第一篇：混合動力汽車的探索研究

混合動力汽車的探索研究

專業：汽車制造與裝配

學生：***，指導老師：***

【摘 要】混合動力汽車燃油經濟性好，符合節能環保的理念然而因生產及技術成本較高，導致其銷售價格偏高。本文將探討混合動力汽車的未來發展前景，隨著人們環保意識的提高，混合動力技術的不斷成熟和完善，生產成本的不斷降低，混合動力汽車的市場占有量將不斷增加。

【關鍵詞】混合動力汽車；前景；節能；環保

混合動力汽車利用混合動力作為能源，能實現較高的燃油經濟性，廢氣成本較高，排放量低，環保性能好，符合節能環保的理念。混合動力的技術較為成熟，但生產成本及技術，導致目前的銷售價格與同類汽車產品相比較偏高，消費者的消費能力影響著現階段銷售狀況，未來能否有好的市場前景，值得思索。

一，混合動力的概念及基本原理

混合動力汽車（亦稱混合動力汽車，英文為Hybrid Power Automobile）是指那些采用傳統燃料的，同時配以電動機/發動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。目前國內市場上，混合動力車輛的主流都是汽油混合動力，而國際市場上柴油混合動力車型發展也很快。混合動力汽車的種類目前主要有3種。一種是以發動機為主動力，電動馬達作為輔助動力的“并聯方式”。這種方式主要以發動機驅動行駛，利用電動馬達所具有的再啟動時產生強大動力的特征，在汽車起步、加速等發動機燃油消耗較大時，用電動馬達輔助驅動的方式來降低發動機的油耗。這種方式的結構比較簡單，只需要增加電動在汽車上馬達和電瓶。另外一種是，在低速時只靠電動馬達驅動行駛，速度提高時發動機和電動馬達相配合驅動的“串聯、并聯方式”。啟動和低速時是只靠電動馬達驅動行駛，當速度提高時，由發動機和電動馬達共同高效地分擔動力，這種方式需要動力分擔裝置和發電機等，因此結構復雜。還有一種是只用電動馬達驅動行駛的電動汽車“串聯方式”，發動機只作為動力源，汽車只靠電動馬達驅動行駛，驅動系統只是電動馬達，但因為同樣需要安裝燃料發動機，所以也是混合動力汽車的一種。

二，混合動力汽車的特點

采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低，污染少的最優秀工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷小時，剩余的功率可發電給電池充電。由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。因為有了電池，可以十分方便地回收制動,下坡，及怠速時的能量。

在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現“零”排放，有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調，取暖，除霜等純電動汽車遇到的難題。可以利用現有的加油站加油，不必再投資。可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過沖，過放電等現象，延遲其使用壽命，降低成本。

三，混合動力系統

混合動力汽車的關鍵是混合動力系統，它的性能直接關系到混合動力汽車整車性能。經過十多年的發展，混合動力系統總成已從原來發動機與電機離散結構向發動機電機和變速箱一體化結構發展，即集成化混合動力總成系統。混合動力總成以動力傳輸路線分類，可分為串聯式、并聯式和混聯式等三種。

串聯式動力：串聯式動力由發動機、發電機和電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯方式組成 SHEV動力單元系統，發動機驅動發電機發電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時由電池驅動電動機驅動車輪，大負荷時由發動機帶動發電機發電驅動電動機。當車輛處于啟動、加速、爬坡工況時，發動機、電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當電動車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅動電動機，當電池組缺電時則由發動機-發電機組向電池組充電。串聯式結構適用于城市內頻繁起步和低速運行工況，可以將發動機調整在最佳工況點附近穩定運轉，通過調整電池和電動機的輸出來達到調整車速的目的。使發動機避免了怠速和低速運轉的工況，從而提高了發動機的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換，機械效率較低。

并聯式動力：并聯式裝置的發動機和電動機共同驅動汽車，發動機與電動機分屬兩套系統，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動。當汽車加速爬坡時，電動機和發動機能夠同時向傳動機構提供動力，一旦汽車車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發動機維持該速度。電動機既可以作電動機又可以作發電機使用，又稱為電動－發電機組。由于沒有單獨的發電機，發動機可以直接通過傳動機構驅動車輪，這種裝置更接近傳統的汽車驅動系統，機械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應用。

混聯式動力：混聯式裝置包含了串聯式和并聯式的特點。動力系統包括發動機、發電機和電動機，根據助力裝置不同，它又分為發動機為主和電機為主兩種。以發動機為主的形式中，發動機作為主動力源，電機為輔助動力源；以電機為主的形式中，發動機作為輔助動力源，電機為主動力源。該結構的優點是控制方便，缺點是結構比較復雜。豐田的Prius屬于以電機為主的形式。

四，歷史發展

當前普遍使用的燃油發動機汽車、存在種種弊病，統計表明在占80%以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了動力潛能的40%，在市區還會跌至25%，更為嚴重的是排放廢氣污染環境。20世紀90年代以來，世界各國對改善環保的呼聲日益高漲，各種各樣的電動汽車脫穎而出。雖然人們普遍認為未來是電動汽車的天下，但是目前的電池技術問題阻礙了電動汽車的應用。由于電池的能量密度與汽油相比差上百倍，遠未達到人們所要求的數值，專家估計在10年以內電動汽車還無法取代燃油發動機汽車（除非燃料電池技術有重大突破）。

現實迫使工程師們想出了一個兩全其美的辦法，開發了一種混合動力裝置

（Hybrid-ElectricVehicel，縮寫HEV）的汽車。所謂混合動力裝置就是將電動機與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅動力，輔助動力單元實際上是一臺小型燃料發動機或動力發電機組。形象一點說，就是將傳統發動機盡量做小，讓一部分動力由電池-電動機系統承擔。這種混合動力裝置既發揮了發動機持續工作時間長，動力性好的優點，又可以發揮電動機無污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰斗”，取長補短，汽車的熱效率可提高10%以上，廢氣排放可改善30%以上。

五，國內混合動力汽車的發展現狀目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規模產業化的前夕，近幾年，在國家“863”計劃的資助下，長安、一汽、東風、奇瑞、華晨、吉利等自主品牌汽車企業競相開發出了相應的混合動力轎車，其中部分車型已申報了國家汽車產品公告，但還存在一定缺陷。行業狀況：1，混合動力汽車成本偏高其回收周期較長

2，我國關鍵技術產業化及其產業鏈的支撐存在較大差距

發展建議：1，建立自主品牌混合動力汽車產業化共用平臺

2，加強混合動力基礎技術研究及試驗能力建設

3，進一步降低成本并提高產品的可靠性和耐久性

目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規模產業化的前夕，國際、國內的汽車企業在競相研發混合動力汽車。但要真正實現自主混合動力車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術上的一些關鍵難題和成本增加太多、零部件配套資源體系不成熟等。

面對交通能源與環境問題的巨大挑戰，以能源多元化、排放潔凈化、燃料節約化為主要特征的節能與新能源汽車迅速發展，相互競爭，并引發了汽車動力的電控化和電氣化兩大技術變革，促進了汽車能源及動力的快速轉型。

混合動力汽車可在不改變既有的汽車產業結構、能源(石油燃料)體系以及用戶對車輛使用習慣的前提下，最大限度地發揮內燃機和純電動汽車的雙重優點，達到節能和環保的目的。因而被業界認為是目前最現實可行且長遠有效的節能環保方案。混合動力汽車已處于產業化前夕

目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規模產業化的前夕，豐田公司的Prius、Estima、Crown、Coaster等混合動力汽車已成功上市，并在日本、美國和歐洲各國市場上均獲得較大成功，累計產銷量已超過60萬輛。隨后本田、福特、通用、戴姆勒、大眾、雪鐵龍、雷諾、寶馬、日產、現代、三菱等各大汽車公司也紛紛向市場推出各種類型的混合動力汽車。截至2008年底，混合動力汽車在全球的累計銷售量已超過百萬輛。

近幾年，在國家“863”計劃的資助下，長安、一汽、東風、奇瑞、華晨、吉利等自主品牌汽車企業競相開發出了相應的混合動力轎車，其中部分車型已申報了國家汽車產品公告，但上述汽車企業大多采用ISG輕度混合或BSG微混合方案，這兩種方案的技術難度較小，生產成本也較低。同時我們必須清醒地認識到，要真正實現自主混合動力車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術上的一些關鍵難題和成本增加太多、零部件配套資源體系不成熟等。具體表現在：1.與國外一樣，成本偏高其回收周期較長成為混合動力汽車普及初期最主要的障礙。一般中度混合動力轎車比同類內燃機轎車成本高出20～

30。若按10萬元家用轎車計算，在不贏利情況下成本增加2萬元，以每年行駛3萬公里計算，油價為6元時，回收期為6.9年；油價為5元時，回收期為8.3年。而根據市場調查，用戶可接受的回收期為1～1.5年，也就是用戶只接受價格增加5以內，與實際相差比較大，嚴重削弱了用戶對購買混合動力汽車的興趣。2.關鍵技術產業化及其產業鏈的支撐存在較大差距。近年來民族汽車之所以崛起，主要就是得力于存在廣闊的低端市場空間以及高速增長的市場容量形成強大的拉動力。民族轎車工業崛起主要靠的就是走的低端產品路線，技術含量低，可以通過自主創新或從國外設計公司直接購得。像長安、奇瑞等企業在混合動力技術研發及其產業化上，聯合國內的高校、研究機構，甚至與國外的一些研發機構合作，每年投入上千萬元資金進行技術研發，國家也有部分資金支持，但還有一些產業化的關鍵重大技術需要最后的沖刺突破，系統的可靠性還需要大量的試驗驗證，關鍵核心零部件的產業化還存在較大差距，標準體系還不完善。比如鎳氫電池一直是個瓶頸，在推進混合動力汽車產業化時，有關部門考察了全國所有的鎳氫電池供應商，完全滿足產業化要求的廠家基本上沒有。此外，還有像ISG電機、各種控制系統等關鍵技術零部件的產業化都與規模化生產存在差距。與乘用車相比，城市混合動力公交車的發展有所不同。據統計，我國城鎮居民日常出門有70是首選乘坐公交車。在城市工況下，公交車頻繁起步、加速、制動和停車，要額外消耗許多燃節油減排留下了相當大的空間。

根據調查，將近1/2的燃油是被汽車頻繁制動所消耗的，這就為混合動力公交車的7～8家客車企業將研發、生產混合動力公交車作為研發工作的重點。經過幾年的開發，雖然已取得了一系列重大成果，但公交車的節油率并未達到預計的要求，主要原因包括：1.汽車的制動過程十分短暫，一般不超過10秒，在短短的幾秒內，電機要求發出很大的電流，才能有效回收制動能量，但是電池的充電倍率只有放電倍率的一半，因此電池不能接受大電流充電。理論上汽車有50～60的制動能量可回收，但實際回收的制動能量小于20，最簡單的改進辦法是加大動力電池容量，例如至少加大容量一倍，回收的制動能量可由20增加到40。但這將大大增加整車成本和汽車自重，經濟上可能是得不償失；2.混合動力公

交車若采用停車斷油，甚至滑行即時斷油，可節油10左右(4L/100km)，實際上國產柴油機沒有專門為混合動力汽車設計，一般不允許頻繁地停車斷油，否則供油系統和廢氣增壓器都可能損壞，嚴重影響柴油機壽命。而且，停車斷油就必須裝有電動轉向油泵、電動空壓機和電動空調系統，這又會大大增加整車成本和重量，兩相權衡，不一定合算，所以近期大多未實現停車斷油功能。

在實習期間，我了解到安凱的混合動力的一些情況。近年來，安凱在油電混合動力客車、純電動客車和燃料電池客車三個方面都取得了一定的成就。特別是其研究的第三代純電動客車，通過采用鋰電池+超級電容的混合系統作為動力，滿足車輛啟動、爬坡等條件下的瞬時高功率需求，又可以延長電池的循環使用壽命，實現電動車動力系統的最優化。通過這段時間的實習，讓我感到混合動力汽車的不同于燃油發動機汽車的全新的一面。

值此本論文完成之際，首先要感謝我的指導老師廖小麗老師。廖老師從一開始的論文方向的選定，到最后的整篇論文的完成，都非常耐心的對我進行指導。給我提供了大量的數據資糧和建議，告訴我應該注意的細節問題，細心的給我指出錯誤。老師誨人不倦的工作作風，一絲不茍的工作態度，嚴肅認真的治學風格給我留下了深刻的影響，值得我永遠學習。在此，謹向指導老師廖小麗老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！

參考文獻:

[1] 張金桂，混合動力汽車結構，原理與維修，人民交通出版社

[2] 日本電氣學會，電動汽車驅動系統調查專門委員會，電動汽車最新技術，機械工業出版社

[3] 吳基安，吳洋，新能源汽車知識讀本，北京郵電出版社

第二篇：混合動力汽車的研究探討論文（范文模版）

畢業論文

論文題目：混合動力汽車的探索研究

班級：09211 學號：200921202 姓名：張浩

指導老師：朱忠倫

2012年5月10日

安徽交通職業技術學院 汽車與機械工程系 2012年5月20日

摘 要

現階段混合動力汽車已經成為傳統的內燃機汽車的最佳替代。它是21世紀初的最理想、最符合實際的綠色交通工具。本文介紹了目前幾種新能源汽車，主要通過簡單的分析來探討混合動力汽車類型即混合動力汽車的三種基本驅動方式（串聯式、并聯式、混聯式）及它們的優缺點和分析了混合動力汽車的關鍵技術，如蓄電池技術、機電技術、內燃機技術、能量管理技術、整車技術，以及國內外混合動力汽車的發展狀況。

關鍵詞：混合動力、驅動方式、環保節能、新能源、關鍵技術、開發路線

目 錄

引言????????????????????????????????1

一、新能源汽車的類型????????????????????????1 1.混合動力汽車????????????????????????1 2.純電動汽車?????????????????????????1 3.燃料電池汽車????????????????????????2 4.氫動力汽車?????????????????????????2 5.燃氣汽車??????????????????????????3 6.生物乙醇汽車????????????????????????3 7.氮氣汽車??????????????????????????3

二 混合動力汽車類型????????????????????????3 1.串聯式混合動力系統?????????????????????3 2.并聯模式混合動力系統????????????????????5 3.混聯式混合動力系統?????????????????????6

三、混合動力汽車開發的關鍵技術???????????????????8 1.蓄電池技術?????????????????????????8 2.電動機技術?????????????????????????9 3內燃機技術?????????????????????????10 4.能量管理策略????????????????????????10 5.再生制動控制技術??????????????????????11 6.整車技術??????????????????????????11

四、混合動力汽車的開發技術路線??????????????????11

五、發展與展望??????????????????????????12

引 言

能源與環保問題日益突出，因此開發新型的節能環保汽車迫在眉睫。在這種形式下，運生了各種新能源汽車應運而生，如混合動力汽車、燃料電池汽車、氫動力汽車、燃氣這車、生物乙醇汽車和氮氣汽車等。雖然各種方案諸多，但是應用于實際情況就會有很多難解決的問題矛盾，目前來講混合動力具備較高的優勢。

一、新能源汽車的類型

新能源又稱非常規能源。是指傳統能源之外的各種能源形式。指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。新能源汽車是指除汽油、柴油發動機之外所有其它能源汽車。包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》已于2009年7月1日正式實施，《規則》強調說明：新能源 新能源汽車

汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車（HEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產品。

1.合混動力汽車

混合動力是指那些采用傳統燃料的，同時配以電動機/發動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。目前國內市場上，混合動力車輛的主流都是汽油混合動力，而國際市場上柴油混合動力車型發展也很快。

混合動力汽車的優點是：

1、采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。

2、因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。

3、在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現“零”排放。

4、有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。

5、可以利用現有的加油站加油，不必再投資。

6、可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。

2.純電動汽車

電動汽車顧名思義就是主要采用電力驅動的汽車，大部分車輛直接采用電機驅動，有一部分車輛把電動機裝在發動機艙內，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉子，其難點在于電力儲存技術。

純電動汽車本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關技術。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發電設備日夜都能充分利用，大大提高其經濟效益。有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業的一個“熱點”。有專家認為，對于電動車而言，目前最大的障礙就是基礎設施建設以及價格影響了產業化的進程，與混合動力相比，電動車更需要基礎設施的配套，而這不是一家企業能解決的，需要各企業聯合起來與當地政府部門一起建設，才會有大規模推廣的機會。優點:技術相對簡單成熟，只要有電力供應的地方都能夠充電。缺點: 目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經濟規模，故購買價格較貴，至于使用成本，有些試用結果比汽車貴，有些結果僅為汽車的1/3，這主要取決于電池的壽命及當地的油、電價格。

3.燃料電池汽車

燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電機驅動的汽車。其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。單個的燃料電池必須結合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。

近幾年來，燃料電池技術已經取得了重大的進展。世界著名汽車制造廠，如戴姆勒－克萊斯勒、福特、豐田和通用汽車公司已經宣布，計劃在2004年以前將燃料電池汽車投向市場。目前，燃料電池轎車的樣車正在進行試驗，以燃料電池為動力的運輸大客車在北美的幾個城市中正在進行示范項目。在開發燃料電池汽車中仍然存在著技術性挑戰，除了燃料電池汽車目前成本高、壽命短、耐久性和可靠性差等主要難點外，配套設施的缺乏，才是燃料電池車在技術進步之外，與成熟的內燃機產業體系最大的差距所在。例如如加氫站，維修、配件供應等，基礎設施配套建設匱乏讓燃料電池車離大眾仍然很遠，目前各國的計劃，都是由點到線、到小區域示范和試用，再逐步擴大、延伸和推廣，這需要幾十年的時間。4.氫動力汽車

氫動力汽車是一種真正實現零排放的交通工具，排放出的是純凈水，其具有無污染，零排放，儲量豐富等優勢，因此，氫動力汽車是傳統汽車最理想的替代方案。

幾乎所有的世界汽車巨頭都在研制新能源汽車。電曾經被認為是汽車的未來動力，但蓄電池漫長的充電時間和重量使得人們漸漸對它興味索然。而目前（指2009年）的電與汽油合用的混合動力車只能暫時性地緩解能源危機，只能減少但無法擺脫對石油的依賴。這個時候，氫動力燃料電池的出現，猶如再造了一艘諾亞方舟，讓人們從危機中看到無限希望。以氫氣為汽車燃料這種說法剛出來時嚇人一跳，但事實上是有根據的。氫具有很高的能量密度，釋放的能量足以使汽車發動機運轉，而且氫與氧氣在燃料電池中發生化學反應只生成水，沒有污染。因此，許多科學家預言，以氫為能源的燃料電池是21世紀汽車的核心技術，它對汽車工業的革命性意義，相當于微處理器對計算機業那樣重要。優點：排放物是純水，行駛時不產生任何污染物。缺點：氫燃料電池成本過高，而且氫燃料的存儲和運輸按照目前的技術條件來說非常困難，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸。另外最致命的問題，氫氣的提取需要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低二氧化碳排放。

5.燃氣汽車

燃氣汽車是指用壓縮天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)和液化天然氣(LNG)作為燃料的汽車。近年來，世界上各國政府都積極尋求解決這一難題，開始紛紛調整汽車燃料結構。燃氣汽車由于其排放性能好，可調正汽車燃料結構，運行成本低、技術成熟、安全可靠，所以被世界各國公認為當前最理想的替代燃料汽車，但是燃氣終歸是不可再生能源，與石油一樣，所以這并不能解決能源問題，而且排放問題并不能解決。所以這使我們看到了燃氣汽車的末路??

6.生物乙醇汽車

乙醇俗稱酒精，通俗些說，使用乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車。用乙醇代替石油燃料的活動歷史已經很長，無論是從生產上和應用上的技術都已經很成熟，近來由于石油資源緊張，汽車能源多元化趨向加劇，乙醇汽車又提到議事日程。

7.氮氣汽車

氮氣汽車是利用低溫氮作為能力的載體從外界環境中吸取熱量，提高自身的溫度增加內能，將其導入特殊的氮氣機種，使其在機器內膨脹做工，將內能轉換成機械能，從而驅動汽車。但是，氣馬達需要很多高壓氮氣，汽車由于體積的限制，不能給汽車做很大的氮氣儲罐。工廠里停電時應急用的氣動馬達都配有上百立方米的高壓氮氣儲罐。高壓氮氣儲罐屬于壓力容器，不安全。雖然沒有污染，但是使用費用昂貴，所以沒有使用氮氣的汽車。

二、混合動力汽車的類型

目前過內外開發與研究的主要有三種類型：串聯式混合動力電動汽車（SHEV）、并聯式混合動力電動汽車（PHEV）和混聯式混合動力電動汽車（CHEV）。

1.串聯式混合動力系統

串聯式混合動力系統利用發動機和發電機提供電能 ,電動機是唯一的驅動源。其動力傳動系的結構組成如圖2-1所示。由于發動機與驅動車輪之間沒有直接的機械連接 ,發動機不受汽車行駛工況影響 ,始終保持在最佳工作區穩定運行 ,所以特別適用于在市區低速運行的工況。汽車在起步和低速時還可以關閉發動機 ,只利用電池提供驅動功率 ,達到零排放要求。

串聯式混合動力汽車特點是整車布置的自由度較大，發動機始終保持在最佳工作狀態，汽車具有良好的燃油經濟性和排放指標；電力驅動是唯一的驅動模式，控制技術簡單；驅動模式決定了發動機、發電機和電動機的功率應接近或等于汽車所需的最大驅動功率，故三大動力總成的功率、外形和質量都較大，整車價格高；電池數量較多，串聯布置在中、小型汽車上不容易實現；能量損失較大，發動機輸出能量利用率低。

發動機發電機機械連接電氣連接電池組電動機

圖2-1串聯式動力傳動系結構圖

我們所熟悉的美國通用汽車公司旗下的雪佛蘭的“沃藍達”就是采用該種模式，這款配備了通用汽車最新一代動力推進系統——E-flex系統(“E－flex”系統是通用汽車下一代電動推進系統的名稱。

其中的“E”表示“電”，電力是E－Flex車型的唯一驅動方式。而“Flex”代表的是“靈活”，表示用以驅動汽車的電力可以從各種途徑取得。）的雪佛蘭Volt概念車，讓我們可以從汽油、乙醇、生物柴油或氫氣中獲得電能，這使得我們可以定制推進系統，以滿足特殊的要求和特定市場的基礎設施。例如在巴西，可以使用 100% 的乙醇作為發動機電動機組和電池的動力，上海的消費者或許會利用太陽獲取氫，然后從燃料電池中得到電能，而瑞典的消費者可能會從木材中獲取生物柴油。這些可替代能源在E-flex系統架構上都可以得到應用。

雪佛蘭Volt配備的E-Flex系統架構采用了通用汽車最新的第五代燃料電池推進技術和鋰電池，其體積只有上一代的一半，但卻能提供與其相當的動力和性能。在無需燃油、零污染

排放的電力驅動下，最大續駛里程可達483公里，且真正實現零排放。相比較于兩年前推出的雪佛蘭Sequel概念車（配備的是第四代燃料電池系統），雪佛蘭Volt在保持同樣續駛能力的前提下，只需配備4公斤的氫，僅為Sequel需要配備的氫重量的一半。

2.并聯式混合動力系統

并聯式動力混合系統中有發動機和電動機兩套驅動系統 ,發動機和電機分別驅動車輪。它的結構形式更像是附加了一個電動機驅動系統的普通內燃機汽車。其動力傳動系的結構組成如圖2-2。由于發動機與驅動車輪之間機械連接 ,沒有串聯將機械能轉換為電能的發電機 ,因此提高了能量轉化效率。并聯系統結構緊湊 ,比較適用于轎車。并聯混合動力系統的傳動系統較為復雜，工作模式較多，控制系統復雜，實現形式多樣化。

當汽車低速、小功率行駛時，控制器控制電池為電動機供電，實現零排放；汽車以較大功率行駛時，通過調節發動機輸出轉矩調節發動機的功率；汽車剎車減速，電動機相當于發電機為電池組充電；電動汽車加速、高速行駛時，電池組為電動機供電，發動機與電動機協調驅動汽車。

發動機機械連接電氣連接電動機變速器電池組

圖2-2并聯式動力傳動系結構圖

并聯式混合動力汽車的特點是系統能量的利用率相對較高，這使得并聯式的燃油經濟性一般比串聯的要高；發動機運行直接受到道路行駛工況影響，運行狀態較為復雜，因而并聯驅動排放性相對串聯驅動要差，但可以在較多不良的行駛工況下運行；發動機與電動機都是動力總成，兩者可以互相耦合滿足汽車功率的要求，系統可采用小功率的發動機與電動機，使得整車動力總成尺寸小，質量也較輕；但發動機和機械驅動系統的機械連接使得機械裝置較復雜，增加了整車布置的難度。當汽車在市區行駛時，可以關閉發動機，由電池組為電動機供電提供汽車的驅動功率，實現零排放。

在電影《諜中諜4》里，阿湯哥駕駛全新寶馬i8混合動力雙門超級跑車給人留下了深刻的印象。

這款i8 Spyder概念車正是用了并聯模式。日前，有海外媒體在寒冷地帶拍攝到了全新寶馬i8的最新測試諜照。這意味著距離全新量產寶馬i8的上市時間已經越來越近。從最新曝光的測試諜照上看，全新寶馬i8取消了原有概念車上的結構性前風擋玻璃，而保留了飛扶壁式尾部設計。

i8搭載了高性能的混合動力系統，突出了車輛超強的動力性能。全新寶馬i8所使用的插入式混合動力系統由兩臺電動機和一臺渦輪增壓汽油發動機構成，最高輸出功率345馬力，最大扭矩800牛米。其中，1.5升排量三缸汽油發動機使用了燃油直噴和可變進氣渦輪增壓技術，將動力輸出至車輛的后輪。

3.混聯式混合動力系統

混聯式結構綜合了串聯式和并聯式的特點，其動力傳動系的結構組成如圖2-3。混聯式結構一般以行星齒輪作為動力復合裝置的基本構架，混聯式混合動力汽車配備的發動機和電動機的功率可以比較小，發動機也比較容易控制在高效區穩定工作，控制策略比較靈活。缺點是結構復雜，成本較高，與其復雜的結構相應，其控制系統也較為復雜。

功率分流器發動機電動機發電機機械連接電氣連接圖2-3混聯式動力傳動系結構圖

逆變器電池組該系統適合各種行駛條件，具有良好的燃油經濟性和排放性能，既可以外接充電，也可自充電，續駛里程相比內燃機汽車遠，是很理想的混合電動方案。整車布置難度較高，電池數量較少，但增加了發電機。控制技術含量高，整車價格高。

在這方面，日本豐田走在了前面，其普銳斯、凱美瑞混合動力版及雷克薩斯一系列混合動力車都是這種模式。

以普銳斯為例，PRIUS普銳斯使用的THS II就是混聯模式，有效地組合了串聯式和并聯式，使兩者的優勢發揮到極致。

發動機的動力由動力分割機構分割，一部分直接驅動車輪，另一部分被用于發電，其使用比例可自由控制。由所產生的電能驅動電動機，電動機的使用比例比并聯式更大。THS優先考慮降低環境負荷，TOYOTA在THS成果的基礎之上，以“Hybrid Synergy Drive”為理念，使電動機輸出功率增長了1.5倍，同時實現了電源系統的高電壓化,控制系統也得到大幅改進。由此發揮電動機和發動機工效的相輔相成之協同效果，開發出了降低環境負荷與動力性能兩者兼備的新一代TOYOTA油電混合動力系統“THS II”。

三、混合動力汽車開發的關鍵技術

混合動力汽車是一個復雜的系統工程,涉及的關鍵技術有蓄電池技術、電機技術、內燃機技術、能量管理技術、整車技術和現代控制理論等。[2-4]

1.蓄電池技術

作為混合動力汽車的動力源之一，電池性能的高低極大的決定了混合動力汽車技術的先進性。混合動力汽車在工作中電池處于非周期性的充放電循環中,對電池的充放電速率和效率很高。研究與開發高性能充放電、低成本、壽命長的電池,是發展混合動力電動汽車的關鍵問題之一。

目前，除鉛酸電池外，正在研究與開發的電池有鎳氫蓄電池、鐵鎳蓄電池、銀鋅蓄電池、鋰蓄電池、燃料蓄電池、太陽能蓄電池。鉛酸電池在國內技術成熟，成本低廉，跟隨負荷輸出特性好，比較適合我國發展的需要。但其快速充放電困難，使用壽命不夠理想、質量大等方面仍需改進，如可以通過增加電池片數，改進包裝方法、使用高效添加劑，開發質量輕便的隔板材料等方法。在國外，各種鎳電池飛速進展，這類鎳電池儲能較大、過充電和過放電性能優良、能帶電充電并可以實現快速充電、使用壽命長。突出優點是全密封，免維護。目前，國外大多采用這些高性能的電池提高汽車的續駛里程和性能。但在價格昂貴，研發降低其成本是其推廣的關鍵。

銀鋅蓄電池的電池能量高,質量輕,溫度特性穩定,但價格高,壽命短；鋰蓄電池的比能量大,比功率高,充電放電效率高,可以快速充電,功率輸出密度大，但鋰的制取較困難,管理和使用較復雜,要有嚴格的安全措施,價格也高。它是未來電池研發的一個方向。

在新型高性能電池的開發方面，燃料蓄電池轉換效率高，容量大，比功率和畢能量高。具有廣闊的發展前景。已經成為各國研究的焦點。最常見的燃料蓄電池有:堿性燃料蓄電池、磷酸燃料蓄電池、熔融碳酸鹽燃料蓄電池、固體氧化物燃料蓄電池、質子交換膜燃料蓄電池等,而以質子交換膜燃料蓄電池應用于電動汽車上最為可能。在綠色環保方面，太陽能蓄電池最為理想。它直接將太陽能轉換為電能，無污染，零排放。太陽能電池主要有三種結構：非晶硅，單晶硅，多晶硅。太陽能蓄電池在光電轉換率，降低成本方面還需要進一步突破。目前有少數汽車公司把太陽輻射的能量收集起來，并轉換成電能，以此為動力的汽車就是太陽能汽車，它是最潔凈無污染的交通工具。太陽輻射到地球表面的能量轉換成電能，效率可達30%。目前世界上最先進的技術已經能夠達35%左右的轉換效率。8平米大小的太陽能板能提供一輛小型汽車所需的電力。經測算，一輛太陽能轎車一年可省油500L.今后汽車動力的發展方向最有可能是使用太陽能、燃油、電力等多種能源的混合動力車。[5] 2.電動機技術

混合動力電動汽車上使用的電動機有感應電動機、永磁無刷電動機等。研究開發體積小、重量輕、工作可靠、動態響應好的電機,對混合動力電動汽車進一步提高動力性和經濟性極為重要。

感應電動（交流異步電機）機以鼠籠式感應電動機應用最廣,感應電動機的功率容量覆蓋面很寬廣,轉速最高可以達到1.2萬r/min,可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式,冷卻自由度高,對環境的適應性好,并且能夠實現再生反饋制動。具有結構簡單、維修方便、運行可靠、價格便宜、經久耐用等優點,具有較好的穩態和動態特性。為了解決感應電動機能夠在低速下輸出穩定的大轉矩。解決感應電機的低速問題的方法主要有:采用滑模方法實現解耦控制,解決低速穩定性問題的；設計專門的低速混合磁鏈模型,調整定子電阻,解決了低速下恒定大轉矩輸出的問題。此外，噪音和開關損耗問題也是困擾交流異步電機在電動汽車上應用的問題之一。當感應電機工作在高轉速區時,由于電機電感相對較小,容易產生很大的峰值電流,從而引起大量的噪聲和開關損耗。因此,需要對功率開關器件的開關頻率進行控制,抑止噪聲和能量損耗。我過在交流異步電機的設計與制造方面有比較大的優勢，所設計的交流異步計電機性能好、工藝先進，可靠性高，已經向包括美國在內等國家出口。

隨著永磁無刷電動機的性能不斷提高,價格逐漸下降，永磁無刷電動機的應用前景將會越來越廣泛。主要有兩種：永磁同步電動機、永磁無刷直流電機。永磁同步電動機在高速轉動時有良好的可靠性,運轉平穩,工作時電流損耗小、弱磁控制也容易實現,工作噪聲低。所以,它非常適用于混合動力汽車驅動系統。永磁同步電機的基本控制策略是,在低速時采用轉子磁鏈定向的矢量控制,而高速時用弱磁控制,以使電動機基本保持恒定功率,滿足電動汽車負載要求。和永磁同步電動機相比，永磁無刷直流電動機的效率高,起動力矩大,過載能力強,高速操作性能好,結構簡單牢固,免維護或少維護,體積小質量輕,特別適合混合動力轎車的開發。缺點是噪聲較大，可以考慮噪聲加消除裝置。永磁無刷直流電機的基本控制策略是,在低速時采用電流斬波控制,而高速時采用弱磁控制,增加電流的去磁分量。方波無刷電動機的弱磁控制通過調節開通角來達到弱磁效果。

3.內燃機技術

內燃機有汽油機和柴油機。先進內燃機技術要求內燃機體積小、重量輕。由于采用了各種先進控制技術,汽油機的排放已降到未加控制前的1%以下。缸內直噴方式有望取代進氣道噴射成為汽油噴射主要形式,代表汽油機的發展方向。汽油機存在的問題是缸內積碳、高壓油泵的潤滑和密封性、噴油器堵塞。因此有效而可靠地實現部分負荷下缸內混合氣的分層與稀薄燃燒,是缸內直噴式汽油機的關鍵。柴油機的燃油經濟性優于汽油,如不用催化劑,柴油機的排放性能要優于汽油機。但柴油機的弱點是氮氧化物、微粒和噪聲較難控制。已采用的控制措施有:氣門、增壓中冷、電控高壓噴油、滾流/螺旋氣道、可變渦流、強紊流燃燒室等。電控共軌式柴油噴射系統是最有發展前途的噴油系統,可以自由控制噴油量、噴油壓力、噴油速率和噴油定時。未來柴油機將采用更加輕質材料和超高壓噴油、高增壓、智能EGR控制、在燃料方面，甲醇、乙醇、CNG、LPG、DME、H2等代用燃料在內燃機上的開發應用會進一步發展,但由于社會基礎設施等因素限制,短期內進展不會很快。[6]參考文獻 [7]所給出的內燃機的重量已達到臨界狀態, 它采用內燃機起動機/發電機一體化(ISA/ ISG)技術 , 廣泛使用鋁鎂合金、塑料作零件，采用薄汽缸體 , 連桿為細的鑄鋼件加滲碳等 , 整個發動機降低重量達 30 %。豐田生產Prius的的發動機技術達到當代的最高技術水平, 它的尾氣排放污染物降低到同類轎車排放污染物的 10 %左右，在車上的應用效果顯示，加上再生制動能量回收，整車效率提高近一倍，整車CO2 排放降低一半。

4.能量管理策略

如果說驅動系統是混合動力汽車的心臟,則能量管理系統無疑就是電動車的大腦。能量管理系統協調混合動力汽車發動機、電動機之間的動力分配，電池電荷狀態控制等。它包括儲能單元，能量管理單元，混合動力系統中央控制單元。能量管理策略作為混合動力汽車控制系統的關鍵技術，可以大致分為基于規則的能量管理策略、基于智能控制的能量管理策略和基于優化算法的能量管理策略三大類。[8]

基于規則的能量管理策略的基本思想主要是依據部件的穩態效率 Map 圖，確定發動機和電動機之間的能量流分配。該控制方法簡單有效，實用性強，并且是制定許多高級能量控制策略的基礎。基于規則的能量管理策略主要根據策略設計人員的工程經驗及穩態的效率 Map 制定，并沒有考慮動態變化，故不能達到系統性能最優。

智能型控制策略主要是通過應用模糊邏輯、神經網絡及遺傳算法等智能控制技術來決策混合動力系統的工作模式和功率分配。智能控制的基本出發點是模仿人的智能，根據被控系統動態過程中定性和定量的信息，進行綜合集成、推理決策，以實現對復雜非線性不確定系統的有效控制。智能能量控制策略具有很強的魯棒性和很好的自學習能力，非常適合應用于非線性控制系統，因此在混合動力汽車能量管理策略研究過程中得到越來越廣泛的應用。

與車輛實際運行時不同，全局優化算法是針對某個既定的駕駛循環開展的。因此，車輛在不同時刻的行駛速度由駕駛循環給定，驅動輪處的驅動力可以根據車輛縱向動力學方程計算得出。使用全局優化能量控制策略可以實現真正意義上的最優化，但全局優化算法的計算工作量往往較大，一般只能夠得到數值解，優化結果不能直接應用到實際控制當中。不過，通過全局優化得到的最優控制，可以獲得優化控制的宏觀規律，為制定合理的實時能量管理策略提供宏觀控制規則。同時，最優控制還可以作為其它控制方法的參考和對比目標。

能量管理系統要求開發適合的混合動力汽車動態數學模型以實現更加準確的控制、開發以微處理器為核心的電子控制單元。未來的研究方向可以將現代控制理論和優化方法融入能量管理優化方法中去，進而獲取混合動力汽車實時性要求的高品質能量管理策略，同時總結出一套較為完善的混合動力汽車能量管理策略的優化設計方法。例如混合動力電動汽車用電池組要受電池放電深度、充放電電流的大小及具體的汽車行駛工況等諸多因素的影響，需要建立一個符合混合動力電動汽車電池實際使用狀況的能量管理模型。以便建立一個符合電池實際使用環境的電池能量管理系統,并為載荷均衡控制裝置提供可靠的控制參數。開發自動化電子原件使電池維持工作在一定穩定充放電范圍內，并提供人機交換界面、電池性能、剩余能量顯示等等。

5.再生制動控制技術

再生制動可以節約能源、提高續駛里程 ,具有顯著的經濟價值和社會效益.同時 ,再生制動還可以減少剎車片的磨損 ,降低車輛故障率及使用成本。該系統多數由超級電容或飛輪及其控制器組成 ,而利用超級電容或飛輪吸收再生制動能量 ,具有非常突出的優點.當車輛制動時 ,電機工作于發電機工況 ,將一部分動能或重力勢能轉化為電能儲存在超級電容或飛輪中 ,由于超級電容或飛輪的功率密度大 ,因此可以更快速、高效地吸收電機回饋能量.在車輛起動和加速時 ,利用雙向 DC/ DC將存儲的能量釋放出來 ,協助電池向電機供電 ,不但增加了混合動力汽車一次充電的行駛里程 ,而且避免了蓄電池的大電流放電 ,達到了節省能源、降低剎車片磨損和提高蓄電池壽命的目的。[9]

6.整車技術

混合動力汽車由于車身質量、空間和能源的矛盾,因此在設計時必須考慮采用輕質、廉價材料以減輕整車的質量和價格。如復合材料鋁合金金屬蜂窩材料及其加工技術、新型混合動力車輛造型與結構的整體設計CAD技術等。在充分利用空間的情況下,盡可能增大車廂內部乘員空間,最大限度地降低空氣阻力系數和滾動阻力系數,以求減小行駛阻力,利用機電一體化匹配設計,求得整車結構參數達到最優化。如何把先進的控制技術與電力電子技術應用到混合動力汽車研發中，減少控制系統動力系統所占的空間是整車技術的關鍵。

四、混合動力汽車的開發技術路線

1、了解與分析國內外有關混合動力汽車的結構特點、工作原理、安裝方式、控制策略和特性評價的先進方法。

2、根據混合動力汽車行駛的最大阻力力矩,計算出驅動電機性能參數,完成驅動發動機、電動機、電池組的選型。

3、建立混合動力汽車各模塊的數學模型,包括電池組、發動機、電動機、能量管理系統模型。

4、確定速度、力矩、溫度、電流及電壓等傳感器的性能參數,選擇或設計加工出性能好、體積小、易于安裝的車速及力矩傳感器。

5、開發以微處理器為核心的電子控制單元來實現智能化的能量管理系統。根據能量管理系統模型,能對整車系統電能和儲能單元實時檢測、顯示、充放電管理、行駛里程統計與預測、故障診斷與報警、儲能元件壽命預測等綜合管理。

6、分析混合動力汽車系統性能的影響因素和特點,分析各總成的結構參數和布置方式對車輛性能的影響,結合相應的道路及臺架實驗,進行混合動力汽車的 車身與底盤布置。電動汽車的車身和底盤技術應與電動汽車同步開

7、將各種傳感器與電動機制成一個整體,研究合理的安裝位置。

8、對所研制的電動汽車,進行道路和臺架試驗,根據試驗數據來修正有關設計、控制參數,以滿足所提出的電動汽車的性能指標。[10]為技術路線流程圖如4-1所示。

由性能指標、模擬分析及試驗數據建模電池組選取、電機發動機選型各種傳感器選取控制、能量管理與分配單元設計懸架、車架及車身設計集成設計加工制造樣車、裝車實驗

圖4-1混合動力汽車的開發技術路線流程圖

五、發展與展望

1、從國內的發展和當前技術來看，動力系統和控制系統所占的空間較大，實現發動機和電動機一體化設計與控制；研究開發體積小，能量密度高、價格低的蓄電池應該是今后的主要研究方向。

2、大部分都普遍存在著十分嚴重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題。作為一種小型、中速和短途的日常交通工具, 混合動力汽車有著獨特的市場,政府應鼓勵電動汽車按市場機制開發。鑒于我國目前具有巨大潛在的多元化市場以及良好的工業基礎,在混合動力汽車發展方面,中國將起到帶頭作用。

參考文獻

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第三篇：汽車混合動力技術

汽車混合動力技術

摘要：在最近的一個時期，汽油和柴油仍是汽車的主要能量來源，新能源汽車近期需要解決的方案是傳統內燃機新技術和替代燃燒汽車，中期方案是混合動力汽車降低油耗和排放，遠期方案是純電動汽車和燃料電池汽車。雖然新能源汽車提供了使用燃料的燃料汽車、混合動力汽車，以及利用車載氫燃料電池發電和電動系統的燃料電池汽車等多元化選擇，但是由于現在的技術發展水平，因此尋找多元化的替代燃料，開發更接近市場的混合動力技術，是目前開發可替代能源的最切實可行的一步。而純電動車和氫燃料電池由于其技術仍難取得革命性突破，難以成為汽車行業的近期發展目標。且當今社會形勢，混合動力可以比較好的解決燃油消耗問題和污染問題，所以會主要介紹混合動力的優勢性和可行性。

關鍵詞：新能源汽車； 燃料電池；混合動

Abstract: On a recent period, gasoline and diesel car is still the main energy source, new energy vehicles recent needs to solve the scheme is solely internal-combustion-engine powered new technology and alternative burning cars, intermediate scheme is hybrid cars reduce fuel consumption and emissions, long-dated scheme is pure electric cars and fuel cell vehicles.Although the new energy vehicles provides the use of fuel fuel automobile, hybrid cars, and the use of on-board hydrogen fuel cell power and electric system of fuel cell vehicles etc multiple choices, but because the technology now development level, so looking for diversified development of alternative fuels, closer to the market, the hybrid technology is now developing alternative energy of the most feasible step.And pure electric cars and hydrogen fuel cells due to its technology is still difficult to obtain a revolutionary breakthrough, difficult to become automobile industry's recent development goals.And today's society situation, hybrid can good solve problems and fuel consumption pollution problem, so will mainly introduces the hybrid's superiority and feasibility.Keywords:New energy vehicles;Fuel cell keywords;Hybrid technology

引言

混合動力車是汽車使用兩個或兩個以上不同的動力源來推進車輛行駛的車輛，混合動力汽車的英文縮寫是HEV。HEV的基本結構是在電動汽車（EV）和燃料電池電動車（FCEV）的基礎上增加一套輔助動力系統--動力發電機組或某種原動機。原動機可以是內燃機、燃氣輪機等熱機。

1混合動力的分類

根據混合動力驅動模式，混合動力系統主要分為以下三類：一是串聯式混合動力系統。串聯式混合動力系統一般由內燃機直接帶動發電機發電，產生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機轉化為動能，最后通過變速機構來驅動汽車。在這種聯結方式下，電池就象一個水庫，只是調節的對象不是水量，而是電能。電池對在發電機產生的能量和電

動機需要的能量之間進行調節，從而保證車輛正常工作。這種動力系統在城市公交上的應用比較多，轎車上很少使用。二是并聯式混合動力系統。并聯式混合動力系統有兩套驅動系統：傳統的內燃機系統和電機驅動系統。兩個系統既可以同時協調工作，也可以各自單獨工作驅動汽車。這種系統適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯結方式結構簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯式聯結方式。三是混聯式混合動力系統。混聯式混合動力系統的特點在于內燃機系統和電機驅動系統各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式結構結合在一起，從而綜合調節內燃機與電動機之間的轉速關系。與并聯式混合動力系統相比，混聯式動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。此聯結方式系統復雜，成本高。Prius采用的是混聯式聯結方式。根據在混合動力系統中，電機的輸出功率在整個系統輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統還可以分為以下四類： 一是微混合動力系統。這種混合動力系統在傳統內燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅動啟動電機（也就是常說的Belt-alternator Starter Generator, 簡稱BSG系統）。該電機為發電啟動(Stop-Start)一體式電動機，用來控制發動機的啟動和停止，從而取消了發動機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴格意義上來講，這種微混合動力系統的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續的動力。在微混合動力系統里，電機的電壓通常有兩種：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合動力系統。二是輕混合動力系統。代表車型是通用的混合動力皮卡車。該混合動力系統采用了集成啟動電機（也就是常說的Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統）。與微混合動力系統相比，輕混合動力系統除了能夠實現用發電機控制發動機的啟動和停止，還能夠實現：（1）在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；（2）在行駛過程中，發動機等速運轉，發動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發電機的充電需求之間進行調節。輕混合動力系統的混合度一般在20％以下。三是中混合動力系統。該混合動力系統同樣采用了ISG系統。與輕度混合動力系統不同，中混合動力系統采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負荷工況時，電動機能夠輔助驅動車輪，從而補充發動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統的混合程度較高，可以達到30％左右，目前技術已經成熟，應用廣泛。四是完全混合動力系統。該系統采用了272-650v的高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統相比，完全混合動力系統的混合度可以達到甚至超過50％。技術的發展將使得完全混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向。

2串聯式混合動力汽車（SHEV）

串聯式混合動力（SHEV）模式由發動機、發電機和驅動電動機三大動力組成，發動機、發電機和驅動電動機采用“串聯”的方式組成SHEV的驅動系統。SHEV的結構由發動機、發電機和驅動電動機三大動力總成組成，它們采用“串聯”的方式組成驅動系統。在車輛行駛之初，蓄電池組處于電量飽和狀態，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動力系統不需要工作，蓄電池輸出的直流電經控制器變為交流電后供入驅動電動機、驅動電動機輸出的轉矩經變速器、傳動軸及驅動橋驅動車輪。蓄電池組電量低于60%時，輔助動力系統起動，為驅動系統提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。當車輛能量需求較大時，輔助動力系統與蓄電池組同時為驅動系統提供能量，發動機-發電機組產生的交流電經整流器變為直流電和電池輸出的直流電經控制器變為交流電后供入驅動電動機。由于蓄電池組的存在，使發動機工作在一個相對穩定的工況，使其排放得到改善。

3并聯式混合動力電動汽車（PHEV）

并聯式混合動力（PHEV）由發動機、電動/發電機或驅動電動機兩大動力總成組成。發動機、電動/發電機或驅動電動機采用“并聯”的方式組成PHEV的驅動系統。PHEV是由發動機與電動機、發動機或驅動電機兩大動力總成組成。如上圖所示，它們采用“并聯”的方式組成驅動系統。電動機的動力要與車輛驅動系統相結合，可以：（1）在發動機輸出軸處進行組合（2）在變速器（包括驅動橋）處進行組合；（3）在驅動橋處進行組合。一種電動機的動力在驅動輪處進行組合的驅動輪動力組合式PHEV，其驅動模式為：

1）以發動機驅動為基本驅動模式，獨立驅動后驅動輪；

2）驅動電動機為輔助驅動模式，能獨立驅動前驅動輪；

3）在混合驅動時，發動機驅動的后輪動力與驅動電機驅動的前輪動力進行組合，成為混合四驅動模式。

4混聯式混合動力電動汽車（PSHEV）

混聯式混合動力電動汽車綜合SHEV和PHEV結構特點，由發動機、電動-發電機和驅動電動機三大動力總成組成。蓄電池組PSHEV是綜合SHEV和PHEV結構特點組成的，由發動機、電動機或發動機和驅動電機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅動系統相適合，可以在變速器（包括驅動橋）處進行組合，也可以在驅動輪處進行組合。一種發動機的動力與驅動電動機的動力在驅動輪處進行組合的方式，其驅動模式為：

1）以發動機驅動為基本驅動模式，帶動電動機/發動機，并獨立驅動后驅動輪；

2）以驅動電動機為輔助驅動模式，能獨立驅動前驅動輪；

3）在混合驅動時，發動機驅動的后輪動力與驅動電動機驅動的前輪動力進行組合，成為混合四輪驅動模式。

5發展與未來

自1995年起，世界各大汽車生產廠商已將研究的重點轉向了混合動力汽車的研究開發。日本豐田汽車公司開發了Prius牌混合動力轎車，本田公司開發了Insight牌混合動力轎車。美國三大汽車公司均開發了包括轎車、面包車、貨車在內的混合動力汽車，如通用汽車公司推出的Precept，福特汽車公司的Escape和Prodigy，戴-克汽車公司的Citadel、ESX3等。目前，混合動力汽車技術及市場均看好。日本國內擁有的混合動力電動汽車己超過7萬輛，預計在2010年將達到210萬輛。日本豐田汽車公司計劃到2005年生產30萬輛混合動力汽車。2003年初，美國《Finance Times》曾報道，一旦發生石油危機，美國通用公司計劃將在5年內銷售100萬輛混合動力汽車，并已決定在2003年銷售12種混合動力汽車。

目前，日本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發最前沿的汽車公司，開發的混合動力汽車已達到實用化水平。1997年，豐田推出了世界上第一款批量生產的混合動力汽車Prius，其后又在2001年相繼推出了“ESTIMA”混合動力面包車和 “皇冠(CROWN)”轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產的混合動力汽車在日本國內和海外的累計銷量均突破了10萬輛，現在已經在全世界20多個國家上市銷售。著名的Prius為4門5座3廂式串聯式混合動力轎車，采用了橫向直列4缸16氣門雙頂置凸輪軸電噴汽油機(1.5升、最大功率 53千瓦)、驅動用鎳氫電池和電動無級變速系統，標準配置有雙安全氣囊、電動門窗、中置數字液顯儀表板、行駛電腦顯示屏、自動空調、音響等。豐田Prius混合動力系統(THS)電

子控制裝置的特點是，可分別利用電能、汽油或兩者組合同時工作。根據車速和負荷情況，THS可以控制每種能源所提供的功率比例，以保證汽車按最有效的模式運行。在車輛的行駛過程中，乘客對THS的轉換是感覺不到的。THS系統的關鍵部分是功率分流裝置。該裝置利用一套行星齒輪組將發動機功率直接傳遞到車的前輪和發電機上。電控式變速器將汽油機、發電機和電動機的功率輸出加以混合，從而達到汽車加速和減速的需要。2002年，豐田ESTIMA混合動力面包車投產，其混合動力系統采用了世界首次批量生產的電動4輪驅動及4輪驅動力/制動力綜合控制系統，它給混合動力汽車的行駛性能帶來了革命性的改進。所有這些都表明豐田公司在普及混合動力系統的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經走在了世界同業前列。豐田汽車公司計劃20l2年在其全部汽車產品上采用汽油電力混合動力發動機，以提高燃油經濟性和降低排放污染。

美國1993年9月啟動新一代汽車伙伴計劃，其時間表為：1997年完成技術選擇，2000年推出概念車，2004年推出能用于投產的式樣車。當年，美國能源部與三大汽車公司簽訂了混合動力汽車開發合同，其中通用汽車公司投入1.48億美元，福特投入1.38億美元，克萊斯勒投入8480萬美元，進行為期6年的研制開發工作。1997年，PNGV計劃已完成了新一代汽車的技術選擇，經過充分醞釀，認真篩選，確定了輕質材料、混合動力、高性能引擎(四沖程直燃式引擎)和燃料電池(PEM燃料電池)為PNGV的技術主要方向。在美國47個州的21個聯邦實驗室，51所大學中，有1200多個PNGV的研究專案正在進行中，PNGV計劃已使美國全國形成了一個汽車技術創新的國家行動。經過多年努力，三大公司于1998年北美國際汽車展上分別展出了樣車。在此基礎上，現已按期推出三款混合動力轎車--通用Precept、福特Prodigy、克萊斯勒Dodge ESX3，三款車均接近或實現了3升/百公里的目標。其中，通用汽車Precept是目前唯一達到新一代汽車協作伙伴關系(PNGV)油耗要求的車型。這是一輛四門、五人座轎車，其驅動系統系由一臺3缸1.3升直噴柴油引擎與兩臺電動機(包括驅動前輪的電動機和驅動后輪的柴油-電動機組)及一臺手動自動變速箱組成，而電動機可吸收剎車過程中的制動能量，并給以上的電池組充電。據統計，美國市場上售出混合動力汽車接近7萬輛，2002年美國的混合動力汽車市場規模達到35000輛。美國已有近20個城市在試用混合動力公共汽車，歐洲各大汽車廠商也紛紛推出了混合動力汽車。法國BE集團先后推出了貝靈格型和薩拉型混合動力汽車。薩拉型混合動力汽車以雪鐵龍的Estate加長型轎車為原型，配備一個55kWDE的汽油內燃機發動機和一個25kW的電動機，排放量較同類普通汽車降低35%，一次行程可高達1000km。

隨著石油供應的日趨緊缺和環境污染的日益加劇，電動車這種以電能為動力的交通工具憑借其節能、環保的優點日漸成為業界關注的焦點。20世紀80年代以來, 許多發達國家紛紛投入巨資研發電動汽車，我國的“863 計劃”也已明確將電動汽車作為重點攻關項目。目前，我國電動汽車的研發水平與發達國家基本上處在同一起跑線上，在某些方面甚至超過國外。1999年，清華大學與廈門金龍聯合汽車工業有限公司合作研制成功國內第一輛混合動力輕型客車。2001年底，國家“863”電動汽車科技攻關項目正式啟動，第一批項目中主要是混合動力汽車，目前正在進行當中。一汽和東風汽車集團聯合所在地高校和研究所，在各自客車底盤上，研發混合驅動公共汽車和大型客車。此外，東風電動汽車公司還承擔了混合動力轎車的研究開發。“十五”目標是攻克關鍵技術，推出新產品，主要研究內容包括：發動機、電動機、蓄電池等各種單元技術；各系統的電子控制技術和

整車的動力系統優化與控制技術，應節省燃料50%，排放下降80%；制動能量回收技術，應能回收30%制動能量。目前，混合動力汽車主要研發成果如下：東風電動車輛股份有限公司開發出混合動力汽車。其中，EQ7200HEV型混合動力轎車以風神藍鳥轎車為平臺，以滿足未來城市公務、出租用車需求為目標，最大限度利用東風公司現有產品平臺及社會資源開發而成，實現產品系列化、通用化、標準化設計。主要技術參數：最高車速160km/h；鋰離子電池。EQ6110HEV型混合動力城市公交車采用混聯方案，專為2008年北京奧運會公交用車而開發。主要性能參數：采用東風汽車公司生產的康明斯6BTA型柴油機(最大轉矩488Nm，額定轉速2200rpm)、中科院電工所研制的交流電機，純電池電動運行最高車速31km/h，最大功率27kW，最大電流119A；發動機和電機混合驅動；最高車速72km/h。

天津清源電動車輛有限公司開發出混合動力中型客車。其主要技術特點： 使用燃油和電力雙能源，同時兼顧了傳統汽車的方便性和電動汽車的環保性能；排放達到歐III標準，燃油經濟性提高15%以上；適于城市和城際之間的公共交通。主要技術指標： 尺寸參數 7210×2110×2670(mm)； 總重量 7t ；座位數 22＋10 ；發動機類型 CY4105Q型柴油機 ；發動機最大功率 72kW； 變速器 5檔機械變速 ；電機類型 交流異步(矢量控制)； 電機功率 10 kW ；電池類型 免維護鉛酸電池 ；電池容量 100Ah ；最高車速 時速110km以上；最大爬坡度 20%以上；制動距離 小于10m(時速30公里)。

深圳明華環保汽車有限公司開發出混合動力電動輕型客車。其技術特點：采用并聯式混合動力系統，內燃機采用達到歐洲二號尾氣排放標準的柴油機；電動機采用國際先進的異步交流電機，具有變頻調速的矢量控制系統；自身反充功能：內燃機做動力源驅動車輛行駛中可同時通過電動機/發電機功能互換將發動機用作發電機為車載蓄電池組充電以補充能量，提高電驅動續駛里程。

北京嘉捷博大電動車有限公司和常州客車廠合作開發了我國第一輛以燃氣渦輪機作為動力機的混合動力電動大客車。該車長11.5 m，寬2.48 m，高3.6 m，46座，排放指標低于2008年將在歐洲開始執行的歐Ⅴ標準，是當前理想的城市環保型公交車和旅游車。

第一汽車集團公司、美國電動車(亞洲)公司、汕頭國家電動汽車試驗示范區三方共同合作推出一款混合動力轎車--紅旗CA7180AE。該款串聯式的混合動力轎車屬中高檔，13kW汽油機，15kW直流電機，144v(105Ah)鉛酸電池，4×2前驅動形式，最高車速可達135km/h。

就目前的形勢來看，混合動力電動車擁有的特點是混合動力電動汽車具備了良好的動力性能、良好的燃油經濟性、清潔環保、經濟實用，但為了達到提高車輛的動力性、經濟性和環保性, 就需要采用當代最先進的內燃機技術深入分析低油耗特性； 選擇比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的電機, 研究它的低速大轉矩、效率和再生制動能量回饋性能； 經過周密分析和試驗研究特性, 最佳選擇各自高性能區段的組合與疊加。

另一方面，混合動力汽車成本過高絕對是目前混合動力電動汽車推廣應用的主要難點, 這是因為混合動力汽車除了以往的動力裝置外, 至少還必須安裝電池, 其成本不可能降至普通汽車的水準。因此, 混合動力汽車技術發展的首要難題是降低成本, 這也是今后有待解決的最大課題, 特別是必須降低動力電池、電機驅動系統、電子控制系統等的成本。還有，要提高汽車行駛過程中的能量再生利用效率，.就得從汽車制造階段著手, 設計改進汽車動力系統, 滿足汽車再生制動

回收要求，加強混合動力電動汽車的可靠性, 解決動力電池的使用壽命和可靠性問題, 是混合動力電動汽車推廣應用的前提。

6結論

綜上所述，鑒于石油資源將趨于枯竭和環境污染日益加劇的現實，國內外汽車制造商在其政府支持下，都在競相開發各種類型電動汽車。目前，純電動汽車、燃料電池電動汽車和混合動力汽車三種電動汽車的研發及產業化進展特點是：純電動汽車技術基本成熟。國外已有少量純電動汽車進入商業運行，國內處于樣車試制階段。由于動力電池的比能量、比功率小，一次充電行程短、造價高等致命缺憾，大范圍的市場化受到一定制約。燃料電池汽車具有燃料多樣、效率高、排放少等優點，有可能成為未來汽車的主流，因此受到了國外各大汽車公司的重視，但目前它還面臨著許多技術困難。國外正處于研制開發和小批量生產階段，距離低成本、大量生產的水平尚有差距；國內尚處于研發起步階段。而混合動力汽車是汽車產業界的一場革命，是汽車最終駛向零排放的過渡，是今后高端產品的一種有效配置，在未來一、二十年內將有很大部分燃油汽車實現混合驅動，與傳統燃油汽車分享市場。國內混合動力汽車正處于樣車試制階段，已開發出混合動力轎車、混合動力中巴車、混合動力大客車樣車，而國外日本等少數國家汽車制造商已開始了逐年增長的小批量商業化生產，并正在廣泛進入世界市場。

參考文獻:

［1］郎全棟，《汽車文化》[M].高等教育出版社.［2］龔金科，《汽車排放及控制技術》[M].人民交通出版社.［3］黎蘇，黎曉鷹，黎志勤編著.汽車發動機動態過程及其控制[M].人民交通出版社.

第四篇：新型混合動力汽車檢測技術的研究及應用

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新型混合動力汽車檢測技術的研究及應用 作者：王 波 徐智敏

來源：《現代電子技術》2009年第17期

摘要：對混合動力汽車的“動力控制策略”和“運行狀況的監控系統”進行了研究，重點分析了實現混合動力驅動車輛的關鍵技術，并給出一種新型混合動力汽車控制系統的設計方法。該系統匯集了先進的電子技術于汽車領域中，因此具備精確的檢測功能，滿足了混合動力車高效節能的油電混合驅動控制系統的要求，同時增強了控制系統的穩定性和可靠性。關鍵詞：混合動力汽車；動力控制；霍爾傳感器；控制策略

第五篇：混合動力汽車特點和分類介紹

混合動力汽車特點和分類介紹

混合動力汽車是指裝有內燃機與電動機兩種動力的汽車。混合動力汽車就是在純電動汽車上加裝一套內燃機，其目的是減少汽車的污染，提高純電動汽車的行駛里程。混合動力汽車有串聯式和并聯式兩種結構形式。復合動力汽車（亦稱混合動力汽車）是指車上裝有兩個以上動力源，包括有電機驅動，符合汽車道路交通、安全法規的汽車，車載動力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機車的發電機組，當前復合動力汽車一般是指內燃機車發電機，再加上蓄電池的汽車。

混合動力汽車的優缺點：

混合動力車的優點

1、采用復合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。

2、因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。

3、在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現“零”排放。

4、有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。

5、可以利用現有的加油站加油，不必再投資。

6、可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。復合動力電動汽車有兩種基本的工作方式，即串聯式、并聯式和串并聯（或稱混聯）式。混合動力驅動汽車的缺點：

有兩套動力，再加上兩套動力的管理控制系統，結構復雜，技術較難，價格較高。由于“新一代汽車伙伴合作”（P NGV）計劃的推動美國三大汽車公司對各種單元技術及其不

同組織進行成百種方案的篩選、比較，認為采用復合動力是實現中級轎車百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的關注。

混合動力電動汽車已開發出一些成功的例子

日本豐田汽車公司1997年12月宣布將復合動力電動轎車 P rius投入小批量商業化生產，該車自重1515kg，裝用頂置凸輪軸四缸，1500cc排量汽油機，最大功率42．6kW／4600r／min，帶永磁無刷發電機，驅動電機亦為永磁無刷的額定功率30kW，采用氫鎳電池，實現串并聯控制方式，百公里油耗為3．4L，比原汽油車減少了一半，C O2排量也相應減少了一半，C O、HC、NOX僅為現行法規允許值的10％，售價每輛216萬日元（約15000美元）。

美國克萊斯勒汽車公司1998年2月在底特律展出第二代道奇無畏 ESX2型復合動力電動轎車，該車裝用1500cc排量直噴柴油機帶發電機，采用鉛酸電池，交流感應電機驅動，鋁車架，復合材料車身，自重1022kg，百公里油耗降至3．4L。2000年通用，福特，戴姆勒?克萊斯勒已開發出100公里油耗已達到3升汽油或接近3升汽車的樣車，只是價格仍較貴。按照內燃機與電動機聯接方式的不同，混合動力汽車分為串聯型、并聯型和串并聯型三種。混合動力汽車既能減少汽車對環境的污染，又能延長續駛里程。

大眾汽車公司曾在高爾夫轎車上安裝一套柴油機電動機驅動系統。在相當于柴油機飛輪的位置安裝一個6KW的緊湊型感應電動機，在柴油機側和變速器側各裝有自動操縱的離合器。當柴油機側的離合器處于分離狀態時，轎車由電力驅動。當轎車由柴油機驅動時，柴油機側的離合器接合。此時感應電動機的轉子起飛輪作用，而且該電動機還作為起動機和交流發電機使用。

由于兩種動力裝置分別用于各自最適宜的工作條件，因此，這套混合動力驅動系統的燃油經濟性非常好，綜合排放水平非常低。與一般裝有柴油機的高爾夫轎車相比，柴油消耗降低62％，有害排放物減少40％～60％，在夜間為電池充電需要12～16kW?h。

混合動力車的分類

串聯型混合動力汽車最簡單，內燃機帶動發電機發電，發出的電供給電動機用來驅動車輛行駛。若有剩余，則對蓄電池充電。在需要大功率輸出時，發電機和蓄電池同時向電動機供電。顯然，串聯型混合動力汽車有著與燃油汽車一樣的續駛里程。

并聯型混合動力汽車采用內燃機和電動機兩套各自獨立的驅動系統。內燃機可以單獨驅動車輛，電動機也可以單獨驅動車輛，內燃機與電動機還可以聯合驅動車輛，當內燃機輸出的功率大于驅動車輛所需要的功率或者再生制動時，電動機工作在發電機狀態，將多余的能量轉化為電能充入蓄電池。顯然，并聯型混合動力汽車可以減少汽車尾氣的排放和燃油消耗。

串-并聯型混合動力汽車同時具有串聯型和并聯型的特點，但是結構復雜，成本高。作為混合動力汽車的實例，一種新型并聯型混合動力汽車的驅動系統，該系統中采用二自由度行星齒輪機構作為減速器。當汽車滿載加速行駛時，內燃機和電動機同時工作，共同提供汽車所需動力；當汽車等速或輕載行駛時，汽車所需動力主要由電動機提供，電動機通過二自由度行星齒輪機構減速，這時內燃機只提供最小轉矩和最小功率；汽車在市郊行駛時，僅內燃機工作，電動機不工作，行星齒輪機構的齒圈被鎖死，這時行星齒輪機構只有一個自由度。