混合动力电动汽车 _生活百科

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混合动力电动汽车【混合动力电动汽车】複合动力电动汽车（亦称混合动力电动汽车）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，当前複合动力电动汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的电动汽车。
基本介绍中文名：複合动力电动汽车
亦称：混合动力电动汽车
优点：省油和环保
动力源：内燃机和蓄电池
定义所谓混合动力电动汽车，是指拥有两种不同动力源的汽车。这两种动力源在汽车不同的行驶状态（如起步、低中速、匀速，加速，高速，减速或者剎车等）下分别工作，或者一起工作，通过这种组合达到最

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丰田普锐斯少的燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的目的。以丰田的混合动力汽车PRIUS为例，该车由燃油发动机和电池两种动力，在汽车启动和低于24公里时速行驶时，燃油发动机并不工作，而是由轿车自带的电池提供动力，只有在汽车行驶速度超过24公里/小时的时候，燃油发动机才开始工作；在汽车突然加速的时候，电池就会帮助燃油发动机一起加速；在汽车高速行驶时，电池会为汽车的空调，音响，前大灯和尾灯等汽车辅助设施提供能量，从而减少燃油发动机的负荷；而在汽车减速和剎车的时候，汽车本身为电池进行充电，实现能量的循环使用，并最大限度地保存和节约能源。简介複合动力电动汽车的优点是：1、採用複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。複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。複合动力驱动汽车的缺点是：有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构複杂，技术较难，价格较高。由于"新一代汽车伙伴合作"（ P NGV）计画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，认为採用複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。经过多年研究，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月宣布将複合动力电动轿车 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，採用氢镍电池，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 E SX2型複合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，採用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，複合材料车身，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。特点1）採用小排量的发动机，降低了燃油消耗；2）可以使发动机经常工作在高效低排放区，提高了能量转换效率，降低了排放；3）将制动、下坡时的能量回收到蓄电池中再次利用，降低了燃油消耗；4）在繁华市区，可关停内燃机，由电机单独驱动，实现“零”排放；5）电机和内燃机联合驱动提高了车辆动力性，增强了驾驶乐趣；6）利用现有的加油设施，具有与传统燃油汽车相同的续驶里程。关键技术混合动力系统的研发需要解决很多技术问题，比如控制策略的设计、内燃机燃烧系统的最佳化、蓄电池的改进、传动系统的匹配设计和新材料新工艺的套用等等。1控制系统这里的控制系统是指汽车动力总成集中控制系统，它是整车正常行驶的核心单元。传统内燃汽车的控制系统包括发动机的空燃比(或喷油量)控制、点火控制和怠速控制，以及变速器的档位变换和换档感觉控制等。混合动力汽车的控制还需要根据转速、负荷及车速等信息和相关设备的状态确定发动机与电动机的功率分配策略，即当汽车的负荷给定后，首先要确定发动机与电动机输出功率的比例，以保证满足汽车动力性、经济性、排放性等性能指标的要求。为了满足混合动力汽车的包括驾驶性等的要求，需要设计与混合动力系统相适应的控制系统和控制策略。混合动力汽车控制策略由于各种混合动力电动汽车结构上的差异，因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流在不同元件间的流动，其目的是为了达到以下四个主要目标：- 最佳的燃油经济性- 最低的排放- 最低的系统成本- 最好的驱动性能混合动力电动汽车控制策略的设计主要考虑以下几点：(1) 最佳化发动机的工作点：基于最佳燃油经济性、最低排放或者二者选其一，根据发动机的转矩/转速特性曲线确定最优工作点;(2) 最佳化发动机的工作曲线：如果发动机需要发出不同的功率，相应的最优工作点就构成了发动机的最优工作曲线;(3) 最佳化发动机的工作区：在转矩/转速特性曲线上，发动机有一个首选的工作区，在此工作区内，燃油效率最高;(4) 最小的发动机动态波动：应控制发动机的工作转速以避免波动，从而使发动机的动态波动达到最小;(5) 限制发动机最低转速：当发动机低速运行时，燃油效率很低，因而当发动机转速低于某一下限值时，应关闭发动机;(6) 减少发动机的开/关次数：频繁地开/关发动机，引起油耗和排放增加;(7)合适的蓄电池荷电状态：蓄电池的容量须保持在适当的水平，以便在汽车加速时提供足够的功率，在汽车制动或下坡时能回收能量。若蓄电池的容量过高，应关闭发动机或使之怠速运转;(8)安全的蓄电池电压：在放电、发电机充电或制动回收充电时，蓄电池的电压挥发生很大变化，应避免蓄电池电压过低或过高，否则蓄电池会产生永久性破损，因而蓄电池管理很关键;(9) 分工适当：在驱动循环中，发动机和蓄电池应合理分担汽车所需功率;(10) 在某些城市或地区混合动力电动汽车以纯电动模式工作效率最高，这种转变可以通过手动或自动来实现。2内燃机经过100多年的发展，车用内燃机在动力性、经济性及排放控制方面获得了很大改善。近年来电控燃油喷射、排气再循环、增压中冷、可变进气涡轮、高压共轨和催化后处理等技术的套用，更使汽车的性能飞速提高，因此，作为一种成熟的动力设备，内燃机在混合动力电动汽车上的套用难度不大。由于可移动性能好、比功率大、热效率也较高，因此，内燃机仍然是影响整车效率和性能的关键设备。3蓄电池蓄电池是混合动力电动汽车发展的关键技术，也是提高整车性能和降低成本的重要发展方向。自上世纪90年代以来，蓄电池的比能量、比功率、循环寿命等方面的问题就一直成为电动汽车发展的主要障碍;对于混合动力电动汽车来说，由于电动比例较高，因此同样面临着蓄电池技术改进的问题：第一，比能量相对不足，因而成本较高，比能量值越高，汽车经济性越好;第二，蓄电池的寿命相对较短，蓄电池寿命一般为充放电1000次左右，比整车寿命低得多，若在汽车十几年的生命周期频繁更换蓄电池的话，混合动力汽车的运营成本将大大提高。另外，蓄电池的套用还涉及到充电时间较长、电池荷电状态(SOC)判别等问题这些都不同程度影响整车性能。目前，在混合动力电动汽车上使用的蓄电池主要是铅酸电池、镍氢电池(MH-Ni)和锂离子电池，如克莱斯勒ESX2採用铅酸电池，丰田Prius和本田Insight用镍氢电池日产Tino用锂离子电池。4其它技术电动机技术、转矩合成技术和新材料套用技术对于混合动力汽车系统也都起着举足轻重的作用。比如，电动机技术涉及电机的工作效率和能量回收策略等问题;转矩合成器将发动机转矩和电动机转矩耦合输出，对系统运行平稳性和可靠性有重大影响;材料技术的套用主要指轻质高强度材料的选择这对提高汽车性能极为有利。技术概况分类和结构1．串联式混合动力汽车 Series Hybrid Electric Vehicle (SHEV)串联式混合动力系统用电动机驱动车轮，电动机的电力来自发动机。串联式混合动力系统利用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。其基本结构是由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器组成。由一个小输出功率的发动机进行準稳恆性运转来带动发电机，直接向电动机供应电力，或一边给HV蓄电池充电一边行驶。由于内燃发动机的动力是以串联的方式供应到电动机，所以称为“串联式混合动力系统” 。2. 并联式混合动力电动汽车 Parallel Hybrid Electric Vehicle (PHEV)并联式混合动力系统使用电动机和发动机两种动力来驱动车轮用发动机来给HV蓄电池充电，其基本结构是由电动机、发动机、HV蓄电池、变压器和变速器组成。并联式混合动力系统中利用HV蓄电池的电力来驱动电动机。因电动机兼用为发电机，所以不能一边发电一边用来行驶。动力的流向为并联，所以称为“并联式混合动力力系统” 。3．混联式（串、并联式）混合动力电动汽车 Power-Split Hybrid Electric Vehicle (PSHEV)混联式混合动力利用电动机和发动机来驱动车轮，并可用发电机来发电及自行充电。混联式混合动力利用电动机和发动机这两个动力来驱动车轮，同时电动机在行驶当中还可以发电。根据行驶条件的不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者利用发动机和电动机驱动行驶。另外还安装有发电机，所以可以一边行驶，一边给HV蓄电池充电。基本结构由电动机、发动机、HV蓄电池、发电机、动力分离装置、电子控制单元(变压器、转换器)组成。利用动力分离装置将发动机的动力分成两份，一部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，给电动机供应电力和HV蓄电池充电。电动机擅长从低速带开始发挥威力，而发动机则在高速带大显身手。本系统通过理想地控制二者，可在所有条件下提供高效率的行驶。混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。控制系统在HEV上普遍採用以计算机为核心的现代计算机技术和自动控制技术，各种智慧型控制系统，包括自适应控制技术（MRAC）、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统（Expert system）、神经网路控制系统(Neural networks)等也逐渐套用到EV、FCEV和HEV上，使HEV更加安全、节能、环保和舒适。能量管理系统採取层级式控制：最上层为整车能量管理系统，统一协调和控制各个低端控制器；中间一层包括五个低端控制器，即发动机控制器、发电机控制器、电动机控制器、离合器及制动器控制器和电池能量管理系统（BMS）等；最下层为各个执行器，即发动机、电机、离合器等部件。HV蓄电池组丰田THSⅡ採用大功率，高密度，轻量，寿命长的新开发的HV蓄电池。它是在旧型号THS採用的小型高性能镍氢蓄电池基础上，改进了电极材料与各单体蓄电池之间的连线结构，所以降低了蓄电池的内阻，提高了许可证电池的输出密度。由于在THS2上採取了行车中保持一定充电状态的控制，所以，不需要利用外部充电。HV蓄电池组包括HV蓄电池模组，蓄电池计算机，系统主继电器及维修插座，这些部件汇总装在一个壳体内，设定在后座位之后。蓄电池组的电池部分由28个模组串联而成，每个模组是由6个1.2伏的单体蓄电池串联而成，总共是168个单体蓄电池，由此可得到201.6v的高电压。蓄电池计算机在保持充电状态为适当值的同时，还将完成下列控制：1*4充电状态的管理为了保证在加速等场合下放电，在减速时利用制动器回收充电的反覆进行，HV蓄电池将一直向HV蓄电池计算机输出充电状态信号，HV蓄电池计算机利用充放电电流的累计值，将充电状态值始终控制在目标範围之内。1*5冷却风扇的控制HV蓄电池的充放电将引起自身的发热，为确保蓄电池性能，对冷却风扇的工作方式进行控制。1*6外部充电器的控制指在利用内部充电器充电的过程中，监视蓄电池状态，保证适当充电所进行的控制。1*7与空调之间的通讯通过HV控制计算机，根据空调的要求来改变冷却风扇的工作方式。1*8蓄电池状态的监控监视蓄电池的温度及电压等，当检测出有异常时，通过限制或停止充放电以保护蓄电池。此外，按要求使报警灯亮，输出与记忆诊断代码。1*9冷却风扇当蓄电池的温度升高时，冷却风扇将按照蓄电池计算机的指令调节风量。此外，还可根据空调的要求，改变空调的工作方式。冷却风扇的进风口设在座椅的右侧。利用风机将从车厢内吸进的空气引入到蓄电池组的右上方，使其由上而下地吹过蓄电池模组之间，对其进行冷却。冷却后完成热交换的空气，从蓄电池组的右下方，经过后货舱右侧的排气管，排至后货舱与车外。1*10 系统主继电器（SMR）