车辆工程毕业设计(论文)增程式电动车的动力系统的分析.doc
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1、 西南林业大学本科毕业(设计)论文 (2012届)题目 增程式电动车动力系统分析 教学院系 机械与交通学院 专 业 车辆工程 学生姓名 指导教师 评 阅 人 2012年4月1日 西南林业大学学士学位论文 题 目: 增程式电动车动力系统分析 专 业: 车辆工程 学 院: 机械与交通学院 毕业年份: 2012 姓 名: 学 号: 指导老师: 增程式电动车的动力系统的分析(西南林业大学 车辆工程专业2008级 , 云南 昆明, 650224 )摘要:增程式电动车是一种介于混合动力汽车和纯电动车二者之间的一种车型,虽然也使用内燃机,但只有电动机一种动力,内燃机主要是在行驶中给电池充电,属纯电驱动,故可
2、划入纯电动类汽车。 而目前电动汽车的主要技术瓶颈在于动力电池,低能量密度和高昂的成本导致了设计者在续驶里程和成本之间难以取舍。又因为增程式电动汽车仅使用相当于纯电动汽车的1/2动力电池,即可实现相同的动力性能和让用户满意的续驶里程。在目前的电池技术水平下,相对于纯电动汽车,增程式电动汽车整车的成本能够下降20%,故增程式电动车可以作为电动汽车的一种过渡车型。 本文主要分析了增程式电动汽车动力系统结构和能量管理策略。阐述了增程式纯电驱动汽车与内燃机汽车、传统纯电动汽车、传统混合动力汽车、Plug-in混合动力汽车及燃料电池汽车在动力系统上的不同之处。本文的研究对增程式电动车动力系统的设计和发展有
3、一定指导意义。关键词:增程式纯电驱动汽车 增程器 动力系统 Powertrain system analysis of extended-range electric vehicle Xuxin(Vehicle Engineering 2008, Southwest Forestry University, Kunming Yunnan, 650224)Abstract: Extended-range electric vehicle is a kind of car between hybrid vehicles and pure electric vehicles , although a
4、lso use the internal combustion engine, but only the motor power, internal combustion engine mainly is in the running to charge the battery, which belongs to a pure electric driving, so it can be included in the pure electric cars. While the current electric vehicle main technical bottleneck lies in
5、 the power battery, the low energy density and high costs caused by designers in the mileage and cost difficult trade-offs between. And because the extended-range electric vehicle using only equivalent to the1 /2of pure electric automobile power battery, can achieve the same performance and customer
6、 satisfaction for the mileage. In the current battery technology level, relative to pure electric vehicles, extended-range electric vehicle cost can be decreased by 20%, the extended-range electric vehicle can be used as a transition models of electric vehicle. This paper mainly analyzes the powertr
7、ain system structure and energy management strategy of electric vehicle with range extender(Extended-Range Electric Vehicle E-REV )are analyzed in the study, The different of E-REVs in powertrain system compared with ICE vehicles, traditional EVs, traditional HEVs, PHEVs and FCEV are discussed.This
8、paper studies the extended-range electric vehicle power system design and development have a certain guiding significance. Keywords:Extended-range electric vehicle, Range extender, Powertrain system 目录第一章 绪论.1 1.1研究背景.1 1.2增程式电动车.1 1.3国内外研究现状.3第二章 增程式电动车动力系统结构与能量管理策略.6 2.1增程电动车动力系统分析.62.1.1电力驱动子系统.6
9、2.1.2主能源子系统.82.1.3增程器.8 2.2 能量管理策略.10 2.2.1 增程器独立于原车电源.10 2.2.2 增程器与原车电源耦合.10 第三章 与传统内燃机汽车动力系统比较.133.1传统内燃机汽车动力系统分析.13 3.1.1 传统内燃机的结构.13 3.1.2 传动系统的结构.153.2与传统内燃机汽车动力系统不同之处.153.3与传统内燃机汽车动力系统比较的优势.16 第四章 与其它新能源汽车动力系统比较.174.1 与传统纯电动汽车动力系统比较.17 4.1.1 传统纯电动汽车动力系统结构的概述.17 4.1.2 与传统纯电动汽车动力系统比较.174.2 与传统混合
10、动力汽车动力系统比较.18 4.2.1混合动力汽车动力系统结构的概述.18 4.2.2与传统混合动力汽车动力系统比较.204.3与Plug-in混合动力汽车动力系统比较.20 4.3.1 Plug-in混合动力汽车动力系统结构的概述.20 4.3.2 与Plug-in混合动力汽车动力系统比较.224.4 与燃料电池汽车动力系统比较.23 4.4.1 燃料电池汽车动力系统的概述.23 4.4.2 与燃料电池汽车动力系统比较.25第五章 总结.27参考文献.28导师简介.29致谢.30 第一章 绪论1.1研究背景 增程式电动车是一种介于混合动力汽车和纯电动车二者之间的一种车型,虽然也使用内燃机,但
11、只有电动机一种动力,内燃机主要是在行驶中给电池充电,属纯电驱动,故可划入纯电动类汽车。 而目前电动汽车的主要技术瓶颈在于动力电池,低能量密度和高昂的成本导致了设计者在续驶里程和成本之间难以取舍。又因为增程式电动汽车仅使用相当于纯电动汽车的1/2动力电池,即可实现相同的动力性能和让用户满意的续驶里程。在目前的电池技术水平下,相对纯电动汽车,增程式电动汽车整车的成本能够下降20%,故增程式电动车可以作为电动汽车的一种过渡车型。增程式电动车与其他过渡车相比,增程式电动车载能源利用效率、价格、使用的方便性等方面都均具有明显的优势。1.2增程式电动汽车1.2.1增程式电动汽车的概念。 增程式电动车只一种
12、配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统(Accelerated Processing Unit APU)组成。由整车控制器完成运行控制策略。电池组可由地面充电桩或车载充电器充电,发动机可采用燃油型或燃气型。整车运行模式可根据需要工作于纯电动模式、增程式模式或混合动力模式。当工作增程式模式时,节油率随电池组容量增大无限接近纯电动汽车,是纯电动汽车的平稳过渡车型。并且其低速扭矩大,高速运行平稳,刹车能量回收效率高,结构简单易维修。1.2.2 结构与工作原理 增程式电动车由电动机、车载电池盒内燃机三大主要部件总成组成。电动机
13、用来驱动汽车车轮,车载电池为电动机供电,而内燃机则是用来为车辆提供额外的动力,延长行驶里程。图1-1为增程式电动汽车的结构和工作原理。 图1-1增程式电动车的结构和工作原理1.2.3 增程式电动车的优点 1、可纯电动模式运行,所需电池容量小,造价低且不会发生缺电抛锚现象。 2、可混合动力模式运行,目前传统燃油车工作环境完全相同,不增加任何设施。 3、可插电式方模运行,在混合动力基础上进一步提高节油率。 4、电池充电功率小,不必建设大型充电设施。 5、电池充放电可以浅充浅放,有利于电池寿命。 6、具有外接充电方式,能利用夜间得低价低谷电充电。 7、结构简单,电机直驱,易于维修保养,易于实现产业化
14、。 8、节能:发动机一直处于最佳工作状态,效率高,排放小。 9、 减排:综合节油率高,现有技术就可节油50%以上。 1.2.4 增程式的三种工作模式 增程式可以根据不同城市公交系统千变万化的运营环境,灵活变换以下三种工作模式,达到最佳节油效果: 1、纯电动工作模式: 采用充电桩充电,在电池容量范围内可纯电动模式运行,发动机不启动,只做非正常情况时的备用状态,达到了零排放,完全是一台纯电动汽车。 2、混合动力模式: 无需充电即可长期运行,操作完全同传统燃油车,只起到启动助力和刹车能量回收作用,发动机在最佳状态输出平均功率,节油率在20-30%左右。 3、插电式工作模式: 晚上充电桩充电,白天有计
15、划的使用电池能量,减少燃油发动机动力,显著提高节油率,同时具有启动助力和刹车能量回收功能,节油率可达50%以上。 1.3 国内外研究现状 通用曾在1996年开发出E1电动原型车,虽然最终项目被毙掉,但通用从中还是了解了实际的需求。通用前任CEO鲍勃卢茨在2007年说过,“EV1的无疾而终,是因为续驶里程太短、乘员和行李空间都小,不能爬坡,甚至不能开空调。而未来的VOLT可以解决这些问题”。但与量产车不同的是,07年亮相的概念车采用了一台1.0升增压汽油机作为发电机的动力源,而在量产版上换成了1.4升4缸机,这个变化显然更加务实,这个就是通用最初的增程式电动车。 通用汽车最早推出了增程式电动汽车
16、的市场化产品沃蓝达。通用汽车公司的雪佛兰沃蓝达(Volt),及欧宝Ampera是被称为增程式电动汽车。这两个车型都是利用Voltec动力系统通过前轮驱动的。Voltec技术赢得了埃德蒙德2011年度绿色汽车“突破”奖,该奖每年一次颁发给一款汽车、一项技术或者一项计划,以褒奖其在节能减排和可持续发展方面的杰出贡献。 继通用汽车中国公司宣布全球首款量产增程式电动汽车雪佛兰Volt将于明年正式登陆中国之后,奇瑞也宣布两款增程式电动汽车将于明年正式上市,成为Volt的“中国对手”。将上市的增程式电动汽车将采用S18平台(即瑞麒M1)和A21(奇瑞A5)平台,内在驱动系统搭载了目前奇瑞公司研发的增程型电
17、驱动系统。所谓增程式电动汽车,就是当车载电池电量消耗至最低临界限值时,增程器将自动启动并为其继续提供电能,以实现高达数百公里的续驶能力。这样可以有效克服传统电动车行驶里程短的毛病,让驾驶者不用为此担忧。另外,增程式电动汽车的电池容量只需纯电动汽车的40%左右,极大地降低了成本。增程式电动汽车与其他新能源车型相比,在能源利用效率、价格、使用的方便性等方面均具有明显优势。奇瑞增程型电动汽车上将配一个专门研发的增程发电机组,这个发电机组发电机具有震动小、油耗低、噪音低等特点。当行驶里程在100公里以内时,电动汽车可以完全只依靠车载电池所储备的电能来驱动。当达到电池组的限位保护状态时,这个增程器就自动
18、启动,也可根据客户意愿手动开启,从而为车辆电驱系统提供持续的电能。奇瑞是国内较早研究和掌握增程式电动汽车核心技术的汽车企业,其首款瑞麒M1REEV电动汽车在今年上海国际车展上亮相并引起关注。 在增程式电动汽车上行动比较快的还有长城汽车。据长城汽车技术研究中心新能源汽车相关负责人介绍,长城汽车的增程式纯电动汽车整车纯续驶里程超过80km,完全可以满足一般家庭用轿车12天的上、下班需求。如果超过这个续驶里程,增程器会自动启动,产生电能供整车运行。这样可以使驾驶者最大限度地应用电力驱动整车,使整车运行成本大幅降低、排放减少。长城的增程式电动汽车与沃蓝达的基本理念相同,即在整车驱动过程中尽可能多地用车
19、载电池的电力驱动,最大限度降低燃油消耗和排放。在整车动力总成结构上,沃蓝达在部分工况下,发动机会参与整车驱动,而长城增程式电动汽车的发动机不参与整车驱动,这样可以避免不同模式切换过程中离合器的反复工作,使这个总成结构更紧凑,可靠性更高。另外,针对长城汽车车型的特点,在整车性能目标设计、结构设计和开发上也有所区别。长城方面表示,从现有数据看,长城的增程式电动汽车在技术和整车能耗方面完全满足设计指标,今后会在多款量产车型上使用增程技术。 长城的增程电动车动力系统平台主要由六大部分组成,他们分别是“增程器”、“电子控制模块”、“主驱动电机”、“锂离子电池”以及选装的后轮电驱动模块。其中,增程器实际上
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