插电式混合动力电动汽车动力系统设计
目 录
1前言 1
1.1混合动力汽车的研究背景及意义 1
1.2研究混合动力汽车国内外发展现状 2
1.3本论文主要内容 3
2混合动力汽车的基本结构 4
2.1混合动力汽车的主要组成 4
2.2 PHEV的性能优势 4
2.3混合动力汽车的分类 6
2.4串联式PHEV的结构分析 8
3 PHEV动力系统匹配过程 8
3.1混合动力汽车的关键技术 9
3.2参考车型基本动力参数和性能指标 11
3.3发动机-发电机参数组匹配 12
3.4驱动电动机参数设计 14
3.5动力总成传动比的选定 17
3.6电池参数设计 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1前言
全球大量汽车的使用,已经产生并继续引发严重的环境与能源问题。近10年来,在与交通运输相关的研究开发领域中,人们致力于发展高效、清洁和安全的运输工具。电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车已被提议为替代传统车辆的运输工具。
混合动力汽车（HEV——Hybrid Electric Vehicle）：根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建议，混合动力汽车 HEV(Hybrid Eleetric Vehide)的定义为：多于一种能量转换器来提供驱动力的混合型电动汽车。HEV 是传统内燃机汽车与纯电动汽车的混血儿。混合动力汽车可以在市区道路工况下以纯电动模式工作，也可以在高速路况下以发动机单独工作的方式巡航行驶，而且可以在大功率输出状态下以混动方式满足工况需求。混合动力汽车有许多优点，低油耗 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
、低排放、续驶里程长、燃油经济性好、价格适中，兼具传统汽车和纯电动汽车的优点。因此混合动力汽车被认为是目前最具现实意义的节能车型。
本文旨在研究串联式插电混合动力电动汽车动力系统，使其动力系统合理、节能，满足生产生活需要。
1.1混合动力汽车的研究背景及意义
如今石油资源过度消耗，环境污染日益严重，这两大问题直接威胁着传统内燃机汽车的可持续发展，国内外各大汽车制造厂商都在致力于开发新能源汽车；而插电式混合动力汽车（PHEV）节能环保、技术成熟、成本相对较低，是新能源汽车的主要发展方向，这种新车型可以通过接入家用电源（110V/220V）或专用电源（380V/500V）对动力电池充电，只要单次使用不超过电池可提供的续驶里程（一般可以达50Km），它就可以用纯电动模式行驶，实现零油耗和零排放，由于动力电池容量相对较大，使 PHEV纯电动续驶里程较长；并且在更多的行驶工况中依靠电机驱动，从而减少发动机的使用。PHEV 从供电网获取电能后，在一定的行驶里程内以纯电动状态行驶，特别适合在频繁起停和低速运行的城市工况下运行，使发动机避免了怠速和低速运转的工况，降低对石油资源的依赖；城市郊区道路或高速公路通常路况良好，不用频繁地起步停车，并且速度较高，适合以混合驱动模式（以发动机为主）行驶，此时发动机稳定运行在其最佳工作区间，油耗和排放指标较好。
与传统混合动力汽车相比，插电式混合动力汽车可以直接由电网充电，即个人用户在家中就可以为汽车充电；而且插电式混合动力中电力驱动所占比例比传统混合动力更高，因此它的节能和环保效果更加明显。作为通往纯电动车的过渡技术，插电式混合动力已成为新能源车型发展的主流。目前世界各大汽车公司已经在“插电式（Plug—in）混合动力汽车”技术领域展开新的竞争，Plug—in 混合动力汽车成为研究热点。
为了解决传统汽车在能源消耗和环境污染上的问题，纯电动汽车和混合动力汽车成为近些年的研究热点。
1.2研究混合动力汽车国内外发展现状
混合动力汽车最早可以追溯到 1905 年，当时就已经有人把蓄电池作为动力源，以电动机来改善内燃机车辆的加速能力，但真正引起重视却是在近些年。20 世纪 90 年代，美国、日本及欧洲开始高度重视混合动力汽车的开发。政府和汽车企业加强合作，投入巨额人力、物力和财力进行混合动力技术的开发，并取得了重大突破。进入 21 世纪后，新开发的混合动力车型如雨后春笋般的不断出现，在各大车展上面，汽车制造商竞相推出混合动力版车型，其中许多车型已经达到量产的阶段。相比于传统 HEV，更具有优势的 PHEV 也受到越来越多的重视。
哈尔滨市在2014年2月进行了插电式气电混合动力公交车的道路测试，为期六天，此次上道试运营的两台插电式混合动力公交车，均为宇通公司生产车辆，车长分别为11.5米和10.5米，插电式混合动力公交车车速23公里/小时以下，为纯电力驱动；速度超过23公里/小时，为气电混合驱动。按照测算，与常规天然气公交车相比，氮氧化物排放量可减少76%、二氧化碳排放量可减少60%，PM排放量可减少86%。哈尔滨也因此加入全国第二批新能源汽车应用城市。
2015年4月19日，在上海浦东金桥凯迪拉克新工厂举行的“上海通用汽车之夜”活动上，凯迪拉克品牌向全球首次发布了旗下高档豪华轿车凯迪拉克全新CT6 PHEV插电式混合动力车型，见图1.2.1和1.2.2。在综合路况下，这款车型的纯电动续航里程超过60公里，百公里油耗仅约2.0升。全新CT6 PHEV插电式混合动力车型的锂离子电池组储电容量高达18.4千瓦时，安置于车辆后备箱和后排座椅之间，由192个棱柱型电池单元组成，燃油发动机和电动机的组合动力系统可为全新CT6 PHEV插电式混合动力车型提供250千瓦的最大功率以及586牛?米的最大扭矩。这款车预计年内国产上市。
2013年，三菱汽车在日本投放全新一代欧蓝德的插电式混合动力车型“欧蓝德PHEV”，该车型搭载了Plug-in Hybrid EV系统，这款车是汇集“i-MiEV”所培育出的电动汽车（EV）技术，“蓝瑟EVO”所打造出的四轮驱动（4WD）技术以及“帕杰罗”所构筑起的越野（SUV）技术结晶于一体的划时代的自发电电动车，同时该车型是全球首款插电式混合动力SUV车型。“欧蓝德PHEV”具有电动汽车的杰出的环保性能和静谧性，同时兼备四驱车型的行驶稳定性及驾驭性等SUV车型特有的应用性能，比如：最大可输出1500W电能的100V AC电源（1500W），发动机发电可以为停泊或行驶中的车辆进行充电的“电池充电模式”等大容量电池才可提供的独特功能。它有三种驾驶模式，EV行驶模式、串联式混合动力模式、并联式混合动力模式可以给驾驶者自由切换选择。
图1.2.1 凯迪拉克CT-6底盘 图1.2.2 凯迪拉克CT-6
(4)ＰＨＥＶ介于纯电动和常规混合动力车之间，在一定里程内采用纯电动模式；超过规定里程外时采用与内燃机并用的混合动力模式，它的续航里程可以与常规车型一样。但是，插电式混合动力仍需采用大容量的电池，其电池容量比传统的混合动力车型要大得多，除非电池技术有突破，否则无法解决。另外与纯电动车相比，由于加入内燃机系统，进一步增加了成本。同时，由于ＰＨＥＶ要求在低ＳＯＣ时有大功率输出，在高ＳＯＣ时有大功率输入，对电池的寿命产生巨大的挑战，而且电池回收问题也亟待解决。
结 论
1前言 1
1.1混合动力汽车的研究背景及意义 1
1.2研究混合动力汽车国内外发展现状 2
1.3本论文主要内容 3
2混合动力汽车的基本结构 4
2.1混合动力汽车的主要组成 4
2.2 PHEV的性能优势 4
2.3混合动力汽车的分类 6
2.4串联式PHEV的结构分析 8
3 PHEV动力系统匹配过程 8
3.1混合动力汽车的关键技术 9
3.2参考车型基本动力参数和性能指标 11
3.3发动机-发电机参数组匹配 12
3.4驱动电动机参数设计 14
3.5动力总成传动比的选定 17
3.6电池参数设计 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1前言
全球大量汽车的使用,已经产生并继续引发严重的环境与能源问题。近10年来,在与交通运输相关的研究开发领域中,人们致力于发展高效、清洁和安全的运输工具。电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车已被提议为替代传统车辆的运输工具。
混合动力汽车（HEV——Hybrid Electric Vehicle）：根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建议，混合动力汽车 HEV(Hybrid Eleetric Vehide)的定义为：多于一种能量转换器来提供驱动力的混合型电动汽车。HEV 是传统内燃机汽车与纯电动汽车的混血儿。混合动力汽车可以在市区道路工况下以纯电动模式工作，也可以在高速路况下以发动机单独工作的方式巡航行驶，而且可以在大功率输出状态下以混动方式满足工况需求。混合动力汽车有许多优点，低油耗 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
、低排放、续驶里程长、燃油经济性好、价格适中，兼具传统汽车和纯电动汽车的优点。因此混合动力汽车被认为是目前最具现实意义的节能车型。
本文旨在研究串联式插电混合动力电动汽车动力系统，使其动力系统合理、节能，满足生产生活需要。
1.1混合动力汽车的研究背景及意义
如今石油资源过度消耗，环境污染日益严重，这两大问题直接威胁着传统内燃机汽车的可持续发展，国内外各大汽车制造厂商都在致力于开发新能源汽车；而插电式混合动力汽车（PHEV）节能环保、技术成熟、成本相对较低，是新能源汽车的主要发展方向，这种新车型可以通过接入家用电源（110V/220V）或专用电源（380V/500V）对动力电池充电，只要单次使用不超过电池可提供的续驶里程（一般可以达50Km），它就可以用纯电动模式行驶，实现零油耗和零排放，由于动力电池容量相对较大，使 PHEV纯电动续驶里程较长；并且在更多的行驶工况中依靠电机驱动，从而减少发动机的使用。PHEV 从供电网获取电能后，在一定的行驶里程内以纯电动状态行驶，特别适合在频繁起停和低速运行的城市工况下运行，使发动机避免了怠速和低速运转的工况，降低对石油资源的依赖；城市郊区道路或高速公路通常路况良好，不用频繁地起步停车，并且速度较高，适合以混合驱动模式（以发动机为主）行驶，此时发动机稳定运行在其最佳工作区间，油耗和排放指标较好。
与传统混合动力汽车相比，插电式混合动力汽车可以直接由电网充电，即个人用户在家中就可以为汽车充电；而且插电式混合动力中电力驱动所占比例比传统混合动力更高，因此它的节能和环保效果更加明显。作为通往纯电动车的过渡技术，插电式混合动力已成为新能源车型发展的主流。目前世界各大汽车公司已经在“插电式（Plug—in）混合动力汽车”技术领域展开新的竞争，Plug—in 混合动力汽车成为研究热点。
为了解决传统汽车在能源消耗和环境污染上的问题，纯电动汽车和混合动力汽车成为近些年的研究热点。
1.2研究混合动力汽车国内外发展现状
混合动力汽车最早可以追溯到 1905 年，当时就已经有人把蓄电池作为动力源，以电动机来改善内燃机车辆的加速能力，但真正引起重视却是在近些年。20 世纪 90 年代，美国、日本及欧洲开始高度重视混合动力汽车的开发。政府和汽车企业加强合作，投入巨额人力、物力和财力进行混合动力技术的开发，并取得了重大突破。进入 21 世纪后，新开发的混合动力车型如雨后春笋般的不断出现，在各大车展上面，汽车制造商竞相推出混合动力版车型，其中许多车型已经达到量产的阶段。相比于传统 HEV，更具有优势的 PHEV 也受到越来越多的重视。
哈尔滨市在2014年2月进行了插电式气电混合动力公交车的道路测试，为期六天，此次上道试运营的两台插电式混合动力公交车，均为宇通公司生产车辆，车长分别为11.5米和10.5米，插电式混合动力公交车车速23公里/小时以下，为纯电力驱动；速度超过23公里/小时，为气电混合驱动。按照测算，与常规天然气公交车相比，氮氧化物排放量可减少76%、二氧化碳排放量可减少60%，PM排放量可减少86%。哈尔滨也因此加入全国第二批新能源汽车应用城市。
2015年4月19日，在上海浦东金桥凯迪拉克新工厂举行的“上海通用汽车之夜”活动上，凯迪拉克品牌向全球首次发布了旗下高档豪华轿车凯迪拉克全新CT6 PHEV插电式混合动力车型，见图1.2.1和1.2.2。在综合路况下，这款车型的纯电动续航里程超过60公里，百公里油耗仅约2.0升。全新CT6 PHEV插电式混合动力车型的锂离子电池组储电容量高达18.4千瓦时，安置于车辆后备箱和后排座椅之间，由192个棱柱型电池单元组成，燃油发动机和电动机的组合动力系统可为全新CT6 PHEV插电式混合动力车型提供250千瓦的最大功率以及586牛?米的最大扭矩。这款车预计年内国产上市。
2013年，三菱汽车在日本投放全新一代欧蓝德的插电式混合动力车型“欧蓝德PHEV”，该车型搭载了Plug-in Hybrid EV系统，这款车是汇集“i-MiEV”所培育出的电动汽车（EV）技术，“蓝瑟EVO”所打造出的四轮驱动（4WD）技术以及“帕杰罗”所构筑起的越野（SUV）技术结晶于一体的划时代的自发电电动车，同时该车型是全球首款插电式混合动力SUV车型。“欧蓝德PHEV”具有电动汽车的杰出的环保性能和静谧性，同时兼备四驱车型的行驶稳定性及驾驭性等SUV车型特有的应用性能，比如：最大可输出1500W电能的100V AC电源（1500W），发动机发电可以为停泊或行驶中的车辆进行充电的“电池充电模式”等大容量电池才可提供的独特功能。它有三种驾驶模式，EV行驶模式、串联式混合动力模式、并联式混合动力模式可以给驾驶者自由切换选择。
图1.2.1 凯迪拉克CT-6底盘 图1.2.2 凯迪拉克CT-6
(4)ＰＨＥＶ介于纯电动和常规混合动力车之间，在一定里程内采用纯电动模式；超过规定里程外时采用与内燃机并用的混合动力模式，它的续航里程可以与常规车型一样。但是，插电式混合动力仍需采用大容量的电池，其电池容量比传统的混合动力车型要大得多，除非电池技术有突破，否则无法解决。另外与纯电动车相比，由于加入内燃机系统，进一步增加了成本。同时，由于ＰＨＥＶ要求在低ＳＯＣ时有大功率输出，在高ＳＯＣ时有大功率输入，对电池的寿命产生巨大的挑战，而且电池回收问题也亟待解决。
结 论
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