何谓混合动力汽车

中国电子科技集团第三十八研究所1中国电子科技集团公司第三十八研究所何谓混合动力汽车概要说明中国电子科技集团第三十八研究所2目录概述.........................................................................................................3日本国内市场上主要销售的混合电动车..............................................4混合电动车的构造.................................................................................5串联混合方式...........................................................................................................................6并联混合方式...........................................................................................................................7串并混合方式.........................................................................................................................11丰田混合系统THS-C.....................................................................................................11丰田混合系统THS/THS-II.............................................................................................14混合动力杂感.......................................................................................21为何是混合动力？.................................................................................................................21混合动力系统是损耗大没有良好效率的系统吗？.............................................................21汽油引擎的特性。.................................................................................................................21电动马达的特性.....................................................................................................................23存在的问题点以及今后发展趋势........................................................24存在的问题.............................................................................................................................24今后发展趋势.........................................................................................................................25混合动力汽车的评判............................................................................26附录.......................................................................................................28中国电子科技集团第三十八研究所3概述混合动力汽车：组合多个动力源，视情况不同，同时或分别动作的汽车。因为通常电力是其动力之一，所以很多人也把混合电动车简称为混合动力车。该领域日本的技术尤为领先，因此大批量生产的多是日本产。该技术可以说是和美国汽车尾气净化法（Muskie法）等废气净化法开始启用时的CVCC一样，是日本领先于世界的划时代先进技术。主要的思路和技术都在1970年开始具备，经过多次试作，目前作为商品车的产量达到每月千台以上的只有丰田prius系列。普及还有很长一段路要走。中国电子科技集团第三十八研究所4日本国内市场上主要销售的混合电动车串联混合方式IMATHS-C中国电子科技集团第三十八研究所5混合电动车的构造混合电动车系统比较常见的例子是用内燃机的引擎和电动机作为原动机的驱动方式。简单地说，就是以（汽油）引擎和（电动）马达驱动的汽车。引擎也有使用柴油的，这里都作为汽油考虑，下面燃料都以汽油说明。混合动力汽车是以石油和电作为动力行驶的车，但它的电并不是从外部供应的，而主要是由汽油引擎带动发电机而产生的电力，因此，可以说混合电动车的能源是化石燃料——汽油。混合动力车的效率之所以高，是因为在单纯靠汽油引擎效果较差的情况下，它还可以通过引擎和电机的协调或者是协同效果来减少能耗。混合动力汽车的系统（以下简称系统）根据其构造可以分为串联混合电动车和并联混合电动车两大类。串联混合电动车：两个原动机串联前级输出作为后级的输入的系统。串联混合动力车是通过引擎带动发电机发电或者将发出来的电储存在电池里，需要时再通过电池供电使马达运转驱动汽车行驶。具体例如丰田ESTIMA，以引擎出力驱动前轮行驶的同时对马达发电。这里发出的电力可用于另一个马达驱动后轮，这样看它俨然是串联混合。并联混合电动车：两个原动机并列共同工作的系统。并联混合动力车的引擎和马达都可以作为驱动源，可以根据需要中国电子科技集团第三十八研究所6适当地在单独引擎驱动、单独马达驱动和引擎马达共同驱动的三种方式之间切换。串并联混合电动车：有并联方式也有串联方式，其中为了实现串联方式装备了两个马达。动力分配方式多采用于串并联混合，目前只有丰田prius使用。Prius和上述estima不同，它不只是驱动前轮还在相同驱动装置引擎和马达外增加了发电机，引擎驱动行驶与发电同时进行，发的电可以同时驱动马达。采用（一直常用于差速齿轮上）行星齿轮这一灵巧的机构来实现此功能。串联混合方式串联混合方式是用引擎发电驱动马达行驶，非常简单的方式。实际上在其之间设置变频器和电池。引擎直接驱动的话效率看起来高，但在低转速时力矩大的电动马达更省能量。如果有大电池的话，即使引擎停止也能靠储存的电力驱动马达行驶，目前车体比较重的公交车等有采用它的倾向。将来如果开发大容量效率好的电池，可以想象在混杂的大街上停止引擎，用引擎发电储存的电力驱动完全以电动车方式行驶的情景。虽然串联混合非常简单，但是在减速时可发挥制动回收能量进行中国电子科技集团第三十八研究所7发电。串联混合方式不只有汽油和柴油引擎，还包括燃料电池汽车等。并联混合方式本田混合系统IMA并联混合方式是用内燃机关（汽油引擎）和电动马达双方驱动车轮的方式。驱动马达需要高压电池，汽油引擎对此电池充电。因为不进行引擎→发电机→马达的串联混合方式，所以行驶用的马达兼作发电机。方式有好多种，这里我们学习本田IMA方式（Civichybrid车型搭载）。本田IMA方式采用比较小的电池，马达作为引擎辅助的设计。因此没有停止引擎以马达驱动行驶的模式。IMA因为本身是并联混合式，所以大多数人会把并联混合式误解为马达不能驱动行驶模式，其实这只是IMA引擎为主、马达为辅的设计思想所致，并不是并联混合式的特征。中国电子科技集团第三十八研究所8Civic搭载的是1.3升气筒休止VTEC引擎，它有先进的机械技术被称为稀薄燃烧引擎（Leanburn）。从使用低燃费引擎、混合系统加速时马达作为辅助这点考虑，它和丰田prius的串并联混合方式有很大的不同；另一方面，减速时利用回收能量系统和Ni-H电池等共同点也很多。IMA在构造上比THS简单，零部件数量也有减少。但实际销售价格两者差不多。1.起动引擎不使用引擎起动器而使用与曲柄直连的马达起动，实现非常安静的引擎起动。2.变速机Insight有手动5档变速机，Civic有CVT。使用引擎发动加速。引擎和CVT间有马达。能量控制单元内藏的变频器供电，马达辅助加中国电子科技集团第三十八研究所9速。在汽油引擎消耗燃料大时利用马达。3.正常行驶正常行驶只使用引擎动力。所谓的巡航模式时使用马达发电对电池充电。巡航时有4气筒引擎一半休止的情况。Prius利用米勒循环（MillerCycle）减少实质排气，抑制汽油消耗。4.减速减速时马达发电制动。电动车回收制动及相同机构不走送电线路而是对电池充电。大多数混合车和电动车都有此结构。5.停车中国电子科技集团第三十八研究所10停车时自动空转停止（autoidlestop）机构动作停止引擎，条件不同也有不停止引擎的6.驾驶模式通常并联混合式有电池电力驱动马达行驶的驾驶模式，但IMA没有此模式。本图在实际IMA上并不存在。好像是为了使马达和电机小型化而没有采用此模式。中国电子科技集团第三十八研究所11串并混合方式丰田混合系统THS-C丰田THS-C是前轮有CVT和马达，后轮有马达的串并联混合。空调压缩机有引擎和电动马达两种工作形式。与分别装备发电机和马达的THS不同，它用同一机械兼备马达和发电机功能。因此，不是单纯前轮为串联混合，引擎驱动前轮马达的电力来驱动后轮时才是串联混合。丰田THS-C完全以电气装置进行四轮驱动，并用传动轴分开前轮和后轮进行高度的电子控制。1.起动状态中国电子科技集团第三十八研究所12对前后马达供电起动。一定速度马达行驶时也是此种模式。起动时也有引擎驱动前轮前进的情况。这是并联混合状态。2.全力加速时的状态前轮由引擎和马达驱动，后轮由马达驱动行驶。此模式不能充电。3.引擎驱动前轮行驶此时把马达作为发电机使用对电池充电。4.减速中国电子科技集团第三十八研究所13减速时把前后马达作为发电机回收制动，回收能量。5.引擎驱动前轮引擎驱动前轮。用这个力使前轮马达发电再以此驱动后轮马达。这个是串联混合和并联混合相配合的动作模式。加速等引擎效率不好时，在其动力之上再加上一定的电力。中国电子科技集团第三十八研究所14丰田混合系统THS/THS-II丰田THS系统概要发动机1：汽油引擎为第一马达。发电机：起动/停止引擎时、串联行驶时以引擎的动力发电。发动机2：电动马达为第二马达。高压电池：镍氢电池。用于行驶或空调用动力。驱动电池用变频器：驱动行驶用马达变频器。冷凝用变频器：压缩冷凝器冷媒的压缩机是电动的。驱动压缩机变频器。升压电路：行驶用马达能在约500V电力下工作。中国电子科技集团第三十八研究所15变频器：不是以引擎动力对通常汽油引擎车用的12V电池（辅机电池）充电而是用HV电池充电。辅机电池：因为引擎附近没有空间，它设置在后部。可使前部不至于太重。汽油箱：树脂造45升箱。初代为50升。因为燃费良好所以更小的油