第8讲 混合动力系统及其控制技术

混合动力技术

要点1.混合动力汽车的发展现状、趋势和关键技术

1)2)

混合动力系统节能和排放优势国际上几种最新的混和动力系统介绍 丰田混合动力系统 本田混合动力轿车 日野柴油混合汽车 其它混合动力系统

3) 4)

混合动力汽车的市场应用和发展前景 混合动力系统的关键技术

2.天津大学混合动力系统研究开发的最新进展 3.XL2000 EV动力总成控制系统研发进展 4.一种全新的车辆匹配调试技术 ——基于GPRS网络的远程调试、标定及维护技术

21 世纪环境技术的发展方向21世纪社会需求 废气排放接近于零

重点降低 CO2 转换成一个持续增长的氢经济

环境技术研究的方向 极低排放和高燃油经济性汽车和柴油发动机 混合动力汽车 (HEVs)

天然气汽车 (NGVs) 燃料电池车 (FCVs)

串联式混合动力

串联式结构尤其适用 于市内常见的频繁起 步、加速工况和低速 运行工况。

并联式混合动力并联式混合动力系统是由发 动机(Engine)、发电机 (Generator)、电动机 (Motor)和电池组 (Battery)等动力装置以 并联的方式组成的。并联式 结构中，发动机和电动机是 相互独立的，低速小功率运 行时可以关闭发动机，利用 电动机进行驱动；在中高速 平稳运行工况，可以只利用 发动机进行驱动；高速运行 或加速时，可以利用动力复 合装置对发动机和电动机的 输出动力进行叠加。在市郊 和城间运行时，汽车经常处 于中高速平稳运行状态，而 且对排放没有苛刻要求，并 联式驱动系统可以关闭效率 较低、需经常对电池进行管 理的电机驱动部分，只使用 发动机进行驱动。 ·

混联式混合动力混联式是串联式与 并联式的综合，混 联式结构能够使发 动机、发电机、电 动机等部件进行更 多的组合，从而在 结构上保证了在更 复杂的工况下使系 统工作处于最优状 态，因此更容易实 现排放和油耗目标。 目前，混联式结构 的研究重点是开发 高性能动力复合装 置、优化控制策略 和降低整车成本。

燃料电池汽车

混合动力的多种形式

混合动力可以提高燃料经济性50%以上3.0 MIT 2003 2.5 GM 2001 MIT 2000

Fuel Economy Ratio

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0 CNGV LPGV E85 FFV Gasoline Hybrid Diesel Hybrid Gasoline FCV MeOH FCV GH2 FCV

燃料经济性相对于改进的汽油内燃机

不同的混合动力设计的燃料经济性改善程度不同

100 提 80 高 燃 60 油 经 济 40 性 % 20 0 混 合 动 力 功 能 100 电动助力 能量再生 无怠速 90 80 70 60 纯电动

强混合

城市工况

中度混合 弱混合 高速公路工况

发动机与电机动力比例(%)[发动机/(发动机+电机)]

混合动力将为燃料电池铺设未来

From Ricardo, 2003

混合

动力技术将推动交通部门的可持续发展

Note: Ricardo’s Report for the U.K Government (11/02)

混合动力的优势混合动力汽车是如何降低油耗和排放的？

传统汽车的能量使用状况驱动效率的定义 (%) 速度 km/h 驱动能量

=

实际能量消耗

*100

时间 主动轮功率 kW

(2) 低负载、低效率 运转

传统汽车浪费了大量能量， 驾驶效率大约为 15% - 25%。

时间

(1) 怠速状态下燃 料的浪费

(3) 无用的刹车 能量

混合动力的优势 (1):无怠速平均速度与停车时间比率和燃料消耗比率的比较100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 平均车速 km/h 80 100怠速时间比率 燃料消耗比率

比率 %

10-15 mode模式

怠速状态下发动机停止运转的影响非常大，汽车以低速运行。

混合动力的优势 (2):发动机运转状况的优化 内燃机的效率图积聚过剩的功率。Unit: % 34

扭矩Nm

HEV 的目标运转区域

30 26CV 的主运转区域

22 20 18

发动机转速 RPM

1.当车速较低时纯电机驱动。 2.如果所需转距超过最大发动机转距，电 机助推

3.电机通过制动回馈来给电池充电4.当转距需求降低到一定限度时，发动机 关闭。

当电池的SOC低时，发动机提供额 外的充电功率(cs_charge_trq),通 过电机来给电池充电(case1)。当 低于一最低的转距水平，发动机并 不输出扭矩(case2)

混合动力的优势 (3):能量再利用重型汽车在典型运行工况(M15工况) 下的主动轮功率60

速度 km/h

40 20 0 0

M15 工况

对于传统汽车来说，大约 60% 的驱动功在刹车时都丢失了。20 40 60 80 100 120 140

120主动轮功率 kW 80 40 0 -40 -80 -120 0 20 40 60 80 100 120 140 时间：秒

驱动功：1.0

如果假定 80% 的刹车能量可以再 利用，仅通过能量再利用的方式 就可以减少 48 (60*80) % 的能量 消耗。

刹车功：0.6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hkg4.html