混合动力汽车的基本知识

混合动力汽车结构与检修新能源汽车指采用非常规车用燃料作为动力来源或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车新能源汽车包括燃气汽车（液化天然气、压缩天然气）、燃料电池电动汽车（FCEV）、纯电动汽车（BEV）、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车（油气混合、油电混合）、太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等，其废气排放量比较低混合动力汽车混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。混合动力汽车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2、电池可回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、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。缺点：长距离高速行驶基本不能省油。纯电动汽车纯电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子难点在于电力储存技术。纯电动汽车优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。特斯拉燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。氢动力汽车氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。缺点：氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。燃气汽车燃气汽车又称为天然气汽车，主要分为液化石油气汽车和压缩天然气汽车两种。燃气汽车主要以天然气为燃料。它的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，是较为实用的低排放汽车。燃气汽车已在世界和中国得到了推广应用燃气汽车燃气汽车特点：优点：燃气成分单一、纯度较高、能与空气均匀混合并燃烧完全，CO和微粒的排放量较低，发动机在低温时的启动和运转性能较好。缺点：运输性能比液体燃料差、发动机的容积效率低、着火延迟较长及动力性有所降低。这类汽车多采用双燃料系统，即一个压缩天然气或液化石油气系统和一个汽油或柴油燃烧系统，能容易地从一个系统过渡到另一个系统，此种汽车主要用于城市公交汽车。甲醇汽车以甲醇作为主要燃料的汽车，也能以汽油或汽油-甲醇混合燃料为燃料，是一种甲醇-汽油燃料灵活转换的具有节能环保科技含量的新型汽车，也可以由普通汽车改装而成用甲醇代替石油燃料的汽车。甲醇汽车甲醇的燃烧特性有两大特点：极佳的冷却作用，可以降低发动机温度，不致过热；极高的抗爆能力，能够在高于优质汽油所容许的压力下燃烧而不会爆震。这正适合高压缩比、高性能的发动机。充分发挥其高辛烷值的作用，输出更大的功率。优点：燃烧彻底、挥发性低，所排放的碳氢化合物、氧化氮和一氧化碳等有害气体少。弱点：能量较低、行驶同一距离的消耗几乎比汽油多一倍，因而需要大的油箱。空气动力汽车利用空气作为能量载体，使用空气压缩机将空气压缩到30MP以上，然后储存在储气罐中。需要开动汽车时将压缩空气释放出来驱动启动马达行驶。优点：无排放、维护少缺点：需要电源、空气压力（能量输出）随着行驶里程加长而衰减、高压气体的安全性。飞轮储能汽车利用飞轮的惯性储能，储存非满负载时发动机的余能以及车辆下坡、减速行驶时的能量，反馈到一个发电机上发电，再而驱动或加速飞轮旋转。飞轮使用磁悬浮方式，在70000r/min的高速下旋转。在混合动力汽车上作为辅助优点：可提高能源使用效率、重量轻储能高、能量进出反应快、维护少寿命长缺点：成本高、机动车转向会受飞轮陀螺效应的影响。超级电容汽车利用双电层原理的电容器。在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大优点：充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等缺点：功率输出随着行驶里程加长而衰减，受环境温度影响大等。项目一混合动力汽车的基本知识活动一混合动力汽车的概述一、混合动力汽车的概念世界各国都在开发新型节能无污染汽车，包括纯电动汽车EV、混合动力电动汽车HEV和燃料电池汽车。纯电动汽车是一种节约石油能源、无污染的理想“零排放”汽车，引入了电驱动模式。混合动力汽车是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型二、混合动力汽车的节油控制策略序号控制策略功能具体描述节油贡献度（%）1发动机启停消除停车时的发动机怠速，降低油耗3～52纯电动驱动（1）车辆低速行驶时，电动机驱动，解决发动机小负荷运行的低效率问题；（2）发动机停机，达到零油耗和排放。5～103电动机助力（1）急加速、大油门行驶时，电动机助力，保障必须的加速性；（2）利于发动机维持在经济区运行；（3）后置电动机可以保持动力无中断，改善平顺性。5～84发动机单独驱动正常行驶发动机单独驱动5～105发动机驱动并充电（1）发动机驱动，同时，电机发电，维持发动机工作在经济区；（2）电池充电，维持电量平衡。5～76再生制动（1）滑行、制动时，电机按比例再生发电，充分回收制动能量；（2）对轿车，更需要与ABS/EBS协调控制7～10三、混合动力汽车的种类（一）根据混合动力驱动模式，分为以下三类：1、串联式混合动力系统串联式混合动力系统由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，他们之间用串联方式组成串联式混合动力汽车动力单元系统发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。2、并联式混合动力系统并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。3、混联式混合动力系统混联式混合动力系统的特点:内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此链接方式系统复杂，成本高活动二串联式混合动力汽车的主要组成及特点一、串联式混合动力汽车的组成串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车图1-1串联式混合动力电动汽车原理图在串联式混合动力电动汽车上，由发动机带动发电机所产生的电能和蓄电池输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶，电力驱动是唯一的驱动模式。二、串联混合动力电动汽车的工作模式1、启动/正常行驶/加速模式发动机通过发电机和蓄电池一起输出电能并传递给功率转换器，然后驱动电动机，通过机械传动装置驱动车轮。2、轻载模式发动机发出的功率大于车辆所需功率，多余的能量通过发电机给蓄电池充电直到SOC达到预定的限值3、减速/制动模式电动机把驱动轮的动能转化为电能，并通过功率转换器给蓄电池充电4、蓄电池充电模式停车时，发动机可通过发电机和功率转换器给蓄电池充电三、串联式混合动力电动汽车的优点：1、发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，使有害排放气体控制在最低范围；2、总体结构上看，比较简单，易于控制，只有电动机的电力驱动系统，其特点更加趋近于纯电动汽车；3、串联式结构是由发动机、发电机和驱动电动机三大主要部件总成在电动汽车上布置起来，有较大的自由度。四、串联式混合动力电动汽车的缺点：1、三大部件总成各自的功率较大，外形较大，质量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难；2、另外在发动机—发电机—电动机驱动系统中的热能—电能—机械能的能量转换过程中，能量损失较大。活动三并联式混合动力汽车的主要组成及特点一、并联式混合动力汽车的组成并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车并联式混合动力系统（PHEV）有三种驱动模式，即：发动机单独驱动，电动机单独驱动，发动机和电动机混合驱动。并联式驱动系统有两条能量传输路线，可以同时使用电动机和发动机作为动力源来驱动汽车，这种设计方式可以使其以纯电动汽车，或低排放汽车的状态运行，但是此时不能提供全部的动力能源。并联式驱动系统的动力合成装置主要有以下几种形式：1、驱动力合成式2、转矩合成式(双轴式和单轴式)3、转速合成式1、驱动力合成式前轮采用小功率发动机驱动，后轮采用电动机驱动系统单独驱动，在汽车爬坡、加速、启动时增加汽车的驱动力，使汽车变成四轮驱动的电动汽车。2、转矩合成式(双轴式和单轴式)双轴式：发动机通过传动系统直接驱动汽车，并间接带动电动机向蓄电池充电。蓄电池也可以向电动机提供电能，电动机可以用来启动发动机或驱动汽车单轴式：发动机通过传动系统直接驱动汽车，并直接带动电动机向蓄电池充电，蓄电池也可以向电动机提供电能，电动机可以用来启动发动机或驱动汽车3、转速合成式发动机和电动机通过离合器和一个“动力组合器”来驱动汽车。可以利用内燃机汽车大部分传动系统的总成，电动机只需通过“动力组合器”与传动系统连接，结构简单二、并联式混合动力电动汽车的工作模式1、启动/加速模式车辆启动或节气门全开加速时，发动机和电动机同时工作，共同分担驱动车辆所需的动力，如发动机和电动机分别承担总功率的80%和20%。2、正常行驶模式车辆正常行驶时，电动机关闭，仅由发动机工作提供车辆行驶所需动力。3、减速/制动模式车辆减速行驶或制动时，电动机工作于发电机模式进行再生制动，通过功率转换器给蓄电池充电4、行驶中给蓄电池充电模式当车辆轻载时，发动机输出功率驱动车辆行驶，同时发动机输出的多余功率驱动以发电状态工作的电动机发电而向蓄电池充电三、并联式混合动力系统优点1、只有发动机和电动机两个动力总成，两者的功率可以等于50%~100%车辆驱动功率，比SHEV三个动力总成的功率、质量和体积小很多。2、发动机可直接驱动车辆，没有SHEV发动机的机械能—电能—机械能的转换过程，能量转换的综合效率比SHEV高。车辆需要最大输出功率时，电动机可以给发动机提供额外的辅助动力，因此发动机功率可选择较小，燃油经济性比S