九年級數(shù)學(xué)下冊第25章投影與視圖251投影2511平行投影與中心投影作業(yè)課件(新版)滬科版

新能源汽車技術(shù)

第1

頁第6章混合動力汽車

6.1概述6.2

混合動力汽車動力系統(tǒng)設(shè)計

6.3

混合動力汽車制動能量回收系統(tǒng)6.4混合動力汽車的能量管理新能源汽車技術(shù)第1頁第6章混合動力汽車6.1新能源汽車技術(shù)

第2

頁6.1概述6.1.1混合動力汽車的分類

1.按連接方式分類：（1）串聯(lián)式混合動力汽車（SHEV）（2）并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV）（3）混聯(lián)式混合動力汽車（PSHEV）2.按混合程度分類（1）微混混合動力汽車（2）輕混混合動力汽車（3）強(qiáng)混混合動力汽車（4）全混混合動力汽車新能源汽車技術(shù)第2頁6.1概述6.1.1混合新能源汽車技術(shù)

第3

頁6.1.1混合動力汽車的分類3.按能否充電分類：（1）插電式混合動力汽車（PHV）（2）常規(guī)混合動力汽車（HEV）新能源汽車技術(shù)第3頁6.1.1混合動力汽車的分新能源汽車技術(shù)

第4

頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理1.串聯(lián)式混合動力汽車串聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)是由發(fā)動機(jī)、發(fā)電動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大主要部件總成組成。

新能源汽車技術(shù)第4頁6.1.2混合動力汽車的組新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理在串聯(lián)式混合動力汽車上，由發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電動機(jī)所產(chǎn)生的電能和蓄電池輸出的電能，共同輸出到電動機(jī)來驅(qū)動汽車行駛，電力驅(qū)動是唯一的驅(qū)動模式。動力流程圖如圖所示。新能源汽車技術(shù)第5頁6.1.2混合動力汽車的組新能源汽車技術(shù)

第6

頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理串聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機(jī)能夠經(jīng)常保持在穩(wěn)定、高效、低污染的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使有害排放氣體控制在最低范圍。從總體結(jié)構(gòu)上看，比較簡單，易于控制，只有電動機(jī)的電力驅(qū)動系統(tǒng)，其特點更加趨近于純電動汽車。三大部件總成在電動汽車上布置起來，有較大的自由度，但各自的功率較大，外形較大，質(zhì)量也較大，在中小型電動汽車上布置有一定的困難。另外在能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失較大。串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)較適合在大型客車上使用。新能源汽車技術(shù)第6頁6.1.2混合動力汽車的組新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理2.并聯(lián)式混合動力汽車并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，該結(jié)構(gòu)主要是由發(fā)動機(jī)、電動機(jī)/發(fā)電動機(jī)兩大部件總成組成，有多種組合型式，可以根據(jù)使用要求選用。

新能源汽車技術(shù)第7頁6.1.2混合動力汽車的組新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的典型動力流程圖如圖所示。發(fā)動機(jī)和電動機(jī)通過某種變速裝置同時與驅(qū)動橋直接相聯(lián)接。

新能源汽車技術(shù)第8頁6.1.2混合動力汽車的組新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的主要元件為動力合成裝置，由于動力合成的實現(xiàn)方法具有多樣性，相應(yīng)的動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也多種多樣，通?？蓺w類為驅(qū)動力合成式、轉(zhuǎn)矩合成式和轉(zhuǎn)速合成式。（1）驅(qū)動力合成式驅(qū)動力合成式并聯(lián)混合動力汽車采用一個小功率的發(fā)動機(jī)，單獨地驅(qū)動汽車的前輪。另外一套電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)單獨地驅(qū)動汽車的后輪，可以在汽車啟動、爬坡或加速時增加混合動力汽車的驅(qū)動力。兩套驅(qū)動系統(tǒng)可以獨立驅(qū)動汽車，也可以聯(lián)合驅(qū)動汽車，使汽車變成四輪驅(qū)動的電動汽車。此種混合動力汽車具有四輪驅(qū)動汽車的特性。新能源汽車技術(shù)第9頁6.1.2混合動力汽車的組新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理（2）轉(zhuǎn)矩合成式(雙軸式和單軸式)轉(zhuǎn)矩合成式并聯(lián)混合動力汽車的發(fā)動機(jī)通過傳動系統(tǒng)直接驅(qū)動混合動力汽車，并直接（單軸式）或間接（雙軸式）帶動電動機(jī)/發(fā)電動機(jī)轉(zhuǎn)動向蓄電池充電。蓄電池也可以向電動機(jī)/發(fā)電動機(jī)提供電能，此時電動機(jī)/發(fā)電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電動機(jī)，可以用來啟動發(fā)動機(jī)或驅(qū)動汽車。

新能源汽車技術(shù)第10頁6.1.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理（3）轉(zhuǎn)速合成式轉(zhuǎn)速合成式并聯(lián)混合動力汽車的發(fā)動機(jī)和電動機(jī)通過離合器和一個“動力組合器”來驅(qū)動汽車。可以利用普通內(nèi)燃機(jī)汽車的大部分傳動系統(tǒng)的總成，電動機(jī)只需通過“動力組合器”與傳動系統(tǒng)連接，結(jié)構(gòu)簡單，改制容易，維修方便。為獲得最佳傳動效果，控制裝備往往十分復(fù)雜。新能源汽車技術(shù)第11頁6.1.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理新能源汽車技術(shù)第12頁6.1.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理3.混聯(lián)式混合動力汽車混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

新能源汽車技術(shù)第13頁6.1.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.2混合動力汽車的組成與原理混聯(lián)式混合動力汽車動力流程圖如圖所示。新能源汽車技術(shù)第14頁6.1.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的特點

混合動力汽車與純電動汽車比較：（1）由于有原動機(jī)作為輔助動力，蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可減少，因此汽車自身重量可以減小；（2）汽車的續(xù)駛里程和動力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的水平；（3）借助原動機(jī)的動力，可帶動空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其它輔助電器，無需消耗蓄電池組有限的電能，從而保證了駕車和乘坐的舒適性。新能源汽車技術(shù)第15頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

混合動力汽車是內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)兩種動力混合驅(qū)動的車輛，這種混合是通過動力耦合器的耦合作用實現(xiàn)的。動力耦合器的形式不僅決定混合動力汽車具備的工作模式，也是功率分配策略制定的依據(jù)，并最終對整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性產(chǎn)生重要影響。動力耦合類型主要有轉(zhuǎn)矩耦合、轉(zhuǎn)速耦合、功率耦合和牽引力耦合等。新能源汽車技術(shù)第16頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

1.轉(zhuǎn)矩耦合轉(zhuǎn)矩耦合式動力系統(tǒng)是指兩個（或多個）動力源的輸出動力在耦合過程中，兩動力源的輸出轉(zhuǎn)矩相互獨立，而輸出轉(zhuǎn)速必須互成比例，最終的合成轉(zhuǎn)矩是兩動力源輸出轉(zhuǎn)矩的耦合疊加。轉(zhuǎn)矩耦合方式可以通過齒輪耦合、磁場耦合、鏈或帶耦合等多種方式實現(xiàn)。（1）齒輪耦合方式。齒輪耦合方式是通過嚙合齒輪（組）將多個輸入動力合成在一起輸出；這種耦合方式結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)單輸入、多輸入等多種驅(qū)動形式，耦合效率較高，控制相對簡單；但由于齒輪是剛性嚙合的，在動力切換、耦合過程中易產(chǎn)生沖擊。新能源汽車技術(shù)第17頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

新能源汽車技術(shù)第18頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

（2）磁場耦合方式。磁場耦合方式是將電機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)動機(jī)輸出軸做成一體，通過磁場作用力將電機(jī)輸出動力和發(fā)動機(jī)輸出動力耦合在一起。這種耦合方式效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，耦合沖擊小，能量回饋方便；但混合度低，電機(jī)一般只能起輔助驅(qū)動的作用。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子具有一定的慣性，所以多用于輕度混合動力汽車上，是目前采用較多的動力耦合方式，如本田Insight混合動力汽車采用的就是磁場耦合方式。新能源汽車技術(shù)第19頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

新能源汽車技術(shù)第20頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

（3）鏈或帶耦合方式。鏈或帶耦合方式是把齒輪改為鏈條或皮帶，通過鏈條或皮帶將兩動力源輸出動力進(jìn)行合成，這種耦合方式結(jié)構(gòu)簡單，沖擊小，但耦合效率低。轉(zhuǎn)矩耦合方式的特點是發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩可控，而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不可控。通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，使發(fā)動機(jī)工作在最佳油耗曲線附近。轉(zhuǎn)矩耦合方式結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，而且無需專門設(shè)計耦合機(jī)構(gòu)，便于在原車基礎(chǔ)上改裝。新能源汽車技術(shù)第21頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

新能源汽車技術(shù)第22頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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新能源汽車技術(shù)第23頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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新能源汽車技術(shù)第24頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.3混合動力汽車的耦合類型

3.功率耦合功率耦合方式的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速分別是發(fā)動機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的線性和，因此發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可控。在采用功率耦合方式的混合動力汽車中，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可以自由控制，而不受汽車工況的影響。因此，理論上可以通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使發(fā)動機(jī)始終處在最佳油耗點工作。但實際上，頻繁調(diào)整發(fā)動機(jī)工作點也可能會使經(jīng)濟(jì)性有所下降，因此，通常的做法是將發(fā)動機(jī)的工作點限定在經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)，緩慢調(diào)整發(fā)動機(jī)的工作點，使發(fā)動機(jī)工作相對穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性能提高。采用功率耦合方式的混合動力電動汽車?yán)碚撋喜恍枰x合器和變速器，而且可實現(xiàn)無級變速。與前兩種耦合系統(tǒng)相比，功率耦合方式無論是對發(fā)動機(jī)工作點的優(yōu)化，還是在整車變速方面，都更具優(yōu)越性。豐田普銳斯混合動力汽車采用的單/雙行星排混合動力系統(tǒng)、雷克薩斯RX400h混合動力汽車采用的雙行星排混合動力系統(tǒng)，都屬于功率耦合方式。新能源汽車技術(shù)第25頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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新能源汽車技術(shù)第26頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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4.牽引力耦合牽引力耦合方式是指發(fā)動機(jī)驅(qū)動前輪（后輪），電機(jī)驅(qū)動后輪（前輪），通過前后車輪驅(qū)動力將多個動力源輸出動力耦合在一起。這種耦合方式結(jié)構(gòu)簡單，改裝方便，可實現(xiàn)單、雙模式驅(qū)動及制動再生等多種驅(qū)動方式，但整車的驅(qū)動控制更為復(fù)雜，適合于四輪驅(qū)動。新能源汽車技術(shù)第27頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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新能源汽車技術(shù)第28頁6.1.3混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.4混合動力汽車的特點混合動力汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車比較：（1）可使原動機(jī)在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運行，避免或減少了發(fā)動機(jī)變工況下的不良運行，使得發(fā)動機(jī)的排污和油耗大為降低；（2）在人口密集的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等地可用純電動方式驅(qū)動車輛，實現(xiàn)零排放；（3）可通過電動機(jī)提供動力，因此可配備功率較小的發(fā)動機(jī)，并可通過電動機(jī)回收汽車減速和制動時的能量，進(jìn)一步降低了汽車的能量消耗和排污。

新能源汽車技術(shù)第29頁6.1.4混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.4混合動力汽車的特點新能源汽車技術(shù)第30頁6.1.4混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.4混合動力汽車的特點新能源汽車技術(shù)第31頁6.1.4混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.5混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)

1．驅(qū)動電動機(jī)及其控制技術(shù)電動機(jī)是電動汽車的心臟，對于混合動力汽車來說，電動機(jī)的重要性與發(fā)動機(jī)是等同的。混合動力汽車對驅(qū)動電動機(jī)的要求是能量密度高、體積小、重量輕、效率高。從發(fā)展趨勢來看，電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)主要集中在交流感應(yīng)電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)上，對于高速、勻速行駛工況，采用感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動較為合適；而對于經(jīng)常起動停止、低速運行的城市工況，永磁電動機(jī)驅(qū)動效率較高。新能源汽車技術(shù)第32頁6.1.5混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.5混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)2．動力電池及其管理系統(tǒng)動力電池是混合動力汽車的基本組成單元，其性能直接影響到驅(qū)動電動機(jī)的性能，從而影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放?；旌蟿恿ζ囉玫碾姵毓ぷ髫?fù)荷大，對功率密度要求較高。但體積和容量小，而且電池的SOC工作區(qū)間較窄，對循環(huán)壽命要求高。開發(fā)適合混合動力汽車的專用動力電池是確定于混合動力汽車能否大量推廣使用的重要因素之一。如何全面、準(zhǔn)確地對動力電池進(jìn)行管理，是決定動力電池能否發(fā)揮最佳效能的重要因素。新能源汽車技術(shù)第33頁6.1.5混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.5混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)3．整車能量管理控制系統(tǒng)混合動力汽車的整車能量控制系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行整車功率控制和工作模式切換的控制。整車能量控制系統(tǒng)如同混合動力汽車的大腦，指揮各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到效率、排放和動力性的最佳，同時兼顧行駛車輛的平順性。新能源汽車技術(shù)第34頁6.1.5混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.5混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)4．動力傳動系統(tǒng)匹配混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合動力汽車設(shè)計的一個重要內(nèi)容，直接影響混合動力汽車將來的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能，它包括合理的選擇和匹配發(fā)動機(jī)功率、動力電池容量和電動機(jī)的功率等，以確定車輛的混合度，組成性能最優(yōu)的混合驅(qū)動系統(tǒng)。新能源汽車技術(shù)第35頁6.1.5混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.5混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)5．能量再生制動回收系統(tǒng)能量再生制動回收是混合動力汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性的又一重要途徑，由于制動關(guān)系到行車安全性，如何在最大限度回收制動時的車輛動能與保證安全的制動距離和車輛行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是再生制動系統(tǒng)需要解決的難題之一，再生制動系統(tǒng)與車輛防抱死制動系統(tǒng)的結(jié)合可以完美地解決這一難題。新能源汽車技術(shù)第36頁6.1.5混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.1.5混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)6．先進(jìn)車輛控制技術(shù)在混合動力汽車上的應(yīng)用傳統(tǒng)汽車的車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)與混合動力系統(tǒng)控制以及制動能量回收控制的結(jié)合，將是混合動力汽車控制技術(shù)的下一個研究熱點。另外，隨著混合動力汽車研究的深入，傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動控制系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等如何與混合動力汽車的能量管理及動力系統(tǒng)控制相結(jié)合，將越來越顯示其重要性與必要性。新能源汽車技術(shù)第37頁6.1.5混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.2混合動力汽車動力系統(tǒng)設(shè)計

在混合動力汽車中，動力源部件的協(xié)調(diào)工作對整車的性能影響很大，尤其對混聯(lián)式混合動力汽車，由于動力分配裝置的存在，對動力源部件的匹配及合理控制要求更高?；旌蟿恿ζ嚝@得高的燃油經(jīng)濟(jì)性主要通過以下原則來實現(xiàn)：(1)將較小型發(fā)動機(jī)安裝在汽車上并使發(fā)動機(jī)在較高負(fù)荷下工作(獲取較高的效率)；(2)將制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能用于汽車加速或為其提供動力；(3)采用高效率的電動機(jī)將汽車從靜止?fàn)顟B(tài)起動起來等。下面以某汽車為例，保持原車的外形參數(shù)不變，只對其動力系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，動力系統(tǒng)采用混聯(lián)式結(jié)構(gòu)。新能源汽車技術(shù)第38頁6.2混合動力汽車動力系新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.1發(fā)動機(jī)

發(fā)動機(jī)功率的選擇對混聯(lián)式混合動力傳動系的設(shè)計至關(guān)重要。發(fā)動機(jī)功率偏大，車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能就差；發(fā)動機(jī)功率偏小，后備功率就小，電動機(jī)只有提供更多的驅(qū)動功率，才能滿足一定的車輛行駛性能要求，這勢必引起電動機(jī)和電池組容量取值的增大和車輛成本的增加。另外，電池組數(shù)目增多，在車輛上布置困難，車重增加，僅依靠發(fā)動機(jī)的富裕功率難以維持電池組的額定電量，限制了車輛的續(xù)駛里程。汽車行駛時功率平衡方程式為新能源汽車技術(shù)第39頁6.2.1發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.1發(fā)動機(jī)

汽車在勻速行駛時各種坡度下行駛車速與所需功率的關(guān)系曲線，如圖所示。設(shè)計發(fā)動機(jī)的最大功率為55kW，最高轉(zhuǎn)速為6000r/min。新能源汽車技術(shù)第40頁6.2.1發(fā)動機(jī)汽車在新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.2電動機(jī)

電動機(jī)在混聯(lián)式混合動力汽車上起著很重要的作用，它既可以作啟動電動機(jī)使用，又可以起到串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)中電動機(jī)的作用，還可以在制動時作為發(fā)電動機(jī)回收制動能量。因此，在混聯(lián)式混合動力汽車上對以電動和發(fā)電模式工作的電動機(jī)有更高的要求：恒轉(zhuǎn)矩、恒功率(弱磁控制)工作，高效率的大功率輸出，接近雙倍功率的過載量?；旌蟿恿ζ嚿鲜褂玫碾妱訖C(jī)有直流電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)等。研究開發(fā)體積小、重量輕、工作可靠以及動態(tài)響應(yīng)好的電動機(jī)，對混合動力汽車進(jìn)一步提高動力性和經(jīng)濟(jì)性極為重要。新能源汽車技術(shù)第41頁6.2.2電動機(jī)電動機(jī)新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.2電動機(jī)1．逆變器/電動機(jī)控制策略新能源汽車技術(shù)第42頁6.2.2電動機(jī)1．逆變新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.2電動機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩—速度曲線給出了牽引驅(qū)動期望的寬調(diào)速范圍輪廓，它具有三個特征工作區(qū)：恒轉(zhuǎn)矩、恒功率和有限轉(zhuǎn)差。恒轉(zhuǎn)矩區(qū)是從零轉(zhuǎn)速到基速。在這個區(qū)域里，逆變器在脈寬調(diào)制模式下工作為電動機(jī)提供變化的頻率和變化的電壓。為恒功率區(qū)的范圍從基速到最大速度。在這個區(qū)域里，逆變器給電動機(jī)提供可變頻率，而交流電壓保持不變。

新能源汽車技術(shù)第43頁6.2.2電動機(jī)電動機(jī)的新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.2電動機(jī)2．電動機(jī)功率設(shè)計通常，適用于電動車輛使用的電動機(jī)外特性為：在額定轉(zhuǎn)速以下，電動機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩模式工作，在額定轉(zhuǎn)速以上，以恒功率模式工作。相應(yīng)參數(shù)選取包括：電動機(jī)額定功率、電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速與電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速。依據(jù)控制策略，電動機(jī)起動功率應(yīng)滿足汽車的最大爬坡度和加速時間要求?？稍O(shè)汽車在混合驅(qū)動工況時以最大速比原地起步加速或爬坡，油門全開，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，控制發(fā)動機(jī)保持在該點工作，并控制電動機(jī)保持在該轉(zhuǎn)速下工作，調(diào)整發(fā)電動機(jī)轉(zhuǎn)速及速比來增大車速。新能源汽車技術(shù)第44頁6.2.2電動機(jī)2．電動新能源汽車技術(shù)

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頁6.2.2電動機(jī)由最大爬坡度要求得由原地起步加速時間要求得新能源汽車技術(shù)第45頁6.2.2電動機(jī)由最大爬新能源汽車技術(shù)

第46

頁6.2.2電動機(jī)使用MATLAB中的函數(shù)fzero求解，得到滿足加速時間或最大爬坡度要求的最小電動機(jī)啟動功率，取兩者之中較大值作為電動機(jī)啟動功率。數(shù)值整數(shù)化后為40kW。電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對傳動系的尺寸、電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩都有影響。考慮到上面因素的影響，選取電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速為9000r/min，擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)4.5。對仿真結(jié)果分析可知當(dāng)發(fā)動機(jī)、電動機(jī)與蓄電池功率不變，并且整車總質(zhì)量不變時，改變發(fā)電動機(jī)的功率值對整車的動力性與經(jīng)濟(jì)性影響非常微小，因此本車采用小型輕量高效的交流永磁同步電動機(jī)。功率為15kW，質(zhì)量為33kg。

新能源汽車技術(shù)第46頁6.2.2電動機(jī)使用MA新能源汽車技術(shù)

第47

頁6.2.3儲能裝置目前，電化學(xué)蓄電池仍是多源混合驅(qū)動的一個基本組成元素，無論是在串聯(lián)、并聯(lián)還是在混聯(lián)的混合傳動結(jié)構(gòu)中，電化學(xué)蓄電池都被用做輔助能源。大多數(shù)混合電動車輛在再生制動時就像通常的電動車一樣：牽引電動機(jī)工作于發(fā)電模式，汽車的動能通過牽引電動機(jī)傳遞給電池?；旌蟿恿ζ囉秒姵夭粌H需要高能量密度，而且還需要高功率密度。研究與開發(fā)高性能、低成本、壽命長的電池，仍然是發(fā)展混合動力汽車的關(guān)鍵問題之一。

新能源汽車技術(shù)第47頁6.2.3儲能裝置目前新能源汽車技術(shù)

第48

頁6.2.3儲能裝置1.蓄電池通用模型

放電時：充電時：新能源汽車技術(shù)第48頁6.2.3儲能裝置1.新能源汽車技術(shù)

第49

頁6.2.3儲能裝置蓄電池放電：

新能源汽車技術(shù)第49頁6.2.3儲能裝置蓄電新能源汽車技術(shù)

第50

頁6.2.3儲能裝置新能源汽車技術(shù)第50頁6.2.3儲能裝置新能源汽車技術(shù)

第51

頁6.2.3儲能裝置

蓄電池充電：新能源汽車技術(shù)第51頁6.2.3儲能裝置蓄電新能源汽車技術(shù)

第52

頁6.2.3儲能裝置蓄電池不工作時：

新能源汽車技術(shù)第52頁6.2.3儲能裝置蓄電新能源汽車技術(shù)

第53

頁6.2.3儲能裝置2．蓄電池功率設(shè)計

具體的汽車行駛功率的變化與蓄電池的瞬時負(fù)載電流、電壓和內(nèi)阻的變化，特別是與蓄電池中得出能量變化密切相關(guān)。內(nèi)阻為

電動勢為新能源汽車技術(shù)第53頁6.2.3儲能裝置2．新能源汽車技術(shù)

第54

頁6.2.3儲能裝置3．蓄電池仿真模型（1）蓄電池開路電壓和內(nèi)阻計算模塊；（2）功率限制模塊；（3）蓄電池負(fù)載電流計算模塊；（4）SOC計算模塊；（5）蓄電池散熱模型；（6）蓄電池總成模型。新能源汽車技術(shù)第54頁6.2.3儲能裝置3．新能源汽車技術(shù)

第55

頁蓄電池總成模型

新能源汽車技術(shù)第55頁蓄電池總成模型新能源汽車技術(shù)

第56

頁6.2.4動力分配裝置

動力分配裝置圖

通過對行星機(jī)構(gòu)的變速比和受力分析可以得到如下方程：新能源汽車技術(shù)第56頁6.2.4動力分配裝置新能源汽車技術(shù)

第57

頁6.2.4動力分配裝置

驅(qū)動力：

混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的行星齒輪機(jī)構(gòu)可以充分滿足車輛用任何一種獨立驅(qū)動模式或任何一種混合驅(qū)動模式，平穩(wěn)有序的運轉(zhuǎn)來帶動車輛行駛，不會發(fā)生任何的運動干擾。用多能源動力總成控制模塊，隨機(jī)的轉(zhuǎn)換車輛的驅(qū)動模式，使發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)始終保持最佳效率狀態(tài)。

新能源汽車技術(shù)第57頁6.2.4動力分配裝置新能源汽車技術(shù)

第58

頁6.2.5整車仿真模型

新能源汽車技術(shù)第58頁6.2.5整車仿真模型新能源汽車技術(shù)

第59

頁6.2.6控制策略

混聯(lián)式混合動力汽車有以下幾種控制方法：恒工作點控制方法，由于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可以不受制于汽車復(fù)雜的工況，驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略與串聯(lián)式HEV相似；總功率損失最小化原則，功率的分配可以根據(jù)總功率損失最小來定義，包括所有零部件的總效率損失；維持電池的SOC值，在這種方法中，當(dāng)車輛需要較大的加速時，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)同時驅(qū)動車輪。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是通過行星齒輪裝置結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了控制方法的可操作性。此處采用了以設(shè)定車速和電池荷電狀態(tài)SOC為控制信號的控制方法。通過動力分配裝置的執(zhí)行，靈活的選用最優(yōu)的能量流動途徑，其工作模式及能量流動如圖所示：

新能源汽車技術(shù)第59頁6.2.6控制策略混聯(lián)新能源汽車技術(shù)

第60

頁6.2.6控制策略新能源汽車技術(shù)第60頁6.2.6控制策略新能源汽車技術(shù)

第61

頁6.2.6控制策略

圖中字母所代表的能量流動方向如下：A：電池組——電動機(jī)——車輪；B：發(fā)動機(jī)——車輪；C：發(fā)動機(jī)——發(fā)電動機(jī)——電動機(jī)——車輪；D：發(fā)動機(jī)——發(fā)電動機(jī)——電池組；E：車輪——電動機(jī)——電池組。新能源汽車技術(shù)第61頁6.2.6控制策略圖新能源汽車技術(shù)

第62

頁6.2.6控制策略車輛起動或輕載工況：此時，由于發(fā)動機(jī)不能有效地工作，所以關(guān)閉發(fā)動機(jī)，而由電動機(jī)單獨驅(qū)動車輛；車輛正常行駛工況：此時，發(fā)動機(jī)輸出功率的一部分用于直接驅(qū)動車輛，剩余部分經(jīng)發(fā)電動機(jī)轉(zhuǎn)化為電能后向電動機(jī)供電（B）、（C）；全節(jié)氣門開度加速工況：此時，由電動機(jī)和發(fā)電動機(jī)共同驅(qū)動功率（A）、（B）、（C）；減速/制動工況：此時，電動機(jī)以發(fā)電模式工作，實現(xiàn)再生制動（D）；電池組充電工況：當(dāng)車載電池組電量偏低時，即使已經(jīng)停車，發(fā)動機(jī)也應(yīng)繼續(xù)工作并對電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電（E）。

新能源汽車技術(shù)第62頁6.2.6控制策略車輛起新能源汽車技術(shù)

第63

頁6.2.7仿真實例

在汽車這樣一個非常復(fù)雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)中，單純的建立數(shù)學(xué)模型來對設(shè)計變量進(jìn)行優(yōu)化是很不現(xiàn)實的，很多所謂的優(yōu)化匹配都是使用動力性指標(biāo)作為約束簡單計算得來的，得到的數(shù)據(jù)只是建立在理論分析基礎(chǔ)上的，并沒有達(dá)到真正意義上的優(yōu)化?？梢允褂梅抡孳浖嗀DVISOR與數(shù)值計算的結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化，效果顯然高于簡單的計算選取。在前面合理設(shè)計的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上會使所需測試的數(shù)據(jù)大大減小，加快優(yōu)化速度。

新能源汽車技術(shù)第63頁6.2.7仿真實例在汽新能源汽車技術(shù)

第64

頁6.2.7仿真實例

只有三大動力元件功率變化的情況下，對于整車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性有如下的函數(shù)關(guān)系：

0~100km加速時間：最大爬坡度：燃油消耗量：

HC排放量：

CO排放量：

NOx排放量：

為發(fā)動機(jī)功率；為電動機(jī)功率；為電池組功率。

新能源汽車技術(shù)第64頁6.2.7仿真實例新能源汽車技術(shù)

第65

頁6.2.7仿真實例通過以上函數(shù)，對各種性能的重要性進(jìn)行加權(quán)值分析，使用MATLAB中的MIN函數(shù)容易得到插值數(shù)據(jù)中的最小值，同時找出對應(yīng)于最小值的設(shè)計變量值作為最終的設(shè)計結(jié)果。得到動力源優(yōu)化分配的結(jié)果之后，再次使用仿真軟件對整車的性能進(jìn)行仿真分析，在UDDS循環(huán)工況下分別對使用傳統(tǒng)設(shè)計方法和優(yōu)化設(shè)計方法得到的整車性能進(jìn)行仿真分析。

新能源汽車技術(shù)第65頁6.2.7仿真實例通過以新能源汽車技術(shù)

第66

頁

6.2.7仿真實例新能源汽車技術(shù)第66頁6.2.7仿真實例新能源汽車技術(shù)

第67

頁6.2.7仿真實例（1）在沒有降低原車動力性的條件下，經(jīng)改裝的混聯(lián)式混合動力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性與排放性能都有明顯的改善，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。（2）采用傳統(tǒng)設(shè)計方法改裝的車在動力性上稍好于采用優(yōu)化方法改裝的車，但在經(jīng)濟(jì)性上后者要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前者，在車的動力性沒有降低的情況下，盲目的提高動力性是沒有必要的，這就說明了傳統(tǒng)的設(shè)計方法得到的結(jié)果并不是最優(yōu)解，優(yōu)化出來的設(shè)計值才能使整車的綜合性能達(dá)到最佳。

新能源汽車技術(shù)第67頁6.2.7仿真實例（1）新能源汽車技術(shù)

第68

頁6.3混合動力汽車制動能量回收系統(tǒng)

制動能量回收系統(tǒng)又叫再生制動系統(tǒng)，是指汽車在制動或下坡時將儲存于車身上的勢能和動能，通過電動機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，并儲存于儲能裝置中的過程。再生制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理如圖所示，由驅(qū)動輪、主減速器、變速器、電動機(jī)、AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、能量儲存系統(tǒng)以及控制器組成。新能源汽車技術(shù)第68頁6.3混合動力汽車制動能新能源汽車技術(shù)

第69

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略

混合動力汽車制動力由前、后輪制動器提供的制動力和電動機(jī)提供的再生制動力三部分組成，其中再生制動力只作用在驅(qū)動輪上。三種控制策略：（1）前、后輪制動力理想分配時的控制策略；（2）前、后輪制動力比例分配時的控制策略；（3）最優(yōu)能量回收控制策略。新能源汽車技術(shù)第69頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第70

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略

1.前、后輪制動力理想分配時的控制策略汽車制動時，如果前、后輪制動力理想分配，則前、后輪同時抱死，對附著條件的利用、制動時汽車的方向穩(wěn)定性均有利。新能源汽車技術(shù)第70頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第71

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略前、后輪制動力理想分配時的控制策略如圖所示。新能源汽車技術(shù)第71頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第72

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略圖中橫軸為前軸上的總制動力，縱軸為后軸上的總制動力。當(dāng)減速度要求較小時，僅再生制動系統(tǒng)工作。當(dāng)制動減速度增大時，前后軸制動力將被控制在理想制動力分配曲線上。其中前軸制動力等于再生制動力和機(jī)械制動力總和。當(dāng)控制系統(tǒng)得到駕駛員的減速度要求時，將根據(jù)制動電動機(jī)的特性和車載能量存儲系統(tǒng)的SOC值來決定驅(qū)動軸制動力由再生制動系統(tǒng)單獨提供，還是由機(jī)械制動系統(tǒng)和再生制動系統(tǒng)共同提供。新能源汽車技術(shù)第72頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第73

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略2.前、后輪制動力比例分配時的控制策略并行制動是指再生制動與機(jī)械制動以固定的關(guān)系分享驅(qū)動輪制動力。也就是說，驅(qū)動輪制動力等于再生制動力與機(jī)械制動力總和。并行制動的控制策略如圖所示。新能源汽車技術(shù)第73頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第74

頁

6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略3.最優(yōu)能量回收控制策略最優(yōu)能量回收控制策略是指，當(dāng)總制動力需求小于此時能提供的最大再生制動力時，僅由再生制動力起作用；當(dāng)總制動力大于此時能提供的最大再生制動力時，總制動力減去最大再生制動力是應(yīng)該提供的機(jī)械制動力，剩余的需提供的機(jī)械制動力將分配為前輪機(jī)械制動力和后輪機(jī)械制動力。前、后輪機(jī)械制動力的分配按照盡量使總的前、后輪制動力分配接近理想制動力曲線。新能源汽車技術(shù)第74頁6.3.1混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第75

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略新能源汽車技術(shù)第75頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第76

頁6.3.1混合動力汽車制動力分配控制策略最優(yōu)能量回收控制策略存在以下幾種情況：（1）如果現(xiàn)有的最大再生制動力在AB線段在橫坐標(biāo)的投影范圍內(nèi)，例如圖中點C在橫坐標(biāo)的投影，那么作用在前軸上的制動力應(yīng)該由電動機(jī)單獨提供，制動力控制器應(yīng)該將后輪制動力控制在點C所對應(yīng)的點上。（2）如果現(xiàn)有的再生制動力在A點橫坐標(biāo)左邊，再生制動力應(yīng)該控制在電動機(jī)的最大制動力處，并且制動力控制器應(yīng)該控制前、后輪摩擦制動力達(dá)到圖中D點。（3）在需要制動力很小的情況下，再生制動力自己可以滿足要求，則只用再生制動力。新能源汽車技術(shù)第76頁6.3.1混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第77

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)

下面以并聯(lián)式混合動力汽車為例，介紹如何實現(xiàn)制動力分配控制策略。ADVISOR軟件設(shè)計了車輛（Vehicle）、發(fā)動機(jī)（FuelConverter，燃料轉(zhuǎn)換器），蓄電池系統(tǒng)（EnergyStorageSystem，能源儲存系統(tǒng)）和電動機(jī)系統(tǒng)（Motor）等多個部件的仿真模型，并聯(lián)式混合動力汽車的仿真模型，每個仿真模型都有各自的部件數(shù)據(jù)文件，它們位于\ADVISOR2002\data目錄下的各自子目錄中。新能源汽車技術(shù)第77頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第78

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)并聯(lián)式混合動力汽車仿真模型

新能源汽車技術(shù)第78頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第79

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)1.ADVISOR中的制動力分配模型

ADVISOR是集后向仿真與前向仿真于一體的軟件。后向仿真程序通常不能包括駕駛員行為模型，并且只能通過迭代預(yù)測最大極限性能。前向仿真包括了駕駛員模型，可以試圖調(diào)整喉管和制動命令來跟蹤預(yù)定的行駛工況。前向仿真程序擅長最大極限性能的計算，但是計算速度通常較慢。

新能源汽車技術(shù)第79頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第80

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)

2.理想制動力分配策略實現(xiàn)理想制動力分配時前輪和后輪的總制動力按照I曲線分配，而驅(qū)動輪上的摩擦制動力和再生制動力分配是按照這樣一個原則：當(dāng)驅(qū)動輪上總的制動力小于等于此時能夠提供的再生制動力時，只有再生制動力起作用；當(dāng)驅(qū)動輪上總的制動力大于此時能夠提供的再生制動力時，再生制動力工作在最大值，其它制動力由摩擦制動力補(bǔ)充。

新能源汽車技術(shù)第80頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第81

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)新能源汽車技術(shù)第81頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第82

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)3.并行制動力分配策略實現(xiàn)新能源汽車技術(shù)第82頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第83

頁6.3.2混合動力汽車制動力分配控制策略的實現(xiàn)4.最優(yōu)制動力分配策略實現(xiàn)

新能源汽車技術(shù)第83頁6.3.2混合動力汽車制新能源汽車技術(shù)

第84

頁6.4混合動力汽車的能量管理

作為一種新型的多能量源交通工具，混合動力汽車的性能與其采用的能量管理策略密切相關(guān)，能量管理策略是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車完美結(jié)合的紐帶，是混合動力汽車成敗的最終決定性因素。能量管理策略的控制目標(biāo)是根據(jù)駕駛員的操作，如加速踏板、制動踏板等，判斷駕駛員的意圖，在滿足車輛動力性能的前提下，最優(yōu)的分配電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、動力電池等部件的功率輸出，實現(xiàn)能量的最優(yōu)分配，提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。由于混合動力汽車中電池不需要外部充電，能量管理策略還應(yīng)考慮動力電池的荷電狀態(tài)平衡，以延長電池壽命，降低車輛維護(hù)成本。新能源汽車技術(shù)第84頁6.4混合動力汽車的能量新能源汽車技術(shù)

第85

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略

1.串聯(lián)式混合動力汽車的能量管理策略由于串聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機(jī)與汽車行駛工況沒有直接聯(lián)系，因此能量管理策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。為了優(yōu)化能量分配整體效率，還應(yīng)考慮傳動系統(tǒng)的動力電池、發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和發(fā)電動機(jī)等部件。三種基本的能量管理策略：（1）恒溫器策略（2）功率跟蹤式策略（3）基本規(guī)則型策略新能源汽車技術(shù)第85頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第86

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略

(1)恒溫器策略當(dāng)動力電池SOC低于設(shè)定的低門限值時，啟動發(fā)動機(jī)，在最低油耗或排放點按恒功率模式輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動功率要求，另一部分功率給動力電池充電。而當(dāng)動力電池組SOC上升到所設(shè)定的高門限值時，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，由電動機(jī)驅(qū)動車輛。其優(yōu)點是發(fā)動機(jī)效率高、排放低，缺點是動力電池充放電頻繁，加上發(fā)動機(jī)開關(guān)時的動態(tài)損耗，使得系統(tǒng)總體的損失功率變大，能量轉(zhuǎn)換效率較低。新能源汽車技術(shù)第86頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第87

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略

(2)功率跟蹤式策略由發(fā)動機(jī)全程跟蹤車輛功率需求，只有在動力電池的SOC大于SOC設(shè)定上限時，且僅由動力電池提供的功率能滿足車輛需求時，發(fā)動機(jī)才停機(jī)或怠速運行。由于動力電池容量小，動力電池充放電次數(shù)減少而使得系統(tǒng)內(nèi)部損失減少。但是發(fā)動機(jī)必須在從低到高的較大負(fù)荷區(qū)內(nèi)運行，使得發(fā)動機(jī)效率和排放不如恒溫器策略。新能源汽車技術(shù)第87頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第88

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略

(3)基本規(guī)則型策略該策略綜合了恒溫器策略與功率跟蹤式策略兩者的優(yōu)點，根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性圖設(shè)定了高效率工作區(qū)，根據(jù)動力電池的充放電特性設(shè)定了動力電池高效率的荷電狀態(tài)范圍。并設(shè)定一組控制規(guī)則，根據(jù)需求功率和SOC進(jìn)行控制，以充分利用發(fā)動機(jī)和動力電池的高效率區(qū)，使其達(dá)到整體效率最高。新能源汽車技術(shù)第88頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略2.并聯(lián)式混合動力汽車的能量管理策略并聯(lián)式混合動力汽車的能量管理策略基本屬于基于轉(zhuǎn)矩的控制。目前主要有以下四類：（1）靜態(tài)邏輯門限策略實現(xiàn)簡單，實際應(yīng)用廣泛。但由于主要依靠工程經(jīng)驗設(shè)置門限參數(shù)，靜態(tài)邏輯門限策略無法保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應(yīng)工況的動態(tài)變化，無法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。新能源汽車技術(shù)第89頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

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頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略（2）瞬時優(yōu)化能量管理策略瞬時優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，等效燃油消耗最小方法在每一步長內(nèi)是最優(yōu)的，但無法保證在整個運行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)，而且需要大量的浮點運算和比較精確的車輛模型，計算量大，實現(xiàn)困難。（3）全局最優(yōu)能量管理策略全局優(yōu)化模式實現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復(fù)雜，計算量也很大，在實際車輛的實時控制中很難得到應(yīng)用。

新能源汽車技術(shù)第90頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第91

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略（4）模糊能量管理策略該策略基于模糊控制方法來決策混合動力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，將“專家”的知識以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池SOC、需求功率/轉(zhuǎn)矩等輸入量模糊化，基于設(shè)定的控制規(guī)則來完成決策，以實現(xiàn)對混合動力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能?；谀：壿嫷牟呗钥梢员磉_(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則；可以方便地實現(xiàn)不同影響因素(功率需求、SOC、電動機(jī)效率等)的折中；魯棒性好。但是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗，無法獲得全局最優(yōu)。新能源汽車技術(shù)第91頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第92

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略3.混聯(lián)式混合動力汽車的能量管理策略混聯(lián)式混合動力汽車由于其特有的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如采用行星齒輪傳動，除了采用瞬時優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能量管理策略（與并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略原理類似)以外，還有一些特有的能量管理策略。

新能源汽車技術(shù)第92頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第93

頁6.4.1混合動力汽車的能量管理策略（1）發(fā)動機(jī)恒定工作點策略由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可以獨立于車速變化，這樣使發(fā)動機(jī)工作在最優(yōu)工作點，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動機(jī)提供。這樣電動機(jī)來負(fù)責(zé)動態(tài)部分，避免了發(fā)動機(jī)動態(tài)調(diào)節(jié)帶來的損失，而且與發(fā)動機(jī)相比，電動機(jī)的控制也更為靈敏，易于實現(xiàn)。（2）發(fā)動機(jī)最優(yōu)工作曲線策略發(fā)動機(jī)工作在萬有特性圖中最佳油耗線上，只有當(dāng)發(fā)電動機(jī)電流需求超出電池的接受能力或者當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動電流需求超出電動機(jī)或電池的允許限制時，才調(diào)整發(fā)動機(jī)的工作點。新能源汽車技術(shù)第93頁6.4.1混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第94

頁6.4.2混合動力汽車的工作模式

混合動力汽車的實際運行工況十分復(fù)雜，主要包括起步、加速、減速、巡航、上坡、下坡、制動、停車、倒車等?；旌蟿恿ζ囀怯蓛煞N動力源驅(qū)動，由于發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套動力系統(tǒng)分別具有不同的高效工作區(qū)，為了充分發(fā)揮混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢，汽車在不同的運行工況下，應(yīng)具有多種不同的工作模式，以充分提高車輛整體性能。新能源汽車技術(shù)第94頁6.4.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第95

頁6.4.2混合動力汽車的工作模式

1.串聯(lián)式混合動力汽車的工作模式

：（1）純電動模式——發(fā)動機(jī)關(guān)閉，車輛僅由蓄電池組供電、驅(qū)動。（2）純發(fā)動機(jī)模式——車輛牽引功率僅來源發(fā)動機(jī)-發(fā)電動機(jī)組，而蓄電池組既不供電也不從驅(qū)動系統(tǒng)中吸收任何功率，電設(shè)備組用作從發(fā)動機(jī)到驅(qū)動輪的電傳動系。（3）混合模式——牽引功率由發(fā)動機(jī)-發(fā)電動機(jī)組和蓄電池組共同提供。（4）發(fā)動機(jī)牽引和蓄電池充電模式——發(fā)動機(jī)-發(fā)電動機(jī)組供給向蓄電池組充電和驅(qū)動車輛所需的功率。新能源汽車技術(shù)第95頁6.4.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第96

頁6.4.2混合動力汽車的工作模式（5）再生制動模式——發(fā)動機(jī)-發(fā)電動機(jī)組關(guān)閉，牽引電動機(jī)產(chǎn)生的電功率用于向蓄電池組充電。（6）蓄電池組充電模式——牽引電動機(jī)不接受功率，發(fā)動機(jī)-發(fā)電動機(jī)組向蓄電池組充電。（7）混合式蓄電池充電模式——發(fā)動機(jī)-發(fā)電動機(jī)組和運行在發(fā)電動機(jī)狀態(tài)下的牽引電動機(jī)共同向蓄電池組充電。新能源汽車技術(shù)第96頁6.4.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第97

頁6.4.2混合動力汽車的工作模式2.并聯(lián)式混合動力汽車的工作模式（1）純電動模式——汽車處于起步、低速等輕載工況且動力電池的電量充足時，由動力電池提供能量并以電動機(jī)驅(qū)動車輛。（2）純發(fā)動機(jī)模式——車輛高速行駛等中等負(fù)荷時，主要由發(fā)動機(jī)提供動力。（3）混合驅(qū)動模式——

在加速或爬坡等大負(fù)荷情況下，當(dāng)車輛行駛所需的動力超過發(fā)動機(jī)工作范圍或高效區(qū)時，由電動機(jī)提供輔助動力同發(fā)動機(jī)一同驅(qū)動車輛。若此時動力電池的剩余電量較低，則轉(zhuǎn)換到純發(fā)動機(jī)模式。

新能源汽車技術(shù)第97頁6.4.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第98

頁6.4.2混合動力汽車的工作模式（4）行車充電模式——在車輛正常行駛等中低負(fù)荷時，若動力電池的剩余電量較低，發(fā)動機(jī)除了要提供驅(qū)動車輛所需的動力外，還要提供額外的功率通過電動機(jī)發(fā)電以轉(zhuǎn)換成電能給動力電池充電。

（5）再生制動模式——當(dāng)混合動力汽車減速/制動時，發(fā)動機(jī)不工作，電動機(jī)盡可能多地回收再生制動能量，剩余部分由機(jī)械制動器消耗。（6）怠速/停車模式——在怠速/停車模式中，通常關(guān)閉發(fā)動機(jī)和電動機(jī)，但當(dāng)動力電池剩余電量較低時，需要開啟發(fā)動機(jī)和電動機(jī)，控制發(fā)動機(jī)工作于高效區(qū)并拖動電動機(jī)為動力電池充電。

新能源汽車技術(shù)第98頁6.4.2混合動力汽車的新能源汽車技術(shù)

第99

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略

以并聯(lián)混合動力汽車為例。并聯(lián)混合動力汽車的能量管理系統(tǒng)普遍采用分級分布式結(jié)構(gòu)。最上層為能量管理系統(tǒng)的決策單元，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個低端控制器；中間一層包括多個低端控制器；最下層為各個執(zhí)行器。能量管理系統(tǒng)的決策單元接受駕駛員輸人的指令、各個執(zhí)行器的信息和環(huán)境信息，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的工作。新能源汽車技術(shù)第99頁6.4.3混合動力汽車模新能源汽車技術(shù)

第100

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略

1．并聯(lián)混合動力汽車的能量管理策略對同一種并聯(lián)形式的混合動力汽車來說，采用不同的管理策略可以得到不同的燃油消耗、排放和電池的SOC狀態(tài)值。在設(shè)計混合動力汽車的時候，主要目的是在保證汽車性能的條件下降低汽車的燃油消耗和排放，同時，還要兼顧電池的壽命問題，基于這些目標(biāo)，根據(jù)不同的側(cè)重點，可以制定不同的能量管理策略。并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的整車能量管理主要解決系統(tǒng)運行模式的切換和混合模式下功率的分配。新能源汽車技術(shù)第100頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第101

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略并聯(lián)混合動力系統(tǒng)有多種運行(能量流動)模式。根據(jù)不同的工況要求，以優(yōu)化各部件工作點為目的，可以在這些運行模式中進(jìn)行切換，主要有巡航模式、加速模式、減速模式、起步模式和駐車模式等，以適應(yīng)不同的工況。功率分配是系統(tǒng)能量管理策略研究的關(guān)鍵。通常功率分配都被看作是一個以減小油耗和改善排放為目標(biāo)的優(yōu)化問題。功率分配決定了混合動力系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)的工作區(qū)域。根據(jù)優(yōu)化程度(或者說發(fā)動機(jī)工作點選擇方式)的不同，采用的功率分配策略也不同。大體上可以分為：恒定工作點策略、優(yōu)化工作區(qū)策略、ICE優(yōu)化曲線策略、瞬時優(yōu)化策略和全局優(yōu)化策略、智能優(yōu)化策略等。

新能源汽車技術(shù)第101頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第102

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略結(jié)合模式切換和功率分配，并聯(lián)混合動力汽車各運行模式下的能量管理策略如下：（1）起步——由于電動機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特性，所以混合動力汽車的起步由電動機(jī)單獨來完成。（2）低速或城市工況——SOC值較高或為中時動力由電動機(jī)單獨提供，SOC值較低時汽車所需動力由發(fā)動機(jī)來提供。（3）加速——主要考慮以下三種方式：新能源汽車技術(shù)第102頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第103

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略1）當(dāng)SOC狀態(tài)比較高時，若汽車此時是弱加速，電動機(jī)只提供部分功率來輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車，若此時汽車是急加速，電動機(jī)則提供最大功率來輔助發(fā)動機(jī)。2）當(dāng)SOC狀態(tài)為中的時候，無論汽車是弱加速還是急加速，發(fā)動機(jī)工作，而電動機(jī)驅(qū)動，提供部分功率輔助汽車的加速。3）當(dāng)SOC比較低的時候，電動機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門全開。

新能源汽車技術(shù)第103頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第104

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略（4）巡航——發(fā)動機(jī)以恒定的速度行駛時，由于汽車克服路面阻力保持恒定速度行駛時的轉(zhuǎn)矩是很小的，所以，發(fā)動機(jī)主要提供平均功率而不是峰值功率。（5）減速——在這種模式下，會有部分制動能量回收，通常有松開加速踏板和踩下制動踏板兩種模式。在第一種模式下，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，電動機(jī)提供部分負(fù)轉(zhuǎn)矩來給蓄電池充電；在第二種模式下，若SOC值為小或為中時，電動機(jī)提供最大的負(fù)轉(zhuǎn)矩來給蓄電池充電，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，如果蓄電池的剩余電量多，則電動機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。（6）駐車——當(dāng)系統(tǒng)處于駐車模式時，此時汽車是不需要能量的，因此電動機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。若此時電池SOC狀態(tài)比較低，發(fā)動機(jī)開機(jī)驅(qū)動電動機(jī)給蓄電池充電。新能源汽車技術(shù)第104頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

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6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略2.并聯(lián)混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略由于汽車的各種不同工況下的能量需求，以及電池的不同SOC狀態(tài)，很難精確的論定，混和動力電動汽車能量管理系統(tǒng)是個復(fù)雜的非線性的系統(tǒng)，而模糊控制是基于模糊推理，模仿人的思維方式，對難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對象實施的一種控制。它是模糊數(shù)學(xué)同控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物。為了改善控制的性能，提高PHEV對各種工況的適應(yīng)能力，通過對混合動力系統(tǒng)能量管理策略研究，將模糊控制這種智能控制技術(shù)引入到整車能量管理控制系統(tǒng)中來。新能源汽車技術(shù)第105頁6.4.3混合動力汽新能源汽車技術(shù)

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6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略模糊邏輯能量管理策略的實現(xiàn)基于這樣一個事實：蓄電池與電動機(jī)工作所需的電能源于發(fā)動機(jī)的熱能，在利用電驅(qū)動時，由于經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致能量損失一般大于發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動的情況。但是，在某些工況，電驅(qū)動的能量損失也可能小于發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動的損失。比如，當(dāng)汽車在低負(fù)荷行駛時，若由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動，其運行效率較低，總的能量利用效率即為運行效率；若由電驅(qū)動，總的能量利用效率，要考慮電動機(jī)的機(jī)械效率，蓄電池的庫侖效率以及蓄電池充電時發(fā)動機(jī)的運行效率。顯然，若把蓄電池充電控制在發(fā)動機(jī)運行效率較高時進(jìn)行，則蓄電池充電時發(fā)動機(jī)的運行效率大于發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動時的運行效率，從而使由電驅(qū)動時總的能量利用效率大于發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動時總的能量利用效率，即在某些工況，利用電驅(qū)動是有利的。模糊邏輯能量管理策略通過綜合考慮發(fā)動機(jī)、蓄電池和電動機(jī)的工作效率，可以實現(xiàn)混合驅(qū)動系統(tǒng)的整體效率最高。新能源汽車技術(shù)第106頁6.4.3混合動力汽新能源汽車技術(shù)

第107

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略

3.并聯(lián)混合動力汽車模糊邏輯能量管理控制目標(biāo)及原則

1）控制目標(biāo)——實現(xiàn)最佳燃油效率并兼顧排放和電池SOC。

新能源汽車技術(shù)第107頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第108

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略(2)控制的主要原則(1)為延長電池的使用壽命和提高電池的充放電效率，電池的SOC在循環(huán)工況的起始和結(jié)束時，應(yīng)基本保持不變。(2)為提高整車系統(tǒng)效率，發(fā)動機(jī)應(yīng)盡可能在高效率區(qū)工作，因此，在電池SOC允許情況下，對于起步或城市道路低、中速運行模式，盡可能用電動機(jī)起步或驅(qū)動。(3)在混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)將以發(fā)動機(jī)為主能源，電動機(jī)為輔助能源。(4)在保證制動安全的前提下，回收制動能量。新能源汽車技術(shù)第108頁6.4.3混合動力汽車新能源汽車技術(shù)

第109

頁6.4.3混合動力汽車模糊邏輯能量管理策略

4.并聯(lián)混合動力汽車模糊推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

MATLAB模糊邏輯工具箱提供了模糊邏輯控制器和系統(tǒng)設(shè)計的全部環(huán)節(jié)，并提供了GUI（圖形用戶界面）的形式，極大的方便了用戶，不用在繁瑣的計算