混合动力汽车学习笔记

第1章混合动力汽车基本概念混合动力汽车定义：混合动力汽车是指携带不通动力源的、可根 据汽车行驶需要，同时或分别使用不同的动力源而行使的汽车。分类：液压蓄能式混合动力汽车HHV （Hydraulic Hybrid Vehicle）和混合动力电动汽车HEV （Hybrid Electric Vehicle）两大类。HEV至少有两种动力源（如图M、图1-2）组成：（1）、发动机 提供的与传统汽车类似的动力系统（包括发动机、离合器、变速器、 传动轴、万向节、主减速器、差速器、驱动半轴等）；（2）、传统汽车 所没有的电驱动系统（包括电能储存器v蓄电池、超级电容器、飞轮 电池等、电源变换器v逆变器、变压器等和电动机v直流电动机、三 相异步感应电动机、永磁电动机、开关磁阻电动机等等）。突岀优点：发动机可工作在经济工况区，排放低，燃油消耗小；发动机不全负荷和加速工况工作，噪声小；可回收制动 时的能量和利用已有的燃油设施等。图：传统汽车动力驱动系统电能储存器电源变换器冷轮胎X.差速器驱动桥驱动桥电动机发电机轮胎图1-2电驱动系统分类：根据两种动力系统的关系分：串联式、并联式、串并联混合式、复杂混合动力系统和功率（或动力）分配式。 发动机和燃料来源分：汽油机、柴油机、 燃料电池、涡轮机、混合燃料、人力混合动力汽车。汽车驱动桥多少分：单轴驱动、双轴驱 动、多轴驱动三种。串联式混合动力汽车SHEV动力系统组成：发动机、发电机、逆变器、电能储存装置、电动机/发电机、驱动桥等,如图1-3所示。发动机电能储存器逆变谿发电机电动机/发电机图3串联式混合动力汽车构成示意图轮月台驱动桥差速器驱动桥c轮胎本汽车实质是一种发动机辅助型电动车。汽车行驶时，发动机输 出地机械能首先通过发电机转化为电能，转换后的电能一部分给蓄电 池充电，一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。驱动模式：正常、低负荷、 高负荷行驶三种：正常行驶时，发动机最佳工况下运转驱动发电机进 而带动电动机工作；低负荷时，发动机或电动机单独驱动；高负荷时， 发动机和蓄电池共同驱动电动机工作。优缺点：优点，城市行驶时 由电力驱动可以实现“零污染”工作；缺点，驱动电机等选择难度大、 适用车型少（基本上适用于大型客车）、机械能-电能-机械能过程能 耗大、发电机/电动机与动力电池组之间匹配困难。并联式混合动力汽车PHEV动力系统组成：发动机、变速器、发发劲机|乜訂旨伉者存并晋动机/发电机、逆变器、电能储存器、驱动桥等，如图1-4所示。49 L机戈育旨vAt PJj Jj冋图1-4并联式混合动力汽车构成示意图驱动模式:发动机与电动机为 两套独立的驱动系统驱动车轮。工作模式有电动机单独驱动，电力单 独驱动和发电机混合驱动三种。在大负荷、高速、加速超车等大功率 的行驶时采用联合驱动方式；为避免污染时，采用电力单独驱动；中 等负荷时，采用发动机单独驱动，以保证发动机在良好的状态下工作。优缺点：优点，总质量和总 体积很小；没有机械能电能机械能的转换，总能量的转换效率比串联式的高很多。缺点，基本模式为发动机驱动比串联是排放有害气体 多；需要两套独立的驱动系统，结构复杂，布置和控制也更加困难。混合度 DOH ( degree ofHybridization）:为区别不同的混合动力系统而经常用到的一个概念。假设混合动力系统中内燃机和电动机的最大功率分别为Pmax,ICE和 瑞ax,EM，则DOH的表达式是:DOH = 1 |Bnax,ICE max,EM I/Bnax,ICE + max,EM其中，对于内燃机汽车ax,EM=0，D0H=0 ；对于纯电动汽车Rnax,ICE =0；而|Pmax,ICE = Pmax,EM 时，DOH二 1。口J 见，D0H 值越人, 内燃机与电动机的功率越接近，即表明混合程度越大。混联式混合动力汽车的动力系统组成：发动机、动力分配装置、 电动机/发电机、逆变器、电能储存装置（蓄电池或超级电容器、飞 轮电池等）、驱动桥等组成，（典型的混联式混合动力系统为丰田的 Prius的动力系统等）如图1-5所示。机械能流动方向电能储存器电能流动方向差速器发动机图1-5混联式混合动力汽车构成示意图轮胎驱动桥驱动桥发电机0逆变器动力分配装賢轮胎X丿驱动模式：根据汽车工况对发动机功率中用于直接驱动汽车的功率和用于发电的功率的比例进行分 配：汽车处于正常行驶状态时，发动机功率全部用于直接驱动汽车行 驶；全负荷、加速行驶时，发动机和蓄电池共同提供动力驱动汽车行 驶；在停车或滑行时，发动机的全部功率用于驱动发电机进行蓄电池充电。优缺点：优点，质量轻、体积 小、节能；可选择小功率发动机，燃油经济性较高；综合能量转换效 率高。缺点，需要两套独立的驱动系统，总结构较复杂，布置和控制角困难，成本较大。串联式、并联式和混联式混合动力系统的性能比较：从能量转换和汽车行驶性能上进行比较后发现混联式明显优于串联式、并联式。其比较结果如下表1-1所示:表24串联式、并联式和混联式混合动力系统的性能比较连接方式经济性运行性能自动停止怠速能量回收高效率运行 控制总效率加速性高效率持 续性串联式I*好中差差并联式中中差中差混联式好好好好中中第2章混合动力汽车的电能储存装置电能储存装置的种类：二次电池（又称可充电电池，包括铅酸蓄 电池、線氢电池、锂离子电池、線金属氢化物电池四类）、超级电容 器（又称电化学电容器）、飞轮电池（又称飞轮储能器，即利用飞轮 高速旋转储存和释放能量的一种方式）。蓄电池的充电原理：1、充电方法：恒（定）流充电、恒（定） 压充电和脉冲快速充电三种。2、充电过程：实际充电过程可分为:预 充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。充电器的组成：充电器可分为直接充电器和带过压、欠压保护电 路、电池反接保护电路等功能的智能充电器两类，其中，自动充电器 的组成框图如图2-1所示。图2-1自动充电器组成框图HEV蓄电池充电器的基本要求：一是对市电进行电力变换比提供 直流电；二是供给由蓄电池额定条件相对应的电力；三是但蓄电池充 满电后自动停止充电。HEV蓄电池充电器的分类：1、车载和非车载两种；2、接触式和 感应式两种系统。第3章混合动力汽车的驱动电机常见的电动机中适用于电力驱动的电动机分类如下图3-1所示：图3-1驱动电机的分类