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论文(混合动力汽车系统的结构与原理)
四 混合动力汽车的优缺点分析及技术难点 4.1 串联式混合动力汽车的优缺点分析 1.串联式混合汽车的优点 1)以动力电池组为基本能源,可实现“零污染”状态行驶。发动机-发电机组所发出的电能向动力电池组充电,用于补充动力电池组的电能,或直接供给驱动电动机,以延长续驶里程。 2)发动机-发电机组中的发动机与驱动轮之间没有机械上的连接,因此能够保证在稳定、高效、低污染的状态下运转,将有害气体排放控制在最低范围。此外,还可采用燃气轮机、转子发动机等其他类型的发动机,进一步降低燃料消耗和有害气体的排放。 3)趋近于纯电动汽车,只有电动机驱动车辆。因为电动机具有较为理想的转矩-转速特性,所以驱动系统不需要多挡传动装置,从而使结构大为简化,进而降低成本。 4)发动机与车轮之间在机械上完全解耦,总体结构较简单,易于控制。发动机-发电机组和电动机之间没有机械联系,在车上布置时有较大的自由度。 2.串联式混合动力汽车的缺点 1)电动机驱动功率必须能够克服车辆在行驶过程中的最大阻力,故要求电动机功率较大,外形尺寸较大,质量较大。由于电动机不经常在满负荷状态下工作,因此效率较低。要求动力电池组容量较大,同时还需要较大功率的发动机-发电机组,加上庞大的动力电池组,整车外形尺寸较大,质量较大,在中小型车上布置有困难,较适合应运于大型客车。 2)发动机-发电机-电动机系统在机械能-电能-机械能的能量转换过程中,能量损失较大;在动力电池组的充、放电过程中存在能量损耗,车辆也不是经常在满负荷状态下运行,能量转换的综合效率比内燃机汽车低。 3)发动机-发电机组与电池组之间的匹配要求较严格,应能根据动力电池组SOC的变化,自动起动或关闭发动机,以避免动力电池组过放电和过充电,因此需要更大容量的电池。 4.2 并联式混合动力汽车的优缺点 1.并联式混合动力汽车的优点 1)只有发动机和电动机两个动力总成,两者的功率可以等于车辆驱动功率的50%-100%,比串联式混合动力汽车三个动力总成的功率、质量和体积小很多。 2)发动机可直接驱动车辆,没有串联式混合动力汽车发动机的机械能-电能-机械能的转换过程,能量转换的综合效率比串联式的高。当车辆需要最大输出功率时,电动机可以提供额外的辅助动力,因此发动机的功率可选择得较小,燃油经济性比串联式好。 3) 与电动机配套的动力电池组容量较小,使整车质量减小。 4)当轻度混合时,电动机可带动发动机起动,调节发动机的输出功率,使发动机基本稳定在高效率、低污染状态下工作。发动机也可带动电动机发电向电池组充电,以延长续驶里程。 2.并联式混合动力汽车的缺点 1) 需要配备与内燃机汽车相同的传动系统,总布置基本与内燃机汽车相同,动力性能接近内燃机汽车。发动机工况会受到车辆行驶工况的影响,有害气体排放高于串联式汽车。 2)需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成,还有电动机、动力电池组和动力耦合器等装置,因此动力系统结构复杂,布置和控制更困难。 4.3 混联式混合动力汽车的优缺点 1.混联式混合动力汽车的优点 1)三个动力总成比串联式混合动力汽车三个动力总成的功率、质量和体积小。 2)有多种工作模式,节能最佳,有害气体排放达到“超低污染”。 3)发动机可直接驱动车辆,没有机械能-电能-机械能的转换过程,能量转换的综合效率比内燃机汽车高。 4)电动机可独立驱动车辆行驶。电动机利用低速大转矩特性,带动车辆起步,可在城市中实现“零污染”行驶。当车辆需要最大输出功率时 ,电动机可给发动机提供辅助动力,因此发动机动率可选择较小,燃料经济性比串联式混合动力汽车好。 2.混联式混合动力汽车的缺点 1)发动机是基本驱动模式,电动机是辅助驱动模式,动力性更接近内燃机汽车。发动机工况受行驶工况的影响,有害气体排放高于串联式混合动力汽车。 2)需要配备两套驱动系统;发动机传动系统需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成,另外,电动机、减震器、动力电池组以及多能源动力组合或协调专用装置。因此,多能源动力系统结构复杂,总布置困难。 3)多能源动力系统的工作模式有多种形式,只有依靠复杂的多能源动力总成控制系统,才能达到高经济性和“超低污染”。 4.4混合动力汽车的关键技术 1.动力耦合系统 2.动力总成控制系统 3.电机及控制系统 4.动力电池及其管理系统 5.混合动力系统专用发动机 6.仿真分析技术
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