電動汽車結(jié)構(gòu)與原理課件：混合動力汽車技術(shù)及發(fā)展

電動汽車技術(shù)與原理第1

頁2023/12/1101混合動力汽車的發(fā)展02發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)03混合動力用發(fā)動機(jī)04國內(nèi)量產(chǎn)混合動力車05電動汽車關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)劣分析

電動汽車技術(shù)與原理混合動力汽車技術(shù)及發(fā)展目錄電動汽車技術(shù)與原理第2

頁1發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車是大勢所趨世界汽車保有量已達(dá)到8億輛，并且還以2.3%的速度遞增。汽車是一個能源消耗巨大的耐用消費(fèi)品，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界石油消耗中，大約63%用于交通運(yùn)輸，其中的80%用于汽車燃料。汽車保有量的增加，不僅帶來能源消耗的加劇，人類賴以生存的環(huán)境污染也日益惡化。01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第3

頁統(tǒng)計(jì)表明在占80%以上的道路條件下，普通轎車僅利用了動力潛能的40%，在市區(qū)還會跌至25%。Legend:city(highway)source:Dr.Haywood1發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車是大勢所趨01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第4

頁在歐洲，柴油車是比較成熟的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，但它仍然無法擺脫對日漸稀少的石油資源的依賴。更重要的是，我國由于柴油品質(zhì)以及國家政策的瓶頸，其發(fā)展前景不明。純電動車絕對是最佳的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，但仍然無法解決電池技術(shù)的能量密度、壽命、價格等方面的問題，限制了純電動汽車的應(yīng)用。氫動力車被業(yè)界一致認(rèn)為是未來解決能源問題的“終極方案”。但是氫的大規(guī)模分解制造目前還沒解決，加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施鋪設(shè)的昂貴費(fèi)用更是令人咋舌。融合內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車優(yōu)點(diǎn)的混合動力電動汽車異軍突起。市場份額逐漸增大，已成為重點(diǎn)發(fā)展的新型汽車。1發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車是大勢所趨01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第5

頁1873年，英國人RorberDavidson在馬車基礎(chǔ)改制第一輛電動三輪車。由鐵鋅電池提供動力。（比內(nèi)燃機(jī)動力車早13年）70年代的石油危機(jī)，以美、日為代表的國家開始了曾經(jīng)停滯好多年的電動汽車的研制工作。90年代，世界性的環(huán)境問題和能源危機(jī)愈顯突出，在世界范圍內(nèi)再次掀起環(huán)保節(jié)能汽車的研發(fā)熱潮。由最初電動汽車BEV（BatteryElectricVehicles）發(fā)展為三類：純電動汽車EV（ElectricVehicles）混合電動汽車HEV（HybridElectricVehicles）燃料電池電動汽車FCEV（FuelCellElectricVehicles）。2電動汽車發(fā)展史01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第6

頁HEV——Hybrid-electricVehicle，混合電動技術(shù)的汽車。一般文獻(xiàn)認(rèn)為，混合動力是指將電動機(jī)和輔助動力單元(AuxiliaryPowerUnit，簡稱APU，指燃燒某種燃料的原動機(jī)或由原動機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)組）組合在一起的動力汽車。通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)使兩種動力裝置有機(jī)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)最佳能量分配，達(dá)到低能耗、低污染和高度自動化的新型汽車。最初是為了提高純電動汽車的續(xù)駛里程，增加一個輔助發(fā)電機(jī)組的汽車，后來原動機(jī)被用于協(xié)同電動機(jī)驅(qū)動汽車。再后來發(fā)展為發(fā)動機(jī)為主要動力，電池-電動機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)。3混合動力的概念01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第7

頁世界范圍內(nèi)的石油儲量每天都在減少，燃料價格持續(xù)上漲促使消費(fèi)者轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)性更好、更為省油、更環(huán)保的混合動力汽車。政府考慮到石油作為特殊的戰(zhàn)略物資，也會從維護(hù)國家能源安全的角度，極力促使汽車廠商能夠生產(chǎn)盡量擺脫過分依賴石油的汽車。作為技術(shù)相對成熟的混合動力汽車，消費(fèi)者和政府的雙重行為將促使汽車廠商加大對HEV的研發(fā)與生產(chǎn)力度。4混合動力技術(shù)現(xiàn)狀01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第8

頁4混合動力技術(shù)現(xiàn)狀01混合動力汽車的發(fā)展科技部的“十一五”規(guī)劃中也提出“節(jié)能和新能源汽車共性關(guān)鍵技術(shù)”代表了汽車技術(shù)發(fā)展的方向和重心；把混合動力汽車列為“十一五”重點(diǎn)支持之一，在“十五”“三縱三橫”基礎(chǔ)上繼承和深化。要“以動力系統(tǒng)技術(shù)平臺為核心，促進(jìn)整車產(chǎn)業(yè)發(fā)展；以關(guān)鍵零部件系列化和規(guī)?；龠M(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)；以共性基礎(chǔ)性技術(shù)研究，解決系統(tǒng)總成和關(guān)鍵零部件的瓶頸；以公共支撐平臺建設(shè)，形成HEV研發(fā)產(chǎn)業(yè)環(huán)境?！敝醒搿笆晃濉币?guī)劃建議中也明確提出電動汽車發(fā)展目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)混合動力汽車小批量生產(chǎn)。把降低能耗、維護(hù)環(huán)境、和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提到了前所未有的高度。“國家汽車計(jì)算平臺工程”也把混合動力汽車列入其中。電動汽車技術(shù)與原理第9

頁國內(nèi)外差距國內(nèi)的混合動力和國外差距是非常大。主要表現(xiàn)在：電機(jī)技術(shù)輸出轉(zhuǎn)矩小，效率低，這決定了混合動力車起步和加速性能；逆變技術(shù)也就是如何把內(nèi)燃機(jī)的浪費(fèi)的能量收集儲存為電能的技術(shù)，這決定了混合動力車的節(jié)油能力；電池技術(shù)這決定了混合動力車的質(zhì)量；整車集成方面的能力。美國蒙羅維亞EnergyCS公司改裝Prius，百公里油耗為1L；今年計(jì)劃投資12000美元改裝“充電式油電混合動力車(Plug-inhybrid)”。戴維斯加州大學(xué)佛朗克教授制造了8輛混合動力汽車,其中之一達(dá)到百公里油耗0.945L。4混合動力技術(shù)現(xiàn)狀01混合動力汽車的發(fā)展電動汽車技術(shù)與原理第10

頁有效轉(zhuǎn)矩——發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，以表示，單位為N?m。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動機(jī)曲軸上的阻力矩相平衡。有效功率——發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為有效功率用表示，單位為kW。發(fā)動機(jī)每發(fā)出1KW有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以g為單位），稱為燃油消耗率。(L/100km)1發(fā)動機(jī)的動力性/經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)02發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)電動汽車技術(shù)與原理第11

頁最高車速and最高擋!2驅(qū)動力-行駛阻力（功率）平衡圖02發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)電動汽車技術(shù)與原理第12

頁四條重要的特性曲線：（1）轉(zhuǎn)矩外特性線（2）等油耗線（3）等功率線

(等節(jié)氣門開度線)（4）道路行駛阻力線全特性是全工況面內(nèi)，速度特性與負(fù)荷特性的綜合，用以分析多工況的性能。3發(fā)動機(jī)的萬有特性02發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)電動汽車技術(shù)與原理第13

頁柴油機(jī)車輛和汽油機(jī)車輛的經(jīng)濟(jì)性對比！3發(fā)動機(jī)的萬有特性02發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)電動汽車技術(shù)與原理第14

頁一心一意的執(zhí)著于D擋？4混合動力車的擋位設(shè)置02發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)電動汽車技術(shù)與原理第15

頁1阿特金森循環(huán)03混合動力用發(fā)動機(jī)技術(shù)怎樣有效地利用燃油產(chǎn)生的能源，是提升發(fā)動機(jī)效率的一大關(guān)鍵，自發(fā)動機(jī)誕生之日起，這個課題就一直在進(jìn)行。從19世紀(jì)末的阿特金森循環(huán)，到上世紀(jì)40年代的米勒循環(huán)，壓縮比這個原本恒定的數(shù)值，被一種“另類”的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制打破。話題又一次扯到“壓縮比”這個問題上。想要提升動力，提高壓縮比是一個手段。想要提高燃油經(jīng)濟(jì)型，提高壓縮比也是一個手段。但壓縮比不能無限提升，而且在發(fā)動機(jī)歷史中的“遠(yuǎn)古時代”，這個問題就更難解決了。不過人類的智慧經(jīng)常另辟蹊徑，既然無法提高壓縮比，那就把“膨脹比”搞大。電動汽車技術(shù)與原理第16

頁1阿特金森循環(huán)03混合動力用發(fā)動機(jī)技術(shù)1882年，JamesAtkinson發(fā)明了一款發(fā)動機(jī)，與當(dāng)時的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)不同的是，這款發(fā)動機(jī)壓縮行程和做功行程時，活塞的位移是不一樣的。電動汽車技術(shù)與原理第17

頁1阿特金森循環(huán)03混合動力用發(fā)動機(jī)技術(shù)阿特金森發(fā)動機(jī)連桿的引入不僅影響了活塞行程，作用在曲軸上的力矩也發(fā)生了改變。復(fù)雜的連桿在體積上和故障情況都不如奧托發(fā)動機(jī)，所以在汽車上未能普及，不過船用、發(fā)電等大型柴油機(jī)在很大程度上借鑒了阿特金森發(fā)動機(jī)這種特性。至于用晚閉進(jìn)氣門的方式，讓壓縮比小于膨脹比的形式是否存在于阿特金森發(fā)動機(jī)，目前無從考證（很多文獻(xiàn)都認(rèn)為阿特金森循環(huán)運(yùn)用了晚閉進(jìn)氣門這個方式，但并無依據(jù)，連桿機(jī)構(gòu)對壓縮比的調(diào)整和較長的活塞行程才是阿特金森發(fā)動機(jī)的特色）。電動汽車技術(shù)與原理第18

頁2米勒循環(huán)03混合動力用發(fā)動機(jī)技術(shù)1-2-3-4為傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)PV圖，6-2-3-5為阿特金森/米勒循環(huán)PV圖陰影部分可以理解為阿特金森/米勒額外的活塞行程及其利用的能量這么簡單的控制一個氣門開閉的時機(jī)就制造了膨脹比大于壓縮比的效果，相比傳統(tǒng)奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)，廢氣蘊(yùn)含的能量得以利用。電動汽車技術(shù)與原理第19

頁2023/12/11第19

頁04量產(chǎn)電動汽車電動汽車的主要動力源為電能，車載能量轉(zhuǎn)換為電能通過電機(jī)等動力裝置轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動汽車行駛。電動汽車又包括電池電動汽車、燃料電池電動汽車、超級電容電動汽車、動能電池電動汽車等。以前將混合動力汽車也列為電動汽車，但是目前國家“十二五”規(guī)劃中新的劃分，非插電式混合動力汽車不再屬于新能源車輛，而將其列為了節(jié)能汽車類別。因?yàn)殡妱悠噷儆谛履茉雌囶I(lǐng)域，混合動力被排除在新能源車輛之外，因此也不將混合動力汽車列為電動汽車。原理上講，雖然非插電式混合動力汽車有電動部分，但主要動力源仍然是內(nèi)燃機(jī)，而且混合動力的節(jié)能效果不是十分明顯，國內(nèi)外資料顯示，一般為15%以下。電動汽車技術(shù)與原理第20

頁2023/12/11第20

頁國內(nèi)常見04量產(chǎn)電動汽車圖1.1純電動轎車圖1.2

電動大客車圖1.3

電動高爾夫車圖1.4

電動叉車電動汽車技術(shù)與原理第21

頁2023/12/11第21

頁國內(nèi)常見04量產(chǎn)電動汽車圖1.3

電動高爾夫車圖1.5電動觀光車圖1.6

電動平板車電動汽車技術(shù)與原理第22

頁2023/12/11第22

頁國外常見04量產(chǎn)電動汽車圖1.3

電動高爾夫車圖1.7

電動貨車圖1.8

韓國現(xiàn)代蓄電池電動跑車圖1.9法國圖瑞公司推出的最昂貴的電動汽車電動汽車技術(shù)與原理第23

頁2023/12/11第23

頁上市的主要混合動力車型(品牌)04量產(chǎn)混合動力車電動汽車技術(shù)與原理第24

頁HEV技術(shù)現(xiàn)狀HEV技術(shù)基本成熟，節(jié)能和環(huán)保效果顯著，對電池依賴較小，成本在可接受范圍之內(nèi)。HEV技術(shù)上下兼容，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。HEV技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性、整車可靠性、適應(yīng)性和舒適性。明確提出可充電式混合動力概念04國內(nèi)量產(chǎn)混合動力車電動汽車技術(shù)與原理第25

頁2023/12/11第25

頁05電動汽車關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)劣分析現(xiàn)代電動汽車的核心是高效、清潔和智能化地利用電能驅(qū)動車輛。其關(guān)鍵技術(shù)包括：汽車制造技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、能源技術(shù)、電力驅(qū)動技術(shù)、能量管理技術(shù)、自動控制技術(shù)、材料技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、安全技術(shù)等，還涉及交通、能源、網(wǎng)絡(luò)和城市規(guī)劃等多學(xué)科技術(shù)。將相關(guān)技術(shù)全面整合，合理控制成本，才是電動汽車技術(shù)成功的核心。電動汽車技術(shù)與原理第26

頁2023/12/11第26

頁05電動汽車關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)劣分析1.電力驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動裝置是電力驅(qū)動系統(tǒng)的核心，針對電動汽車設(shè)計(jì)的電動驅(qū)動系統(tǒng)需要滿足以下基本要求：（1）具備高功率密度和高瞬時輸出功率；（2）在電動汽車行駛或爬坡時能夠輸出最大的轉(zhuǎn)矩；（3）具備寬調(diào)速范圍，能夠在各種轉(zhuǎn)速下提供合適的扭矩；（4）具備較高的能量效率；（5）能夠具備高可靠性和魯棒性；（6）實(shí)現(xiàn)制動能量回饋，具有較高的能量回收效率；（7）具備優(yōu)異的性價比；（8）具備合理的外形和構(gòu)造，便于安裝、維修。電動汽車技術(shù)與原理第27

頁2023/12/11第27

頁05電動汽車關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)劣分析2.能量源（1）高能量和能量密度；（2）高功率和功率密度；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電和深度放電的能力；（4）使用壽命長，循環(huán)使用；（5）高充電率和高放電率；（6）使用安全可靠；（7）環(huán)保且可以回收；（8）同一型號的電池的一致性較好；（9）具備較高的性價比。電動汽車技術(shù)與原理第28

頁2023/12/11第28

頁05電動汽車關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)劣分析3.能量管理系統(tǒng)電動汽車需要一套能量管理系統(tǒng)，以便最大限度的利用電動汽車所帶的能量源，更能獲得車輛運(yùn)行的各種信息。其主要是由安裝在電動汽車上的各種傳感器和處理器等組成，從而可以實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）優(yōu)化系統(tǒng)能量流；（2）實(shí)時顯示剩余能量和可繼續(xù)行駛里程數(shù)；（3）提供最佳的駕駛模式；（4）實(shí)時監(jiān)控外界及能量源的溫度情況；（5）實(shí)時監(jiān)控能量源的能量分布情況；（6）提供必要的能量源工作記錄；（7）甄別能量源錯誤信息，監(jiān)控能量源的運(yùn)行狀況。電動汽車技術(shù)與原理第29

頁2023/12/11第29

頁05電動汽車關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)劣分析4.車輛結(jié)構(gòu)現(xiàn)在的電動汽車的生產(chǎn)主要有兩種方式：一種是改裝；另一種是專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。改裝的電動車就是在原有車輛的基礎(chǔ)上，用電動機(jī)，功率轉(zhuǎn)換機(jī)分配裝置、蓄電池等取代現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)和相關(guān)部件。改裝車仍然用原來的底盤，這對小規(guī)模電動汽車生產(chǎn)而言是比較經(jīng)濟(jì)的。但是這類電動車卻又有著天生的缺點(diǎn)：車體重、質(zhì)心高、質(zhì)量分布不平衡等。而對于專門設(shè)計(jì)的電動汽車而言，可以實(shí)現(xiàn)特定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以更加靈活的協(xié)調(diào)各部件和電動系統(tǒng)，車輛結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分配也更加合理。為了提高電動汽車的整體性能，如續(xù)駛里程、最