混合动力汽车原理介绍

混合动力汽车原理介绍（精选11篇）

混合动力汽车原理介绍 篇1

混合动力汽车是指装有内燃机与电动机两种动力的汽车。混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。混合动力汽车有串联式和并联式两种结构形式。复合动力汽车（亦称混合动力汽车）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。

混合动力汽车的优缺点：

混合动力车的优点

1、采用复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。

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。复合动力电动汽车有两种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。混合动力驱动汽车的缺点：

有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。由于“新一代汽车伙伴合作”（P NGV）计划的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，认为采用复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。

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1997年12月宣布将复合动力电动轿车 P rius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，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，C O2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型复合动力电动轿车，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。按照内燃机与电动机联接方式的不同，混合动力汽车分为串联型、并联型和串并联型三种。混合动力汽车既能减少汽车对环境的污染，又能延长续驶里程。

大众汽车公司曾在高尔夫轿车上安装一套柴油机电动机驱动系统。在相当于柴油机飞轮的位置安装一个6KW的紧凑型感应电动机，在柴油机侧和变速器侧各装有自动操纵的离合器。当柴油机侧的离合器处于分离状态时，轿车由电力驱动。当轿车由柴油机驱动时，柴油机侧的离合器接合。此时感应电动机的转子起飞轮作用，而且该电动机还作为起动机和交流发电机使用。

由于两种动力装置分别用于各自最适宜的工作条件，因此，这套混合动力驱动系统的燃油经济性非常好，综合排放水平非常低。与一般装有柴油机的高尔夫轿车相比，柴油消耗降低62％，有害排放物减少40％～60％，在夜间为电池充电需要12～16kW•h。

混合动力车的分类

串联型混合动力汽车最简单，内燃机带动发电机发电，发出的电供给电动机用来驱动车辆行驶。若有剩余，则对蓄电池充电。在需要大功率输出时，发电机和蓄电池同时向电动机供电。显然，串联型混合动力汽车有着与燃油汽车一样的续驶里程。

并联型混合动力汽车采用内燃机和电动机两套各自独立的驱动系统。内燃机可以单独驱动车辆，电动机也可以单独驱动车辆，内燃机与电动机还可以联合驱动车辆，当内燃机输出的功率大于驱动车辆所需要的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量转化为电能充入蓄电池。显然，并联型混合动力汽车可以减少汽车尾气的排放和燃油消耗。

混合动力汽车原理介绍 篇2

1 高压共轨柴油机电控技术简介

高压共轨柴油发动机采用电子控制单元 (Electronic Control Unit简称ECU) 从传感器 (油门位置、转速、大气状态、水温、共轨压力) 获取信息, 结合约束条件, 查找预先设定好的MAP, 调整喷油器的主喷, 预喷和后喷 (可选) 时长, 达到控制喷入气缸油量目的。博世高压共轨柴油机电控系统以转速为输入, 结合转速、油门来控制油量和喷油时间, 高压共轨柴油系统以扭矩为输入, 控制最后的油量和喷油时间。

2 电机驱动系统控制简述

电机驱动系统作为类似发动机功能单元的动力单元通常由电机和电机控制器组成。而电机控制器由电机控制器核心板, IGBT驱动电路, 控制电源, 结构和散热系统, 高压开关控制电路组成。控制器核心板负责接收整车控制器的指令并反馈信息, 检测电机系统内传感器信息, 根据指令和传感器信息产生逆变器开关信号;IGBT驱动电路接收CPU板开关信号并反馈信息 (如各相电流) , 放大开关信号并驱动IGBT, 提供电压隔离和保护功能;控制电源为CPU板和驱动电路提供多路相互隔离的电源;结构和散热系统则为电力电子模块散热, 支撑组件安装并提供环境保护;高压开关控制电路负责接受信号将直流电源能量传递给逆变器, 减少突然接通电路的大电流冲击。

各种电机转矩-转速特性在加减速或速度调节情况下都服从运动学方程Te-TL=J*dn/dt (Te为电磁转矩, TL为负载转矩, J为转动惯量, n为电机转速) , 对于恒定负载或者突加减负载, 只需要控制电机电磁转矩即可。

以某型号永磁同步电机 (额定75kw, 输出扭矩540N.m) 控制为例, 接收扭矩请求后将扭矩控制转化为定子q轴电流PI调节;励磁或弱磁控制部分转换为定子d轴电流PI调节[2]。空载情况下在线修改整车控制器RAM指令, 经过CAN总线发送给电机控制器, 0-1.48秒间发命令扭矩20N.m, 转速上升斜率较小, 1.48秒时刻更改为40N.m命令扭矩, 转速上升斜率变大, 在低速空载情况下电机经过报文发出的扭矩和命令扭矩有差异, 真实值需在测功机上测量。电控发动机和电机控制可实现CAN总线模式下转速和扭矩控制, 发动机ECU其通讯协议遵循SAE J1939, 电机控制通讯协议需要自行设定。

3 整车电控技术原理和设计

基于以上对发动机和电机控制的认识, 在并联式混合动力客车中可类比传统柴油车的控制方式, 由司机加速踏板开度 (即传统车油门) 和制动踏板开度, 发动机及电机转速, 并结合发动机水温等约束条件分配二者扭矩。对于串联或者增程式混合动力客车, 尽可能使得发动机转速位于经济区域, 即主要是发动机转速控制和发电机的扭矩控制。除了发动机和电机自带的ECU, 需要另外设计整车控制器 (Vehicle Control Unit简称VCU) 。

3.1 整车控制原理

串混或增程式系统主要驱动力来自驱动电机, 根据电机转速和加速踏板及制动踏板查询扭矩需求得到驱动电机的需求扭矩, 再结合A-PU (即发动机-发电机系统所能提供的电流限制) 得到电机的目标扭矩, 该目标扭矩由整车控制器经过CAN报文发送给电机控制器, 而电机需求扭矩转化为能量需求并结合电池 (或者超级电容) 电压以及剩余电量SOC转化为APU电流需求, 再经CAN总线实现对发动机转速和发电机扭矩 (或者励磁PWM) 需求。

对于并联混合动力, 由于发动机的转矩响应受瞬态空燃比控制燃油补偿等因素较目标扭矩迟滞, 而电机的扭矩响应在毫秒级, 可认为是瞬变量。若某一时刻目标扭矩是600N.m, 分配给电机和发动机扭矩分别是200 N.m和400 N.m, 必然导致瞬间合成扭矩和目标扭矩差异较大影响舒适性, 以并联式混合动力客车从纯电动切换到发动机单独驱动为例, 电机目标扭矩瞬间变为0, 此时发动机输出扭矩尚未输出到位将导致动力中断, 需要电机转矩补偿或者延缓电机响应。

3.2 VCU硬件结构

设计一款采用freescale S12X系列处理器的VCU, 负责采集挡位, 加速踏板和制动踏板信息, 并根据转速或者车速信息, 发送扭矩命令给电机控制器和发动机ECU (也可用总线油门或者硬件油门信号) ;对于带有自动变速箱的车辆, 需要根据挡位和位置传感器由H桥电路控制离合器或者选档换挡执行器;对于串联式混合动力汽车, 通常需要控制发电机励磁或发电机扭矩需求。

发动机ECU的RAM设计为1-2MB, 单片机自身RAM通常难以达到, 需要另外用地址数据总线扩展, 可标定数万个浮点型变量和若干一维和二维MAP。S12X处理器RAM为64KB, 在标定变量不是特别大的情况设定某个RAM地址区域用于MAP和可调整参数标定, 通常使用CAN Calibration Protocol (CCP) 协议。

3.3 VCU软件结构

在codewarrior下新建工程文件project后, 手工代码完成硬件层驱动程序, 如CAN, AD, PWM等功能。控制策略部分通常采用Matlab Simulink中进行上层算法建模仿真调试, 其软件结构通常分为初始化和步进执行两部分。初始化不进入无限循环只需要执行一次, 而步进执行部分分不同的周期需要在无限循环中执行, 该周期需要在simulinkconfigue中设置且须和project中执行周期一致。然后利用Real-Time Workshop工具箱对上层算法进行自动代码生成。最后需要在Codewarrior集成开发环境中将生成的C代码形式的上层算法与手写代码进行拼接, 整合与调试, 编译连接之后生成在单片机环境下运行的可执行文件, 可通过串口或者CAN下载已经编写bootloader的VCU中。

4 结束语

以扭矩为切入点分析发动机和电机控制的共性从而扩展应用到混合动力汽车研发是本文的主要脉络。建立在Freescale S12X处理器平台的整车控制器可实现simulink算法生成代码, 并通过扭矩命令 (或者转化为发动机油门) 实现对电控发动机和电机的控制可以应用于混合动力汽车开发。

参考文献

[1]黄海燕.汽车发动机试验学教程[M].北京:清华大学出版社, 2009.

车动力：换混合动力汽车吧！ 篇3

底特律车展吹来的春风

刚落幕不久的北美车展，以丰田、本田为代表的日系车商推出以节能环保思路为主的系列新车型。而同时，欧美厂商通用、福特等也不甘示弱，以多款节能环保的电动车来吸引市场眼球，试图扭转日系车在新能源方面一家独大的局面。

丰田Prius：混合动力先河

作为首开混合动力车先河者之一，第三代Prius轿车的性能得到充分提升。其中，发动机部分从原有的1.5升引擎更换为1.8升VVT-I引擎，加上混合动力部分总功率达到了98.5千瓦。值得一提的是，车顶的天窗后部设计有一个太阳能电池板，即使天气炎热，车内的降温工作也可通过太阳能电池板驱动风扇来完成，避免了启动发动机使用空调而造成的能源消耗。重新设计的混合动力系统体积相比原有车型更小。

奔驰Blue Zero：电动车不再是梦想

这款Blue Zero概念车有3种款式。其中Plus远距离车型拥有一个内置的内燃机，用来帮助产生电力来为电池充电，行驶距离可达到600千米。除此之外，第三款的氢燃料电动车采用了新能源驱动，是未来的发展趋势哦!

雷克萨斯HS 250h：彻头彻尾做环保

在制造过程中，生产者特别强调其环保细节，大量使用绿色环保材料，如内饰组件由植物提取原料制成的“生态塑料”构成，制造过程中排放的有害物质也低于石油制成的塑料。而它的动力系统由一台187马力的2.4升四气缸阿特金森循环式汽油机和丰田混合动力协同系统组成。

MINI E：更环保

混合动力汽车原理介绍 篇4

中文摘要: 随着石油资源的匮乏和大气环境的恶化,人们对节能和环保的呼声越来越高。为此各种各样的电动汽车(EV)脱颖而出。但是由于电池技术在提高其储能量方面没有实质性的突破,使得由蓄电池驱动的纯电动汽车的实用性受到了很大的限制。以氢为燃料的燃料电池汽车可能是未来高效清洁汽车的解决方案之一,但目前离实用还有很大的距离。而融合了传统内燃机(ICE,汽油机或柴油机)汽车和纯电动汽车优点的混合动力电动汽车(HEV)成为了缓解能源和环境危机的途径,是解决当前节能和环保问题切实可行的过渡方案。混合动力汽车配备了两套动力系统,即传统内燃机和电机—蓄电池系统。理论和实践证明,设计合理、控制精确的混合动力汽车可以大幅度提高汽车的燃油经济性和降低汽车的环境污染排放物,同时不牺牲汽车的动力性。但混合动力汽车的双动力源型式的结构大为复杂,特别是需要一套传统汽车所没有的控制系统。传统的汽车理论和设计方法不能适用于混合动力汽车。因此,急需发展一套完备的混合动力汽车的设计和控制方法,以支持混合动力汽车的产品开发。混合动力系统设计有机构参数匹配设计及控制策略设计两大关键性问题。设计的合理与否直接关系到能否满足混合动力汽车的...英文摘要: With the pinch of petroleum resources and deterioration of atmospheric environment, we pay more and more attention to energy sources and environment.Therefore kinds of electric vehicles(EV)are talent showing themselves.But there isn’t material breakthrough to heighten the energy storage of battery technology, which greatly restricts the practicability of electric vehicles driven by accumulator.The fuel battery vehicle using hydrogen may be one of the solutions of intending cleanness vehicle, but presen...目录:摘要 4-5

Abstract 5-6

第一章 绪论 9-14

1.1 项目提出的背景及意义 9-10

1.2 混合动力汽车概述 10-11

1.2.1 混合动力系统的概念 10

1.2.2 混合动力汽车节油原理 10-11

1.3 混合动力汽车的发展概述 11-13

1.4 本论文的主要研究内容及研究方法 13-14

第二章 混合动力系统概述及元件选型 14-28

2.1 混合动力系统的工作模式 14-15

2.2 混合动力系统的结构型式 15-22

2.2.1 串联混合动力驱动系统 15-17

2.2.2 并联混合动力驱动系统 17-22

2.3 混合动力驱动系统的元件选型 22-27

2.3.1 发动机选型 22-24

2.3.2 电机选型 24-25

2.3.3 储能元件选型 25-26

2.3.4 变速机构选型 26-27

2.4 本章小结 27-28

第三章 并联式混合动力系统参数设计 28-44

3.1 SC7130 主要技术参数及动力性要求 28-29

3.2 并联式混合动力系统参数设计 29-41

3.2.1 发动机参数 30-33

3.2.2 传动系参数 33-35

3.2.3 电机参数 35-37

3.2.4 储能元件参数 37-41

3.3 整车质量组成及机构参数校正 41-43

3.4 本章小结 43-44

第四章 并联混合动力汽车控制策略设计 44-59

4.1 控制策略概述 44-45

4.2 整车控制系统的构成 45-46

4.3 电池SOC 最大化控制策略 46-50

4.4 模糊逻辑控制策略 50-54

4.4.1 模糊逻辑控制策略思想 50-51

4.4.2 模糊控制器设计 51-54

4.5 再生制动控制策略 54-58

4.6 本章小结 58-59

第五章 并联混合动力系统建模与仿真 59-82

5.1 混合动力系统建模与仿真方法 59-60

5.2 混合动力系统主要机构建模 60-70

5.2.1 整车阻力模块 61-63

5.2.2 车轮/车轴模块 63-64

5.2.3 传动机构模块 64-66

5.2.4 发动机模块 66-67

5.2.5 电机模块 67-68

5.2.6 电池模块 68-70

5.3 并联混合动力汽车仿真 70-80

5.3.1 并联混合动力汽车整车仿真模型 70-72

5.3.2 并联混合动力汽车仿真分析 72-80

5.4 本章小结 80-82

第六章 总结 82-84

致谢 84-85

参考文献 85-88

混合动力汽车原理介绍 篇5

智研数据研究中心网讯：

内容提要：混合动力车辆已成为一股不可阻挡力量，在改变着汽车产品的结构和构成，并大量的走向实用化。

大家都知道，我国的石油仅占世界石油资源的2%，而我国人口数量却占世界总量的22%，那么我国的人均石油资源仅占世界的1/10，在这样的情况下，我们必须想办法节约能源，减少我国大量汽车所消耗的资源，混合动力汽车是一个时代的产物，这是其一。其二，汽车业的发展给环境保护带来比较大的压力，汽车不仅是废气的排放，而且噪声都会影响我们城市的环境，发展混合动力汽车，环境污染可以减轻，为我们提供一个更好的生存环境作出进一步的贡献。其三，汽车业是我们国家经济发展的一个重要的支柱。

混合动力车辆已成为一股不可阻挡力量，在改变着汽车产品的结构和构成，并大量的走向实用化。据预测，世界汽车市场上，混合动力车2013年将达130万辆，2015年将在世界汽车市场占15％，2020年占25％，这是相当大的比例。我们粗略估计，2020 年全球汽车如果产量在1亿辆，那么，混合动力车将是2500 万辆了。总之，混合动力车辆在相当一段时间内前景广阔，并受市场欢迎，逐渐成为汽车行业的主导产品。

混合动力汽车原理介绍 篇6

基于多指标正交实验的并联混合动力汽车控制策略参数分析

作者：杨观赐 李少波 唐向红 璩晶磊 钟勇

来源：《计算机应用》2012年第11期

摘要：针对并联式混合动力汽车电辅助控制策略的参数优化问题，基于多指标正交优化设计理论，以混合动力汽车的燃油消耗、CO排放量、HC和的总排放量为实验指标，设计了正交优化实验表。运用直观分析法分析了18组实验结果，量化研究了控制策略参数对并联式混合动力汽车整车性能的影响，找出了各个指标的显著性影响因素。

关键词：正交实验；混合动力汽车；多目标进化算法；控制策略

混合动力电动汽车浅析 篇7

20世纪90年代以来, 为解决能源和环境问题, 各种电动汽车脱颖而出, 但由于电动汽车在技术上、材料上存在棘手问题, 以及电池的能量密度与汽油相差甚远, 远未达到所需要的数值, 再未来十几年内倘若电池技术没有重大突破, 电动汽车将无法取代燃料汽油发动机汽车。在这种情况下, 一种集电动汽车与燃油汽车优点于一体的准绿色汽车——混合动力电动汽车登上了汽车工业的舞台。

混合动力电动汽车实际上并不是新的发明, 早在1905年就有人申请了用蓄电池作动力驱动电动机来改善内燃机车辆加速能力的专利。混合动力电动汽车的确切定义是什么呢?根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议, 混合动力电动汽车是指由两种或两种以上的蓄能器、能源或转换器作驱动能源, 其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。混合动力电动汽车有很多形式, 由汽油机和蓄电池混合的, 柴油机和蓄电池混合的, 蓄电池和燃料电池混合的, 蓄电池和超大电容器混合的, 蓄电池和飞轮混合的, 蓄电池和蓄电池混合的等等。通常所说的混合动力电动汽车是指内燃机和蓄电池混合的驱动的车辆;燃料电池和蓄电池混合的动力称为燃料电池电动车;蓄电池和电容器混合的动力称为超大容量电容器辅助动力电动汽车等等。

2 混合动力电动汽车的结构

混合动力电动汽车的工作过程是发动机将内燃机与一定容量的得储能元件相结合, 当低速行驶或者反复起步、停车而造成马达频繁工作时, 电池容量下降时, 发动机会自动启动, 驱动发电机给电池组充电以维持一定的电量, 而不需要像纯电动车那样从外部充电。制动时, 马达变成发电机, 把车辆的动能转换成电能储存在电池组中。在超车或者需要强力加速时, 可以在使用发动机的同时加上大功率马达的动力, 确保迅捷灵敏的的加速性能。

2000年混合动力电动汽车的类型在原来的串、并联式的基础上, 进一步延伸为:串联式混合动力电动汽车, 并联式混合动力电动汽车, 混联式混合动力电动汽车和复合式电动车。

为了实现混联式以及复合式的混合驾驶模式, 内燃机与发电机/电动机之间以及电动机与变速器之间必须进行机械连接, 其中机械连接装置可以选择行星齿轮机构, 太阳轮与发电机相连, 齿圈与传动机构相连, 行星架与内燃机相连, 发电机的动力一部分通过行星齿轮传给齿圈, 然后通过传动轴传给驱动车轮, 另外一部分动力传给太阳轮经发电机转化成电能。各部分的角速度满足下列法方程:

式中Kp----基本齿数比, Kp=z2/z1

z1k--p---太阳轮的齿数k;pz2z1

z2-----齿圈的齿数;

ωz11、ω2、ω3----分别代表太阳轮、齿圈和行星架的角速度。

其运动方程如下:

3 JM3串1、M2并联M3及混联和复合式混合动力电动车的特点

1) 1串2联式3是混合动力电动车中最简单的一种形式, 发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能, 转化后的电能一部分用来给蓄电池充电, 另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。和燃油车相比, 它是一种发动机辅助型的电动车, 主要是为了增加车辆的行驶里程。由于在发动机和发电机之间的机械连接装置中没有离合器, 因而它有一定的灵活性。尽管其传动结构简单, 但它需要3个驱动装置:发动机、发电机和电动机。如果串联混合型电动车设计时考虑爬长坡, 为提供作大功率三个驱动装置的尺寸就会较大, 如果用作短途运行如当通勤车用或者只是用于购物, 相应的内燃机/发动机装置应采用低功率的。

2) 与串联式混合动力电动汽车不同的是, 并联式混合动力电动汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮, 可以采用发动机单独驱动, 电力单独驱动或者发动机和发电机混合驱动3种工作模式驱动。从概念上讲, 它是电力辅助型的燃油车, 目的是为了降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动电动车所需的功率或者再生制动时, 电动机工作在发电机状态, 将多于的能量充入电池。与串联式混合动力电动车相比, 它只需要两个驱动装置——发动机和电动机, 而且在蓄电池放完电之前, 如果要得到相同的性能, 并联式比串联式混合动力电动汽车的发动机和电动机的体积要小。即使在长途行驶中, 发动机的功率可以达到最大而电动机的功率只需发出一半即可。

当前的混合动力系统主要以并联方式为主。这种方式是由发动机获得基本驱动力在加速和低速行驶的情况下, 因发动机驱动效率低, 由电动机根据行驶条件协助发动机维持其所需的功率;在低速区域发动机停止运转, 仅由电动机驱动, 尽量使发动机在效率良好的区域运转, 提高燃料的经济性, 而且制动时驱动电动机成为发电机回收能量, 对经济性有利。虽然串联方式的混合动力电动车的发动机在一定的条件下运转, 从发动机单体来看, 效率提高, 也有利于排气净化, 然而由于需要把发动机的输出功率转换成电动机的电能驱动变换装置, 与发动机直接驱动方式比较, 综合效率不佳, 又因其全部驱动力由电动机供给需要大型的电动机, 系统的成本也增大, 因此, 并联方式是最实用的。

3) 混联式混合动力电动车在结构上综合了串联式和并联式的特点, 与串联式相比, 它增加了机械动力的传递路线, 与并联式相比, 它增加了电能的传输路线。尽管混联式混合动力电动车同时具有串联式和并联式的优点, 但其结构复杂, 成本高, 不过, 随着控制技术和制造成本的发展, 一些现代混合动力电动车更倾向于选择这种结构。

4) 复合式混合动力电动车结构更复杂, 难以把它归于上述3种中的哪一种。它与混联式混合型电动车相似, 因为他们都有起发电机和电动机作用的电动机, 两者的主要区别在于复合型中的电动机允许功率流双向流动, 而混联式发电机只允许功率流单向流动。双向流动的功率流可以有更多的运行模式, 这对于采用3个驱动动力装置的混联式混合动力电动车是不可能达到的。复合式混合动力汽车同样有结构复杂, 成本高的缺点, 不过现在一些新型的混合动力电动汽车也采用这种双轴驱动的复合式系统。

4 混合动力电动发动机的现状和发展

混合动力电动汽车与纯电动车相比, 混合动力汽车降低了对电池能量密度和容量的需求, 并降低了蓄电池部分的质量, 提高了汽车质量的利用系数, 辅助动力单元APU的应用时动力性、续驶里程, 比纯电动车的行驶里程延长了2~4倍, 汽车的舒适性都得到了保证和改进, 但在排放方面还不及纯电动车。另外与传统的燃油发动机汽车相比, 混合动力电动汽车可以经常处于发动机的最佳工况, 使发动机的排放降低到最小;制动能量的回收, 实现了再生制动, 提高了能量的利用率;在某些特殊路况条件下, 混合动力电动车可采用纯电动行驶模式, 实现零排放。但是HEV在动力性与续程里程上与燃油发动机汽车仍然存在一定的差距, 因此, 研究开发仍存在很多需要解决的问题, 例如:

1) 能量存储装置 (蓄电池) 需要有较高的比功率, 以满足汽车加速和爬坡时对大功率的要求, 即汽车高驱动性的要求:同时能量存储装置必须采用热能控制装置, 要有较高的比能量, 较长的使用寿命和低廉的制造成本。

2) 混合动力汽车发动机频繁启动、关闭, 使驱动系统和附近 (如空调和动力转向等) 的电能管理变得复杂, 因此需要先进的检测和控制系统, 现在的以热力发动机为主的混合动力单元在将燃油转化为有用功的同时, 需要提高转化效率, 同时还要满足严格的排放标准。

3) 电力电子器件必须减小尺寸, 减小质量和降低制造成本, 提高混合动力汽车零部件设计加工技术水平。

4) 需要建立更先进的驱动系统数学模型 (包括静态的和动态的模型) , 这是计算机仿真和分析的基础。

5) 制定完善的混合动力汽车相关标准和法规, 为混合动力汽车的市场化奠定基础。

21世纪将是“绿色”世纪。汽车制造业要发展, 就必须与“绿色”紧紧地联系在一起, 必须考虑可持续发展, 必须考虑能源的利用与环境的问题。汽车作为城市空气污染的主要根源之一, 空气质量的日益恶化和石油资源的日趋匮乏, 平衡利用多种形式的能量资源, 开发低排放、低油耗的新型“绿色”汽车, 一直视近几年世界各国汽车工业和科研机构十分重视与研究的热点, 也是很多政府急待解决的紧迫任务。混合动力汽车 (Hybrid Electric Vehicle, HEV) 这一当今汽车研究发展的主流, 一方面它可以充分利用传统汽车的技术成果和汽车工业基础;另一方面可以解决电动汽车受蓄电池技术居高性能电池成本等因素的影响, 开发研制趋缓的问题。混合动力汽车能有效地减少排放, 降低油耗, 以及所用燃料的高效性, 灵活性等特点, 使其成为传统燃油汽车向零排放电动汽车过渡的最有效途径。混合动力汽车被称为21世纪的“准”绿色车。

摘要：为解决能源和环境问题, 混合动力电动汽车成为各国研究的焦点。本文主要阐述了混合动力电动汽车的结构, 并分析了不同类型的混合动力电动汽车的特点及存在的问题, 已经成为当今汽车工业研究的主流。

关键词：混合动力,电动汽车,汽车结构

参考文献

[1]衣宝廉.燃料电池.化学工业出版社, 2000.

[2]林维民.燃料电池系统.北京:化学工业出版社, 1996.

[3]肖云魁, 孙勇.21世纪汽车换代燃料.中南汽车运输.No2, 1998, 2.

混合动力汽车发展前景展望 篇8

[关键词]混合动力；市场；技术；前景光明

[中图分类号]U464.11[文献标识码]A[文章编号]1009-9646(2009)06-0022-02

混合动力电动汽车(Hybrid Electric ve－hicle，简称HEV)是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元(Auxiliary PowerUnit，简称APU)，其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组。目前HEV所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃气轮机。

一、混合动力汽车的适用性决定了它具有很大的潜在市场

混合动力电动汽车比较纯电动汽车和原动机具有以下优点：

1电池的数量减少，因此混合动力电动汽车自身质量可减轻。

2辅助动力单元(APU)的选用使汽车的续驶里程与动力性能可以达到内燃机汽车的水平。

3虽然原动机会有排放产生，但是由于原动机主要工作在最佳工况点附近，因而大大减少了汽车上内燃机变工况(特别是低速、怠速)时的排放，由于可回收制动能量，使得混合动力电动汽车成为较低排放的节能汽车。

4借助原动机输出的动力直接带动车内空调、暖风、真空助力器、动力转向等汽车电器附件，无需再消耗电池组内有限的电能。

5在某些对汽车排放严格限制的地区(如商业区、旅游区、居民小区等)，混合动力电动汽车可以关闭APU，由纯电力方式驱动，成为零排放的电动汽车。

6电能的取得比石油更为简单，成本更低，利用各种方式获得电源来供给电力汽车的使用，让汽车的使用成本更低，同时由于电动汽车的环保性，将令它成为新时代的交通工具的代表，广受世界各国人民的喜欢，这也就注定它拥有若大的市场。

由于存在上述优点，混合动力电动汽车的整体性能价格比明显优于纯电动汽车。

二、成熟的混合动力汽车技术

混合动力汽车的动力系统的全面改进，各种高新技术开始在混合动力汽车上应用，主要技术包括：燃油动力与电动动力系统集成优化技术不断取得进展，节能效果不断提高；高性能锂离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池；高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机；电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效率和性能；网络系统的应用促进了混合动力汽车的模块化和智能化；轻量化技术和电器结构安全性技术得到了系统应用。

在混合动力技术的发展上，表现出明显的模块化和平台化趋势，轿车混合动力系统的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合”、以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合”和以混联式为特征的“强混合”，随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断提高，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”方式。城市客车混合动力系统出现平台化趋势。发电机组+驱动电机+储能装置，构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组即APU，从汽、柴油内燃机到气体燃料发动机各种不同的能源动力转化装置，形成油一电、气一电等各种不同混合动力系统，促进了动力系统的平稳过渡与转型。

三、宽松的政策推动混合动力汽车的应用

混合动力汽车节能和环保效果明显，得到快速发展，并在各国优惠政策的鼓励下，逐步进入商业化推广应用阶段。大型汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车。目前已批量销售的混合动力汽车包括丰田公司Prius、本田公司Insight、Civic、福特公司的Escape等轿车和OrionBusVI、NovaBus、HIMR客车等。2007年，美国市场上销售的混合动力车达到40多万辆，占新车总销售量的3％。

我国在“863”计划重大专项中共投入20亿元的研发经费，支持混合动力汽车关键技术、平台集成技术以及整车和关键零部件的开发。

国家发展和改革委员会于2007年11月1日颁布实施的《新能源汽车生产准入管理规则》为各种电动汽车的推广应用扫清了政策障碍。规则根据混合动力汽车特点和技术成熟度，规划了推广应用的范围和条件。

四、我国混合动力汽车发展概况

在混合动力汽车方面，首先在乘用车上推广使用具有怠速停车功能和启动电机。发电机一体化的轻度混合动力轿车技术，将其应用到使用率较高的领域，如城市出租车；其次是在城市公交车辆上推广应用具有制动能量回收功能的混合动力，逐步扩大其应用范围。

混合动力汽车技术基本成熟，以BSG和ISG为代表的轻度混合动力汽车具备产业化条件。2007年11月底，10辆奇瑞BSG混合动力轿车率先销售到奇瑞出租车公司，计划单车运行10万公里以上。12月13日，由长安汽车集团自主研发的首款量产混合动力轿车杰勋HEV，在长安汽车第五工厂正式下线，长安集团计划于2009年生产该款混合动力车3000辆，2010年将达5000辆。

清华大学与清能华通共同研发的“Micro哈里”采用了自主研发的新型四轮智能驱动技术和高性能锂离子动力蓄电池，最高车速65km／h，0km／h-30km／h加速时间4.5s，百公里能耗5kWh，续航里程大于120km。

五、还需要攻关的难题

非常重要的课题之一就是汽车电池的老化。车载充电电池一般要求使用5年以上，或使用100000km以上，而且还必须保证能够稳定使用。汽车电池必须避免在使用过程中过早老化，导致频繁充电的情况发生。

要确保电池的长期使用可靠性，需要对电池单元及单元串联而成的电池组进行电力及热量方面的管理。这就要进行极其精细的控制，比如监视单元温度及电压或电流，估算充电率、确认健全度(容量缩小度)以及优化控制充放电，管理单元温度，发现故障时转化状态、切断系统等。

行驶控制系统方面，目前也正全力实施行驶马达／逆变器、发电马达／逆变器、充电电池、变速箱、车外信息及发动机等的联动及能源，功率管理以及基于模型还在进一步研究开发。

六、结论

能量守恒定律和混合动力汽车 篇9

能量守恒定律

咱们先来看一下什么是能量守恒定律。能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。

混合动力汽车的优势

在一辆汽车行驶的过程中，汽油燃烧产生的能量或电的能量转化为汽车的动能。当汽车停下后，动能又将转化为哪种能量呢？刹车时，车闸和车轮之间的摩擦将动能转化为热能。然后，热能散发到空气中，汽车就损失了这部分能量。用来驱动汽车的能量中，大约有三分之一都在汽车减速或停车时以热的形式损失了。

为了使能量得到充分利用，很多混合动力汽车使用了能量再生型刹车，可以利用减速或停车时损失的动能为蓄电池充电，而不是任凭动能转化为热能后损失。这样，便巧妙地运用了能量守恒定律，减少能量损失，从而节约能源。

再生型刹车带来的启示

能量是守恒的，一种形式的能量可以转化为其他形式的能量，关键在于怎样转化。例如，灯泡的用途是照明，但它在发光的同时也发热。输送给灯泡的电能一部分转化为光能，一部分转化为热能。对于想用灯泡照明的人来说，这部分热量是没用的，也就是说能量以热的形式损失了。同学们，怎样把这部分热量利用起来，使它转化为对我们有用的能量呢？这就需要大家去动脑筋思考了。在我们的日常生活中，还存在许许多多类似的现象。你能再举出一个例子吗？用心观察，认真思考，说不定你也能发明出像能量再生型刹车这样的装置，利用能量守恒定律提高能量利用率，节约能源。

混合动力汽车的传动结构分析 篇10

电动汽车是当前能满足“零排放”要求的首选方案。在我国大中城市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题, 电动汽车是一种非常理想的中速和短途的日常公共交通工具, 在市区内行驶, 电动汽车的能量效率比普通汽油机汽车高40%左右。电动汽车可以利用夜晚用电低谷时的富余电能充电, 可以平衡电网的负载, 提高电网能量的利用率。除此之外, 电动汽车还具有低噪声、低热辐射、易操纵和易维护等优点。

2. 混合动力电动汽车的概述

混合动力电动汽车是指以蓄电池与辅助动力单元共同作为动力源的汽车。从理论上讲, 内燃机的热效率在低速时偏低, 扭矩也较小, 而在中高负荷时效率较高, 但负荷再大时效率又会下降。如果车辆在低速时采用电动机驱动, 在高负荷时, 让发动机仍工作在中等负荷高效率区, 不足的功率由电动机提供, 就可以提高车辆燃油经济性, HEV (混合动力汽车) 就是采用了这种原理。较之传统燃油汽车和电动汽车, HEV增加了动力系统部件的种类和组合方式, 并根据使用工况对部件的工作方式进行了优化组合, 使各部件, 尤其是作为主动力源的原动机能够在最优工况下工作。

3. 传统驱动汽车与混合动力驱动的优点

(1) 传统汽车为了满足急加速、很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求, 装备的发动机的功率均相当大。

(2) 传统汽车发动机的设计要考虑多方面的要求, 混合动力系统中的发动机不要求过高的升功率和很好的动态特性, 可以按最高热效率的原则设计。与传统汽车发动机相比, 其燃油经济性有进一步的提高。

(3) 混合动力系统可以在汽车停车等候或低速滑行等情况下关机, 节省燃油。

(4) 混合动力系统电力驱动部分中的电动机能变作发电机工作。

电动汽车与燃油汽车的差别见表1。

4. 混合动力电动汽车的结构形式

根据动力系统的不同配置混合动力电动车分为如图1所示3类, 即串联式 (Series) 、并联式 (Parallel) 和分割式 (Split) 。分割式按其具体结构也可称为串、并联灵活驱动式。

4.1 串联式混合动力系统

串联式混合动力系统的工作原理如图1a) 所示, 由发动机 (内燃机) 带动发电机, 电能在控制器的调节下带动电动机而驱动车轮。发动机始终在热效率高而排放较低的单一最佳工况下运转, 单一工况运转也便于排气后处理装置始终保持高净化率。汽车低负荷运转时, 发动机发出的功率超过驱动汽车的需要, 多余的电能向蓄电池充电;高负荷运转时, 除发电机发出的电能外, 电池组提供部分电能;此外, 在城区较低车速行驶时, 为了实现零排放可关闭发动机, 汽车行驶功率全部由蓄电池来供给。

由于当汽车需要大动力时, 蓄电池提供了其中的部分功率, 所以汽车可选用较小的发动机, 但需要有大的电动机以提供全部驱动轮发出的驱动功率。串联式能量传递环节较多, 传动效率较低。

串联式适用于环保要求较高, 行驶车速较低的城区车辆, 如公共汽车。

4.2 并联式混合动力系统

如图1b) 所示, 发动机和电动机可以分别独立地向汽车的驱动系AAA动力。通常采用由发动机提供车辆的平均行驶功率, 由电动机提供峰值功率及低速低负荷工况的功率。

发动机通过机械传动直接驱动汽车时, 无机-电能量转换损失, 效率较高。因此并联式混合动力车的燃油经济性比串联式混合动力汽车高。

显然, 并联式混合动力可选用较小的发动机和电动机。若装备有发电机则可选用较小的发电机, 要求的电池容量也较小。

由于并联式的发动机运转工况随汽车运行的情况而变化, 发动机不可能在排放污染物最小的工况工作, 因此发动机的排放性能比串联式混合动力车要差。

并联式混合动力车比较适合于在城市间公路和高速公路上的复杂工况下稳定行驶。

4.3 串并联灵活驱动式混合动力系统

如图1c) 所示, 通过一种行星齿轮系统组成的动力分配装置, 将整个系统耦合在一起, 根据行驶工况灵活采取各种工作方法, 以达到热效率最高、排放污染最低的效果。一般控制策略为:起步或低速低负荷工况时, 关闭发动机由蓄电池电能驱动:一般行驶工况动力系统以串并联混合方式工作;大节气门加速或重负荷工况时, 动力系统除串并联方式工作外, 蓄电池也提供能量参加驱动;制动和减速时通过能量回收系统向蓄电池充电;停车时发动机自动关机;蓄电池充电由计算机控制其维持在一稳定的充电状态。因此串并联灵活驱动方式兼有串联和并联的特点, 但控制系统最复杂。

串并联混联式结构也可作为一种特例归到并联式结构中。

5. 串联式驱动系统与并联式驱动系统的比较

表2给出了串联式与并联式驱动系统在排放、用途、整车布置、价格及原动机等方面的比较。

6. 结束语

混合动力电动汽车一方面可以充分利用传统汽车的技术成果和工业基础, 另一方面, 可以有效减少排放、降低油耗, 是传统内燃机汽车向零排放电动汽车过渡的实用方案之一。混合动力电动汽车有串联、并联等多种结构形式, 各有各的优缺点, 适用于不同的地点、用途, 简单的说孰优孰劣是不妥当的。

参考文献

[1]史文库主编.现代汽车新技术.北京:机械工业出版社出版, 2004

[2]《汽车工程手册》编辑委员会编辑。汽车工程手册.北京:人民交通出版社出版, 2001.5

混合动力电动汽车控制策略优化 篇11

对于不同类型的混合动力汽车, 已经研究出来很多不同种类的控制策略, 但是对于所有类型的混合动力汽车来说, 控制策略的参数优化有着很大的共通。一般情况下, 都是根据以往的经验来设定一套大概的值, 然后进行参数的微调找到最合适的参数。然而这种尝试的办法很难锁定最佳的参数搭配方案, 因此在参数优化的过程中就使用优化算法来解决问题。

2控制策略的分类

2.1基于规则的能量管理策略

2.1.1逻辑门限值控制方法。通过阈值的设置来限制发动机的有效工作范围, 控制发动机和电池在高效率范围内工作。该算法简单易实现, 应用较普遍。此种策略中要提前设置阈值, 所以造成控制系统较难随时匹配实际的情况和参数的改变, 同时也忽略了电机的效率情况, 所以这种静态控制策略并不是最优的。

2.1.2基于模糊控制的智能型控制策略。该策略来源于人类的思维方式, 提取被控系统的定性和定量信息, 通过推理来控制一些很难模型化的系统。由于不能够模型化, 所以设计者通过自己以往的经验来提炼规则。

2.2瞬时优化控制策略

对于不同的功率分配以及地点, 该策略实时监控发动机和电动机的消耗燃油量和排放量, 通过这些数据得到最适合该混合动力系统的工作模式以及地点。该策略目前并未广泛使用。

2.3全局优化控制策略

全局最优控制策略是根据最优化方法和最优控制理论而得到的策略, 用于分配混合驱动动力。若想使用该策略最重要的前提是清楚汽车的行程, 由于这一点的限制, 该策略目前尚未投入实用阶段。所以, 可以说全局最优控制策略仅仅称得上是一种控制策略设计的方法。

3参数优化算法

3.1遗传算法概述

遗传算法实质上是一种高效并行在全局范围内进行搜索的方法, 该方法借鉴了生物界的自然选择规律和自然遗传机制[2]。该方法的搜索不需要提供梯度信息便可以自己得到搜索空间范围内的信息并进行叠加。在处理空间问题参数的时候, 要先将空间问题参数进行编码才能进行, 也就是把这些参数转换成遗传空间内的特定染色体或个体, 他们是根据基因以某些特定的结构形成的。下一步使用选择、交叉和变异等遗传算子, 模拟生物种群在大自然环境中的自然选择过程, 优胜劣汰从而进化, 直到将要求解的集合收敛于最优状态。

3.2模拟退火算法概述

模拟退火算法的原理是固体退火, 固体退火指的是加热固体使其温度足够高, 然后慢慢的降温, 加热温度升高的过程中, 固体内部粒子的排列没有顺序, 使得内能增大, 慢慢降温的过程中粒子呈有序排列, 当到达常温的时候回到稳定的基态, 此时内能达到最小值[3]。使用该原理来模拟解决组合优化问题, 将内能E模拟为目标函数值f, 温度T看做控制参数t, 就演化为我们所使用的模拟退火算法。模拟退火算法是一种随机组合优化方法, 它是在局部搜索算法的基础之上演变而来的。模拟退火算法以一定的概率选择区域内费用值大的状态, 这也是其区别于局部搜索的地方。当初始温度足够高而温度下降的足够慢时, 该算法完全能够收敛到全局最优值。当系统温度较高时该算法能够使之避免局部最优, 而且当系统在温度下降到接近全局最优点的时, 该算法能够极大地避免此时接受次优解的情况出现。

3.3组合优化算法的编程

遗传算法的优势是具有很高的在全局范围内进行搜索能力, 然而当进化群体中存在为数不多的几个个体, 它们相较于剩余其他个体具有很高的适应函数值, 不用经过几次迭代这些个体便会占据整个种群, 此时就会将进化过程收敛, 而并不是真正的收敛, 也就是所谓的“过早收敛”, 这是遗传算法的不足之处。而模拟退火算法在局部范围内的搜索能力具有极大的优势, 所以在这里将遗传算法和模拟退火算法进行结合, 将模拟退火算法演变, 做为遗传算法中的一个独立算子看待, 整个算法的具体过程是:首先随机分散的抽取出个体组成一组最初的群体, 然后使用普通的遗传算子得到一组新的个体, 在这些个体中进行筛选出一些较优秀的个体, 单独使用模拟退火算法处理, 从而得到这些优秀个体邻域内的新的个体, 存在一定的可能性是这些新的个体比原来的个体要好, 所以防止了少数优秀个体占据种群的情况发生, 解决了算法过早收敛的问题, 又极大的加快了种群的进化速度。如图1所示, 是遗传算法和模拟退火算法相结合的组合优化算法流程图。

文章使用遗传算法和模拟退火算法相结合的组合优化算法求解, 选取的设计变量定为动力系统匹配参数和控制策略参数, 目标函数选取为燃油经济性和排放, 以加速性能、爬坡性能、荷电状态校正为约束。图2所示为优化流程图。

4结束语

文章对混合动力汽车控制策略进行了分类及分析, 指出混合动力汽车的控制策略的缺点和不足, 需要进一步的优化。文章在详细论述遗传算法和模拟退火算法的基础之上, 提出了将两种算法相结合的组合优化算法。

摘要：混合动力电动汽车其中一个非常重要的技术是控制策略, 文章对混合动力汽车控制策略进行了分类及分析, 指出混合动力汽车的控制策略的缺点和不足, 需要进一步优化, 整车性能会受到动力系统匹配参数和控制策略参数二者的共同影响, 提出一种结合了遗传算法和模拟退火算法二者的优化算法。

关键词：混合动力电动汽车,控制策略,优化

参考文献

[1]刘明辉.混合动力客车整车控制策略及总成参数匹配研究[D].吉林大学, 2006, 4.