北京吉利大学07届毕业论文（设计）
混合动力汽车结构，原理及发展前景研究
摘 要
在最近的一个时期,汽油和柴油仍是汽车的主要能量来源,新能源汽车近期需要解决的方案是传统内燃机新技术和替代燃烧汽车,中期方案是混合动力汽车降低油耗和排放,远期方案是纯电动汽车和燃料电池汽车.虽然新能源汽车提供了使用燃料和燃料汽车,混合动力汽车,以及利用车载氢燃料电池发电和电动系统的燃料电池汽车等多元化选择,但是由于现在的技术发展水平,因此寻找多元化的替代燃料,开发更接近市场的混合动力技术,是目前开发可替代能源的最切实可行的一步.而纯电动车和氢燃料电池由于其技术仍难取得革命性突破,难以成为汽车行业的近期发展目标.且当今社会形势,混合动力可以比较好的解决燃油消耗问题和污染问题,所以会主要介绍混合动力的优势性和可行性.
关键词:新能源 多元化 低排放 低燃油消耗
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目 录
前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 一 概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 1.1 国内外混合动力汽车„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.2 混合动力汽车的主要组成„„„„„„„„„„„„„„6 1.3 混合动力汽车的分类„„„„„„„„„„„„„„„„7 1.3.1串联式混合动力汽车„„„„„„„„„„„„„„„8 1.3.2并联式混合动力汽车„„„„„„„„„„„„„„„9 1.3.3混联式混合动力汽车„„„„„„„„„„„„„„„10 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
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前 言
混合动力汽车将内燃机,电动机与蓄电池通过控制系统相组合,电动机可补充提供车辆起步,加速时所需转矩,又可以吸收并储存内燃机富余的功率和车辆制动能量,从而可大幅度降低油耗,减少污染排放.混合动力汽车虽然没有实现零排放,但其动力性,经济性和排放等综合指标均能够满足当前各国苛刻的法规要求,可缓解汽车需要与环境污染及石油短缺的矛盾. 混合动力汽车与传统的汽油机或超有及汽车有很大不同,如丰田普锐斯(Prius)的动力系统采用500V的高压电路，无常规变速器或自动变速器，没有怠速运转工况，采用电驱动空调压缩机，电动水泵等。这些新技术，新结构给用户带来全新的感觉，也给维修和销售等相关从业人员带来新的挑战。另外，混合动力汽车进入我国市场仅有一两年，保有量很少，许多人对混合动力汽车不甚了解。图书市场上介绍混合动力汽车方面的书籍很少，几乎没有混合动力汽车的结构，原理与维修方面的书籍。
为了让更多的人，特别是使用和维修混合动力汽车的人员，对混合动力汽车有所了解，以通俗的语言和详细的图表说明混合动力汽车的结构，原理与维修。
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概 述
汽车已与人们的日常生活和生产密不可分。然而，众多燃油汽车排放所造成空气质量的日益恶化和石油资源的日渐匮乏，使开发低排放，低油耗的新型汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。人民越来越关注其他燃料的汽车和电动汽车的开发，电动汽车成为最主要的选择之一。电动汽车（Electric Vehicle ,EV)包括纯电动汽车（EV），混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle,HEV或EV）和燃料电池汽车三种形式。图（1）所示
图（1）混合动力汽车动力源
使用电动汽车可实现无污染，并可利用煤炭，水利等其他非石油资源，它是理想的零排放或低排放车辆，因此，使用电动汽车无疑是解决问题的最有效途径。但是，由于作为纯电动汽车的关键零部件之一的电池在能量密度，寿命，价格等方面的问题，是的纯电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡。尽管目前具有世界先进水平的纯电动汽车的性能与内燃机汽车已不相上下，但过高的成本其难以商品化。燃料电池汽车具有极高的效率，低排放，低噪声，气甲醇燃料有广泛的来源，并可再生等重大优势，已成为世界各大汽车集团新世纪激烈竞争的焦点，被喻为21世纪改变人类生活的十大高科技项目之首，但产业化仍需较长时间。在这种环境下，融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力汽车异军突起，在世界范围内成为新型开发的热点。
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1.1国内外混合动力汽车的发展
日本混合动力/电动汽车发展概况
日本汽车保有量占全球第二位，由于人口密集，国土狭小，石油100％依赖进口。因此，日本对EV\\HEV的研发十分重视。日本从1965年开始电动车的研制、通产省正式把电动车列入国家项目，1967年成立了日本电动车协会，促进了电动车事业的发展，1971年日本通产省就制定了电动汽车的开发计划，1991年日本通产省又制定了“第三届电动汽车普及计划”，提出到2000年日本电动汽车的年产量达到10万辆，保有量达到20万辆。2001年7月，日本开展了“低公害车开发普及行动”，将EV\\HEV列为重点开发的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进EV\\HEV的普及应用；2002年提出从2005年开始大幅度限制尾气排放，制定了《新长期排放限制》的标准，准备用于2005年以后销售新车的一项排放法规；2002年2月26日，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会（环境大臣的咨询机构）提出了一份将要纳入这项法规的尾气排放标准的咨询提案。这项提案的内容包括将颗粒状物质（PM）含量比现行标准的要求最大削减85%，将氮氧化物（NOx）削减50%等一些内容，该法规的实施将进一步推动EV\\HEV的发展。按照目前的发展速度，预计在2010年将达到210万辆。 如图2所示
图2 世界混合动力汽车保有量 美国混合动力/电动汽车发展概况
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汽车工业是美国的支柱产业，给美国带来了繁荣昌盛，但同时也带来了能源危机、环节污染以及资源的浪费。美国近年来几乎要从国外进口全国消耗量一半以上的石油。为了避免受到石油危机的冲击，美国十分重视对混合动力汽车的研究和开发。1976年卡特总统签署EV/HEV研究开发和示范法案，授权美国能源部执行和管理EV/HEV研究计划，但是直到九十年代初电动车的研究在美国才真正开始。1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。
欧洲混合动力/电动汽车发展概况
德国政府十分重视环节保护，投入了大量的资金用于EV的研发，1971年成立了城市电动车交通公司(GES)，积极组织EV的研究与开发。1991年在拜尔州投入了300辆EV进行运行。拜尔州还拨400万马克，用于资助用户车价的30%购买电动汽车。另外，汉堡市也采取资助用户车价的25%来鼓励用户购买电动汽车。德国政府指定奔驰汽车公司和大众合资建立的德国汽车工业有限公司的科技开发机构，1992年德国政府拨款2200万马克，在吕根(Rugen)岛建立欧洲EV试验基地，组织了四大公司62辆各类电动车在吕根半岛城运行试验，对64辆电动汽车和电动汽车的系统工程进行长达4年的大规模试验，并有很多国家和城市都派有EV参加吕根岛的实验。1994年展示出了19种轿车，13种面包车，4种大客车，都进入了实用阶段。
我国混合动力/电动汽车发展概况
谈到汽车新能源的发展，在中国还往往停留在电动汽车的探索上。在新世纪，汽车发展的技术路线趋于理智而统一：近期从油电混合动力下手大幅度降低油耗和排放；长远靠资源极为丰富，且完全没有污染的氢动力燃料电池重新定义汽车。氢动力燃料电池车，是一项必须关注的前沿技术，但仅仅是“关注”即可。而混合动力车的研发倒应是混
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合动力车并非什么远在天边的高科技，又有成熟的商品化车型可借鉴。二是混合动力车特别适合中国大城市交通普遍拥堵，汽车频繁制动的国情，节能治污的效果可以发挥到极致。
1.2混合动力汽车的主要组成
(1)发动机
混合动力汽车可以广泛地采用四冲程内燃机(包括汽油机和柴油机),二冲程内燃机(包括汽油机和柴油机),转子发动机,燃气轮机和斯特林发动机等.一般转子发动机和燃气轮机的燃烧效率比较高,排放也比较洁净,采用不同发动机就可以组成不同的混合动力汽车.(2)电动机
混合动力汽车可以采用直流电动机,交流感应电动机,永磁电动机和开关磁阻电动机等.随着混合动力汽车的发展,直流电动机已经很少采用,多数采用了感应电动机和永磁电动机,开关磁阻电动机应用也得到重视,还可以采用特种电动机为混合动力汽车的驱动电动机,采用不同的电动机就可以组成不同的混合动力汽车.(3)电池
混合动力汽车可以采用各种不同的蓄电池,燃料电池,储能器和超级电容器作为\"电池\",一般电池是作为混合动力汽车的辅助能源,只有在混合动力汽车用电动机启动发动机或电动机辅助驱动时才使用.
1.3混合动力汽车的分类
（1）按动力传动系统布置分类
目前世界各国研究发现的混合动力汽车有不同形式的结构，根据其动力传动系统的配置和组合方式不同，分为串联式，并联式和婚恋史3种组合方式，各自的结构形式和特点如下。
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1.3.1串联式混合动力驱动系统
串联式混合动力驱动（SHEV）系统的示意如图1-1所示。辅助动力单元(APU）由原动机和发电机组成，通常将这两个部件集成为一体。原动机带动发电机发电，起点能通过控制器直接输送到电动机，由电动机产生驱动力矩驱动汽车。电池实际上其平衡原动机输出功率和电动机输入功率的作用：当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时（如汽车减速滑行，低速行驶或短时停车等工况），控制器控制发电机向电池充电，当发电机法处的功率低于电动机所需的功率时（如汽车起步，加速，高速行驶，爬坡等工况），电池则向电动机提供额外的电能。
图1-1 串联式混合动力汽车
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串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响，始终在其最佳的工作区稳定运行，因此，可使汽车的油耗和排污降低，串联式混合动力汽车特别适用于在市内低速运行的工况。在繁华的市区，汽车在起步和低速时还可以关闭原动机，只利用电池进行功率输出，是汽车达到零排放的要求。串联式结构的不足是：发动机的输出需要全部转化为电能再便成为驱动汽车的机械能，由于机电能量转化和电池充放电的效率较低，使得燃油能量的利用率比较低。
1.3.2并联式混合动力驱动系统
并联式混合动力驱动系统（PHEV）结构示意图1-2所示，汽车可由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱动。当电动机只是作为辅助驱动系统时，功率可以比较小。与串联式结构相比，发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，其能量的利用率相对比较高，这使得并联式燃油经济型比串联式高。并联式驱动系统只适合于汽车在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况，由于并联式驱动系统的发动机工况要受汽车行驶工况的影响，因此不适用于汽车行驶变化较多，较大的路况；相比串联结构形式，需要变速装置和动力复合装置，传动结构较为复杂。
图1-2并联式混合动力汽车
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1.3.3混联式混合动力驱动系统
混联式混合动力驱动系统（PSHEV）是串联式与并联式的综
合，其结构示意如图1-3所示，发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动法电机发电。发电机发出的电能输送给电动机发电。发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。
1-3混联式混合动力驱动示意图
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结 论
一般所说的混合动力汽车是有电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车。 混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。
而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此，车主可以享受更强劲的起步、加速。同时，还能实现较高水平的燃油经济性
混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。
基本上混合动力汽车就是以上说的那些,不过现在也有公司在开发非电动的混合动力车,比如通用公司的氢动力车。
参 考 文 献
[1]张金柱.《混合动力汽车，结构，原理与维修》.出版地：北京.化学工业出版社
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