Y混合动力电动汽车(各宗形式的优缺点)解析课件.ppt
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1、第三章 混合动力电动汽车第三章 混合动力电动汽车 3.0 概述 3.1 混合动力电动汽车的结构分类 3.2 混合动力电动汽车驱动系统分析 3.3 混合动力电动汽车多能源控制系统及实 例分析第三章 混合动力电动汽车重点 混合动力电动汽车的结构和性能难点 不同混合动力电动汽车的多能源动力系统的能量流分析及其控制 3.0 概 述 广义定义 混合动力汽车混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆。狭义定义 既有内燃机又有电动机驱动的车辆。3.0 概 述 优点优点 与纯电动汽车纯电动汽车相比:行驶里程延长了行驶里程
2、延长了24倍倍;能能快速添加汽油或柴油快速添加汽油或柴油。与传统燃油车传统燃油车相比:内燃机以最有效的模式工作,在相同行驶里程的条件下,燃油消耗和排放少燃油消耗和排放少;可以纯电动方式工作,实现零排放实现零排放。缺点缺点 结构和控制复杂。有排放。3.1 混合动力电动汽车的结构分类3.1.1 混合动力电动汽车的分类3.1.2 串联混合动力电动汽车3.1.3 并联混合动力电动汽车3.1.4 混联混合动力电动汽车3.1.5 混合动力电动汽车的比较3.1.1 混合动力电动汽车的分类按结构分类按结构分类 串联混合动力电动汽车SHEV(Series Hybrid Electric Vehicle)并联混合
3、动力电动汽车PHEV(Parallel Hybrid Electric Vehicle)混联混合动力电动汽车SPHEV(Series and Parallel Hybrid Electric Vehicle)3.1.2 串联混合动力电动汽车 结构示意图 动力总成:发动机、发电机、电动机3.1.2 串联混合动力电动汽车 能量流图(车载能源环节的联合车载能源环节的联合)3.1.2 串联混合动力电动汽车 特点 发动机和发电机组成辅助动力单元发动机和发电机组成辅助动力单元APU(Auxiliary Power Unite)一起工作产生所需的电能。发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能,转化后的电能
4、一部分用来给蓄电池充电一部分用来给蓄电池充电,另一部分经由电动另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮机和传动装置驱动车轮。单条驱动线路:只有电动机驱动汽车行驶只有电动机驱动汽车行驶。发动机仅用于带动发电机发电,与驱动轮无机械连接,不直接驱动车辆。3.1.2 串联混合动力电动汽车 优点 动力电池组为基本能源动力电池组为基本能源,可实现“零污染零污染”状态的行驶。发动机发电机组所发出的电能向动力电池组充电,用于补充动力电池组的电能,或直接供给驱动电动机,以延长续驶里延长续驶里程程。发动机发动机发电机组发电机组的发动机能够保持在稳定、高效、低污染发动机能够保持在稳定、高效、低污染的状态下运转,将有害气
5、体排放控制在最低范围的状态下运转,将有害气体排放控制在最低范围。还可采用燃气轮机、转子发动机等其它类型的发动机,进一步降低燃料消耗和有害气体排放。趋近于纯电动车趋近于纯电动车,只有电动机驱动车辆。可采用电动机集中驱动系统或电动轮驱动系统。总体结构较简单,易于控制易于控制,发动机发电机组和电动机之间没有机械联系,在车上布置有较大的自由度布置有较大的自由度。3.1.2 串联混合动力电动汽车 缺点缺点一.电动机功率要求较大电动机功率要求较大。要求动力电池组容量大要求动力电池组容量大,同时还需较大功率的发动机较大功率的发动机发电机组发电机组,二二.整车外形尺寸较大,质量较重整车外形尺寸较大,质量较重三
6、.能量损失较大能量损失较大,能量转换效率比内燃机汽车低能量转换效率比内燃机汽车低。四四.发动机发动机发电机组与动力电池组之间的匹配要求较严格发电机组与动力电池组之间的匹配要求较严格3.1.3 并联混合动力电动汽车 结构示意图 动力总成:发动机、电动机Insight3.1.3 并联混合动力电动汽车 结构示意图3.1.3 并联混合动力电动汽车 能量流图(机械能的联合)3.1.3 并联混合动力电动汽车 特点 2条驱动线路条驱动线路:内燃机和电动机都可通过各自的驱动线各自的驱动线路驱动车轮路驱动车轮。3种驱动模式种驱动模式:发动机单独驱动,电动机单独驱动,发动机和电动机混合驱动。为电力辅助型的燃油车电
7、力辅助型的燃油车,可降低排放和燃油消耗降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动电动车所需的功率或者再当发动机提供的功率大于驱动电动车所需的功率或者再生制动时,电动机工作在发电机状态生制动时,电动机工作在发电机状态,将多余的能量充入电池。3.1.3 并联混合动力电动汽车 优点 只有发动机和电动机发动机和电动机两个动力总成,两者的功率可以等于50%100%车辆驱动功率,比比SHEV三个动力总成的功率、功率、质量和体积小很多质量和体积小很多。发动机可直接驱动车辆发动机可直接驱动车辆,没有SHEV发动机的机械能电能机械能的转换过程,能量转换的综合效率比能量转换的综合效率比SHEV高高。车辆需要最
8、大输出功率时,电动机可以给发动机提供额外的电动机可以给发动机提供额外的辅助动力辅助动力,因此发动机功率可选择较小,燃油经济性比发动机功率可选择较小,燃油经济性比SHEV好好.与电动机配套的动力电池组容量较小动力电池组容量较小,使整车质量减小整车质量减小。电动机可带动发动机起动电动机可带动发动机起动,调节发动机的输出功率,使发动机基本稳定在高效率、低污染状态下工作。发动机带动电机发电向电池组充电,可延长续驶里程。3.1.3 并联混合动力电动汽车 缺点缺点 一一.发动机工况会受到车辆行驶工况的影响,有害气体排放发动机工况会受到车辆行驶工况的影响,有害气体排放高于高于SHEV。二二.动力系统结构复杂
9、,布置和控制更困难动力系统结构复杂,布置和控制更困难。3.1.4 混联混合动力电动汽车 结构示意图(以丰田Prius为例)动力总成:发动机、发电机、电动机Prius3.1.4 混联混合动力电动汽车 结构示意图(以丰田Prius为例)3.1.4 混联混合动力电动汽车 能量流图(以丰田Prius为例)驱动桥 行星齿轮机构驱动桥3.1.4 混联混合动力电动汽车 混联混合动力合成装置行星齿轮机构工作原理 结构:太阳轮与发电机相连,齿圈与传动装置相连,行星架与发动机相连。发动机动力传递:一部分动力通过行星齿轮传给齿圈,然后通过传动轴传给驱动车轮;另一部分动力传给太阳轮经发电机转化为电能。各部件角速度方程
10、:1+kp2-(1+kp)3=0 kp基本齿数比,kp=Z2/Z1;Z1、Z2分别为太阳轮、齿圈的齿数;1、2、3分别为太阳轮、齿圈和行星架的角速度。各部件运动方程:J11=1M1-2M2/kp J33=M3+3M2(kp+1)/kpJ1太阳轮及其相关部件的转动惯量;J3行星架的总转动惯量M1、M2、M3分别为作用在太阳轮、齿圈及行星架上的转矩1、2、3分别为太阳轮、齿圈、行星架的传动效率3.1.4 混联混合动力电动汽车 特点 1.将串联将串联HEV和并联和并联HEV相结合相结合,具有两者的优点。2.与串联与串联HEV相比相比,增加了机械动力的传递路线。3.与并联与并联HEV相比相比,增加了电
11、能的传输路线。3.1.4 混联混合动力电动汽车 优点优点 三个动力总成三个动力总成比SHEV三个动力总成的功率大、功率大、质量和体积小质量和体积小。有多种驱动模式,节能最佳,有害气体排放达到多种驱动模式,节能最佳,有害气体排放达到“超低污染超低污染”。发动机可直接驱动车辆发动机可直接驱动车辆,没有机械能电能机械能的转换过程,能量转换的综合效率比内燃机能量转换的综合效率比内燃机汽车高汽车高。电动机可独立驱动车辆行驶电动机可独立驱动车辆行驶。电动机利用低速大转矩特性,带动车辆起步带动车辆起步,可在城市中实现“零污染零污染”行驶。车辆需最大输出功率时,电动机可给发动机提供辅助动力发动机提供辅助动力,
12、因此发动机功率可选择较小,燃料经济性比燃料经济性比SHEV好好。3.1.4 混联混合动力电动汽车 缺点 发动机驱动是基本驱动模式,电动机驱动是辅助驱动模式,动力性更接近内燃机汽车。发动机工况受到车发动机工况受到车辆行驶工况的影响,有害气体排放高于辆行驶工况的影响,有害气体排放高于SHEV。需要配备两套驱动系统;发动机传动系统需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成;另外,还有电动机、减速器、动力电池组,以及多能源动力(发动机动力与电动机动力)组合或协调专用装置。因此,多能源动力系统结构复杂,总布置困难多能源动力系统结构复杂,总布置困难。多能源动力系统的工作模式有多种形式,需复杂的多需复
13、杂的多能源动力总成控制系统能源动力总成控制系统,才能达到高经济性和“超低污染”。3.1.5 混合动力电动汽车的比较比较 驱动方式驱动方式的比较传统汽车:只有发动机传统汽车:只有发动机直接驱动汽车直接驱动汽车串联串联HEV:只有电动:只有电动机直接驱动汽车机直接驱动汽车(类似类似与纯电动汽车与纯电动汽车)并联并联 HEV:发动机和电动发动机和电动机都可直接驱机都可直接驱动汽车动汽车3.1.5 混合动力电动汽车的比较 结构结构的比较3.1.5 混合动力电动汽车的比较 主要应用范围应用范围的比较 串联HEV:大客车。如武汉理工大学串联混合动力大客车。并联HEV:轿车。如本田Insight。混联HEV
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