，噪音和开关损耗问题也是困扰交流异步电机在电动汽车上应用的问题之一。当感应电机工作在高转速区时,由于电机电感相对较小,容易产生很大的峰值电流,从而引起大量的噪声和开关损耗。因此,需要对功率开关器件的开关频率进行控制,抑止噪声和能量损耗。我过在交流异步电机的设计与制造方面有比较大的优势，所设计的交流异步计电机性能好、工艺先进，可靠性高，已经向包括美国在内等国家出口。

随着永磁无刷电动机的性能不断提高,价格逐渐下降，永磁无刷电动机的应用前景将会越来越广泛。主要有两种：永磁同步电动机、永磁无刷直流电机。永磁同步电动机在高速转动时有良好的可靠性,运转平稳,工作时电流损耗小、弱磁控制也容易实现,工作噪声低。所以,它非常适用于混合动力汽车驱动系统。永磁同步电机的基本控制策略是,在低速时采用转子磁链定向的矢量控制,而高速时用弱磁控制,以使电动机基本保持恒定功率,满足电动汽车负载要求。和永磁同步电动机相比，永磁无刷直流电动机的效率高,起动力矩大,过载能力强,高速操作性能好,结构简单牢固,免维护或少维护,体积小质量轻,特别适合混合动力轿车的开发。缺点是噪声较大，可以考虑噪声加消除装置。永磁无刷直流电机的基本控制策略是,在低速时采用电流斩波控制,而高速时采用弱磁控制,增加电流的去磁分量。方波无刷电动机的弱磁控制通过调节开通角来达到弱磁效果。

3.内燃机技术

内燃机有汽油机和柴油机。先进内燃机技术要求内燃机体积小、重量轻。由于采用了各种先进控制技术,汽油机的排放已降到未加控制前的1%以下。缸内直喷方式有望取代进气道喷射成为汽油喷射主要形式,代表汽油机的发展方向。汽油机存在的问题是缸内积碳、高压油泵的润滑和密封性、喷油器堵塞。因此有效而可靠地实现部分负荷下缸内混合气的分层与稀薄燃烧,是缸内直喷式汽油机的关键。柴油机的燃油经济性优于汽油,如不用催化剂,柴油机的排放性能要优于汽油机。但柴油机的弱点是氮氧化物、微粒和噪声较难控制。已采用的控制措施有:气门、增压中冷、电控高压喷油、滚流/螺旋气道、可变涡流、强紊流燃烧室等。电控共轨式柴油喷射系统是最有发展前途的喷油系统,可以自由控制喷油量、喷油压力、喷油速率和喷油定时。未来柴油机将采用更加轻质材料和超高压喷油、高增压、智能EGR控制、在燃料方面，甲醇、乙醇、CNG、LPG、DME、H2等代用燃料在内燃机上的开发应用会进一步发展,但由于社会基础设施等因素限制,短期内进展不会很快。[6]参考文献 [7]所给出的内燃机的重量已达到临界状态, 它采用内燃机起动机/发电机一体化(ISA/ ISG)技术 , 广泛使用铝镁合金、塑料作零件，采用薄汽缸体 , 连杆为细的铸钢件加渗碳等 , 整个发动机降低重量达 30 %。丰田生产Prius的的发动机技术达到当代的最高技术水平, 它的尾气排放污染物降低到同类轿车排放污染物的 10 %左右，在车上的应用效果显示，加上再生制动能量回收，整车效率提高近一倍，整车CO2 排放降低一半。

4.能量管理策略

如果说驱动系统是混合动力汽车的心脏,则能量管理系统无疑就是电动车的大脑。能量管理系统协调混合动力汽车发动机、电动机之间的动力分配，电池电荷状态控制等。它包括储能单元，能量管理单元，混合动力系统中央控制单元。能量管理策略作为混合动力汽车控制系统的关键技术，可以大致分为基于规则的能量管理策略、基于智能控制的能量管理策略和基于优化算法的能量管理策略三大类。[8]

基于规则的能量管理策略的基本思想主要是依据部件的稳态效率 Map 图，确定发动机和电动机之间的能量流分配。该控制方法简单有效，实用性强，并且是制定许多高级能量控制策略的基础。基于规则的能量管理策略主要根据策略设计人员的工程经验及稳态的效率 Map 制定，并没有考虑动态变化，故不能达到系统性能最优。

智能型控制策略主要是通过应用模糊逻辑、神经网络及遗传算法等智能控制技术来决策混合动力系统的工作模式和功率分配。智能控制的基本出发点是模仿人的智能，根据被控系统动态过程中定性和定量的信息，进行综合集成、推理决策，以实现对复杂非线性不确定系统的有效控制。智能能量控制策略具有很强的鲁棒性和很好的自学习能力，非常适合应用于非线性控制系统，因此在混合动力汽车能量管理策略研究过程中得到越来越广泛的应用。

与车辆实际运行时不同，全局优化算法是针对某个既定的驾驶循环开展的。因此，车辆在不同时刻的行驶速度由驾驶循环给定，驱动轮处的驱动力可以根据车辆纵向动力学方程计算得出。使用全局优化能量控制策略可以实现真正意义上的最优化，但全局优化算法的计算工作量往往较大，一般只能够得到数值解，优化结果不能直接应用到实际控制当中。不过，通过全局优化得到的最优控制，可以获得优化控制的宏观规律，为制定合理的实时能量管理策略提供宏观控制规则。同时，最优控制还可以作为其它控制方法的参考和对比目标。

能量管理系统要求开发适合的混合动力汽车动态数学模型以实现更加准确的控制、开发以微处理器为核心的电子控制单元。未来的研究方向可以将现代控制理论和优化方法融入能量管理优化方法中去，进而获取混合动力汽车实时性要求的高品质能量管理策略，同时总结出一套较为完善的混合动力汽车能量管理策略的优化设计方法。例如混合动力电动汽车用电池组要受电池放电深度、充放电电流的大小及具体的汽车行驶工况等诸多因素的影响，需要建立一个符合混合动力电动汽车电池实际使用状况的能量管理模型。以便建立一个符合电池实际使用环境的电池能量管理系统,并为载荷均衡控制装置提供可靠的控制参数。开发自动化电子原件使电池维持工作在一定稳定充放电范围内，并提供人机交换界面、电池性能、剩余能量显示等等。

5.再生制动控制技术

再生制动可以节约能源、提高续驶里程 ,具有显著的经济价值和社会效益.同时 ,再生制动还可以减少刹车片的磨损 ,降低车辆故障率及使用成本。该系统多数由超级电容或飞轮及其控制器组成 ,而利用超级电容或飞轮吸收再生制动能量 ,具有非常突出的优点.当车辆制动时 ,电机工作于发电机工况 ,将一部分动能或重力势能转化为电能储存在超级电容或飞轮中 ,由于超级电容或飞轮的功率密度大 ,因此可以更快速、高效地吸收电机回馈能量.在车辆起动和加速时 ,利用双向 DC/ DC将存储的能量释放出来 ,协助电池向电机供电 ,不但增加了混合动力汽车一次充电的行驶里程 ,而且避免了蓄电池的大电流放电 ,达到了节省能源、降低刹车片磨损和提高蓄电池寿命的目的。[9]

6.整车技术

混合动力汽车由于车身质量、空间和能源的矛盾,因此在设计时必须考虑采用轻质、廉价材料以减轻整车的质量和价格。如复合材料铝合金金属蜂窝材料及其加工技术、新型混合动力车辆造型与结构的整体设计CAD技术等。在充分利用空间的情况下,尽可能增大车厢内部乘员空间,最大限度地降低空气阻力系数和滚动阻力系数,以求减小行驶阻力,利用机电一体化匹配设计,求得整车结构参数达到最优化。如何把先进的控制技术与电力电子技术应用到混合动力汽车研发中，减少控制系统动力系统所占的空间是整车技术的关键。

四、混合动力汽车的开发技术路线

1、了解与分析国内外有关混合动力汽车的结构特点、工作原理、安装方式、控制策略和特性评价的先进方法。

2、根据混合动力汽车行驶的最大阻力力矩,计算出驱动电机性能参数,完成驱动发动机、电动机、电池组的选型。

3、建立混合动力汽车各模块的数学模型,包括电池组、发动机、电动机、能量管理系统模型。

4、确定速度、力矩、温度、电流及电压等传感器的性能参数,选择或设计加工出性能好、体积小、易于安装的车速及力矩传感器。

5、开发以微处理器为核心的电子控制单元来实现智能化的能量管理系统。根据能量管理系统模型,能对整车系统电能和储能单元实时检测、显示、充放电管理、行驶里程统计与预测、故障诊断与报警、储能元件寿命预测等综合管理。

6、分析混合动力汽车系统性能的影响因素和特点,分析各总成的结构参数和布置方式对车辆性能的影响,结合相应的道路及台架实验,进行混合动力汽车的 车身与底盘布置。电动汽车的车身和底盘技术应与电动汽车同步开

7、将各种传感器与电动机制成一个整体,研究合理的安装位置。

8、对所研制的电动汽车,进行道路和台架试验,根据试验数据来修正有关设计、控制参数,以满足所提出的电动汽车的性能指标。[10]为技术路线流程图如4-1所示。

由性能指标、模拟分析及试验数据建模电池组选取、电机发动机选型各种传感器选取控制、能量管理与分配单元设计悬架、车架及车身设计集成设计加工制造样车、装车实验

图4-1混合动力汽车的开发技术路线流程图

五、发展与展望

1、从国内的发展和当前技术来看，动力系统和控制系统所占的空间较大，实现发动机和电动机一体化设计与控制；研究开发体积小，能量密度高、价格低的蓄电池应该是今后的主要研究方向。

2、大部分都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题。作为一种小型、中速和短途的日常交通工具, 混合动力汽车有着独特的市场,政府应鼓励电动汽车按市场机制开发。鉴于我国目前具有巨大潜在的多元化市场以及良好的工业基础,在混合动力汽车发展方面,中国将起到带头作用。

参考文献

1.任勇,秦大同,杨亚联等.混合动力汽车的研发的研发实践[J].重庆大学学报,2004,27（4）:27-28.2.丁军,王喜瑜,周希德.我国电动汽车发展的关键技术分析[J].汽车科技,1997,3:47-51.3.汤双清,廖道训,吴正佳.电动汽车的核心技术及发展展望[J].机械科学与技术,2003,22(2)190-192 4.张振华, 盖玉先.混合动力城市客车动力系统设计与仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学, 2008,6:6-7.5.曾斌.21世纪的汽车[J].中国机电工业,2002,3:38-39.6.刘联国.汽车研究与发展[J].汽车研究与开发，2001,1:8-10.7.何洪文,祝嘉光,李剑.混合动力电动汽车技术发展与现状[J].车辆动力与技术,2004,52-56 8.张博,李君.可外接充电混合动力汽车能量管理策略研究[D].吉林大学,2009.9.曹秉刚,张传伟,白志峰等电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报,2004,38(1)4-6 10.钱立军,赵韩,高立新.电动汽车开发的关键技术及技术路线[J].合肥工业大学学报(自然科学版), 2002 , 25(1):15-18.11.品车网宝马i8资讯http:// 13.车型图片下载于易车网http://news.bitauto.com

第五篇：混合动力汽车特点和分类介绍

混合动力汽车特点和分类介绍

混合动力汽车是指装有内燃机与电动机两种动力的汽车。混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。混合动力汽车有串联式和并联式两种结构形式。复合动力汽车（亦称混合动力汽车）是指车上装有两个以上动力源，包括有电机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车，车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。

混合动力汽车的优缺点：

混合动力车的优点

1、采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。复合动力电动汽车有两种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。混合动力驱动汽车的缺点：

有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。由于“新一代汽车伙伴合作”（P NGV）计划的推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不

同组织进行成百种方案的筛选、比较，认为采用复合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。

混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子

日本丰田汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车 P rius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42．6kW／4600r／min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为3．4L，比原汽油车减少了一半，C O2排量也相应减少了一半，C O、HC、NOX仅为现行法规允许值的10％，售价每辆216万日元（约15000美元）。

美国克莱斯勒汽车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 ESX2型复合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3．4L。2000年通用，福特，戴姆勒•克莱斯勒已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵。按照内燃机与电动机联接方式的不同，混合动力汽车分为串联型、并联型和串并联型三种。混合动力汽车既能减少汽车对环境的污染，又能延长续驶里程。

大众汽车公司曾在高尔夫轿车上安装一套柴油机电动机驱动系统。在相当于柴油机飞轮的位置安装一个6KW的紧凑型感应电动机，在柴油机侧和变速器侧各装有自动操纵的离合器。当柴油机侧的离合器处于分离状态时，轿车由电力驱动。当轿车由柴油机驱动时，柴油机侧的离合器接合。此时感应电动机的转子起飞轮作用，而且该电动机还作为起动机和交流发电机使用。

由于两种动力装置分别用于各自最适宜的工作条件，因此，这套混合动力驱动系统的燃油经济性非常好，综合排放水平非常低。与一般装有柴油机的高尔夫轿车相比，柴油消耗降低62％，有害排放物减少40％～60％，在夜间为电池充电需要12～16kW•h。

混合动力车的分类

串联型混合动力汽车最简单，内燃机带动发电机发电，发出的电供给电动机用来驱动车辆行驶。若有剩余，则对蓄电池充电。在需要大功率输出时，发电机和蓄电池同时向电动机供电。显然，串联型混合动力汽车有着与燃油汽车一样的续驶里程。

并联型混合动力汽车采用内燃机和电动机两套各自独立的驱动系统。内燃机可以单独驱动车辆，电动机也可以单独驱动车辆，内燃机与电动机还可以联合驱动车辆，当内燃机输出的功率大于驱动车辆所需要的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量转化为电能充入蓄电池。显然，并联型混合动力汽车可以减少汽车尾气的排放和燃油消耗。

串-并联型混合动力汽车同时具有串联型和并联型的特点，但是结构复杂，成本高。作为混合动力汽车的实例，一种新型并联型混合动力汽车的驱动系统，该系统中采用二自由度行星齿轮机构作为减速器。当汽车满载加速行驶时，内燃机和电动机同时工作，共同提供汽车所需动力；当汽车等速或轻载行驶时，汽车所需动力主要由电动机提供，电动机通过二自由度行星齿轮机构减速，这时内燃机只提供最小转矩和最小功率；汽车在市郊行驶时，仅内燃机工作，电动机不工作，行星齿轮机构的齿圈被锁死，这时行星齿轮机构只有一个自由度。