新能源汽车课程考试论文

重庆交通大学课程考试论文题目：插电式混合动力汽车姓名：**学号：***********学院：机电与汽车工程学院专业：能源与动力工程（内燃机）插电式混合动力汽车综述**（*************）摘要：随着世界石油资源的短缺，以及燃油汽车对环境破坏的压力越来越大，发展新能源汽车是实现汽车工业可持续发展的必由之路。内燃机汽车最终会被燃料电池汽车替代。但是由于电池的性能和价格的制约,纯电动车一直没有得到更好的发展，插电式混合动力汽车可以通过充电装置从电网获取电能，减少了对发动机的依赖，燃料消耗低，节能减排效果显著，被认为是一种当前最易接受的、市场前景乐观的混合动力电动汽车驱动模式。关键词：新能源汽车、插电式混合动力、混合动力汽车、电动汽车。引言：随着世界石油资源的短缺，以及燃油汽车对环境破坏的压力越来越大，发展新能源汽车是实现汽车工业可持续发展的必由之路在我国，2009年6月17日工信部出台了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，2010年6月1日财政部、科技部、工信部、国家发改委联合出台《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，随着这两项规则的出台，我国新能源汽车技术开始了稳步发展。其中最为突出的便是电动汽车，电动汽车又大致分为了三大类：纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）。正文：在未来电动汽车的发展中，插电式混合动力（PHEV）将是未来几十年新能源车的主流。1.PHEV、BEV、HEV比较PHEV(Plug-inhybridelectricalvehicle):插电式混合动力车，同HEV的动力系统一样，PHEV的动力系统同样也是内燃机和电池组，所不同的是，PHEV的电池组储能要大于HEV的电池组储能，一般在10kWh～30kWh之间，PHEV可以单独由电池组驱动汽车行驶（这点HEV是不可以的），并且PHEV需要外接电源进行充电，这也就是其Plug-in的来源，可以在纯电池驱动下行驶40公里，足够上下班所用，这样的话，上下班过程中采用纯电驱动汽车，则可以实现低碳甚至零碳排放。HEV(Hybridelectricalvehicle):指混合动力汽车，动力系统包括内燃机和电池组，电池组负责在启动和加速时向汽车提供辅助动力，内燃机负责在高速行驶时驱动汽车并通过发电机向电池组充电，HEV电池包的储能量一般小于5kWh,无需外接电源进行充电，电池包不能单独驱动汽车行驶。BEV(Batteryelectricalvehicle):纯电动车，完全由电池作为动力驱动汽车，没有内燃机，BEV的电池包储能一般在20kWh以上，BEV同样需要外部电源进行充电，丛这个意义上说，BEV也是一种Plug-in的电动汽车，由于电池包储能较多，BEV的价格比PHEV更高，且安全性问题更大，所以迄今为止，BEV距离商业化还有很远的路要走。总结：PHEV具有比HEV更高的MPG，即PHEV更加省油，行驶过程中的碳足迹会更少。因为PHEV的电池可以处于CD（电荷耗尽）和CS（电荷保持）态，即电池可以单独驱动汽车，也可以与汽油机一起驱动汽车。而HEV的电池只具有CS态，电池无法单独驱动汽车行驶。至于EV，虽然更加清洁，但是在安全性问题以及电池的性能取得突破性进展之前，PHEV是一个不可或者无法跳跃过去的必经的阶段。这个阶段或许会持续10年，20年或者更久。2、内燃机车到PHEV的演化虽然PHEV的基本架构都源于内燃机车，但是由于增加了电池这样一个能量源，整车的架构即需要发生如下的变化以及需要增加一些新的东西。2.1控制系统：至少需要增加对电池的监控以及能量的监控。2.2驱动系统：前轮驱动还是后轮驱动，前轮制动回收能量还是后轮制动回收能量。油＋电采用串联还是并联，各自分配到前轮还是后轮。2.3内燃机：需要仔细审视内燃机的燃效，冲程以及输出扭矩，采用的循环方式（奥托循环还是斯特林循环，还是狄赛尔循环），各个循环在什么转速具有多大的扭矩输出（N.m），电池在何种位置与内燃机配合具有最佳效率。2.4电动机：同步还是异步电机，直流还是交流，同样需要考虑各种电机的性能，以及与内燃机相匹配后两者是否能达到较佳的工作效率。2.5软件层面：控制系统需要增加ECU（能量控制模块），必须对两种能量的耦合进行合适以及及时的控制，确保整车动力处于最佳状态。功率器件方面：由于引入电池包，汽车电路的电流将增大，耐热性的新型功率器件必须被开发出来。这里又涉及材料业的发展推动新能源汽车业的发展。2.6智能电网：汽车的充电电能来自电网，必须考虑其对电网的影响。2.7电能的转换效率问题。2.8变速箱以及悬挂。这些仅仅是非常粗略的描述了必须要考虑的部分，还有更多的问题需要考虑。内燃机车－PHEV是逐渐演化而来的，后者比前者具有更高的复杂度，这一点同生物进化具有相类似性。内燃机车是PHEV的基础，是理解它们的必要条件。3、PHEV的发展现状由于燃料电池的性能、寿命和成本以及电池安全性的影响，纯电动汽车的发展受到了很大的限制，在此情况下，插电式混合动力的出现显得尤为重要。插电式混合动力汽车单独依靠电池就能行驶较长的距离，需要的时候仍可以像通常的混合动力汽车一样工作。如一辆完全靠电池行驶的PHEV可行驶60km，超过60km后可以转入混合动力模式。到了目的地，再插入外接电源对电池充电。PHEV具有很多优势：首先PHEV有纯电动汽车的全部优点，可利用晚间低谷电对电池充电，改善电厂的机组效率，节约能源；减少温室气体和各种有害物的排放；降低对石油燃料的依赖，减少石油进口，增加国家能源的安全；如果是在城市内行驶，距离较短，就可以不使用汽油；可以利用外部公网对车载电池组充电，而用电比石油价钱便宜，可降低车辆的使用本。由于PHEV有这些优点，使PHEV成为了混动力汽车研究的重要发展方向。插电式混合动力汽车作为新能源汽车研究领域的热点,受到了各汽车企业、电池企业和电力公司的广泛关注。PHEV的发展既可能改变世界新能源汽车的发展步骤,也可能推动电动汽车动力电池新一轮的高速发展。据中国汽车工业协会统计数据显示2015年1-10月新能源汽车累计产销18.12万辆和17.11万辆，同比分别增长2.7倍和2.9倍。其中纯电动汽车产销12.10万辆和11.38万辆，同比分别增长3.3倍和3.9倍；插电式混合动力汽车产销6.01万辆和5.73万辆，同比分别增长1.9倍和1.8倍。这说明一个什么问题呢？这说明插电式混合动力汽车在新能源汽车市场中的比重不容忽视。由于充电设施网络不完善，插电式混合动力汽车恰恰是能够弥补这种充电设施网络不完备的缺陷。因为插电式混合动力汽车搭载的油箱系统，使得插电式混合动力汽车能够作为传统的汽油车使用。这恰恰能够弥补目前充电设施网络不健全的缺陷，这是目前PHEV发展迅速的主要因素。但是，从中国目前的新能源汽车政策来看，国家对于充电设施的鼓励政策已经越来越有力度，私人充电设施的安装阻力越来越小。假如充电设施网络得以建成，插电式混合动力汽车还会依靠那个燃油系统吗？可以说，插电式混合动力汽车只是目前包括充电设施不完备等新能源汽车环境不完善情况下的一种过渡，不可能是一种永久的状态。一旦充电设施网络像加油站一样便捷，又有谁会去使用插电式混合动力汽车的燃油系统呢？不过这一切都得成立在纯电动车的电池性能、安全以及充电网络完全普及的基础之上，可以说在这期间将会有一个非常漫长的过渡期。所以总的来说插电式混合动力汽车虽然只能是一种过渡，而不是终极的新能源汽车的目标，但是在这一过渡期尤为重要。4、PHEV相关技术4.1发动机起停控制技术纯电动驾驶可最大限度地利用电网充入的能量，使车辆的经济性和排放性都达到最佳理论上来讲，纯电动续驶里程（AllElectricRange，AER）越长，发动机的运行时间越短，起停次数也越少，汽车使用经济性愈好。但是AER越长，附加的置买成本就越大，从而综合经济性变差。因此AER不能太长，也不能太短，必须在AER和综合经济性之间找到平衡，并且在行驶距离大于AER时，应考虑对发动机的起停控制策略进行优化为了充分利用从电网得到的低价能量，要求行车过程中尽可能减少发动机起停次数和行车充电时间发动机累计运行的时间减少，燃油消耗量和因发电而损失的能量也会大幅度减少发动机的起停控制策略要依初始电池荷电状态而有所改变基本指导思想是：为尽可能利用外接充电电能，减少发动机起停次数和行车充电时间，先让电池耗尽，再在行车充电过程中确定发动机关闭时刻发动机的起停控制技术主要用来优化系统工作模式，减少发动机起停次数和运行时间，使发动机给电池充入的电能刚好在下一次外接充电前用完，这样有利于节省燃油消耗，降低成本不同行驶工况对电力驱动系统的需求功率不同，电池SOC变化快慢就不同，AER也不一样，导致行车过程中发动机的起停次数和行车充电时间迥异因此需要结合不同行驶工况下SOC的变化量来分析确定发动机的起停时刻在原有控制策略的基础上，可以根据行驶里程的长短来优化发动机起停时的SOC值。4.2插电式混合动力汽车用蓄电池技术目前研究较多的电动汽车用动力电池有以下几类：铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池等。铅酸电池因其比能量低，质量和体积太大，一次充电行驶里程较短，而且其充电速度慢，使用寿命短，使用成本过高。铅酸电池主要由铅硫酸以及部分其他金属及塑料组成，废电池酸液中含有大量的铅，随意排放会造成严重污染，因此PHEV不适宜采用。镍氢电池虽然具有许多优点，如：循环使用寿命在实际电动汽车用电池中最高；其快速充电和深度放电性能好，充电效率高；无重金属污染，全密封，免维护但其成本高，有记忆效应，自放电损耗大；对环境温度敏感，电池组热管理要求高；能量密度功率密度虽高于铅酸电池，但相对于锂离子电池仍较低，导致体积大质量重，在PHEV上安装困难所以现有PHEV车上暂不采用镍氢电池。锂离子电池是所有可充电电池中综合性能最优的一种电池与其他电池相比，锂离子电池应用于电动汽车和PHEV，在容量功率方面均具有较大的优势。综上所述，PHEV要求电池既具有纯电动模式的高能量密度，又具有混合动力模式的高功率密度，同时寿命还需满足汽车要求，要求安全性好成本低铅酸电池由于重量重，能量密度低而无法满足要求；镍氢电池如果能降低重量减少体积，能够满足混和动力电动汽车对电池的需求，但是依然无法满足PHEV的要求；锂离子电池，特别是磷酸铁锂电池的出现，在降低价格的同时大大提高了电池的安全性，可以说锂离子电池是将PHEV用电池的主要发展方向当前，锂离子电池存在的主要问题是：快充放电性能差，价格高和过充放电保护等。在过充或过放的状态下，锂电池可能会发生火灾或爆炸，在安全方面存在一定隐患，必须匹配完善的电池管理系统，从而增大了电池的成本和体积。4.3仿真开发技术对PHEV动力系统的研究必须借助仿真手段对其进行初步的仿真和计算以达到基本的标准，这为后期的实车试验提供可靠的数据，并在一定程度上缩短了整车研发的时间，节省了人力和物力，ADVISOR软件被广泛的用于混合动力系统的仿真和分析中，实现混合动力汽车整车动力性和经济性的快速分析，对零部件参数进行初步优化，同时对控制策略的开发也能起到很好的指导作用但是由于ADVISOR软件中混合动力系统的结构型式是固定有限的，不能很好地对PHEV进行仿真分析，故需利用MATLAB\SIMULINK工具对其进行二次开发，建立初期的仿真模块，然后嵌入到ADVISOR中进行仿真分析。在现阶段，利用电网充电的插电式混合动力汽车（PHEV）技术可能成为一种成本低、容易实现，可以长期使用的过渡性电动汽车的解决方案。PHEV的发展既可能改变世界新能源汽车的发展步骤，也可能推动电动汽车动力电池智能电网仿真开发等技术新一轮的高速发展。5、个人对于新能源汽车的认识其实在最开始了解到新能源汽车，特别是HEV和PHEV时，一直有个疑惑，在HEV，PHEV（PHEV的混合工作态）中，电池的能量是由内燃机的燃烧汽油或者柴油转化而来（所有的能量都来自于燃料），然后这部分能量再输出驱动汽车，经历了内燃机－发电机－电池－电动机－驱动汽车