混合动力汽车构造与工作原理ppt课件.ppt

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1、1. 掌握混合动力汽车基本概念,2.了解液压蓄能式混合动力汽车HHV,3.掌握混合动力电动汽车HEV,4.掌握混合动力电动汽车的类型,什么是混合动力汽车呢？混合动力汽车的类型有哪些呢？液压蓄能式混合动力汽车HHV和混合动力电动汽车HEV的区别是什么呢？,要掌握混合动力汽车的基本概念，了解HHV和掌握HEV，掌握混合动力电动汽车的类型，需以下几个步骤：,一、混合动力车辆的基本概念根据国际能源组织（IEA）的有关文献，“能量与功率传送路线”具有如下特点的车辆称为混合动力车辆： 传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能量转换装置；,这些能量转换装置至少要从两种不同的能量储存装置吸取能量；从

2、储能装置流向车轮的这些通道，至少有一条是可逆的。如果可逆的储能装置供应的是电能时，则称作混合动力电动车。,二、液压蓄能式混合动力汽车HHVHHV最初由Volvo Flygmotor在20世纪80年代开发，其主要应用于巴士、货车等重型车辆。HHV使用的动力是液力马达及传统的燃油（气）车的发动机。液力系统主要由液压泵（马达）、液力储存器和液体罐等组成。HHV的特点是可使用液压泵（马达）可单独或同时和传统内燃机动力驱动汽车行驶。,三、混合动力电动汽车HEV国标GB/T 19596-2004 电动汽车术语对于混合动力电动汽车是这样定义的： 至少能从下述两类车载储存的能量中获得的汽车动力的汽车：-可消耗

3、的燃料；-可再充电能/能量储存装置。,四、混合动力电动汽车的类型1. 按照动力系统结构形式划分（1）串联式混合动力电动汽车（2）并联式混合动力电动汽车（3）混联式混合动力电动汽车,2. 按照混合度划分（1）微混合型混合动力电动汽车（2）轻度混合型混合动力电动汽车（3）重度混合（强混合）型混合动力电动汽车,3. 按照外接充电能力划分（1）外接充电型混合动力电动汽车（2）非外接充电型混合动力电动汽车,4. 按照行驶模式的选择方式划分（1）有手动选择功能的混合动力电动汽车（2）无手动选择功能的混合动力电动汽车,5. 其他划分型式（1）按照可再充电能量储存系统不同可以划分为(但不限于)以下类型：动力蓄

4、电池混合动力电动汽车超级电容器混合动力电动汽车机电飞轮混合动力电动汽车动力蓄电池与超级电容器组合式混合动力电动汽车（2）混合动力电动汽车按照其技术特征、燃料类型、功能结构和车辆用途等因索还可有其他划分型式。,1. 熟悉串联式混合动力汽车的构造与工作原理,2. 熟悉并联式混合动力汽车的构造与工作原理,3. 掌握混联式混合动力汽车构造与工作原理,混合动力汽车的动力传递形式有串联、并联和混联三种，具体的结构和工作原理是什么呢？,需要对三种形式的动力传递方式逐一分析,一、串联式混合动力汽车1. 基本结构,串联式混合动力系统1-发动机 2-发电机 3-动力蓄电池 4-变压器 5-电动机 6-驱动轮 7-

5、减速器,2. 串联式混合动力驱动系统的三种基本控制模式（1）主要利用电池来驱动车辆，仅当SOC降低到最小限值时，发动机才起动，发动机在最高效率区以输出恒定功率的方式工作，当SOC回升到最大限值时发动机关机。（2）“负荷跟随”控制模式。（3）上述两种控制模式的一个折中方案。,3. 通用汽车公司Series-SHEV汽车的结构组成,通用汽车公司的Series-SHEV结构布置1-电流转换器 2-充电器 3-驱动电动机 4-动力蓄电池 5-中央控制器 6-发电机 7-发动机,4. 串联式混合动力驱动系统的优点与缺点（1）串联式混合动力驱动系统的优点（2）串联式混合动力驱动系统的缺点,二、并联式混合动

6、力汽车1. 基本结构,并联式混合动力系统1-发动机 2-变速器 3-动力蓄电池 4-变压器 5-电动机/电动机 6-驱动轮 7-减速器,2. 并联式混合动力驱动系统典型工作模式的功率流（1）车辆起动、低速及轻载行驶时，发动机关闭，车辆由电机驱动，为纯电动工况,纯电动工作模式,混合动力,（2）车辆起动、低速及轻载行驶时，发动机关闭，车辆由电机驱动，为纯电动工况 。,向蓄电池充电,（3）在车辆行驶过程中，当车载电池组电量过低时，发动机在驱动车辆行驶的同时向电池补充充电 。,制动能量回收,（4）车辆减速及制动时，电机以发电机模式工作，回收车辆制动能量向电池充电,3. 并联式混合动力驱动系统两种基本控

7、制模式（1）发动机辅助混合动力模式（2）电机辅助混合动力模式,4. 日产风雅混合动力汽车混合动力系统（1）混合动力系统结构,日产风雅混合动力系统的结构1-离合器2 2-电子控制式7挡自动变速器 3-电机 4-离合器1 5-发动机 6-逆变器 7-锂离子蓄电池,（2）工作过程 1）系统起动,系统起动时1-锂离子蓄电池 2-离合器2 3-驱动电机 4-离合器1 5-发动机 6-逆变器,一般行驶时混合动力系统的工作过程 1-锂离子蓄电池 2-离合器2 3-驱动电机 4-离合器1 5-发动机 6-逆变器,电量少时混合动力系统工作过程1-锂离子蓄电池 2-离合器2 3-驱动电机 4-离合器1 5-发动机

8、 6-逆变器,2）减速或制动时,制动时混合动力系统的工作过程1-锂离子蓄电池 2-离合器2 3-驱动电机 4-离合器1 5-发动机 6-逆变器,3）加速或爬坡时,完全加速或爬坡时混合动力系统工作过程1-锂离子蓄电池 2-离合器2 3-驱动电机 4-离合器1 5-发动机 6-逆变器,4）离合器控制离合器1与一般手动变速器离合器结构相同，是干式离会器。它接合，断开的操作是出液压气缸自动控制的，车辆行驶时，输入端和输出端的转速差大约为50r/min。能够实现更为平稳的行驶。当发动机开始工作的情况下，为了使驱动扭矩不发生变化，输入端和输出端的转速差控制在约为100 rmin，控制滑行的同时，离合器1接

9、合。这时电机发挥起动作用。,低速时，离合器1和离舍器2完全接合，发动机和电机的转数相同。这样车速为10kmh时转速约为1000rmin，5kmh时转速会变为约500r/min，发动机会停止工作。为了防止这样的情况，离合器2会使车辆滑行，进入半离合状态这时发动机的转速会保持在约1000r/min。在坡道上停止的状态下，驾驶员踩下加速踏板，离合器2断开，电动制动装置控制车辆停止，目的是保护离合器2。,5. 并联式混合动力驱动系统的特点（1）发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，无机械能-电能的转换损失，因此发动机输出能量的利用率相对较高。（2）当电机仅起功率调峰作用时（3）在繁华的市区低速行驶时,（

10、4）发动机与电机并联驱动时，还需要动力复合装置，因此，并联驱动系统的传动机构较为复杂。（5）并联式混合动力驱动系统与车轮之间直接机械连接，发动机的运行工况会受车辆行驶工况的影响，所以车辆在行驶工况频繁变化的情况下运行时，发动机有可能不在其最佳工作区域内运行，其油耗和排放指标可能不如串联式混合动力系统。,三、混联式混合动力汽车1. 基本结构,混联式混合动力系统1-发动机 2-动力分离装置 3-发电机 4-动力蓄电池 5-变压器 6-电动机 7-驱动轮 8-减速器,2. 丰田混联式混合动力系统（1）启动时,启动时,（2）低速中速行驶时,低速中速行驶时,（3）一般行驶时,一般行驶时,（4）一般行驶时

11、/剩余能量充电,一般行驶时/剩余能量充电,（5）全速开进（行驶）时,全速开进（行驶）时,（6）减速/能量再生时,减速/能量再生时,（6）停车,停车时,1. 熟悉混合动力汽车电能储存装置的种类,5. 熟悉蓄电池管理系统和电动汽车的蓄电池充电器,2. 熟悉蓄电池主要性能指标,3. 熟悉铅酸蓄电池,4. 掌握镍-镉（Ni-Cd）电池、镍-氢(Ni-MH)电池、锂离子电池的结构组成、工作原理与性能特点,混合动力汽车电能储存装置的类型有哪些？其中动力蓄电池的结构域工作原理是什么？其性能指标有哪些？蓄电池管理系统和电动汽车的蓄电池充电器是如何工作的呢？,要对上述问题作出答复，需以下几个步骤：,一、混合动力

12、汽车电能储存装置的种类 1. 二次电池2. 超级电容3. 飞轮电池,二、蓄电池主要性能指标1. 电压（V）（1）电动势电池正极和负极之间的电位差E。（2）开路电压电池在开路时的端电压，一般开路电压与电池的电动势近似相等。（3）额定电压电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。,（4）工作电压（负载电压、放电电压）在电池两端接上负载R后，在放电过程中显示出的电压。（5）终止电压电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池不宜再继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。,2. 电池容量（Ah）（1）理论容量 （2）实际容量（3）标称容量（公称容量）（4）额定容量（保证容量）

13、（5）荷电状态（SOC）,3. 能量（Wh、kWh）电池的能量决定电动汽车的行驶距离。（1）标称能量（2）实际能量（3）比能量（Wh/kg）（4）能量密度（Wh/L）,4. 功率（W、kW）在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量，电池的功率决定混合动力汽车的加速性能。（1）比功率（W/kg）电池的比功率是指电池单位质量中所具有的电能的功率。（2）功率密度（W/L）电池的功率密度是指电池单位体积中所具有的电能的功率 。,5. 电池的内阻 6. 循环次数（次）7. 使用年限（年）8. 放电速率（放电率）（1）时率（2）倍率,9. 自放电率10. 成本要求蓄电池无毒性、不会造成污染或腐蚀，

14、使用安全，有良好的充电性能，充电操作方便，充电时间短，耐振动，无记忆性对环境温度变化不敏感，寿命长，制造成本低，易于调整和维护等。,三、铅酸蓄电池动力铅酸蓄电池要求有高的比能量和比功率，高的循环次数和使用寿命，以及快速充电性能等。铅酸蓄电池的特点是开路电压高，放电电压平稳，充电效率高，能够在常温下正常工作，生产技术成熟，价格便宜，规格齐全。因此，近10年来，国内外开发的称为第一代的电动汽车也广泛使用了铅酸电池 。,四、镍-镉（Ni-Cd）电池1. 镍-镉电池的工作原理,镍-镉电池a)外观 b)结构1-正极板 2-接线柱 3-加液口盖 4-绝缘导管 5-负极板 6-吊架 7-单格电池连接条 8-

15、极板骨架 9-绝缘层 10-镀镍薄钢板 11-外壳 12-通孔 13-活性物质14-正极板导管 15-氢氧化镉,2. 镍-镉电池的构造,3. 镍-镉电池的特点镍-镉电池的工作电压较低，单体电池的标称电压为1.2V，比能量为 55Wh/kg，比功率可以超过225W/kg，循环使用寿命2000次以上；可以进行快速充电，充电15min可恢复50的容量，充电1h可恢复100的容量，但一般情况下完全充电需要6h；深放电达100，自放电率低于0.5/天，可以在-4080的环境温度条件下正常工作。镍-镉电池有记忆效应。,五、镍-氢（Ni-MH）电池1. 镍-氢（Ni-MH）电池的工作原理,a) b)镍-氢电

16、池在碱性电解液中进行反应的模型a)储氢合金载体负极 b)镍正极,2. 镍-氢电池的结构,a) b)镍-氢电池的结构a) 圆柱形电池 b)方形电池1-盒子（-） 2-绝缘衬垫 3-盖帽（+） 4-安全排气口 5-封盘 6-绝缘圈 7-负极 8-隔膜 9-正极 10-绝缘体,3. 镍-氢电池的特点镍-氢电池的单体电池的电压为1.2V，应急补充充电性能好，一次充电后行驶里程长，而且启动加速性能较好；可以在环境温度为-2880的条件下正常工作；循环寿命可达到6000次或7年。但在高温条件下使用时电荷量急剧下降，自放电损耗较大，价格较贵。,六、锂离子电池1. 锂离子电池的分类按照锂离子电池的外形形状可分

17、为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。锂离子电池的发展呈现出多方向并举的局面。发展方向的不同主要在于所采用的正极材料的不同, 因为正极材料的性能将很大程度地影响电池的性能, 同时正极材料也直接决定电池成本的高低。,锂离子电池结构示意图a)方形锂离子电池 b)圆柱形锂离子电池1-外壳 2-负极端子 3-正极端子 4-隔膜 5-负极板 6-正极板 7-绝缘体8-负极柱9-绝缘体 10-密封圈 11-顶盖 12-正极 13-安全排气阀 14-隔膜 15-负极 16-负极板 17-正极,2. 锂离子电池的结构,3. 锂离子电池的工作原理,锂离子电池工作原理,4. 锂离子电池的特点优点：（1）工作电压高（

18、2）比能量高（3）循环寿命长（4）自放电率低（5）无记忆性（6）对环境无污染（7）能够制造成任意形状。不足：（1）成本高（2）必须有特殊的保护电路，以防止过充。,七、蓄电池管理系统1. 混合动力汽车的电池组管理系统简介,电池组管理系统,（1）热管理系统有的蓄电池采用自然通风即可满足电池组的散热要求，但有的蓄电池则必须采取强制通风来进行冷却，才能保证电池组正常工作并延长蓄电池的寿命。,（2）电池组管理子系统电池组管理子系统的作用是对电池的组合、安装、充电、放电、电池组中各个电池的不均衡性、电池的热管理和电池的维护等进行监控和管理，使电池组能够提高工作效率，保证正常运转，避免发生电池的过充电和过放

19、电，有效延长电池的寿命，以及动力蓄电池组的安全管理和保洁等。（3）线路管理子系统,2. 动力蓄电池组管理系统功能与组成（1）动力蓄电池组管理系统的基本功能动力蓄电池组管理系统一般采用先进的微处理器进行控制，通过标准通信接口和控制模块对动力蓄电池组进行管理，一般有以下几方面。动力蓄电池组管理单节电池管理荷电状态的估计和故障诊断,（2）动力蓄电池组管理系统组成,动力蓄电池组管理系统的基本组成1-电动机 2-逆变器 3-继电器箱 4-充电器 5-动力蓄电池组(由多个分电池组组成) 6-冷却风扇 7-动力蓄电池组管理系统 8-荷电状态（SOC）显示器8-车辆中央控制器 10-驾驶员控制信号输入 11-

20、电压伏特计 12-电流安培计 13-温度测量计,（2）动力蓄电池组管理系统组成,带有温度测量装置的动力蓄电池组管理系统电池组 2-温度传感器 3-故障诊断器 4-温度表 5-动力蓄电池组管理系统 6-电压表 7-电流表 8-荷电状态(SOC)显示 9-断路线,八、电动汽车蓄电池充电器1. 电动汽车蓄电池充电器的基本功能对市电进行电力变换并提供直流电；供给与蓄电池额定条件相对应的电力；当蓄电池充满后自动停止充电。,2. 电动汽车蓄电池充电器的分类（1）根据充电器是装在车内还是车外分（2）根据给电动汽车蓄电池充电时的能量转换方式分,电动汽车的耦合式充电系统,电动汽车的感应式充电系统及充电器,1.

21、了解电动汽车对驱动电动机性能的基本要求,2. 熟悉电动汽车电动机的类型,3. 熟悉直流电动机、交流电动机、交流永磁电动机的特点、分类，了解其控制系统,在电动汽车包括混合动力汽车行驶时，电动机需频繁地起动以驱动汽车，那么对电动机有哪些性能要求呢？电动汽车电动机的类型有哪些？其具体特点和控制系统是怎样的呢？,要对以上问题做出回复，需以下几个步骤：,一、电动汽车对驱动电动机性能的基本要求1. 电压高2. 高转速3. 转矩密度、功率密度大，重量轻，体积小4. 具有较大的起动转矩和较大范围的调速性能5. 需要有45倍的过载。,6. 具有高的可控性、稳态精度、动态性能，以满足多部电动机协调运行。7. 机械

22、效率高、损耗少。8. 可兼做发电机使用。9. 电气系统安全性和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。10. 能够在恶劣条件下可靠工作。11. 结构简单，适合大批量 。12. 散热性好。,二、电动汽车电动机的类型,现代电动汽车电动机的基本类型,三、直流电动机直流电动机的优点是具有优良的电磁转矩控制特性，控制装置简单、价廉、技术成熟。,四、交流电动机交流电动机可分为同步电动机和异步电动机两类。由于绕线式异步感应电动机成本高、需要维护、缺乏坚固性，因而没有笼型异步感应电动机应用广泛，特别是在电动汽车的电力驱动中。 交流感应电机控制系统的主要作用是为电机提供变压、变频电源，同时其电压和频率能够按照一

23、定的控制策略进行调节，以使驱动系统具有良好的转矩-转速特性。,五、交流永磁电动机1. 交流永磁电动机的种类及特点（1）种类交流永磁电动机主要包括永磁同步电动机（Permanent Magent Synchronous Motor，PMSW）和无刷直流电动机（Brushless DC Motor，BLDCM）两大类。 （2）特点,2. 永磁电动机的结构永磁同步电动机和无刷直流电动机在结构和原理上大致相同，转子都是永久磁铁，定子电枢略有差别。,3. 永磁无刷直流电动机（1）永磁无刷直流电动机的结构（2）永磁无刷直流电动机的性能（3）永磁无刷直流电动机的控制系统,4. 永磁磁阻同步电动机（1）永磁磁阻同步电动机的结构磁磁阻同步电动机是将永久磁铁取代他励同步电动机的转子励磁绕组，电动机的定子与普通同步电动机两层六极永磁磁阻同步电动机的定子和转子一样。,（2）永磁磁阻同步电动机的控制系统永磁磁阻同步电动机采用带有矢量变换电路的逆变器系统来控制。永磁磁阻同步电动机的控制系统由直流电源、电容器、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、永磁同步电动机（PSM）、电动机转轴位置检测器（PS）、速度传感器、电流检测器、驱动电路和其他一些电器等共同组成。,（3）永磁磁阻同步电动机的机械特性,永磁磁阻同步电动机机械特性曲线,