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混合动力汽车的探索与研究
毕业设计（论文）
课题名称:
混合动力汽车的探索与研究
系别交通学院
专业汽车检测与维修
班级汽修200902班
学号200907031220
姓名王盼盼
指导老师李智
2011年10月01日--11月16日
摘要
随着排放法规的日趋严格和世界能源的节能、日益短缺，高效与环保成为内燃机技术发展的主导方向。
混合动力汽车（HybridElectricVehicle,HEV）是改进的内燃机汽车技术与建立在信息技术基础上的混合动力汽车技术相结合的产物,具有混合动力汽车和传统内燃机汽车的综合优点,是相当长时间内缓解汽车工业能源短缺和环境污染问题的一个可行的过渡方案。
社会对环境和节能的重视有力地促进了混合动力车辆的发展。
本文分析了国内外混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结构形式与工作原理，指出了混合动汽车目前需要解决的主要问题和应对对策，并对其发展前景进行了预测。
关键词：
混合动技术新能源电动汽车
Abstract
Withincreasinglystringentemissionregulationsandtheworldenergyenergyconservation,growingshortageofhighlyefficientinternalcombustionenginetechnologyandenvironmentalprotectionhasbecomethedominantdirection.HybridElectricVehicles（HybridElectricVehicle,HEV）isanimprovedinternalcombustionenginevehicletechnologyandtheestablishmentofinformationtechnologyinhybridvehiclebasedontheresultofcombiningtechnologywithtraditionalinternalcombustionenginevehiclesandhybridcarsintegratedtheadvantagesofaverylongtimeeaseenergyshortagewithintheautomotiveindustryandthepollutionofaviabletransitionprogram.Communityattentionontheenvironmentandenergyeffectivelypromotedthedevelopmentofhybridvehicles.ThispaperanalyzesthedomesticandinternationalresearchstatusofHEV,hybridelectricvehicleintroducedthemainstructureandworkingprinciple,pointedouttheneedforhybridcarsatpresentthemajorproblemsandresponsemeasures,andtopredictitsfuturedevelopment.
Keywords:
MixedActionTechnology,NEWEnergy,ElectricVehicle
目录
摘要2
Abstract3
目录4
1混合动力技术发展趋势及现状5
2混合动力技术8
2.1混合动力技术定义8
2.2混合动力技术的种类8
2.3常见的混合动力技术的结构及工作原理10
3混合动力系统动力传输路线方式12
3.1串联式12
3.2并联式12
3.3混联式13
4混合动力技术在中国的发展前景趋势分析17
4.1中国混合动力技术的发展前景趋势17
4.2中国混合动力车发展存在的优势与不足17
4．3我国电动汽车发展对策探讨19
5结论与展望21
5.1结论21
5.2展望21
致谢23
参考文献24
1概述
1．1混合动力汽车
什么是混合动力汽车，做基本的介绍
1．2混合动力汽车的起源
1．3混合动力汽车的现状与发展趋势
1．3．1国外现状
1．3．2国内现状
1．3．3发展趋势
经过多年研发，我国已基本掌握了混合动力汽车关键零部件和动力系统平台技术，拥有了相关技术标准和测试能力，开发出一批混合动力汽车产品，实现了小批量的整车生产能力，混合动力公交车已在多个城市开展了小规模示范应用。
在国家相关扶持政策的积极推动下，我国混合动力汽车业将进一步突破产业化瓶颈、降低制造成本、加速产业链的培育和延伸。
当前，全球汽车工业正面临着金融危机和能源环境问题的巨大挑战。
发展新能源汽车，实现汽车动力系统的新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛共识。
在这种形势下，美国、日本、欧洲等发达国家和地区，不约而同地将新能源为代表的低碳产业作为国家战略选择，都希望通过新能源产业与传统汽车产业的结合，破解汽车工业能源环境制约，培育新型战略性产业，提升产业核心竞争力，发展低碳经济，实现新一轮经济增长。
在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。
世界各汽车工业先进国家都将研发节能、环保型电动汽车、混合燃料汽车和燃料电池的电动车作为世纪的侧重点，混合动力汽车的应用将会给汽车发展带来一个划时代的革命。
（1）日本混合动力汽车的发展现状
从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日本居世界领先地位。
目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。
1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。
到2012年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。
丰田汽车公司在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。
（2）美国混合动力汽车的发展现状
美国三大汽车公司只是小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。
美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同，进行为期5年的研发工作，并于1998年在北美国际汽车展上展出了样车。
在此基础上，现已推出3款混合动力概念车：
通用Precept、福特Prodigy、戴-克DodgeESX3。
2004年，通用汽车公司与戴-克汽车公司对外宣布双方将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手，共同推进此项技术的发展。
（3）我国混合动力汽车的发展现状
目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。
一汽研发的红旗HQ3将于2006年投产；东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收；长安集团具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安CV9已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，将在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为“BSG”的混合动力车；吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，预计3年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。
而广州本田更是紧跟丰田的步伐，于2006年中下旬推出国产雅阁混合动力车。
上汽集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。
来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入“油汽混合动力技术”领域。
与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。
如《汽车产业发展政策》、《“十一五”汽车产业发展规划》等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。
日本丰田汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车Prius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，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为4.5L，比原汽油车减少了一半，CO2排量也相应减少了一半，CO、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ESX2型复合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，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。
HEV（Hybrid-ElectricVehicle）—混合动力装置。
混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠发电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。
混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。
经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。
混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。
2混合动力技术
2.1混合动力技术定义
混合动力汽车指的是装备有两种动力驱动装置，并可以相互交替工作的车辆。
目前，混合动力汽车通常是指既有蓄电池可提供电力驱动，又装有一个小型内燃机的汽车。
内燃机用来辅助加载或加速，或者用来对电池进行充电。
目前单纯用电池驱动，其运行范围、操作性能和方便性还不能达到现代汽油车的水平。
混合动力汽车结合了电力驱动和内燃机驱动的优点，制动时将能量回收给电池充电、运行平稳、噪音低，同时弥补了电动汽车的行驶里程短的缺点。
混合动力汽车的发动机可以做到排放很低，甚至低于发电厂的排放，它可以使发动机经常工作在一、两个排放性能和经济性能最佳的稳态工作点上，以达到低排放的目的。
2.2混合动力技术的种类
在对传统汽车进行技术改造的过程中也逐渐形成了以具有良好环保能源特性的纯电动汽车、混合电动汽车和燃料电池电动汽车等为代表的新能源汽车研发潮流和产业化热点。
现在有许多其它新能源汽车。
如压缩天然气、氢燃料、合成燃料、液化石油气和醇醚燃料汽车等。
电动汽车因污染小、节约能源、能改善能源消耗结构和电网负荷，已经成为21世纪重要的绿色交通工具。
新型节能汽车主要有以下几类：
1．纯电动汽车是指采用蓄电池作为能量存储单元，采用电机为驱动系统的车辆。
就目前的动力电池的技术水平，小型四轮纯电动汽车技术商业化条件已经具备．它可以作为短距离上班族的代步交通工具或作为出租车予以推广，尤其是配合社会主义新农村建设。
对于大型纯电动车辆还主要是用于特殊场合，如机场摆渡车和市区定线行驶的公交车以及其它特殊用途。
也有采用超级电容的纯电动大客车，实践证明其具备推广价值。
作为纯电动轿车，一次充电续驶里程应不低于200km，最高时速可达到120km／h。
它还依赖于电池的技术进步，目前不具备大批量商业化的条件。
（2）混合动力汽车是指由两个或多个能联合或单独运转的驱动系统驱动的汽车。
按电动功率的功能和容量混合动力汽车可以分为：
微度混合（MickorHobridX）、轻度混合（MildHobrid）、全混合（FullH'）,可纯电动驱动和外电源插座充电混合（PLUGinHybrid）四种；按能源补充的方式可分为加油站加油和充电站充电两种；按照系统能量流和功率流的配置结构关系可分为串连、并联和混联三种；按照功率辅助形式又可分为续驶里程延长型、功率辅助型、双模式型等。
现在已经市场化的是油电混合电动汽车，其中微型混合电动汽车应比常规汽车减少3％以上的能源消耗，轻度混合电动汽车油耗应比传统燃料汽车节能15％以上，全混合动力汽车应比同级传统汽车减少30％以上燃料消耗。
由于纯电动汽车续驶里程短和高昂的电池成本给电动汽车商业化推广应用带来很多问题，所以目前混合动力汽车技术是新能源车辆的主流技术。
混合动力汽车的核心技术是动力总成技术、系统集成匹配技术以及车载能源技术和整车控制与能量管理技术等。
混合动力电动轿车多采用并联和混联技术，混合动力电动公共汽车以串联技术为主。
（3）液压混合动力汽车是在原汽车发动机动力的基础上增加了由液压马达、液压蓄能器、按制器、执行器等组成的液压辅助动力系统。
车辆在起步时发动机不工作。
由液压马达驱动车辆起步行驶。
起步阶段是发动机最费油、尾气排放最大的阶段，如果采用液压马达驱动车辆起步，将会节省发动机的油耗，达到节油与环保的目的。
驱动液压马达的能量来自于液压蓄能器中贮存的液压能。
车辆加速或上坡时液压马达与发动机同时工作，可以减轻发动机的负荷，实现节油及减少尾气排放的目的。
车辆在下坡减速制动或停车制动时液压马达将车辆势能和运动的动能转化成液压能贮存在液压蓄能器中，在车辆起步或上坡、加速时应用这些液压能。
因为液压能量来干车辆的制动及下坡过程，所以适用于车辆频繁制动、减速的场合，特别是公交车辆。
上海交大神舟汽车设计开发公司研制的液压混合动力公交车，在公交车正常运营的条件下，使用液压混合动力系统可同比节油平均25％以上，技术应用前景看好。
（4）燃料电池汽车是指采用氢能作为全部或部分能源，通过化学方法产生电力并采用电机驱动的车辆。
燃料电池汽车被认为是能够真正实现零污染的汽车产品，并公认质子交换膜燃料电池是其中最好的选择，但在燃料电池发动机的研究方面仍然面临着许多难题需要解决。
如质子交换膜燃料电池PEMFC抗C0催化剂和质子交换膜、低廉的车载PEMFC流场板和单体电池放大设计等技术的研究，还有系统集成、成本问题和车载重整制氢技术也是研究的重点。
（5）油电混合动力汽车通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料（汽油，柴油）和电能的混合。
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。
2.3常见的混合动力系统的结构及工作原理
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。
混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。
其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲汽车性能。
混合动力汽车设计可回收制动能量。
在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白浪费掉。
而混合动力汽车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。
当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供强大的汽油发动机相当的起步性能。
在对加速性能要求不太高的场所，混合动力汽车可以单靠电动机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。
比如在公路上巡航时使用汽油发动机。
而在低速行驶时，可以单靠电动机拖动，不用汽油发动机辅助。
即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。
由于混合动力汽车同时装有内燃机和电动机两套系统，启动、加速和上坡等需要大功率输出时，内燃机和电动机两套系统同时出力；刹车时原来通过热能损失的能量部分逆向存入蓄电池得以回收；平稳行驶时，由发动机以最佳的工作状态驱动汽车或者蓄电池驱使电动机单独出力，发动机关闭不再烧油；怠速时发动机关闭。
由于能够回收部分制动能量，专门设计的小型内燃机能够以更高的燃烧效率工作，以及控制系统的优化，能量利用率能够由原来的60%－70%提高到了95%以上，由此混合动力汽车相对传统汽车可以节省近一半汽油，而且几乎没有发动机噪音和尾气污染，并且减少了发动机和制动装置等的维护费用。
由于制动能量回收是其减少燃油消耗和尾气排放的一个重要原因，因此混和动力汽车在低速拥堵，经常走走停停，加速和减速频繁的城市路况节油非常明显。
通俗一点的说，混合动力系统就是同时装有汽油发动机和电动机两套系统。
启动、加速和上坡时两套系统同时工作；刹车时能量会逆向存入蓄电池；而在低速行驶时，由蓄电池驱使电动机单独工作，不再烧油，从而降低油耗，减少尾气。
采用复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。
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。
在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现"零"排放。
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。
可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
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。
3混合动力系统动力传输路线方式
混合动力系统动力的传输路线的方式有串联式、并联式、混联式。
3.1串联式
串联式是最简单的混和动力配置方式，动力系统采用电传动的方式，由发动机带动发电机发电，再带动电动机驱动汽车，同时也视情况为蓄电池充电；当发动机停止时由蓄电池的电能通过电动机驱动汽车。
在这种方式中，只有电动机驱动车轮，发动机只用来提供电能，因此和车辆的运行状态没有太多关系，可以通过设计使得发动机一直在接近最佳状态下运行。
串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。
小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。
当车辆处启动、加速、爬坡工况时，发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。
串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。
使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。
但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。
串联系统布置容易，连接方便，没有离合器和复杂的机械变速箱。
为了尽可能利用小发动机高效率的特性，相应配套使用的电池组一般相对于并联型大，因而价格也更加昂贵。
这种组合方式一般应用在城市公交或载重型等大型车辆上。
3.2并联式
并联式中发动机和电动机都能直接驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。
本田Insight和Civic混和动力汽车都采用这种配置。
并联式比串联式结构复杂，发动机需要通过变速箱来驱动汽车，电力驱动系统通过蓄电池及电动机也能够驱动汽车。
通常情况下，并联式使用的发动机比传统汽车发动机小，但是比串联式中使用的发动机大，而电池组却小一些。
发动机能够为蓄电池充电，当回收制动能量时，电动机能够转换为发电机，从而实现为蓄电池充电，回收能量的功能。
由于发动机能够直接驱动汽车。
当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。
电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。
由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。
因此并联式既适合城市交通状况，也适合高速交通状况。
3.3混联式
混联式综合了串联式和并联式两者的优点。
丰田Prius混和动力汽车采用这种方式使得发动机始终都在最佳状态下运行。
动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。
以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。
因此混联式充分利用了串联和并联的优点，能够使发动机更高频率的在最佳状态下工作。
由于添加了更多附件，容易控制，而且组合更加复杂，混联式的成本也比前两者都普遍高。
例如丰田的Prius属于以电机为主的形式。
它的混合动力总成包括两个动力源，发动机与电动机。
还有包含了发电机、电动机、内置动力分离装置的混合动力专用变速器、镍氢电池组和动力控制总成。
丰田Pruis混合动力系统有一个特点，就是采用行星齿轮变速结构，变速器内置动力分离装置，行星齿轮机构巧妙地将减速器、发电机和电动机等动力部件偶合在一起，同时行星齿轮又起到无级变速器的功能，结构十分紧凑，形成一个集成化混合动力总成系统（图4）。
图1混合动力总成
图2大功率驱动
启动以及中速以下行驶，此时发动机效率低下，因此Prius的发动机关闭，仅由大功率电动机驱动车辆（图2，箭头A）。
在常规行驶时，发动机作主动力源，由动力分离装置将动力分成两路，一路驱动发电机进行发电，产生的电力驱动电动机运转（图3，箭头B），另一路则直接驱动车轮（图3，箭头A），系统会自动对两条路径的动力进行最佳分配，以达到效率的最大化。
图3直接驱动
图4增强电动机输出功率
当要加速时，电池组会加进来为电动机供电，增强电动机输出功率（图5）。
当减速或制动时，则由车轮的惯性力驱动电动机。
这时电动机变成了发电机，车辆制动能量转换成了电能（图6，箭头D）。
图5能量转换
图6电池组充电
电池组电量保持在一个恒定水平。
当系统发现电池组电量下降会启动发动机驱动发电机发电，向电池组充电（图6，箭头E）。
混合动力系统除了丰田Pruis这种形式，还有一种采用薄形电机的混合动力系统，电机厚度只有80毫米左右。
由于电机体积小，因此容易在现行底盘上实现混合动力发动机总成与传统发动机总成的互换。
当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80％以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40％，在市区还会跌至25％，更为严重的是污染环境。
而混合动力汽车则针对不同的道路环境实施不同的供能方案，能大大降低排放污染程度。
例如在城市运行时，当交通堵塞或遇到红灯时发动机会关闭，当车队移动时或信号灯转为绿灯时驾驶者只要轻踩加速踏板，电动机就能驱动汽车前进。
在市区内当汽车发动机无效率空转或车辆移动缓慢时，使用电动机作动力源不但对环境有利，而且还减少了噪音。
因此，越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车，就越能够显示出它的节
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