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這是一個關(guān)于純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理PPT課件,這節(jié)課主要是了解3.0 概述3.1 混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)分類3.2 混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)分析3.3 混合動力電動汽車多能源控制系統(tǒng)及實例分析等等介紹。電動汽車(BEV)是指以車載電源為動力,用電機驅(qū)動車輪行駛,符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。其組成包括:電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小,其前景被廣泛看好,但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。工作原理:蓄電池—電流—電力調(diào)節(jié)器—電動機—動力傳動系統(tǒng)—驅(qū)動汽車行駛。2015年9月29日,國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》,部署加快推進(jìn)電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作,歡迎點擊下載純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理PPT課件哦。
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第三章 混合動力電動汽車
3.0 概述
3.1 混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)分類
3.2 混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)分析
3.3 混合動力電動汽車多能源控制系統(tǒng)及實 例分析
第三章 混合動力電動汽車
※重點
混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)和性能
※難點
不同混合動力電動汽車的多能源動力系統(tǒng)的能量流分析及其控制
電動汽車結(jié)構(gòu)與原理
第三章 混合動力電動汽車
3.0 概 述
廣義定義
由兩種和兩種以上的儲能器、能源或轉(zhuǎn)換器作驅(qū)動能源,其中至少有一種能提供電能的車輛稱為混合動力電動汽車HEV (Hybrid Electric Vehicle)。
狹義定義
既有內(nèi)燃機又有電動機驅(qū)動的車輛。
3.0 概 述
優(yōu)點
◇與純電動汽車相比:行駛里程延長了2~4倍;能快速添加汽油或柴油。
◇與傳統(tǒng)燃油車相比:內(nèi)燃機以最有效的模式工作,在相同行駛里程的條件下,燃油消耗和排放少;可以純電動方式工作,實現(xiàn)零排放。
缺點
◇結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。
◇有排放。
3.1 混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)分類
3.1.1 混合動力電動汽車的分類
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
3.1.1 混合動力電動汽車的分類
※按結(jié)構(gòu)分類
串聯(lián)混合動力電動汽車SHEV (Series Hybrid Electric Vehicle)
并聯(lián)混合動力電動汽車PHEV (Parallel Hybrid Electric Vehicle)
混聯(lián)混合動力電動汽車SPHEV (Series and Parallel Hybrid Electric Vehicle)
3.1.1 混合動力電動汽車的分類
※按主要動力源分類
電力主動型HEV(電量消耗型HEV)
◇電機功率占整個系統(tǒng)功率的百分較大,發(fā)動機功率占整個系統(tǒng)功率的百分較小,不足以維持電池組荷電狀態(tài)SOC。
◇車輛行駛后的電池組荷電狀態(tài)SOC低于初始值,需外界能量源給電池組補充充電。
發(fā)動機主動型HEV(電量維持型HEV)
◇發(fā)動機功率占整個系統(tǒng)功率的百分較大,電機功率占整個系統(tǒng)功率的百分較小,電池組僅提供車輛行駛時的峰值功率。
◇車輛行駛前后的電池組荷電狀態(tài)SOC基本維持不變。電池組容量可較小。一般不需外界能量源給電池組補充充電。
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖
動力總成:發(fā)動機、發(fā)電機、電動機
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
能量流圖(車載能源環(huán)節(jié)的聯(lián)合)
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
能量流圖(車載能源環(huán)節(jié)的聯(lián)合)
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
特點
◇發(fā)動機和發(fā)電機組成輔助動力單元APU (Auxiliary Power Unite)一起工作產(chǎn)生所需的電能。發(fā)動機和發(fā)電機之間的機械連接裝置中沒有離合器。
◇發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能,轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來給蓄電池充電,另一部分經(jīng)由電動機和傳動裝置驅(qū)動車輪。
◇單條驅(qū)動線路:只有電動機驅(qū)動汽車行駛。發(fā)動機僅用于帶動發(fā)電機發(fā)電,與驅(qū)動輪無機械連接,不直接驅(qū)動車輛。
◇為發(fā)動機輔助型的電動車,可增加電動車的續(xù)駛里程。
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
優(yōu)點
◇動力電池組為基本能源,可實現(xiàn)“零污染”狀態(tài)的行駛。發(fā)動機—發(fā)電機組所發(fā)出的電能向動力電池組充電,用于補充動力電池組的電能,或直接供給驅(qū)動電動機,以延長續(xù)駛里程。
◇發(fā)動機—發(fā)電機組的發(fā)動機能夠保持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運轉(zhuǎn),將有害氣體排放控制在最低范圍。還可采用燃?xì)廨啓C、轉(zhuǎn)子發(fā)動機等其它類型的發(fā)動機,進(jìn)一步降低燃料消耗和有害氣體排放。
◇趨近于純電動車,只有電動機驅(qū)動車輛。可采用電動機集中驅(qū)動系統(tǒng)或電動輪驅(qū)動系統(tǒng)。
◇總體結(jié)構(gòu)較簡單,易于控制,發(fā)動機—發(fā)電機組和電動機之間沒有機械聯(lián)系,在車上布置有較大的自由度。
3.1.2 串聯(lián)混合動力電動汽車
缺點
◇電動機驅(qū)動功率必須能夠克服車輛在行駛過程中的最大阻力,故電動機功率要求較大,外形尺寸較大,質(zhì)量較重。由于電動機不經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作,因此效率較低。要求動力電池組容量大,同時還需較大功率的發(fā)動機—發(fā)電機組,一般發(fā)動機—發(fā)電機的功率接近和等于電動機的功率。加上龐大的動力電池組,整車外形尺寸較大,質(zhì)量較重,在中小型車上布置有困難,較適合應(yīng)用于大型客車。
◇發(fā)動機—發(fā)電機—電動機系統(tǒng)的機械能—電能—機械能的能量轉(zhuǎn)換過程中,能量損失較大;在動力電池組的充、放電過程中也存在能量損耗,能量轉(zhuǎn)換的綜合效率比內(nèi)燃機汽車低。
◇發(fā)動機—發(fā)電機組與動力電池組之間的匹配要求較嚴(yán)格,要根據(jù)動力電池組SOC的變化,自動起動或關(guān)閉發(fā)動機,以避免動力電池組過放電和過充電,需要更大容量的電池。
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖
動力總成:發(fā)動機、電動機
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖(電機在離合器之后)
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖(電機在離合器之前,起ISG作用)
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
能量流圖(機械能的聯(lián)合)
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
能量流圖(機械能的聯(lián)合)
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
特點
◇2條驅(qū)動線路:內(nèi)燃機和電動機都可通過各自的驅(qū)動線路驅(qū)動車輪。
◇3種驅(qū)動模式:發(fā)動機單獨驅(qū)動,電動機單獨驅(qū)動,發(fā)動機和電動機混合驅(qū)動。
◇為電力輔助型的燃油車,可降低排放和燃油消耗。
◇當(dāng)發(fā)動機提供的功率大于驅(qū)動電動車所需的功率或者再生制動時,電動機工作在發(fā)電機狀態(tài),將多余的能量充入電池。
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
優(yōu)點
◇只有發(fā)動機和電動機兩個動力總成,兩者的功率可以等于50%~100%車輛驅(qū)動功率,比SHEV三個動力總成的功率、質(zhì)量和體積小很多。
◇發(fā)動機可直接驅(qū)動車輛,沒有SHEV發(fā)動機的機械能—電能—機械能的轉(zhuǎn)換過程,能量轉(zhuǎn)換的綜合效率比SHEV高。車輛需要最大輸出功率時,電動機可以給發(fā)動機提供額外的輔助動力,因此發(fā)動機功率可選擇較小,燃油經(jīng)濟(jì)性比SHEV好.
◇與電動機配套的動力電池組容量較小,使整車質(zhì)量減小。
◇電動機(如ISG)可帶動發(fā)動機起動,調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出功率,使發(fā)動機基本穩(wěn)定在高效率、低污染狀態(tài)下工作。發(fā)動機帶動電機發(fā)電向電池組充電,可延長續(xù)駛里程。
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
缺點
◇需要配備與內(nèi)燃機汽車相同的傳動系統(tǒng),總布置基本與內(nèi)燃機汽車相同,動力性能接近內(nèi)燃機汽車。發(fā)動機工況會受到車輛行駛工況的影響,有害氣體排放高于SHEV。
◇需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成,還有電動機、動力電池組和動力組合器等裝置,因此動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,布置和控制更困難。
3.1.3 并聯(lián)混合動力電動汽車
組合驅(qū)動方式
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖(以豐田Prius為例)
動力總成:發(fā)動機、發(fā)電機、電動機
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
結(jié)構(gòu)示意圖(以豐田Prius為例)
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
能量流圖(以豐田Prius為例)
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
混聯(lián)混合動力合成裝置—行星齒輪機構(gòu)工作原理
◇結(jié)構(gòu):太陽輪與發(fā)電機相連,齒圈與傳動裝置相連,行星架與發(fā)動機相連。
◇發(fā)動機動力傳遞:一部分動力通過行星齒輪傳給齒圈,然后通過傳動軸傳給驅(qū)動車輪;另一部分動力傳給太陽輪經(jīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。
◇各部件角速度方程:
ω1+kpω2-(1+kp)ω3=0
kp—基本齒數(shù)比, kp=Z2/Z1;
Z1、Z2—分別為太陽輪、齒圈的齒數(shù);
ω1、ω2 、ω3—分別為太陽輪、齒圈和行星架的角速度。
◇各部件運動方程:
J1ω1=η1M1-η2M2/kp J3ω3=M3+η3M2(kp+1)/kp
J1—太陽輪及其相關(guān)部件的轉(zhuǎn)動慣量; J3—行星架的總轉(zhuǎn)動慣量
M1 、M2 、M3—分別為作用在太陽輪、齒圈及行星架上的轉(zhuǎn)矩
η1 、η2 、η3—分別為太陽輪、齒圈、行星架的傳動效率
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
特點
◇將串聯(lián)HEV和并聯(lián)HEV相結(jié)合,具有兩者的優(yōu)點。
◇與串聯(lián)HEV相比,增加了機械動力的傳遞路線。
◇與并聯(lián)HEV相比,增加了電能的傳輸路線。
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
優(yōu)點
◇三個動力總成比SHEV三個動力總成的功率、質(zhì)量和體積小。
◇有多種驅(qū)動模式,節(jié)能最佳,有害氣體排放達(dá)到“超低污染”。
◇發(fā)動機可直接驅(qū)動車輛,沒有機械能—電能—機械能的轉(zhuǎn)換過程,能量轉(zhuǎn)換的綜合效率比內(nèi)燃機汽車高。
◇電動機可獨立驅(qū)動車輛行駛。電動機利用低速—大轉(zhuǎn)矩特性,帶動車輛起步,可在城市中實現(xiàn)“零污染”行駛。車輛需最大輸出功率時,電動機可給發(fā)動機提供輔助動力,因此發(fā)動機功率可選擇較小,燃料經(jīng)濟(jì)性比SHEV好。
3.1.4 混聯(lián)混合動力電動汽車
缺點
◇發(fā)動機驅(qū)動是基本驅(qū)動模式,電動機驅(qū)動是輔助驅(qū)動模式,動力性更接近內(nèi)燃機汽車。發(fā)動機工況受到車輛行駛工況的影響,有害氣體排放高于SHEV。
◇需要配備兩套驅(qū)動系統(tǒng);發(fā)動機傳動系統(tǒng)需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等傳動總成;另外,還有電動機、減速器、動力電池組,以及多能源動力(發(fā)動機動力與電動機動力)組合或協(xié)調(diào)專用裝置。因此,多能源動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,總布置困難。
◇多能源動力系統(tǒng)的工作模式有多種形式,需復(fù)雜的多能源動力總成控制系統(tǒng),才能達(dá)到高經(jīng)濟(jì)性和“超低污染”。
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
驅(qū)動方式的比較
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
結(jié)構(gòu)的比較
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
主要應(yīng)用范圍的比較
◇串聯(lián)HEV:大客車。如武漢理工大學(xué)串聯(lián)混合動力大客車。
◇并聯(lián)HEV:轎車。如本田Insight。
◇混聯(lián)HEV:轎車。如豐田Prius。
◇純電動汽車:小型或微型車。如Nissan Hypermini
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
3.1.5 混合動力電動汽車的比較
3.2 混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)分析
3.2.1 混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的能量管理
3.2.2 串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
3.2.3 并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
3.2.1 混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的能量管理
3.2.1 混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的能量管理
起步
為避免發(fā)動機的怠速及低負(fù)荷工況,以減小油耗,故發(fā)動機不工作,僅電機利用其低速大轉(zhuǎn)矩的特性單獨使車輛起步。
加速
發(fā)動機啟動后以最大效率工作驅(qū)動車輛,電機提供部分功率輔助車輛加速。
勻速
發(fā)動機按油耗最小的最優(yōu)工作曲線工作,當(dāng)發(fā)動機輸出功率大于車輛行駛所需功率時,多余功率驅(qū)動以發(fā)電狀態(tài)工作的電機發(fā)電而向蓄電池充電。
減速(制動)
發(fā)動機關(guān)閉不工作,電機進(jìn)行再生制動向蓄電池充電.
3.2.2 串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
啟動/正常行駛/加速模式
發(fā)動機通過發(fā)電機和蓄電池一起輸出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)換器,然后驅(qū)動電動機,通過機械傳動裝置驅(qū)動車輪。
3.2.2 串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
輕載模式
發(fā)動機發(fā)出的功率大于車輛所需功率,多余的能量通過發(fā)電機給蓄電池充電直到SOC達(dá)到預(yù)定的限值。
3.2.2 串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
減速/制動模式
電動機把驅(qū)動輪的動能轉(zhuǎn)化為電能,并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.2 串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
蓄電池充電模式
停車時,發(fā)動機可通過發(fā)電機和功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.3 并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
啟動/加速模式
車輛啟動或節(jié)氣門全開加速時,發(fā)動機和電動機同時工作,共同分擔(dān)驅(qū)動車輛所需的動力,如發(fā)動機和電動機分別承擔(dān)總功率的80%和20%。
3.2.3 并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
正常行駛模式
車輛正常行駛時,電動機關(guān)閉,僅由發(fā)動機工作提供車輛行駛所需動力。
3.2.3 并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
減速/制動模式
車輛減速行駛或制動時,電動機工作于發(fā)電機模式進(jìn)行再生制動,通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.3 并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
行駛中給蓄電池充電模式
當(dāng)車輛輕載時,發(fā)動機輸出功率驅(qū)動車輛行駛,同時發(fā)動機輸出的多余功率驅(qū)動以發(fā)電狀態(tài)工作的電機發(fā)電而向蓄電池充電。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
車輛運行時,主要是發(fā)動機驅(qū)動車輛,如尼桑Tino。
電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
車輛運行時,主要是電動機驅(qū)動車輛,如豐田Prius。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
啟動模式
發(fā)動機關(guān)閉,由蓄電池給電動機提供電能驅(qū)動車輛。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
加速模式
節(jié)氣門全開車輛加速行駛時,發(fā)動機和電動機同時工作,共同分擔(dān)車輛行駛所需的動力。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
正常行駛模式
電動機關(guān)閉,發(fā)動機工作,提供車輛所需動力。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
減速/制動模式
電機工作于發(fā)電模式進(jìn)行再生制動,通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
行駛中給蓄電池充電模式
發(fā)動機一部分動力用于驅(qū)動車輛,另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
蓄電池充電模式
當(dāng)停車時,發(fā)動機可通過發(fā)電機給蓄電池充電。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
啟動/輕載模式
發(fā)動機關(guān)閉,由蓄電池給電動機提供電能驅(qū)動車輛。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
加速模式
發(fā)動機和電動機一起工作,共同提供車輛所需功率。電動機所需電能由蓄電池和發(fā)電機共同提供。通常用行星齒輪機構(gòu)分流發(fā)動機的輸出功率,一部分用于驅(qū)動車輛,一部分用來驅(qū)動發(fā)電機。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
正常行駛模式
發(fā)動機和電動機一起工作,共同提供車輛所需功率。電動機所需電能僅由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機提供。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
減速/制動模式
電動機工作于發(fā)電機模式進(jìn)行再生制動,通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
行駛中給蓄電池充電模式
發(fā)動機一部分動力用于驅(qū)動車輛,另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。
3.2.4 混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式
※電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車
蓄電池充電模式
當(dāng)停車時,發(fā)動機可通過發(fā)電機給蓄電池充電。
課外作業(yè)3
闡述串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)3種混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)和各自在不同工作模式下的能量流。
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