【教学课件】第12章混合动力汽车.ppt
1,第12章 混合动力汽车,2,12.1 概 述,国际电子技术委员会对混合动力车辆的定义为：“在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车。其中至少一种存储器或转化器要安装在汽车上”。混合动力电动汽车至少有一种能量存储器、能量源或能量转化器可以传递电能。串联式混合动力车辆只有一种能量转化器可以提供驱动力，并联式混合车辆则不止一种能量转化器提供驱动力。,3,12.1.1 混合动力汽车的类型,1.串联式混合动力系统,串联式混合动力系统结构,4,2.并联式混合动力系统,并联式混合动力系统结构,5,3.混联式混合动力系统,混联式混合动力系统结构,6,12.1.2 混合动力汽车驱动方式的比较,混合动力汽车性能比较,7,12.1.3 混合动力汽车的特点,较之纯电动汽车，混合动力汽车具有如下的优点：(1)由于有原动机作为辅助动力，电池的数量和质量可减少，因此汽车自身重量可以减小。(2)汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。(3)借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，无需消耗电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。,8,较之内燃机汽车，混合动力汽车具有如下的优点：(1)可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大为降低。(2)在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动车辆，实现零排放。(3)可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。,9,12.2 混合动力汽车动力系统设计,混合动力电动汽车获得高的燃油经济性，主要通过下述几条原则来实现：将较小型的发动机安装在汽车上并使发动机在较高负荷下工作(获取较高的效率)；将制动时产生的能量转化为电能用于汽车加速或为其提供动力；采用高效率的电动机将汽车从静止状态起动起来等。后一个特点使混合动力汽车在从停止到行驶驱动方式下显得特别有效，因为在那种驱动方式下，当汽车减速时，动力系统每时每刻得到充电。混合动力汽车在燃油经济性和整车性能提高的同时还降低了尾气排放。,10,12.2.1 发动机,发动机由于自身特性的显著非线性，其真实模型相当复杂，通常采用高阶多项式近似方程进行模型描述，但多项式的阶数过高又不便于模拟计算，因此直接引用这些数学模型并不合适。为了解决这个问题，ADVISOR采用了实验数据建模法，即通过对大量的实验数据(如发动机的万有特性图和排放特性数据)分析处理获得描述发动机工作特性的近似方程。此处采用上面的几条原则对发动机功率进行设计。,11,12.2.2 电动机,1逆变器/电动机控制策略在提出电动机工作特性和设计参数之间的关系之前，首先要说明逆变器/电动机的控制策略，它是牵引驱动系统中涉及电动机选型和设计在内的大多数因素的基本依据。2交流电动机数学模型对于混合动力电动车辆的驱动系统中，交流感应电动机可控，有必要将每相电流、电压或磁通链瞬时值变换到以任意角速度 旋转的复平面 上。,12,3电动机功率设计通常，适用于电动车辆使用的电动机外特性为：在额定转速 以下，电动机以恒转矩模式工作，在 以上，以恒功率模式工作。相应参数选取包括：电动机额定功率、电动机额定转速 与电动机最大转速。,13,12.2.3 储能装置,目前，电化学蓄电池仍是多源混合驱动的一个基本组成元素，无论是在串联、并联还是在混联的混合传动结构中，电化学蓄电池都被用做辅助能源。大多数混合电动车辆在再生制动时就像通常的电动车一样：牵引电动机工作于发电模式，汽车的动能通过牵引电动机传递给电池。混合动力汽车上的电池其使用状况不同于电动汽车，在工作中电池处于非周期性的充放电循环中，要求电池的充放电速率和效率高，因此，混合动力电动汽车用电池不仅需要高能量密度，而且还需要高功率密度。研究与开发高性能、低成本、寿命长的电池，仍然是发展混合动力电动汽车的关键问题之一。,14,12.3 动力分配装置,在混联式混合动力传动结构中，用于实现能量分流和综合的动力分配装置是一个行星齿轮机构，其中行星架与发动机的输出轴相连，齿圈与电动机的转轴相连，同时也与输出齿轮相连，而太阳齿轮轴发出的动力驱动发电机发电，中间与一离合器相连，必要时锁死太阳轮，使行星齿轮机构以一定的传动比工作。发电机的转子刚性连接在发动机的输出轴上。,15,12.4 控 制 策 略,混联式混合动力电动汽车有以下几种控制方法：恒工作点控制方法，由于发动机的转速可以通过调节发电机的转速来调整，发动机的转矩和转速都可以不受制于汽车复杂的工况，驱动系统的控制策略与串联式HEV相似；总功率损失最小化原则，功率的分配可以根据总功率损失最小来定义，包括所有零部件的总效率损失；维持电池的SOC值，在这种方法中，当车辆需要较大的加速时，发动机和电动机同时驱动车轮。当需要比较小的驱动功率时，发动机被关闭，电动机输出驱动功率。当所需功率比较适中时，发动机驱动车轮并通过发电机来给蓄电池充电，充电功率根据SOC值的大小而不同。,
