混合动力汽车现状及其发展前景趋势研究.doc
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1、 毕 业 设 计 题 目: 混合动力汽车现状及其发展前景趋势研究 学院: 机械工程学院 专业: 班级: 学号: 学生姓名: 导师姓名: 完成日期: 诚 信 声 明本人声明:1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料;3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。作者签名: 日期: 年 月 日毕业设计(论文)任务书 题目: 混合动力汽车现状及其发展前景趋势研究 姓名 学院 机械工程学院 专业 汽
2、车服务工程 班级 学号 指导老师 职称 教研室主任 一、 基本任务及要求: 混合动力汽车是当前汽车领域研究的热点,随着环境、能源问题的出现,对新能源汽车的研发非常有意义。本课题研究的任务及要求如下: 1、简要介绍混合动力汽车发展背景,分析其分类和基本工作原理; 2、综述国内外混合动力汽车发展现状及其代表性产品; 3、指出混合动力汽车发展面临的电池系统管理、动力分配等关键技术问题; 4、示例分析我国混合动力公交车的应用现状和发展前景趋势; 二、 进度安排及完成时间: 1、明确设计任务,熟悉设计内容,收集相关资料; 2月28日前完成 2、在熟悉课题的前提要求下,进入课题实施阶段; 3月20日前完成
3、 3、做好相关知识的准备,开始撰写开题报告; 4月5日前完成 4、对混合动力汽车整体研究的方案确定; 4月20日前完成 5、收集已上市的混合动力汽车资料并对比研究; 5月5日前完成 6、对株洲市混合动力公交车的运营进行调研; 5月20日前完成 7、编写论文和研究的资料并打印反复修改; 5月31日前完成 8、各种相关文件的整理,存储介质制定,准备答辩; 6月3日前完成 目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 引言11.2 混合动力汽车的历史发展11.3 混合动力汽车分类及其工作原理31.4 混合动力汽车发展的影响因素5第2章 混合动力汽车现状分析72.1 国内混合动力汽车发展现状
4、72.1.1 国内混合动力汽车代表产品72.1.2 国内混合动力汽车技术102.2 国外混合动力汽车发展现状112.2.1 国外混合动力汽车代表产品112.2.2 国外混合动力汽车技术14第3章 混合动力汽车发展策略探讨153.1我国混合动力汽车发展思路153.2 混合动力汽车研究内容和方法163.3 混合动力汽车发展面临的问题和解决方案17第4章 我国城市混合动力公交车发展示例分析194.1 城市混合动力公交车研究的背景和意义194.2 株洲城市混合动力公交车应用示例204.2.1 城市混合动力公交车市场推广探讨204.2.2 株洲城市混合动力公交车应用现状分析214.3混合动力车型发展趋势
5、及展望24结 论28参 考 文 献29致 谢30混合动力汽车现状及其发展前景趋势研究摘要:混合动力汽车是当前各国汽车产业一个非常重要的发展方向,而我国混合动力汽车发展总体上还处于起步阶段。首先,简要介绍混合动力汽车发展背景,分析混合动力汽车的分类及其工作原理;其次,综述国内外混合动力汽车发展现状及其具有代表性的产品,并分析国内外技术发展情况,指出混合动力汽车发展目前面临的电池系统管理、动力分配等关键技术问题;最后,对我国混合动力汽车以及城市混合动力公交车的发展方向趋势等提出相应意见。关键字: 混合动力汽车;原理;发展趋势;建议 A Study on the Current Situation
6、and Development Tendency of HEVAbstract:HEV is an important research and development direction of the worlds automobile in dusty and the develpoment in China is still in a state of infancy. Firstly ,the background of HEVs development was introduced briefly and its basic working principle was analyze
7、d. Secondly, the current development of HEV the key technological problems HEV facing at present out in battery system management, dynamic distribution and so on. Finally, relative constructive suggestions on development direction of our nations HEV and its urban transit were made. Key Words: HEV; p
8、rinciple; trend of development; suggestions 第1章 绪 论1.1 引言目前,石油资源供应的日益缺乏,环境污染持续恶化,世界范围内对环境友好可持续发展的呼声不断高涨,寻找新能源代替传统燃料已成为国际共识。近几来,我国机动车保有量迅猛增长,汽车尾气排放已成为影响各大城市大气质量最主要的污染源之一,严重制约和影响城市的可持续发展和人们的日常生活。因此,新能源汽车研究项目被国家列入了“863”重大科研课题。相对混合动力汽车,纯电动汽车虽然具有比较突出的环保优势,但是其产业发展的研究总体上还处于起步阶段,受限于燃料电池等关键技术,其行驶路程短、动力性能差以及成
9、本高等问题没有得到解决,所以,纯电动汽车发展的局限导致其很难市场化。为寻找传统燃油汽车与纯电动汽车的过渡产品和折衷方案,混合动力汽车(HEV)的研发已经成为国际范围内新型环保车辆开发的新热点,具有很好的发展前景和市场潜力。为此,世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度研发试验各种混合动力汽车和混合动力客车。从当前的技术发展情况来看,纯电动汽车由于受到燃料电池性能的局限,续航里程比较短,难以推广上市应用。燃料电池汽车的基础研发设施投入非常大,车辆成本极高,更不可能在短期内实现产业化。而混合动力汽车具有排放污染低、续驶里程长、节约能源、不改变已有基础设施的各方面优点,是当前实现环保汽车产业化、规
10、模化的最佳产品。美国福特、日本丰田、日本本田等公司已经研发生产了许多成熟的混合动力汽车产品,并在各国批量销售。我国混合动力汽车的研发与产业化,已经过国家“863计划”的支持与发展,相信我国的混合动力汽车技术正在迅速迈向产业化。1.2 混合动力汽车的历史发展1、历史发展 当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病,统计表明在大部分的道路条件下,一辆普通轿车仅仅只利用了燃料潜能的40%,在一些更复杂的路面状况下还会跌至25%,更为严重的是随着机动车保有量的增加,大气污染变得日趋严重。20世纪90年代以来,世界各国对改善环保的呼声日益高涨,由此各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然当前人们普遍认为未来电动汽
11、车将会普遍使用,但是目前的电池技术局限阻碍了电动汽车的应用。众所周知电池的能量密度和汽油相比差上百倍,远远未达到人们所期待的数值,专家预计在10年以内电动汽车还无法完全取代传统燃油发动机汽车。在这种现实情况的逼迫下,使得工程师们开发了一种装载混合动力装置(Hybrid-Electric ,Vehicel,缩写HEV)的汽车。所谓混合动力系统就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力源,辅助动力单元可以是一台小型燃料发动机或动力发电机组。而且可以尽量将传统燃料发动机做小,使一部分动力由辅助单元电动机组提供。这种混合动力装置既发挥了两方面的优势,一是发动机动力性好,持续工作时间长的优点,二
12、是发挥电动机低噪声、无污染的好处,二者相互协调,取长补短,汽车的热效率值可提高10%以上,废气排放控制可改善30%以上1。如今各国都在加大力度研发,政府的支持,资金的协助,慢慢地混合动力技术已走上成熟,产业化,市场化正在接收各种挑战,但混合动力汽车在当前依旧值得期待!2、日本混合动力汽车发展概况1997年12月,防止地球温暖化会议在日本东京召开, 这次会议具体确定了发达国家温室效应气体排放的削减目标, 进一步加快了日本各界对于环保措施的制定和实施步伐, 尤其是在汽车产业投入前所未有的力量用于低污染、低燃料费的节能环保汽车的研制开发。目前的低污染、低燃料费环保汽车主要是以直喷式发动机为主,另外还
13、有纯电动汽车、燃料电池汽车、天然气汽车、混合动力型汽车等, 这些采用不同动力燃料的汽车都具有各自的优点和不足。例如,直喷式发动机是在高新技术的支撑下研制的, 使其性能进一步提高存在很大的难度;电动汽车的不足表现在充电一次行驶距离短,而且需要配置复杂的充电设备;天然气汽车尽管能够减少二氧化碳排放,但也具有一定的局限性;而燃料电池汽车则需注意燃料氢的存储问题等。但是,目前对比前面这些车型,混合动力型汽车和汽油燃料汽车相比, 不仅燃料消耗减少一半, 而且二氧化碳的排放量还可以降低至燃料汽车的1/2,排放的有毒气体也可削减到规定值的1/10, 具有低污染和低燃料消耗的双重优势。因此, 日本的汽车制造业
14、普遍认为混合动力车型汽车是目前最具有开发前景和市场应用的车种。丰田公司集结大批优秀研发工程师,研发出的Pruis于1997年开始投入生产线,1998 年成为世界第一个小规模成批生产的汽油电动混合动力车。丰田Prius1.5L 汽油机采用高效率、高膨胀比工作循环,行星齿轮功率分配器、电子控制变速器、镍氢电池、逆变器、电动/发电机集成为一体,在输出动力类型上Pruis混合动力电动轿车是单轴驱动并联式混合电动车辆,以行星齿轮作为动力连接装置。发动机可通过单向离合器将扭矩输出到行星架,行星架按照控制策略的固定比例将扭矩分配到与中心轮连接的发电机,电动机则通过齿轮减速机构进行动力输出。电动机一般采用小型
15、永磁同步交流电动机,发电机采用永磁同步交流发电机,可以工作于电动机状态。另外关于车辆功率分配的装置,可借助于控制发电机的发电量来调节控制发电机转速,从而来来调节动力分配比例。传动系统起到类似无级变速器的作用。采用电动机助力驱动的运行状态,则利用永磁同步电动机低转速恒转矩的特性。当汽车启动或加速运行时,使得电动机的优异转矩特性发挥得淋漓尽致。丰田Pruis自97年以来,得到市场的积极响应,也经受住了各方面的挑战,技术正慢慢走向成熟,2004年Pruis已经由紧凑型发展成为中等尺寸型。它较之以前的车型具有更强的动力性能、更好的燃料经济性以及更低的尾气排放。该车的排放与传统的汽油车辆相比CO2下降5
16、0%,HC、CO和NOX排放可以降低90左右,燃油节省一半2。截止2013年,日本丰田Pruis等混合动力车型在全球的销量已累计达到300万辆,日本混合动力汽车发展的经验和技术值得我国学习借鉴,虽然混合动力汽车作为纯电动汽车的过渡车型,但在目前的环境能源形势下发挥了巨大的作用,相信随着混合动力技术的突破,在未来数十年必将成为一颗闪耀的明星。1.3 混合动力汽车分类及其工作原理1、混合动力汽车的分类HEV(Hybrid-ElectricVehicle)混合动力装置。混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式,优点在于车辆启动停止时,只靠发电机带动,不达到一定速度,发动机就不工作,因此,
17、便能使发动机一直保持在最佳工况状态,动力性好,排放低,而且电能的来源都是发动机,只需加油即可。混合动力汽车设计的关键之处是混合动力系统,因为它的性能直接关系到混合动力汽车整车的性能。经过近几年的发展,混合动力系统总成已从原来的发动机与电机离散结构向发动机电机与变速箱一体化结构方向发展,即集成化混合动力总成系统。按照混合动力总成动力扭矩传输路线来分类,可分为串联式、并联式和混联式等三种。2、工作原理混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。在车辆在刚开始行驶时,蓄电池贮存电量饱满,其能量输出足以满足车辆要求,辅助动力系统就无需工作。当电池电量低于60%时
18、,辅助动力系统才开始工作;或当车辆能量需求较大时,辅助动力系统和蓄电池组就将共同为车辆提供能量;当车辆能量需求较小时,辅助动力系统在为车辆提供能量的同时,还给车辆蓄电池组进行充电。混合动力汽车正是由于蓄电池组的存在,使得发动机工作在一个相对稳定的工况下,使发动机燃料燃烧排放得到非常大的改善。混合动力汽车辅助单元一般采用功率较小的发动机,但必须保证能够满足汽车巡航的需要,依靠电动机或其它辅助装置提供车辆加速与爬坡所需的附加动力。同时混合动力汽车还配备回收制动能量系统,其结果是提高了车辆行驶的总体效率,同时保证了汽车加速、爬坡等动力性能。在传统汽车中,当司机踩制动时,这种本可用来给汽车加速的能量转
19、化为热量被浪费了。而混合动力汽车却能大部分回收这部分能量,并通过向电池动力将其暂时贮存起来供加速时再用。当驾驶者想要有最大的加速度,这时汽油发动机和电动机同时工作,提供可与强大的汽油发动机相当的起步加速性能。在对加速性要求不太高的路面,混合动力汽车可以只依靠电动机行驶,或者单靠汽油发动机行驶,或者二者结合以取得最大的效率。想要获得最佳的动力输出就需要一个非常好的动力控制系统,这方面一直就是混合动力汽车研究的重心。(1)串联式串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统,发动机带动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,再由电动机通过变速
20、机构驱动汽车。小负荷时可直接由电池驱动电动机驱动车轮,大负荷时需要更大功率,需由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,当电池组电量较低时则由发动机-发电机组向电池组充电;而当车辆处于启动、加速、爬坡工况时,车辆需求功率较高,那么发动机、电动机组和电池组将共同向电动机提供电能。串联式结构适用于低速运行和城市内频繁起步的工况,可以适时地将发动机调整到最佳工况点附近运转,通过调整电池的充放电和电动机的输出来达到调整车速的目的。这样使发动机避免了低速和怠速运转的工况,从而提高了发动机的运转效率,减少了废气等污染物排放。但是串联式HEV有个突出的缺点
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- 混合 动力 汽车 现状 及其 发展前景 趋势 研究
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