新能源项目 (5).pptx

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1、新能源汽车维护与保养,目录,项目四,任务一 混合动力汽车概念与分类,一,混合动力汽车,1,根据国际能源组织（IEA）的有关文献，“能量与功率传送路线”具有如下特点的车辆称为混合动力车辆：,（1）传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能量转换装置；,（2）这些能量转换装置至少要从两种不同的能量储存装置吸取能量；,（3）从储能装置流向车轮的这些通道，至少有一条是可逆的。,2,（1）国外混合动力汽车的技术发展状况, 日本,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电动汽车方面，日本居世界领先地位。, 欧美等国,美国的新能源汽车发展

2、的核心是可再生生物能源汽车。, 欧盟促进新能源汽车产业发展的概况,欧盟更加侧重于温室气体减排战略，将满足日益严格的二氧化碳排放限制要求作为发展新能源汽车的主要驱动力。,（2）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。一汽研发的红旗HQ3早已于2006年投产；而广州本田更是紧跟丰田的步伐，也推出了多款混合动力车；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；上海别克君越eco-hybrid油电混合动力车是国内第一款中高档量产混合动力车型。,二,按结构布置形式分类,根据混合动力驱动模式、结构布置形式及动力传输路线分类，混合

3、动力系统主要分为三类：串联式混合动力电动汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）；并联式混合动力电动汽车（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）；混联式混合动力电动汽车（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）。,1,串联式混合动力汽车（SHWV）以电动机作为驱动装置，发动机作为辅助动力装置，以提高行驶里程。由图4-2（左图）可以看出，串联式混合动力汽车动力由发动机、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的动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通

4、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。,电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。当车辆处于启动、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。整体工作过程如图4-3所示。,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转换步骤较多，机

5、械效率较低。典型的有丰田公司的Coaster及法国雷诺的Espace，如图4-4所示。,下面对串联式混合动力汽车的不同工况的能量流动路线进行具体分析：,（1）在市区行驶时，如果电池完全充满，则选用纯电池驱动方式。传动系统能量流如图4-5所示。,（2）当电池电量较低时，发动机被启动，并将其设置在最大功率工作点上，发动机输出的功率与汽车所需功率的差值将通过发电机为电池充电。如图4-6所示。,（3）当汽车发动机提供的最大功率低于汽车所需的功率时，电池将提供这部分差额功率。如图4-7所示。,（4）在刹车或减速时，电动机起到发电机的作用，使部分动能转化为电能存储在电池里。如图4-8所示。,串联式混合动力

6、驱动系统的三种基本控制模式，可以参考图4-9理解。,（1）主要利用电池来驱动车辆，仅当SOC降低到最小限值时，发动机才起动，发动机在最高效率区以输出恒定功率的方式工作，当SOC回升到最大限值时发动机关机。,（2）“负荷跟随”控制模式。,（3）上述两种控制模式的一个折中方案。,2,PHEV采用发动机和电动机两套驱动系统。可采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或发动机和电动机联合驱动3种工作模式，如图4-10所示。,与串联相比，PHEV的优点是并联仅用到电动机和发动机，并且发动机和电动机的最大功率较小，而缺点是由于发动机与推进系统是共轴连接的，所以并联需要离合器，这使得并联结构复杂控制难度大。本田的

7、Accord和Civic采用的是并联式联结方式，如图4-11所示。,图4-12为并联式混合动力系统示意图。并联结构的特征是以机械形式进行复合，发动机通过变速装置和驱动桥直接相连，电机可同时用作电动机或发电机以平衡发动机所受的载荷，使其能在高效率区域工作。,下面对并联式混合动力汽车不同工况的能量流路线进行具体分析：,常规的传动系统能量流如图4-13所示。,（1）在起步、坡道或加速阶段，发动机运转，发动机只为耦合器提供总功率的一部分，离合器闭合将扭矩输入变速箱，同时动力电池组释放电能，经逆变器将直流电转换为交流电，给动力电机供电，动力电机也将扭矩输入变速箱驱动电机转动，发动机和电机共同将动力输入变

8、速箱、后桥从而驱动车辆加速行驶。实现“功率辅助”是目的，传动传统能量流如图4-14所示。,（2）当车辆制动、减速、停车时，驱动桥传来的惯性扭矩，经变速箱带动电机运转，电机转换为发电机工作状态，起到发动机的作用。所发出的交流电经逆变器转换为直流电，对电池组进行充电。如图4-15所示。,（3）当电池电量较低时，发动机被启动，并将其设置在最大功率工作点上，发动机输出的功率与汽车所需功率的差值将通过发电机为电池充电，如图4-16所示。,（4）在市区行驶时，如果电池完全充满，则选用纯电池驱动方式，离合器分离，动力电池组释放电能，经逆变器将直流电转换为交流电，给动力电机供电，动力电机将扭矩输入变速箱、后桥

9、，从而驱动车辆行驶。传动系统能量流如图4-17所示。,（5）在高速巡航时，由发动机驱动，此时相当于传统燃油汽车运行。当车辆采用发动机单独驱动模式运行时，发动机运转，离合器闭合，将扭矩输入电机、变速箱、后桥，从而驱动车辆行驶。如图4-18所示。,三,并联式混合动力驱动系统两种基本控制模式,1,这种模式主要利用电池电机系统来驱动车辆，仅当以较高的巡航速度行驶、爬坡和急加速时才使发动机起动。这种控制模式的优点是大多数情况下车辆都是用电池的电能来工作，车辆的排放和燃油消耗较少，同时发动机的起动机可以取消而利用车辆运动的惯性力起动发动机。这种控制模式的缺点是，由于发动机每次关机期间，发动机和催化转化装置

10、的温度降低而导致它们的效率降低，尾气排放增加。,2,这种模式主要利用发动机来驱动车辆，电机只在两种状态下使用： 一是用于瞬间加速和爬坡需要峰值功率时，可使发动机工作在最高效率区间，以降低排放和减少燃油消耗； 二是在车辆减速制动时电机被用来回收车辆的制动动能对电池进行充电。 这种模式的主要缺点是车辆不具备纯电动模式，在行驶过程中若经常加速，电池的电能消耗到最低限度，则会失去电机辅助能力，驾驶员会感到车辆动力性能有所降低。,四,日产风雅混合动力汽车混合动力系统,1,混合动力系统结构,2,工作过程,（1）系统起动,系统起动、一般行驶动力传输路线、动力少，如图4-20、图4-21、图4-22所示,（2

11、）减速或制动时如图4-23所示。,（3）加速或爬坡时如图4-24所示。,（4）离合器控制,离合器1与一般手动变速器离合器结构相同，是干式离合器。它接合、断开的操作是出液压气缸自动控制的，车辆行驶时，输入端和输出端的转速差大约为50r/min，能够实现更为平稳的行驶。当发动机开始工作的情况下，为了使驱动扭矩不发生变化，输入端和输出端的转速差控制在约为100 r/min，控制滑行的同时，离合器1接合，这时电机发挥起动作用。,低速时，离合器1和离合器2完全接合，发动机和电机的转数相同。这样车速为10km/h时，转速约为1000r/min，5km/h时转速会变为约500r/min，发动机会停止工作。为

12、了防止这样的情况，离合器2会使车辆滑行，进入半离合状态，这时发动机的转速会保持在约1000r/min。,3,混联式混合动力汽车（HEV）,混联混合动力汽车HEV在结构上综合了SHEV和PHEV的特点。它主要偏向于并联结构，但又包含一些串联结构的特点。与SHEV相比，它增加了机械动力传输路线；与PHEV相比，它增加了电能的传输路线。并联混合动力系统如图4-25所示。,混联式装置包含了串联式和并联式的特点。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，如图4-26所示。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

13、为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。,下面是对带有行星齿轮组的混联式HEV在不同工况下的传动系统能量流。,（1）在高速巡航时，由发动机单独驱动。此时相当于传统燃油汽车运行。传动系统能量流如图4-27所示。,（2）在市区行驶时，如果电池完全充满，则选用纯电池驱动方式。传动系统能量流如图4-28所示。,（3）在刹车或减速时，电动机起到发动机的作用，将部分动能转化为电能存储到电池里，如图4-29所示。,（4）在起步或加速阶段，发动机只为耦合器提供总功率的一部分，剩下的功率要由电机来提供，实现“功率辅助”的目的，传动系统能量流如图4-30所示。,（5）当电池电量较

14、低时，发动机被启动，并将其设置在最大功率工作点上，发动机输出的功率与汽车所需功率的差值将通过发电机为电池充电，如图4-31所示。,丰田普锐斯所采用的混合驱动方式将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来，即为混联式混合动力驱动，充分利用了串联和并联两种驱动方式的优点，如图4-32所示。,五,三种混合动力系统的比较,1,结构的比较,2,按照对电能的依赖程度分类,（1）弱混合动力系统,（2）轻混合动力系统,（3）中混合动力系统,（4）完全混合动力系统,（5）外插电式混合动力系统,（6）不可外接充电型混合动力电动汽车,六,其他划分形式,1,按照行驶模式的选择方式划分,（1）有手动选择功能的

15、混合动力电动汽车即具备行驶模式手动选择功能的混合动力电动汽车。车辆可选择的行驶模式包括热机模式、纯电动模式和混合动力模式三种。,（2）无手动选择功能的混合动力电动汽车，即不具备行驶模式手动选择功能的混合动力电动汽车。车辆的行驶模式根据不同工况自动切换。,2,按照车辆用途划分,1,混合动力电动乘用车,2,混合动力电动客车,3,混合动力电动货车,3,按照可再充电能量储存系统划分,1,动力蓄电池式混合动力电动汽车,2,超级电容器式混合动力电动汽车,3,机电飞轮式混合动力电动汽车,4,动力蓄电池与超级电容器组合式混合动力电动汽车,按照与发动机混合的可再充电能量储存系统不同可以划分为：,拓展阅读：大众途

16、锐混合动力汽车,1.仪表盘,2.动力系统,3.系统工作过程,任务二 丰田混合动力系统,一,丰田混合动力车系,1. 收集资料：利用网络（电脑或者手机）收集丰田混合动力车系资料。,2. 丰田混合动力车系举例：,丰田卡罗拉 双擎 混合动力系统生产基地落座于苏州常熟 无需充电 搭载THS系统 阿特金森循环,普锐斯 进入中国的是第二代普锐斯 一汽丰田生产，其中大部分材料是进口到国内再组装的 线控（by-wire）技术 电动牵引力控制,凯美瑞 凯美瑞佳美 市场在美国 阿特金森循环2.5L 4AR-FXE发动机 独有的静谧仪表和环保的ECO模式,二,丰田混合动力系统组成,市场上丰田混合动力汽车常见有凯美瑞、

17、普锐斯、卡罗拉等，其动力系统大同小异，混合动力系统主要由阿特金森循环发动机总成、混合动力驱动桥总成、HV电池组件、变频器总成、HV控制系统以及动力电缆等组成，其实物布置，如图4-38所示。,丰田混合动力汽车，效果系统图如图4-39所示。,1,阿特金森循环发动机总成,2,混合动力驱动桥总成,混合动力驱动桥总成主要有两台电动车组成。以卡罗拉为例，如图4-41所示，左侧为MG1电机、右侧为MG2电机。混合动力驱动桥主要由发电机MG1、MG2和复合式动力分配行星组件三部分组成。,3,HV电池组件,采用高功率镍氢电池，如图4-42所示，可为电动机和发电机提供最佳电力，减少电池的无效区，其设置冷却系统，对

18、冷却系统进出口和风扇进行了小型化设计，减轻车身重量，扩大后备箱空间。,4,变频器总成,变频器总成位于发动机舱中，作为混合动力系统实现电能转换的控制机构，用于电动机、发电机、空调压缩机及辅助电池供电。如图4-43所示。,任务示范,HV电池组件整体拆解,第一步：关闭点火钥匙，打开车门，按下后备箱开关，具体操作如图4-44所示。,第二步：打开后备箱，取下隔存垫，具体操作如图4-45所示。,第三步：戴上绝缘手套，具体操作如图4-46所示。,第四步：拆下检修塞，具体操作如图4-47所示。,第五步：准备纸板，具体操作如图4-48所示。,第六步：用接杆升起电池，将纸皮垫入电池底下，具体操作如图4-49所示。

19、,第七步：将纸板连HV电池一起拉出，具体操作如图4-50所示。,最终，取出电池如图4-51所示。,任务三 混合动力系统主要部件构造与控制原理,一,混合动力汽车的主要动力总成元件,为了充分了解混合动力汽车的结构，如图4-52所示。下文将对其主要的动力总车元件进行详细的介绍，使读者了解混合动力系统的工作特点。,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。利用它们各自的优势，可以构成不同特点的混合动力系统。,1,发动机,2,驱动电机,混合动力汽车的电机可以选择直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机

20、等。随着混合动力汽车的发展，直流电机已经很少采用，多数采用了交流异步电机和永磁同步电机，开关磁阻电机的应用也得到了重视，还可以采用特种电机作为混合动力汽车的驱动电机，例如现在正在研究的轮毂电机就很有前景。,3,电池,混合动力汽车常用的动力电池包括飞轮电池、超级电容、电化学电池、燃料电池、储能器和锌空气电池等。电池一般是作为混合动力汽车的辅助能源，只有在汽车起动发动机或电动机辅助驱动时才使用。,4,动力分配装置,在并联和混联系统中，机械的动力分配装置是耦合发动机和电动机功率的关键部件。它不仅具有很大的机械复杂性，而且直接影响整车控制策略，因而成为混合动力系统开发的重点和难点。目前采用的动力复合方

21、式有转矩复合、速度复合和双桥动力复合。,二,混合动力汽车的智能控制系统,发动机和混合动力系统都分别有各自的ECU和控制软件，将它们集成在混合动力车辆中后，利用CAN总线将它们连接起来，实现信息共享和统一指挥。实现了当混合动力系统工作时，发动机按混合动力系统的指令工作。当混合动力系统关闭或有故障时，发动机按油门踏板指令工作。,混合动力汽车的控制系统有以下的功能：,1.使混合动力汽车的动力性能能够达到或接近现在内燃机汽车的水平。,2.最大限度地发挥电动机驱动的辅助作用，使混合动力汽车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能化。,3.实现多能源控制，混合动力汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电

22、动机驱动系统实现双重控制。,4.在环保方面，达到“超低污染”的环保标准。,5.操作装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要操作装置和操纵方法。,三,混合动力汽车的发动机,在混合动力电动汽车上，热力发动机又被称为混合动力单元。在并联混合动力电动汽车上，混合动力单元通过传动轴驱动车轮，同时电动机也承担一部分功能，因而使得混合动力单元能够采用尺寸更小、效率更高的热力发动机；在串联混合动力电动汽车上，混合动力单元驱动一台发电机产生电能，由于汽车的行驶与发动机没有直接的联系，因此混合动力单元也能够采用小型高效的发动机，且其运行工况可以固定于较小的高功率区。,1,阿特金森循环发动机的定义,阿特金森循环是1

23、882年由詹姆士阿特金森发明的内燃机形式，如图4-53所示。阿特金森循环发动机提高了效率，现阶段用在某些混合动力车辆上。,2,阿特金森循环发动机的工作原理,阿特金森循环发动机其实并不需要在普通发动机上做太大修改，只是改变气门开闭的时机。普通汽车发动机是基于所谓奥托循环的，它包括吸气、压缩、 做功和排气四个冲程。在奥托循环发动机里，在吸气行程中油气混合物被吸入汽缸，当活塞到达下死点后，进气门关闭，油气混合物被封闭在汽缸中；在压缩和做功行程中分别被压缩和点燃。这样，膨胀比就几乎等于发动机的压缩比，很难提高。,3,阿特金森循环发动机的缺点,（1）独特的进气方式让低速扭矩很差,在低速时，本来就稀薄的混

24、合气在“反流”之后变得更少，这让该类发动机低速扭矩表现很差，用于车辆起步显然动力不够，发动机的动力和对油门的响应都不如普通发动机，但是，仍然可以看出，电动机的扭矩很好地弥补了发动机扭力不足的缺点，特别适合城市工况行驶。,（2）长活塞行程不利于高转速运转,较长的活塞行程确实可以充分地利用燃油的能量，提升经济性，但也因此限制了转速的升高，加速性能也变差，并且“升功率”这个性能指标会很低。而追求性能，尤其是追求高速性能的赛车发动机，往往行程与活塞直径的比值会很低。在民用车上，为了平衡，通常行程与缸径两个数据是接近的。,4,阿特金森循环发动机的应用,目前，油电混合动力汽车中，基本上对于发动机进行了重新设计或重大改进。如丰田普锐斯Prius的1.5升汽油机（1NZ-FXE）采用了阿特金森循环，它是在1NZ-FE的基础上改造得到的。这种循环发动机具有高热效率、高膨胀比、紧凑型倾斜挤气燃烧室（以形成有利于燃烧的挤气涡流）以及铝合金缸体，其主要目的是追求高的热效率而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机可以舍弃非经济工作区的动力性能而追求经济工作区的高效率。如，日本丰田Prius所用的发动机的工作区域设定在10004500rpm。,谢谢您的观看指导!,