汽车检测与维修毕业设计（论文）混合动力汽车的发展与探索.doc

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1、汉中职业技术学院设计论文题目：混合动力汽车的发展与探索系部：汽车系专业：汽车检测与维修班级：汽车检测与维修0903 学号：200923051设计者：指导老师：完成日期：2011、11、 目录 目录1 中文摘要2 英文摘要3 引言4第一章 混合动力汽车的概述（小四号宋体，行距18磅，下同）51.1 混合动力汽车的定义1.2 发展混合动力汽车的优缺点1.3 发展混合动力汽车的必要性第二章 混合动力汽车技术2.1混合动力技术汽车动力的里程碑2.2 混合动力汽车技术研究的目的和意义2.3 混合动力技术研究内容2.4 混合动力汽车开发竞争加速第三章 混合动力汽车分类及各类型的工作原理 3.1 串联式混合

2、动力汽车的结构与工作原理3.2 并联式混合动力汽车的结构特点3.3 混联式混合动力汽车（PSHEV）的结构特点第四章 混合动力汽车的主要部件4.1 控制方式4.2 电动机 4.2.1 混合动力汽车之电动机的发展概况4.2.2 混合动力汽车对电动机的基本要求4.2.3 混合动力汽车所用电动机的选择策略4.2.4 双凸极永磁电动机的简介 4.3 混合动力汽车车用镍氢动力电池 4.3.1 混合动力汽车对动力电池的要求4.3.2 车用动力电池的主要指标 4.3.3 镍氢动力电池的特点4.3.4镍氢电池的主要特点4.4 国外主要的镍氢动力电池生产企业及国内现状 4.4.1 国外主要镍氢动力电池生产企业

3、4.4.2 国内镍氢动力电池研发现状第五章 混合动力汽车需要解决的问题和关键技术5.1 混合动力汽车需要解决的问题5.2 混合动力单元技术5.3 控制策略技术5.4 能量存储技术第六章 混合动力汽车发展的现状6.1 日本混合动力汽车的发展现状6.2 美国混合动力汽车的发展现状6.3 我国混合动力汽车的发展现状第七章 我国发展混合动力汽车的机遇与挑战 7.1 机遇7.2 挑战第八章 混合动力汽车前景展望及发展趋势结语致谢参考文献摘要：随着世界汽车工业的迅猛发展，能源和环境问题日益突出，成为21世纪全球汽车工业面临的首要问题。与此同时，世界各汽车生产国纷纷将视眼转移到新能源上，新能源的开发不仅取代

4、了传统能源的弊端与不足，同时新能源在节能减排方面也去得了突破性的进展，新能源的开发利用不仅缓解了石油危机和环境污染，而且，新能源的开发为新型节能环保汽车开辟了市场，混合动力汽车顺应时代的步伐而诞生，将来混合动力汽车将成为市场的一大亮点 。 关键词：混合动力、技术、发展、市场、前景Abstract: With the rapid development of automobile industry, energy and environmental issues become increasingly prominent, in twenty-first Century to become th

5、e most important issues facing the global auto industry. At the same time, the car produces a country will have eye moved to new energy sources, new energy development not only replaced the traditional energy defects and shortcomings, and new energy in the energy saving and emission reduction has al

6、so got a breakthrough, the development and utilization of new energy not only alleviate the oil crisis and the environmental pollution, moreover, new energy for the development of new energy saving and environmental protection automobile market has opened up, hybrid vehicles comply with the pace of

7、the times and the birth of the future, hybrid cars will become a major bright spot market.Keywords: Hybrid, technology, development, market, future引言：随着全球汽车工业的迅猛发展，能源危机和环境污染日趋严重，人们节能环保的意识不断增强，消费水平的不断升级，人们开始追求高质量的生活和低污染的环境。于是，引发汽车工业的一次革新，各汽车生产商开始寻求一种新型能源来替代旧能源，新能源具有节能减排的作用，对环境污染危害小，符合节能环保理念，具有广阔的市场。混

8、合动力汽车以其低排放，低油耗的优势占领先机，成为目前汽车界的一大亮点。世界各国纷纷卷入了混合动力汽车的发展领域，混合动力技术的不断完善，混合动力汽车以其不同的形式亮相市场。但是，混合动力汽车的生产成本相对较高，导致目前消费价格与同类产品相比偏高，消费者的消费能力有限，使得混合动力汽车很难占领市场，但是，随着技术的不断革新和环保意识的不断深入人心，混合动力汽车还是具有不可替代的价值。第一章 混合动力汽车的概述 1.1 混合动力汽车的定义 混合动力汽车是指车上装有两个以上动力源，包括有电机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车，车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当

9、前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。1.2 发展混合动力汽车的优缺点优点：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现零排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题

10、。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。混合动力汽车有三种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。缺点：有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，价格较高。现代汽车伙伴合作计划推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不同组织进行成百种方案的筛选、比较，认为采用混合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。经过多年研究，混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子。日本丰田汽车公司在1997年12月宣布将混合动力电动轿车Prius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装

11、用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42.6kW/4600r/min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为3.4L，比原汽油车减少了一半，CO2排量也相应减少了一半，C O、HC、NOX仅为现行法规允许值的10，售价每辆216万日元（约15000美元）。 美国克莱斯勒汽车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 ESX2型混合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3.4L。2000年通用，福特，戴姆勒?克

12、莱斯勒已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵。 1.3 发展混合动力汽车的必要性当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40，在市区还会跌至25，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。现实迫使工

13、程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置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，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短。这样使汽车的热效率可提高10以上，废气排放可改善30以上。混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV）和并联式（PHEV）两种。混合动力

14、汽车在发达国家已经日益成熟，有些已经进入实用阶段。由于其构造复杂，成本较高，在电动汽车时代到来之前，混合动力型汽车只是一种过渡产品。第二章 混合动力汽车技术2.1混合动力技术汽车动力的里程碑 什么是混合动力技术？ 所谓混合动力如图，靠的是传统的汽油引擎加上电动机输出动力作配合，利用引擎在工作时对蓄电池的充电，将电动机和引擎产生的动力不断切换和转化，达到双动能推动。这样的配合以电动机驱动为主，引擎驱动为辅，达到预期为减少耗油和废气排放的环保效益。混合动力汽车的能源来源，目前来说依然主要是汽油和柴油等传统燃料，从燃料来说并不先进，但是混合动力技术在汽车动力领域具有里程碑的意义。混合动力技术可以根据

15、不同的行驶状态，利用现代控制技术合理地采用不同的动力策略驱动汽车，并在减速时回收能量，从提高能量利用率的角度，实现了以节能促减排的效果。这项技术，为汽车动力系统从传统能源向新能源发展奠定可基础平台，而且混合动力技术不仅能够应用于油/电混合系统，而且在未来可以应用于氢/电混合系统等新能源混合系统，将成为汽车的基本动力技术。2.2 混合动力汽车技术研究的目的和意义电动汽车己有三种驱动类型:以高效能蓄电池驱动的电动汽车(EV)、以燃料电池为动力源电动汽车(FEV)和以燃油发动机与电动机混合驱动的混合动力电动汽车(HEV )。电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，纯电动汽车或零排放新

16、燃料汽车无疑是我们的最终目标，但目前纯电动汽车初始成本高，行驶里程较短。由于高效能蓄电池、燃料电池及其系统的发展相对滞后，混合动力汽车正是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新的车型。它将现有内燃机与一定容量的储能器件(主要是高性能电池或超级电容器)通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。国内外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，这其中以丰田的Prius和本田的Insight为代表。电力辅助型混合动力汽车采用并联式结构，电池组容量相对较小(2-6kW

17、/h )，由发动机提供匀速行驶时的平均功率需求，当加速或爬坡需要较大功率时，由电池和电动机组成的电力辅助部分补充输出驱动功率.混合动力汽车动力性能、燃料经济性以及废气排放效果的好坏，在很大程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆行驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使用情况多数是偏离其最佳工作区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配。因此，通过合理匹配混合动力汽车的驱动系统，制定适合于车辆行驶工况的控制策略，对于提高汽车行驶效率，降低燃油消耗和尾气排放具有较大的潜力，是一个值得研究的课题。对于汽车的动力性能和燃料经济性水平，通常是在进行实车道路试验之后给予最后评价。这样做不但周期

18、长，成本高，而且在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的选择、传动系参数与发动机的匹配等具有一定的盲目性，可能遗漏较优的方案，造成浪费。如果在设计阶段，根据有关设计参数和驱动系统控制策略，利用计算机仿真模拟对汽车动力性和燃料经济性进行预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动力性和燃油经济性，并对其进行优化设计。此外，按预定的程序模拟各种行驶工况，包括瞬变的非稳定工况，能全面地预测汽车齐多种工况下的动力性能和燃油经济性。2.3混合动力技术研究内容以电力辅助型并联式混合动力汽车为研究对象，主要针对以下问题进行研究讨论:(1) 混合动力汽车驱动系统设计和匹配的理论研究，探讨特定用途的并联

19、式混合动力汽车动力性能指标的确定方法，发动机、蓄电池、电机和变速箱等动力部件的合理选择，以及整个驱动系统的匹配；(2) 混合动力汽车驱动系统主要部件的特性分析与建模，建立整车的动力学模型，分析发动机、蓄电池、电机和变速箱等动力部件的特性，建立适合分计算的数学模型；(3) 混合动力汽车驱动系统控制策略优化，综合考虑车辆的行驶性能、燃油经济性和电池荷电状态，建立优化的实时控制策略；(4) 混合动力汽车性能仿真，在车辆的动力学模型的基础上，以Matlab6. 1为软件平台，开并联式混合动力汽车性能仿真程序，并利用该程序对所研究的原型车进行性能仿真。2.4混合动力汽车开发竞争加速20世纪90年代以来，

20、能源和环境对人类生活和社会发展影响越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声日益高涨，为此，各种电动汽车脱颖而出，但由于蓄电池的能量密度与汽油相差极大，远未达到所要求的数值，而燃料电池技术制氢和价格尚未得重大突破，在这种情况下混合动力汽车登上了历史舞台。混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，混合动力汽车的研制和开发已经逐步进入实用化。自1997年12月田首次在世界上推出批量生产的Priu混合动力轿车，1999年11月本田也出了Insight混合动力轿车，欧、美也在紧追不舍。在最近各届国际汽车展上，混合动力汽车开发已经进入新技术新能源的前沿，成为各大汽车公司技术实力竞争的焦点。但是，世界汽车市场是高

21、度自由竞争市场，混合动力汽车与同类汽油机车或柴油机车相比，价格约为后者的2倍左右，有些已降到1213倍，据日本有关资料统计，日野汽车公司于l994年3月推出的混合动力“HIMR大客车、载货车和专用车”到2001年3月止共销售250辆左右。而1997年月开始投放市场的丰田prius混合动轿车到2001年8月底共销售5340左右。自1999年11月投放市场的本Ins谵ht混合动力轿车截止2001底总共销售约1800辆。日产汽车公司2000年4月限额销售的“Tino” 动力轿车共销售约100辆。接着，2000年6月和8月丰田又推出了装备先进技术的ESTIMA混合动力多用途车(8座装有称为“柔和混合动

22、力系统”的皇冠混合动力轿车。月丰田汽车公司在3 5届东京汽车展上推出的“思域”(Ci c)混合动力轿车也于2001年12月进入市场。第三章 混合动力汽车分类及各类型的工作原理3.1 串联式混合动力汽车的结构与工作原理串联混合动力电动汽车SHEV是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，它们采用“串联”的方式组成驱动系统。在车辆行驶之初，蓄电池组处于电量饱和状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作，蓄电池输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机、驱动电动机输出的转矩经变速器、传动轴及驱动桥驱动车轮。蓄电池组电量低于60%时，辅助动力系统起动，为驱动系统提供能量的同时，

23、还给蓄电池组进行充电。当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量，发动机-发电机组产生的交流电经整流器变为直流电和电池输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。3.2 并联式混合动力汽车的结构特点 并联式混合动力汽车的组成1、发动机2、电动机/发动机3、机械传动系统4、驱动电动机5、逆变器6、蓄电池组 PHEV是由发动机与电动机、发动机或驱动电机两大动力总成组成。如下图所示，它们采用“并联”的方式组成驱动系统。电动机的动力要与车辆驱动系统相结合，可分为：（1）在发动机输出轴处进行组合；（2）在

24、变速器（包括驱动桥）处进行组合；（3）在驱动桥处进行组合。上图是一种电动机的动力在驱动轮处进行组合的驱动轮动力组合式PHEV，其驱动模式为：1）以发动机驱动为基本驱动模式，独立驱动后驱动轮；2）驱动电动机为辅助驱动模式，能独立驱动前驱动轮；3）在混合驱动时，发动机驱动的后轮动力与驱动电机驱动的前轮动力进行组合，成为混合四驱动模式。3.3 混联式混合动力汽车（PSHEV）的结构特点混联式混合动力汽车的组成1、发动机 2、电动机/发动机 3、变速器或减速器 4、驱动桥 5、逆变器6、电动机 7、蓄电池组 PSHEV是综合SHEV和PHEV结构特点组成的，由发动机、电动机或发动机和驱动电机三大动力总

25、成组成。电动机的动力要与车辆驱动系统相适合，可以在变速器（包括驱动桥）处进行组合，也可以在驱动轮处进行组合。 第四章 混合动力汽车的主要部件4.1 控制方式目前市面上混合动力汽车最常见的两种动力源是内燃机和电动机。一般情况下，内燃机是前轮的驱动源，而电动机是两个后轮的驱动源。车内的电脑会根据不断变化着的交通条件所需的动力情况，随时作出反应，不需驾车人预先指令，即自动地选择最为理想的驱动模式；或是由两台电动机进行后轮驱动；或是由一台内燃机进行前轮驱动；或是内燃机和电动机同时驱动。当从静止状态起步时，车上的电脑会首先选择电动驱动模式，这是因为内燃机在汽车起步后的第一公里期间内，所用燃料的80都被作

26、为废气排掉了，既浪费燃料又污染环境。当车速到每小时40公里时，电脑会自动选择内燃机驱动模式，同时内燃机在工作时也对蓄电池组进行充电。如果驾驶员突然实施紧急加速，电脑则会启动电动机来协助内燃机进行联合驱动。而当低速行驶时，或者电脑判定蓄电池组的能量不足时，也会启动内燃机工作。当汽车减速时，电脑会对内燃机起到制动作用，判定利用其制动能量对蓄电池组充电。此外电脑还操纵着例如制动装置、防车轮抱死和方向控制等其他功能。在前后轮之间，内燃机和电动机或是交替的、或是相继的、或是同时的，不断变化着的驱动方式，使得汽车始终保持其动力潜能的最大发挥，大大减少了燃料消耗和废气排放。4.2 电动机在HEV上是以电动机

27、驱动作为发动机驱动的辅助动力，但又必须对电池组的质量和整车的整备质量进行限制，以减轻HEV的总质量。因此，一般电动发电机只是在HEV发动机启动，车辆启动、加速或爬坡时起作用。电动发电机又是发动机的飞轮，起调节发动机输出功率的作用。电动发电机还起发电机的作用，将发动机的动能转换为电能，储存到电池组中去。在HEV下坡或制动时，将汽车惯性动能转换为电能，储存到电池组中去。因此，HEV有了电动机的辅助作用，就可以使HEV达到节能和“超低污染”的要求。电动机的种类很多，用途广泛，功率的覆盖面非常大。但HEV所采用的电动机种类少，功率覆盖面也较小。目前主要采用的交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机，不管

28、是电机本身还是它们的控制装置，成本都比较高，但随着电动机的电子计算机控制和机电一体化的加速发展，很多新技术正逐步运用到混合动力汽车（HEV）的电动机上，一旦形成大规模批量生产，所用电机乃至整车的成本都会得到大大降低。4.2.1 混合动力汽车之电动机的发展概况蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引起了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，是生产和消费从工业化向自动化，智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。21世纪伊始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上。虽然，汽车工业是推动社会现代化

29、进程的重要动力，然而，汽车工业的发展也带来了环境污染愈烈和能源消耗过多两大问题。显然，加剧使用传统内燃机技术发展汽车工业，将会使这两大全球问题继续恶化。于是，电动车（包括纯电动车，混合动力汽车，燃料电池电动车）概念的提出，将会是未来世界汽车工业发展的新方向，不过就当今世界科技水平来说，混合动力汽车的研究与开发相比其它两种形式更具有现实意义，应该作为这一新方向的第一步。20世纪80年代前，几乎所有的电动车驱动电机均为直流电机，但随着电动车（混合动力汽车）性能的提高，其在高负载下转速的限制，体积大等缺点逐渐暴露，取而代之的是交流异步电机，永磁电机，开关磁阻电机以及新型的双凸极永磁电机，而上述电机在

30、用于混合动力汽车上所表现出来的性能也是一个比一个优越。目前，双凸极永磁电机的机理和设计控制理论还有待于进一步的研究与完善，不过它作为混合动力汽车的电动机有着潜在的巨大优势。4.2.2 混合动力汽车对电动机的基本要求1.从日本汽车公司开发电动汽车的研究和实践认为，在采用大功率的电动机来驱动HEV时，与采用小功率的电动机比较，具有电阻小，效率高，比能耗低，动力性能好等优点。但在目前的条件下，各种电池的比能量较小，理所当然地采用小功率的电动机，因而出现电阻大，效率低，比能耗高，动力性能差等问题。2.混合动力汽车的电动机应具有较大范围内的调速性能，能够根据驾驶员对加速踏板和对制动踏板的控制，由中央控制

31、器控制电动机与发动机之间动力的协调。以获得所需要的起动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩，使它们达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制效果。 3.混合动力汽车应具有最优化的能量利用，电动机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时实现能量回收并反馈回蓄电池，这点在内燃机汽车上是不能实现的。4.电动机的质量，各种控制装置的质量和冷却系统的质量等也要求尽可能小，因此，大功率的高速电动机具有高性能，质量小等优点，在混合动力汽车得到了广泛地应用。另外，还要求电动机及控制装置在运转时的噪声要低。5.各种电动机的电压，可以达到120500V，对电气系统安全性和控制系统的安全性，都必须符合国家（或国际）有关车

32、辆电气控制的安全性能的标准和规定，装置高压保护设备。除此之外，还要求电动机可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单，适合大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。4.2.3 混合动力汽车所用电动机的选择策略在确定混合动力汽车所采用的电动机时，首先应采用技术成熟，性能可靠，控制方便和价格便宜的现成的电动机。一般情况下，电动机性能必须充分满足单独用电力驱动模式行驶工况时的要求。电动机在低速时应具有大的转矩和超载能力。在高速运转时，应具有大的功率和有较宽阔的恒功率范围。有足够的动力性能来克服整车的各种阻力，保证具有良好的起动，加速性能和行驶速度及实现制动时的能量回

33、收。现在混合动力汽车上，主要采用能够实现变频、调速的高转速电动机，高速电机的转速可以达到1000012000万r/min，在高速运转时，有更大的功率和有较宽阔的恒功率范围，体积较小和质量较小，但要求装置高精度的高速轴衬，需要用高品质的材质来制作，并要保证高效率的冷却。4.2.4 双凸极永磁电动机的简介传统的开关磁阻电机（SRM）虽然可靠性较高，结构简单，单位体积功率与异步电动机相当或略高一些，而且在宽广的调速范围内都具有相当高的效率，但是，从能量转换的观点看，SR电机在定子绕组的一个开关周期中，最多只有半个周期得到利用，电机实际运行时，为避免在电感下降区产生制动力矩，绕组电流的关断角不得不较多

34、地提前于最大电感位置，半个周期都未能得到充分利用。因此，SR电机仅获得“一半的利用率”，由此产生了换流问题和相对材料利用率低问题。可以预见，如果能利用定子绕组整个开关周期，在电感下降区也能产生正向转矩，SR电机的单位体积功率必将大大提高，但传统结构的SR电机是难以实现的。如果在SR电机中用永磁材料预先建立一个磁场，通过控制定子绕组的电流方向，使永磁体产生的磁场和绕组电流产生的磁场相互作用，就能实现在电感下降区产生正向转矩的设想。我国稀土材料的储存量为世界第一，钕铁硼等高性能稀土永磁材料在电机领域中已得到广泛应用，大大提高了电机性能，但在SR电机上的实践才刚刚开始。双凸极永磁电动机(Doubly

35、 salient permanent magnet motor,简称DSPM)，是随着功率电子学和微电子学的飞速发展在90年代刚刚出现的一种新型的机电一体化可控交流调速系统。该系统由双凸极永磁电机、功率变换器、位置传感器和控制器四部分组成。电机定转子结构外形与开关磁阻电机相似,呈双凸极结构,但它在转子(或定子)上放有永磁体,从而使运行原理和控制策略与开关磁阻电机有本质区别。DSPM系统的主要优点是结构简单、控制灵活、动态响应快、调速性能好、转矩/电流比大,可实现各种特殊要求的转矩/转速特性,功率因数接近于1、效率高，是电工学科近年来继开关磁阻电机之后又一全新的研究方向。DSPM电机作为一种应用

36、前景看好的交流调速系统,是由美国著名电机专家T.A.Lipo等人于1992年首先提出的,并进行了初步的理论和实验研究,此后欧美一些国家也相继开展了对DSPM电机及其控制系统的研制工作,目前国际上对DSPM电机的研究仅停留在初步理论和样机实验阶段。关于DSPM电机仍有大量的基础理论问题,包括电机参数计算、模型建立、分析方法、控制策略等有待深入探讨。4.3 混合动力汽车车用镍氢动力电池随着人类环保意识的不断增强，石油资源逐年减少，油价逐步攀升，降低汽车污染和节约能源已成为世界各国政府面临的严峻问题。蓄电池技术和氢气的制取、运输、储存、成本等严重制约了电动汽车和燃料电池汽车的发展，因而混合动力汽车应

37、运而生。在混合动力汽车中，由于采用了高功率的能源储存装置（蓄电池、超级电容等）能向汽车提供瞬时的能量而可减小发动机尺寸，提高效率，降低排放和燃油消耗，且可在进行制动和减速时回收能量。铅酸电池质量重，不能快充深放，循环寿命短；锂离子电池具有大电流性能差，价格高和安全性问题，目前还不适于混合动力汽车的发展。镍氢电池具有高比功率、电流充放电大、无污染、安全性能好等特点，广泛应用在混合动力汽车上。4.3.1 混合动力汽车对动力电池的要求1. 对动力电池的要求动力电池一般指具有较高的容量和输出功率的能力，可用作电动车辆驱动电源的电池。一般情况下，混合动力汽车车用动力电池进行的是频繁、浅度的充放电循环。在

38、充放电过程中，电压、电流可能有较大的变化。针对这种使用特点，混合动力系统对电池有以下特别要求：（1）大功率充放电能力：质量比功率和体积比功率是衡量蓄电池快速充放电能力的指标，相对于比能量要求，混合动力汽车对比功率要求更高。（2）充放电效率：动力电池中能量的循环必须经过充电-放电-充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。（3）相对稳定性：动力电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。 4.3.2 车用动力电池的主要指标评价混合动力汽车车用动力电池技术的指标主要有以下几点：（1）质量比功率（W/kg）：

39、电池的质量比功率代表每千克质量的电池能提供的功率。它的大小决定电池所能输出的最大功率，标志着汽车的加速性能和最高车速，对电动汽车的动力性能等有直接影响。在混合动力汽车中，电池的比功率是最关键的因素，因为电池的电耗尽后可以在内燃机工况下重新进行充电。（2）质量比能量（Wh/kg）：标志着纯电动模式下的续驶能力。（3）循环次数：动力电池的工作是一个不断充电-放电-充电-放电的循环过程，每充电和放电一次，动力电池中的化学物质就要发生一次可逆性的化学反应。随着充电和放电次数的增加，动力电池中的化学活性物质会发生老化，逐渐削弱其化学功能，降低动力电池的充电和放电的效率，最后部分或完全丧失其充电和放电功能

40、。动力电池的工作循环次数是衡量动力电池寿命的重要指标，对动力电池的使用有直接影响。（4）成本：电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作方法和生产规模有关，目前新开发的高比功率的动力电池成本较高。4.3.3 镍氢动力电池的特点 目前，世界上已开发的主要动力蓄电池性能如表1所示。目前，世界上已开发的主要动力蓄电池性能如表1所示。电池型号质量比能量（Wh/kg）质量比功率（W/kg）循环次数（次）铅酸电池33130400500镍镉电池45500500混合电动车用镍氢电池406055013501000锂离子电池10013001000 表1 当前混合动力汽车车用动力电池性能 镍氢电池的正极采用金属氢氧化

41、镍，负极使用锡氢合金。镍氢动力电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用性等许多优异特性。与铅酸电池相比，镍氢电池具有比能量高、重量轻、体积小、循环寿命长的特点；与镍镐电池相比，其比能量是镍镉电池的两倍。另一大优点就是镍氢电池不含有镉、铅这类有毒金属，其中一些金属还有较高的回收价值，可称为绿色能源。4.3.4镍氢电池的主要特点：（1）质量比功率高：目前商业化的镍氢功率型电池能做到1350Wh/kg。 （2）循环次数多：目前应用在电动车上的镍氢动力电池，80%放电深度（DOD）循环可以达1000次以上，为铅酸电池的3倍以上。100%DOD循环寿命也在500次以上。在混合动力汽车中可使用5年

42、以上。（3）无污染：不含铅、镉等对人体有害的金属，为21世纪“绿色环保电源”。 （4）耐过充过放。（5）无记忆效应。（6）使用温度范围宽：正常使用温度范围了-3055；贮存温度范围-4070。 （7）安全、可靠：短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全性、可靠性试验无爆炸、燃烧现象。4.4 国外主要的镍氢动力电池生产企业及国内现状 4.4.1 国外主要镍氢动力电池生产企业 （1）松下电能有限公司（PEVE ）PEVE（Panasonic EV Energy Co.，Ltd）是松下和丰田的合资公司。目前采用松下电池的商业化混合动力汽车有丰田的Prius, Alphard, Es

43、tima,本田的Civic, Insight等。 松下最新的方形电池采用新的电极材料，降低了内阻和内压，使可靠性和寿命得到提高，其技术特征：a.比功率达到1350W/kg；b.采用新的电极材料使内阻显着降低；c.采用新的电池联接结构；d.寿命有显着的提高；e.电池箱尺寸减少15，重量减少25。（2）CobasysCobasys是Chevron Texaco TechnologyVenture（美国第二大能源公司）和ECD（EnergyConversion Devices）的合资公司。ECD全资控股Ovonic, Ovonic拥有很多关于镍氢电池方面的专利，全世界生产镍氢电池的企业须得到它的许可才能生产销售Cobasys不仅只是技术的研发，而且把研发的技术推广到产业化的水平。Cobasys专门为混合动力汽车开发8.8Ah的Series 1000电池模块。其基本参数见表2。特征性能型号Series1000塑料模块容量8.8Ah名义电压12V能量108Wh重量2.4kg功率2.5KW（10s，35）尺寸3234587m