混合動(dòng)力汽車基礎(chǔ)知識(shí)

混合動(dòng)力汽車基礎(chǔ)什么是混合動(dòng)力汽車？混合動(dòng)力汽車的節(jié)能機(jī)理混合動(dòng)力汽車分類與工作原理1編輯課件一、什么是混合動(dòng)力汽車？HEV（HybridElectricVehicle)定義:至少有兩種儲(chǔ)能裝置（如油箱、蓄電池、儲(chǔ)氫罐、超級(jí)電容、飛輪電池等），其中至少有一種能提供電能；并且，至少有兩種能量轉(zhuǎn)換裝置（如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)、電機(jī)），其中至少有一種為電機(jī)的車輛。典型HEV是指既有內(nèi)燃機(jī)又有電機(jī)的車輛。2編輯課件二、HEV的節(jié)能機(jī)理汽車燃油消耗除與行駛阻力、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率以及傳動(dòng)系效率有關(guān)之外，還與停車怠速油耗、汽車附件（空調(diào)等）消耗及制動(dòng)能量損耗有關(guān)。在城市循環(huán)工況中，后三個(gè)因素消耗的能量總計(jì)達(dá)燃油化學(xué)能的25.2％。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的汽車在這些方面尚未找到突破性的提高燃油經(jīng)濟(jì)性的措施。3編輯課件HEV節(jié)油機(jī)理（1）消除和大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，例如，紅燈時(shí)可關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，利用電機(jī)可非常迅速地重啟發(fā)動(dòng)機(jī)。（2）制動(dòng)時(shí)，利用電機(jī)的發(fā)電機(jī)模式來回收制動(dòng)能量。傳統(tǒng)汽車的機(jī)械制動(dòng)中這些能量轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)。（3）設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可選擇的比傳統(tǒng)汽車小，發(fā)動(dòng)機(jī)在高效率區(qū)穩(wěn)定工作，加速、爬坡的峰值功率大部分由電機(jī)提供。4編輯課件混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)：

與純電動(dòng)汽車比較：(1)電池的容量減小，而使整車自重減小、成本有所降低。(2)續(xù)駛里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平。(3)無需建設(shè)龐大的充電設(shè)施，無需每天的充電維護(hù)。5編輯課件混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)：與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車比較：(1)可使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的工作區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗、排放污染和噪聲。(2)在商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)，可關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，采用純電動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)“零排放”。(3)通過電機(jī)回收制動(dòng)時(shí)的能量，提高能量利用率，進(jìn)一步降低汽車的能量消耗和排放污染。避免缺點(diǎn)，保留優(yōu)點(diǎn)6編輯課件項(xiàng)目電動(dòng)汽車燃料電池汽車混合動(dòng)力車內(nèi)燃機(jī)汽車尾氣排放無無少量多能量來源廣較窄較廣窄能量轉(zhuǎn)換率高高較高低高效工況區(qū)范圍寬寬較寬窄能量回收（再生制動(dòng)）有有有無行駛里程短較長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)

電動(dòng)汽車，燃料電池汽車，混合動(dòng)力汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車的比較7編輯課件三、混合動(dòng)力汽車的類型與工作原理常用兩種分類方法:按動(dòng)力系統(tǒng)布置分類:

串聯(lián)式HEV(SeriesHEV，SHEV)

并聯(lián)式HEV(ParallelHEV)

混聯(lián)式HEV按“混合度”分類:

微混合輕混合全混合插電式混合動(dòng)力(plug-inHEV)8編輯課件按動(dòng)力系統(tǒng)布置分類:

(1)串聯(lián)式HEV

發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，該電能通過功率變換器為蓄電池充電，或者供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。發(fā)動(dòng)機(jī)只用來發(fā)電，發(fā)電機(jī)供電能給電機(jī)，只有電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)汽車。同時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能存儲(chǔ)到蓄電池里，在有需求的時(shí)候，蓄電池同時(shí)給電機(jī)供電來實(shí)現(xiàn)更大的功率.9編輯課件串聯(lián)式HEV優(yōu)點(diǎn)適合于城市工況。城市工況中有頻繁起步、停車、加速和低速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)效率低、排放性能差，SHEV發(fā)動(dòng)機(jī)受行駛工況影響小或不受影響，可工作于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)與傳動(dòng)系無機(jī)械連接，布置較靈活。結(jié)構(gòu)和工作原理比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。10編輯課件能量轉(zhuǎn)換、傳輸環(huán)節(jié)多，能量轉(zhuǎn)換效率比較低。電機(jī)的額定功率比較大，體積和質(zhì)量也較大。這是因?yàn)殡姍C(jī)是唯一直接驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)力裝置，要滿足高速、加速、爬坡等所有工況的功率要求。

串聯(lián)式HEV缺點(diǎn)11編輯課件SHEV控制策略控制系統(tǒng)根據(jù)根據(jù)駕駛員意圖和行駛工況,以及各部件的特性和狀態(tài)來確定車輛的運(yùn)行模式和各部件功率大小。

好的控制策略可以充分發(fā)揮各動(dòng)力部件效率潛力，盡量避免各部件低效率，優(yōu)化混合驅(qū)動(dòng)效率，達(dá)到最佳的整體效率。HEV控制策略有兩種極端模式：“發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)式”和“發(fā)動(dòng)機(jī)功率跟隨式”。12編輯課件SHEV控制策略——發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)式具體控制邏輯是：發(fā)動(dòng)機(jī)開啟時(shí)，設(shè)置在經(jīng)濟(jì)點(diǎn)穩(wěn)定地運(yùn)行，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電向電池充電；當(dāng)電池SOC超過SOCmax時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛以ZEV模式運(yùn)行；當(dāng)電池SOC小于SOCmin時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開啟，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向電池充電。特點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，燃燒充分，排放低。但動(dòng)力的傳遞要經(jīng)過電池充放電，增加了傳遞環(huán)節(jié)，目前電池的充放電循環(huán)效率較低，因而整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率較低，油耗較高。13編輯課件SHEV控制策略——發(fā)動(dòng)機(jī)功率跟隨式控制邏輯如下：發(fā)動(dòng)機(jī)一直開啟，它的功率跟隨著電機(jī)的功率變化而變化；設(shè)定一功率下限值，當(dāng)行駛所需的發(fā)動(dòng)機(jī)功率低于該值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)向電池充電；發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為最大仍不能滿足驅(qū)動(dòng)要求時(shí)，電池輸出電能補(bǔ)充；當(dāng)電池電量不足而發(fā)動(dòng)機(jī)又有后備動(dòng)力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)向電池充電。特點(diǎn)：盡量利用發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)而少用電池，以減少動(dòng)力傳遞環(huán)節(jié)，避免電池低充放電循環(huán)效率的不良影響。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率下限的目是避免發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷工況下極高的油耗率。在該策略下如果發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的好，運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)區(qū)域，可獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。它的缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)工況不斷變化，排放不如開關(guān)式。

14編輯課件SHEV控制策略——復(fù)合式控制策略

為了綜合開關(guān)式策略的低排放和跟隨式策略的低油耗的優(yōu)點(diǎn)，可采用將兩者結(jié)合起來的復(fù)合控制策略，該策略的控制邏輯如下：15編輯課件（2）并聯(lián)式HEV發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)是主動(dòng)力源，電機(jī)在必要時(shí)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。某些并聯(lián)HEV，電機(jī)具有單獨(dú)驅(qū)動(dòng)能力。16編輯課件車輛起步

一般車速，發(fā)動(dòng)機(jī)有剩余動(dòng)力

一般車速

全力行駛（如超車，爬陡坡）

制動(dòng)

17編輯課件并聯(lián)HEV優(yōu)點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能可直接輸出驅(qū)動(dòng)橋，中間沒有能量的轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比，系統(tǒng)效率較高，燃油消耗也較少;可避免發(fā)動(dòng)機(jī)效率低、排放差的工況。如低速運(yùn)行時(shí)，可采用電驅(qū)動(dòng)方式行駛。只讓發(fā)動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定、高效狀態(tài)運(yùn)行，獲得很好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能。驅(qū)動(dòng)功率由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同提供，部件選型的時(shí)候，可以選擇功率小一點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)。部件體積小些，安裝和布置都要容易些。動(dòng)力性不低于燃油車。動(dòng)力部件多，具有多種驅(qū)動(dòng)組合和運(yùn)行模式，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度較大。動(dòng)力合成需要?jiǎng)恿︸詈涎b置，另外，系統(tǒng)還配置變速器、驅(qū)動(dòng)橋等傳動(dòng)裝置，整車的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，布置和控制較困難。并聯(lián)HEV缺點(diǎn)18編輯課件并聯(lián)式HEV的動(dòng)力合成1.動(dòng)力合成方式

轉(zhuǎn)矩合成式合成轉(zhuǎn)矩是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的線性組合，合成動(dòng)力的輸出轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速三者具有比例關(guān)系。

k1、k2為動(dòng)力合成裝置結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。典型：圓柱齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、圓錐齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，此時(shí)k1、k2就是相應(yīng)的傳動(dòng)比。

19編輯課件轉(zhuǎn)速合成方式

合成轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性組合，輸出轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)矩三者具有比例關(guān)系。常用的是行星齒輪機(jī)構(gòu)。中心輪、行星架、齒圈，其中的兩個(gè)部件分別與發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)相連，另外一個(gè)作為輸出。連接方式可以有多種組合，可根據(jù)實(shí)際情況靈活選用。

20編輯課件2、動(dòng)力合成的結(jié)構(gòu)型式單軸式結(jié)構(gòu)：發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)路線位于同一直線。

動(dòng)力合成方式為轉(zhuǎn)矩合成。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，限制了電機(jī)的工作區(qū)域，故需合理選擇電機(jī)的特性。

常用小型電機(jī)，綜合了起動(dòng)機(jī)、輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)的功能，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和變速箱結(jié)構(gòu)的一體化模塊設(shè)計(jì)?？偝审w積小、重量輕，便于布置和節(jié)省空間

。21編輯課件

采用了轉(zhuǎn)矩復(fù)合的方式，其裝備手動(dòng)3擋變速器的車型創(chuàng)造了3L汽油行駛106km

的紀(jì)錄(日本10-15工況)，而裝備CVT的車型3L汽油行駛96km。以汽油機(jī)為主動(dòng)力，電機(jī)為輔助動(dòng)力，動(dòng)力分配比為9:1。此系統(tǒng)也被稱為“集成電機(jī)輔助系統(tǒng)”IMA

。運(yùn)行模式——在起動(dòng)和加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)輔助工作，發(fā)揮電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)汽油機(jī)起動(dòng)加速差的缺點(diǎn)。在減速和制動(dòng)時(shí)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作。短時(shí)停車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉取消怠速，以節(jié)約燃料和降低排放，在加速踏板踩下后重新起動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，質(zhì)量輕、成本低，電機(jī)只在起動(dòng)和加速等少數(shù)工況下工作，鎳氫電池模塊僅重20kg。為了獲得更高的效率，采用精心設(shè)計(jì)排量為1L的3缸12氣門低摩擦的“極端稀薄燃燒”汽油機(jī)。22編輯課件雙軸式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)路線位于兩條不同直線。（一般是平行或垂直）按照動(dòng)力合成的位置不同，又分為兩種，一種是動(dòng)力合成發(fā)生在變速器之后，另一種是動(dòng)力合成在變速器之前完成。

動(dòng)力合成裝置位于變速器之后

動(dòng)力合成裝置位于變速器之前

23編輯課件雙軸式結(jié)構(gòu)1發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)各有一套變速器（考慮到電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，電機(jī)變速器有時(shí)可設(shè)置較少擋位數(shù)或者取消）。由于具有多個(gè)擋位選擇，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的轉(zhuǎn)速比例關(guān)系是可調(diào)的，通過調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的工況調(diào)節(jié)更靈活。兩個(gè)變速器的多擋位和兩種動(dòng)力合成可形成多種驅(qū)動(dòng)力曲線?？梢詾榘l(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)處于最佳區(qū)域提供更大機(jī)會(huì)，獲得良好的動(dòng)力性和系統(tǒng)效率。缺點(diǎn)是換擋復(fù)雜，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于在車輛上布置。

動(dòng)力合成位于變速器后24編輯課件雙軸式結(jié)構(gòu)2

電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力先合成，再輸入變速器（合成發(fā)生在變速器前）

。

轉(zhuǎn)矩耦合——轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速關(guān)系如下：

Tt=Te+i.Tm

nt=ne=nm/iTt--變速器輸入轉(zhuǎn)矩;Te--發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩;Tm--電機(jī)轉(zhuǎn)矩;nt--變速器輸入轉(zhuǎn)速;ne--發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;nm--電機(jī)轉(zhuǎn)速。TeTmTti動(dòng)力合成位于變速器前

25編輯課件結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系。要求合理選擇耦合器傳動(dòng)比，使發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)都工作于各自合理區(qū)域，高效率地發(fā)揮出動(dòng)力優(yōu)勢(shì)。26編輯課件分路式結(jié)構(gòu)

（驅(qū)動(dòng)力合成式）

發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)各一套動(dòng)力系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)前輪或后輪，通過驅(qū)動(dòng)力來復(fù)合。驅(qū)動(dòng)力由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸承擔(dān)，每一軸上的驅(qū)動(dòng)力減小，不易超出地面附著極限，通過性好；結(jié)構(gòu)不緊湊，占用空間，布置困難，不適合于尺寸較小的車型

。27編輯課件28編輯課件并聯(lián)HEV的功率控制策略制定功率控制策略，這是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車低油耗低排放目標(biāo)的關(guān)鍵所在。任務(wù)：針對(duì)各部件性能特性及汽車行駛工況,根據(jù)SOC、加速踏板和制動(dòng)踏板位置、車速等控制參數(shù)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池等部件的工作模式并合理地分配它們承擔(dān)的功率，使它們處于最佳的工作區(qū)域，達(dá)到整車系統(tǒng)效率的最高,獲得最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和最低排放。29編輯課件并聯(lián)式HEV功率控制策略包括電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)控制策略、實(shí)時(shí)控制策略和模糊邏輯控制策略。1.電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)控制策略也稱為基于規(guī)則的控制策略。發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)在必要時(shí)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng).主要思想是:根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能特性,以一個(gè)或多個(gè)變量作為控制參數(shù),如車速、行駛功率需求、加速信號(hào)等,設(shè)定一定的控制規(guī)則,判斷和確定動(dòng)力部件的工作模式與功率大小。（1）以車速為控制參數(shù)

（2）以行駛載荷為控制參數(shù)（3）多控制參數(shù)30編輯課件（1）以車速為控制參數(shù)設(shè)定一個(gè)臨界車速，將實(shí)際車速大小與臨界車速進(jìn)行比較，并以比較結(jié)果作為控制依據(jù)。利用了電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的特性，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的低效率，當(dāng)車速較高時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高效率區(qū)運(yùn)行，此時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可避免高速純電動(dòng)行駛時(shí)的電池快速放電損失。

v≤v0發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。Pm=PrPe=0v＞v0當(dāng)SOC＞SOCmin當(dāng)SOC≤SOCmin發(fā)動(dòng)機(jī)開啟，電機(jī)關(guān)閉。Pe=PrPm=0發(fā)動(dòng)機(jī)開啟，除了提供行駛功率，還向電池充電。Pe=Pr+Pbcv0—臨界車速，SOCmin—設(shè)定的最小SOC，Pr—需求行駛功率，Pm—電機(jī)功率，Pe—發(fā)動(dòng)機(jī)功率，Pbc—電池充電功率。31編輯課件（2）以行駛載荷為控制參數(shù)以行駛載荷作為控制參數(shù)（常用行駛功率或驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩）.思想：均衡發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，避免低負(fù)荷工況，在大行駛載荷減小發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)工作。設(shè)定一行駛載荷臨界值，當(dāng)實(shí)際行駛載荷低于該值，發(fā)動(dòng)機(jī)在載荷臨界點(diǎn)工作，多余動(dòng)力給電池充電；當(dāng)行駛載荷大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力時(shí)，電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)。

Pr≤Pe0發(fā)動(dòng)機(jī)以下限功率運(yùn)行，多余功率給電池充電。Pe=Pe0=Pr+PbcPe0＜Pr＜Pemax發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)關(guān)閉。Pe=PrPm=0Pr≥Pemax發(fā)動(dòng)機(jī)以最大功率運(yùn)行，不足功率由電機(jī)提供。Pe=Pemax

Pm=Pr-PemaxPr—需求行駛功率，Pe0—設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)下限功率，Pemax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，Pe—發(fā)動(dòng)機(jī)功率，Pm—電機(jī)功率，Pbc—電池充電功率。32編輯課件（3）多控制參數(shù)單變量控制的工作模式少，不能保證部件匹配,和整車效率。更多工作模式，需采用多控制參數(shù)。各參數(shù)劃分成多個(gè)區(qū)間，區(qū)間組合可將車輛的運(yùn)行劃分成較多的子狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更多工作模式。

v≤v0v＞v0Pr≤Pe0發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。Pm=Pr，Pe=0發(fā)動(dòng)機(jī)以下限功率運(yùn)行，多余功率給電池充電。Pe=Pe0=Pr+PbcPe0＜Pr＜Pemax發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。Pm=Pr，Pe=0當(dāng)SOC＞SOCmin當(dāng)SOC≤SOCmin發(fā)動(dòng)機(jī)開啟，電機(jī)關(guān)閉。Pe=PrPm=0發(fā)動(dòng)機(jī)開啟，除了提供行駛功率，還向電池充電。Pe=Pr+PbcPr≥Pemax發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。Pm=Pr，Pe=0發(fā)動(dòng)機(jī)以最大功率運(yùn)行，不足功率由電機(jī)提供。Pe=Pemax

Pm=Pr-Pemaxv0—臨界車速，SOCmin—最小SOC，Pr—行駛功率，Pe0—發(fā)動(dòng)機(jī)下限功率，Pemax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，Pe—發(fā)動(dòng)機(jī)功率，Pm—電機(jī)功率，Pbc—電池充電功率。33編輯課件2、實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略電機(jī)輔助控制屬于靜態(tài)控制,沒考慮部件動(dòng)態(tài)特性,只考慮燃油經(jīng)濟(jì)性，不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)排放。不是最優(yōu)的控制策略。對(duì)車輛性能提出目標(biāo)函數(shù)。建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能特性模型，或者預(yù)先存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)性能特性數(shù)據(jù)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參量，確定實(shí)際性能指標(biāo)，并與控制目標(biāo)比較，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到最優(yōu)發(fā)動(dòng)機(jī)性能。實(shí)時(shí)優(yōu)化控制目的有兩個(gè)：發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)排放。需要實(shí)時(shí)地在兩類優(yōu)化目標(biāo)之間權(quán)衡。通過一組權(quán)值來描述各自的重要性?？蓪?shí)現(xiàn)性能最優(yōu)控制，但優(yōu)化過程復(fù)雜，計(jì)算量大。34編輯課件3、模糊邏輯控制策略混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)具有非線性和時(shí)變的特點(diǎn)，采用線性系統(tǒng)控制往往難以實(shí)現(xiàn)最理想的控制效果。智能控制從模仿人類的智能出發(fā),對(duì)非線性時(shí)變系統(tǒng)有較好的控制效果。模糊邏輯控制基于知識(shí)庫(kù)的智能控制，適合用于混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)的控制。在混合動(dòng)力汽車模糊控制系統(tǒng)中，整車和部件狀態(tài)參數(shù)精確信號(hào)轉(zhuǎn)換成模糊量,應(yīng)用基于專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的,得出模糊結(jié)論,并將其轉(zhuǎn)換成精確量作為控制指令，協(xié)調(diào)車輛各部件的功率流,使整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放達(dá)到最佳。35編輯課件(3)混聯(lián)式HEV結(jié)構(gòu)：發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一部分通過機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋,另一部分驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動(dòng)機(jī)或電池,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋。一般以行星齒輪作為動(dòng)力分配/復(fù)合裝置。特點(diǎn)：充分發(fā)揮串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn),能使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)等部件匹配最優(yōu)化,結(jié)構(gòu)上保證復(fù)雜的工況下系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)工作,實(shí)現(xiàn)排放和油耗最少的目標(biāo),是性能最佳的HEV。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度很大，成本高。串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合36編輯課件Prius:混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)靈活實(shí)現(xiàn)各種工作模式齒圈太陽(yáng)輪行星架37編輯課件Prius運(yùn)行模式圖解38編輯課件各工況功率流向啟動(dòng)時(shí)

充分利用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的低速大轉(zhuǎn)矩僅使用由蓄電池提供能量的電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)不能在低旋轉(zhuǎn)帶輸出大轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)機(jī)可以靈敏、順暢、高效地進(jìn)行啟動(dòng)。39編輯課件低速－中速行駛時(shí)

由高效利用能量的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，在低速－中速帶的效率較低，而電動(dòng)機(jī)在低速-中速性能優(yōu)越。因此，低速-中速行駛時(shí)，使用蓄電池的電力供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。40編輯課件一般行駛時(shí)

低油耗行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ词拱l(fā)動(dòng)機(jī)處于最經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)功率直接驅(qū)動(dòng)車輪，依照行駛狀況，一部分功率分配給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能供給電機(jī)，電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。41編輯課件一般行駛時(shí)/剩余能量充電

將剩余能量用于蓄電池充電

發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生多余的能量，將多余的能量由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電力，儲(chǔ)存在蓄電池中。42編輯課件全速行駛時(shí)

利用雙動(dòng)力來獲得更高一級(jí)的加速在需要強(qiáng)勁動(dòng)力（如爬陡坡及超車）時(shí)，蓄電池也提供電力，加大電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)雙動(dòng)力的結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)與高一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)同等水平的的加速性能。43編輯課件減速/能量回收時(shí)

將減速時(shí)的能量回收到HV蓄電池中用于再利用在踩制動(dòng)器和松油門時(shí)，車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機(jī)使用。減速時(shí)通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進(jìn)行再利用。44編輯課件短暫停車時(shí)停車時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)全部停止短暫停車時(shí)（如紅燈），發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)全部自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。不會(huì)因怠速而浪費(fèi)能量。45編輯課件按“混合度”分類微混合輕混合全混合插電式混合動(dòng)力(plug-inHEV)46編輯課件微混合動(dòng)力：動(dòng)力中依靠電池的比例很小，驅(qū)動(dòng)車輛的兩種動(dòng)力源中電機(jī)功率的比例很小，內(nèi)燃機(jī)功率比例很大；

輕度混合動(dòng)力：動(dòng)力中依靠電池的比例較大，與微混合系統(tǒng)相比，驅(qū)動(dòng)車輛的兩種動(dòng)力源中電機(jī)功率的比例增大，內(nèi)燃機(jī)功率的比例減??；全混合動(dòng)力：動(dòng)力中依靠電池的比例更大，與輕度混合系統(tǒng)相比，驅(qū)動(dòng)車輛的兩種動(dòng)力源中電機(jī)功率的比例更大，內(nèi)燃機(jī)功率的比例更減小；

Plug－In混合動(dòng)力：電機(jī)功率與純電動(dòng)相同，內(nèi)燃機(jī)功率與全混合系統(tǒng)相同，同時(shí)電池容量應(yīng)保證必要的行駛里程。47編輯課件微混合動(dòng)力（microhybrids），有時(shí)也叫“起－?；旌稀蔽⒒旌舷到y(tǒng)，其電機(jī)僅作為內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用。控制策略是，需要時(shí)（如紅燈車停）內(nèi)燃機(jī)熄火，并當(dāng)車輛再行駛，立即重起內(nèi)燃機(jī)；制動(dòng)時(shí)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。一般，當(dāng)車輛行駛時(shí)，僅由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)不提供行駛的附加力矩；但也有一些結(jié)構(gòu)在加速時(shí)，電機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)加速。微混合可實(shí)現(xiàn)5%－15%的節(jié)油效果。輕度混合動(dòng)力（mildhybrids）輕度混合系統(tǒng)，電機(jī)可給內(nèi)燃機(jī)提供輔助驅(qū)動(dòng)力矩，但不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，具有制動(dòng)能量回收、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等功能，其電機(jī)、電池能力都比微混合大,內(nèi)燃機(jī)功率可以小一些。Ricardo（一家國(guó)際汽車工程顧問公司）,將電機(jī)功率不超過發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的10%，定義為輕度混合。

Insight和CivicHybrids是典型的輕度混合汽車節(jié)油可達(dá)20-25%特點(diǎn)48編輯課件

全混合動(dòng)力（fullhybrids）電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)都可以獨(dú)立或一起驅(qū)動(dòng)車輛。在低速（如交通堵塞，不斷起步停車）、起步和倒車等情況下，車輛可全電動(dòng)行駛；加速時(shí)電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)一起驅(qū)動(dòng)，有制動(dòng)能量回收能力。典型的情況是電機(jī)功率大約為內(nèi)燃機(jī)最大功率的40%左右。Prius、FordEscapeHybrid、ToytaLexusRX400h等為全混合動(dòng)力。節(jié)油達(dá)50-56%，實(shí)際節(jié)油效果隨車輛行駛工況、駕駛細(xì)節(jié)而變化

插電式混合動(dòng)力（plug－inhybrids）具有接受外部公用電網(wǎng)對(duì)車載電池組充電的能力。內(nèi)燃機(jī)功率水平與全混合系統(tǒng)類似。電機(jī)功率水平與純電動(dòng)車輛類似，比全混合系統(tǒng)高。電池容量水平要保證足夠的行駛里程（如30或80公里）。49編輯課件啟動(dòng)機(jī)功能發(fā)電機(jī)功能制動(dòng)能量回收輔助驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)里程微混合動(dòng)力有有有一般無無輕度混合動(dòng)力有有有有無或極短全混合動(dòng)力有有有有較短插電式混合動(dòng)力有有有有長(zhǎng)各種混合度汽車的功能比較50編輯課件一、插電式混合動(dòng)力汽車的發(fā)展背景未來汽車必然要走向電動(dòng)化，但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)純電動(dòng)難以實(shí)用，近來更注重于HEV。但HEV不能從根本上解決依賴石油和排放的問題。隨著HEV的不斷進(jìn)步和成熟，有必要使它向電驅(qū)動(dòng)化更邁進(jìn)一步，增加電能使用的比例，逐步過渡到純電動(dòng)。加裝一個(gè)充電器和增加電池容量，衍生出來的車輛就是插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-inHEV，PHEV)。51編輯課件一、插電式混合動(dòng)力汽車的發(fā)展背景使用背景：據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的法國(guó)人日均駕車?yán)锍躺儆?0km，60%以上美國(guó)人日均行駛里程少于50km，80%以上日均行駛里程少于90km。在駕駛插電式混合動(dòng)力汽車時(shí)，當(dāng)路程為較短距離，如上下班等，可以以純電動(dòng)模式行駛，當(dāng)長(zhǎng)途旅行時(shí)，可以采取發(fā)動(dòng)機(jī)為主動(dòng)力的混合動(dòng)力模式行駛。車輛補(bǔ)充能源可根據(jù)需要自主選擇充電或加油。52編輯課件二、插電式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)可以從外部電網(wǎng)充電，是在混合動(dòng)力汽車的基礎(chǔ)上派生出來，兼有混合動(dòng)力汽車與純電動(dòng)汽車的基本特征。與混合動(dòng)力相比，電機(jī)功率和電池容量更大。與基本型混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)類似，也可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型，

53編輯課件并聯(lián)式PHEV結(jié)構(gòu)

串聯(lián)式PHEV結(jié)構(gòu)

混聯(lián)式PHEV結(jié)構(gòu)

54編輯課件三、插電式混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)與普通混合動(dòng)力車主要區(qū)別是（1）可以直接由外接電源充電，傳統(tǒng)混合動(dòng)力車只在行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)為電池充電以及回收制動(dòng)能量。（2）電池容量較大，有更大的純電動(dòng)行駛里程。（3）優(yōu)先以電力作為動(dòng)力源，電驅(qū)動(dòng)比例比普通混合動(dòng)力車高，對(duì)燃料的依賴度減小。55編輯課件三、插電式混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）驅(qū)動(dòng)模式多，選擇靈活，動(dòng)力性好。（2）中短程行駛時(shí)，具有純電動(dòng)汽車的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。（3）與普通混合動(dòng)力相比，增加了電驅(qū)動(dòng)的比例，降低了油耗，減少了有害氣體、溫室氣體的排放。（4）電驅(qū)動(dòng)成本低于用油，PHEV車輛運(yùn)行成本低。（5）利用晚間低谷電對(duì)電池充電，改善電廠發(fā)電組效率。（6）有加油和充電兩種補(bǔ)充汽車能源方式，增加了能源選擇的自由度。（7）從能源戰(zhàn)略角度看，可顯著減少燃油的使用量，降低對(duì)石油的依賴，提高能源安全。56編輯課件四、插電式混合動(dòng)力汽車的工作模式可實(shí)現(xiàn)三種結(jié)構(gòu)類型的工作模式。還可根據(jù)電池電量狀態(tài)的變化，將PHEV工作模式分為電量消耗模式、電量保持模式。行駛時(shí)優(yōu)先采用電量消耗模式。57編輯課件四、插電式混合動(dòng)力汽車的工作模式1、電量消耗模式充電后的初期行駛階段，主要使用電池能量來行駛。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)是否參與工作，電量消耗模式又可分為純電動(dòng)和混合動(dòng)力兩種子模式。（1）“電量消耗-純電動(dòng)”子模式：發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的，電池是唯一的能量源，電池的SOC降低，整車一般只達(dá)到部分動(dòng)力性指標(biāo)。當(dāng)車輛啟動(dòng)、低速或者只要求部分動(dòng)力性指標(biāo)時(shí)，采用此模式。（2）“電量消耗-混合動(dòng)力”子模式：發(fā)動(dòng)機(jī)和電池共同提供行駛功率，電池通過向電機(jī)供電承擔(dān)主要的整車行駛功率需求，發(fā)動(dòng)機(jī)用來補(bǔ)充電池輸出功率不足的部分，電池的SOC也在降低，直至降到SOC下限值。該模式適合中高速，要求全面達(dá)到動(dòng)力性指標(biāo)時(shí)采用。58編輯課件四、插電式混合動(dòng)力汽車的工作模式2、電量保持模式

SOC下降到一定值時(shí)，為保證車輛性能和電池的壽命，進(jìn)入電量保持模式。工作方式與傳統(tǒng)的混合動(dòng)力模式類似，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電池只是提供輔助功率，可接受富余動(dòng)力充電和制動(dòng)回收能量，電池SOC保持在某一水平上。59編輯課件PHEV基本工作模式：

●

純電動(dòng)工作策略：車輛啟動(dòng)后先以全電動(dòng)工作，車輛僅由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電池

組工作在電能消耗模式，當(dāng)SOC下降到最小值時(shí)，切換到電量保持模式，

同時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)車輛工作與全混合動(dòng)力車輛類似。

60編輯課件●發(fā)動(dòng)機(jī)參與工作策略：此時(shí)車輛即使在起始的電量消耗模式階段，發(fā)動(dòng)機(jī)也用來補(bǔ)充電池組的能量，當(dāng)SOC下降到最小值時(shí)，切換到電量保持模式，此時(shí)車輛工作與全混合動(dòng)力車輛類似，見圖四。

61編輯課件加州薩克拉門多市政管理區(qū)（SMUD）2005年12月向EnergyCS提供了標(biāo)準(zhǔn)的2005Pruis，要其改造為PHEV，2006年初SMUD收到改造過的PruisPHEV，主要的改造部分有：原1.3kW鎳氫電池更換為ValenceTec公司的8.5