混合动力构型分析与仿真电子版本.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,混合动力构型分析与仿真,日本混合动力车辆结构类型发展,串联式混合动力,串联混合动力的能量流动,串联式混合动力应用,功率辅助单元（由发动机和发电机组成）和牵引,电机没有机械连接，动力系统布置零活。,功率辅助单元和牵引电机可以独立进行控制优化。,串联式混合动力多用在重型车辆上。,美国能源部,NREL实验室调查的美欧日近50个10米以上混合电动客车项目中有37个为串联式混合动力,在研的军车混合动力也采用串联式混合动力（2000年）,纽约市Orion柴油混合电动公交车与Nova柴油公交车排放与燃油经济性比较（CBD*）,公交车,CO,(g/km),NO,x,(g/km),HC,(g/km),PM,(g/km),CO,2,(g/km),FE*,(km/L),Orion Hybrid,0.06,11.52,0.048,0.072,1357.2,1.828,NovaBUS RTS,1.80,18.06,0.084,0.144,1667.4,1.488,结果比较,-97%,-36%,-43%,-50%,-19%,+23%,*CBD Commercial business district，,CBD循环的公交车的平均行驶速度为21km/h。,*FE Fuel economy，燃油经济性。,串联混合公汽的概貌,Outline of Series Hybrid Bus,Configuration of series hybrid diesel bus,国际混合动力城市公交车运行,日本远州铁道株式会社（总部：浜松市，社长：铃木敬彦）已从2002年6月开始，将三菱扶桑宣布上市的“Aero_star Non Step HEV”作为串联式油电混合大巴（Series Hybrid Bus）首次在日本国内投入了线路运营，截至2003年9月已创下了5万多公里的无故障行驶业绩。年销量目标为50辆，东京地区的厂商建议零售价方面，68座车型为3980万日元（约合人民币306万元）。,并联式混合动力,并联式混合动力的能量流,微混合动力系统的典型代表是BSG,(Belt-Driven Integrated Starter Generator),14V系统,构型,微混合动力系统,42V系统,功能,微混合动力系统,发动机自动启停,车速=0 停止发动机,刹车踏板抬起 启动发动机,启动发动机 600rpm以上，0.4秒,实现 冷启动,发电效率 约85%,降低油耗 6%,发动机水温设定值 不停止发动机 减少排放,低,高,最大功率，效率,低,高,安全性,改动最小,BSG电机,=传统发电机+启动机,不需要DC/DC,电机和蓄电池功率最小,与现有轿车电系统兼容,14V系统成本最低,成本,微混合动力系统,改动较小,BSG电机,=传统发电机+启动机,需要DC/DC,电机和蓄电池功率较小,可直接应用于42V轿车电系统，但无行业标准，业界争议大,42V系统成本较低,14V系统,42V系统,国内外系统,微混合动力系统,VALEO的StARS系统,通用Saturn VUE混合动力系统,奇瑞BSG系统,国内外系统,微混合动力系统,功率,需求,混合化,热管理,发动机,运转,传动自动,-10-15%,-4%,-3%,-15-20%,-5%,-6%,可达,-30%!,无凸轮轴系统,-20%,微混合,+制动能量回收,微混合,StARS,系统,双离合器,传动,智能热管理系统,无带引擎,低功率,交流压缩机,VALEO的StARS系统,VALEO改善燃油经济性的几个重要领域,国内外系统,微混合动力系统,VALEO的StARS系统,电力电缆,Inverter,可逆电机,C3,自动启停,逆变器,VALEO的StARS系统主要部件,StARS系统对排放和油耗的改善,5.9,140,132,5.5,CO,2,排放,(g/km),燃油消耗,(l/100 km),-6%-10%,混合工况,城市工况,7.6,6.9,162,180,混合工况,城市工况,-6%-10%,雷诺原型车,StARS系统对排放和油耗的改善,自动启停样车,国内外系统,微混合动力系统,VALEO的StARS系统,国内外系统,微混合动力系统,VALEO的StARS系统,混合程度,自动启停,制动能量回收,转矩辅助,纯电动,全混合,StARS 微混合,微/轻度混合,（带超级电容）,-6%,-12%,-15%,-20%,燃油经济性,-23%,巴黎城市工况,MVEG,轻度混合,VALEO的混合动力技术路线,国内外系统,微混合动力系统,通用Saturn VUE混合动力系统,国内外系统,微混合动力系统,通用Saturn VUE混合动力系统,VUE系统构成,整车性能,城市油耗：27mpg,高速路油耗：32mpg,060mph加速时间：10.2s,比传统VUE车改善20%,汽油发动机,排量：2.2L,可靠的皮带张紧系统,最大扭矩：220Nm/4400rpm,最大功率：127kW/6600 rpm,改进Lundell电机,最大助力功率：4kW,发电最大功率：5kW(电功率),助力最大扭矩：60Nm,质量：12kg,NiMH动力电池,额定电压：36V,重量：25kg,最大放电功率：10kW,最大充电功率：10kW,国内外系统,微混合动力系统,通用Saturn VUE混合动力系统,通用Saturn VUE混合动力系统功能一览,构型,轻度混合动力系统,微混合动力系统的典型代表是ISG,(Integrated Starter Generator),曲轴集成式电力系统结构,功能,轻度混合动力系统,发动机自动启停,车速=0 停止发动机,刹车踏板抬起 启动发动机,启动发动机 600rpm以上，0.5秒,低温-29，启动发动机 600rpm以上，0.8秒,发电效率 约88%,降低油耗 7%,发动机水温原有发动机能力 电机+发动机同时出力,系统总功率=发动机功率+电机功率,汽,油,机,柴,油,机,功能,轻度混合动力系统,调整电机发电扭矩,发动机工作在经济区,高负荷区,避开排放恶化区,小负荷区,巡航：优化发动机效率/排放，高效发电,功能,轻度混合动力系统,制动：能量回收+发动机断油,车辆制动能量 回收储存到电池,降低燃油 7%-8%,制动安全 保留原有机械制动,发动机断油 减少油耗,制动+停缸，关闭气门 进一步减少功耗,电池SOC过高 禁用制动能量回收,功能,轻度混合动力系统,发动机减排量,电机低速扭矩补偿,改善发动机扭矩特性,改善超车性能,电机高速扭矩输出,改善超车特性,发动机输出功率满足稳态巡航需求即可,降低对发动机的功率需求,减少发动机排量,降低油耗,曲轴集成式ISG系统的成本,DC/DC,ISG电机及其逆变器,蓄电池,超级电容(含超级电容的系统),成本比较,BSG系统ISG系统深混合或全混合系统,成本,轻度混合动力系统,国内外系统,轻度混合动力系统,本田IMA系统,2006Civic系统配置,整车性能,油耗：31km/L(日本10-15工况),0-100km/h加速时间：12s,汽油发动机,排量：1.4L,i-VETC三段可变气门正时,最大扭矩：119Nm/3300rpm,最大功率：63kW/5700 rpm,直流无刷电机,助力最大功率：10kW,发电最大功率：12.3kW,助力最大扭矩：62Nm/103Nm(CVT),发电最大扭矩：108Nm,NiMH动力电池,容量：5.5Ah,额定电压：158V,最大放电功率：16.1kW,最大充电功率：13.3kW,国内外系统,轻度混合动力系统,本田IMA系统,系统特点,3阶段可变气门正时系统,根据发动机转速，切换进排气凸轮轴正时，可实现完全关闭气门，禁止发动机换气，消除发动机的泵气损失,高速车辆减速，发动机倒拖时配合断油功能，实现,发动机停缸技术,，最大程度减少发动机油耗,系统特点,综合能量管理,将混合动力的加速助力、制动能量回收、智能高效率充电、快速启停功能与发动机的i-VETC功能结合协调控制,实现了整车经济性、排放和动力性的优化控制,本田Insight系统结构,ISG是一种轻度并联式混合动力系统,已有成功的产品出现，如右图,基于起动机/发电机一体化的混合动力,主要功能,自动起停功能,自动起停功能的实现过程如下：如果汽车较长时间处于零负荷状态，例如在路口等红灯时，内燃机一直处于怠速，控制系统会自动切断内燃机供油系统，令内燃机停止运行，同时ISA也停止工作，需要起步时，ISA在0.10.2s的短时间内将内燃机加速至怠速转速，完成起动任务。,城市工况下汽车不停地起步和停车以及内燃机怠速的情况是非常多的，自动起停系统利用电动机快速起动的特点避开了内燃机起动和长时间怠速过程，提高了燃油经济性和排放性能以及冷起动性能。,内燃机的低速大负荷时的燃油经济性和排放性能均不佳，ISA可以在内燃机低速大负荷时恢复工作在电动机状态，提供一部分辅助功率，提高低速时内燃机的动力性能，Siemens的ISA能提供的最大峰值功率为15kw,由于ISA提供低速时额外的功率补偿，因此可以选择较小功率的内燃机更好地满足燃油经济性和排放性能。,ISA可以通过自身的转动惯量以及在电动机和发电机之间来回切换状态平衡内燃机曲轴的波动，成为“有源飞轮”起到减震器的作用，因此有时又将ISA称为ISAD（Integrated Starter Alternator Damper）。,ISA直接与内燃机的曲轴连接，在起动时ISA无须与飞轮齿盘啮合，可以形成无噪音起动。,内燃机附件（冷却风扇等）全部采用电动方式驱动，可以由专用的电动机带动，并控制电动机运行在最佳工况点，提高整车效率。齿形皮带及齿轮组可以全部省掉，同时可以省去传统的发电机和电动机，内燃机附件在布置上就更加灵活了。,功率补偿功能,高效大功率电能输出,其他,“有源飞轮”的主动减震,ISA,用作发电机时可以提供,6,10kw,功率输出，全转速范围内的效率在,80%,以上，使得电动助力转向（,Steer by Wire,），电制动（,Brake by Wire,）以及电动气门（,Electromechanical Valve,）等需要较大功率供电的新兴汽车电子技术能够得到应用。,现在的车用发电机最大输出功率仅为,1.52.5kw,（最顶级为,3.5kw,），发电机的最大效率为,70%,，而高速时仅为,30%,，这是无法满足现代汽车电子产品的功率需求的。,Insight电机功率辅助曲线,本田Insight性能,特征,小功率电机（10kw）,大部分工况依靠内燃机工作,对电池的能量要求最低,成本最低,DaimlerChrysler Dodge ESX3,Ford Prodigy,典型车型,直流无刷电机,连续功率 3kw,峰值功率 15kw,150V锂离子电池,Dodge ESX3,低能量储备需求型（LSR）,ISA 连续功率 3kw,8kw 持续3分钟,35kw 持续3秒钟,288V镍氢电池,Prodigy,带式并联混合动力系统,具有ISG的功能,要求新的车辆电气系统！,电动机械转向系统,小型高负荷内燃机,电动水泵,+,-,12 V,网络,铅酸电池,DC,DC,+,-,镍氢电池,高压网络,带有,DC/DC-,变频器的功率电器部分,SG(2),脉冲式起动离合器,功率和能源管理,功率包,电液自动变速器,带有高压输电线的适度混合系统,串并联式混合动力,发动机提供主要能源时的能量流,电驱动为主时的能量流,start,normal driving,sudden acceleration,deceleration or braken,Battery recharging,丰田Prius系统,Prius利用机械结构的,巧妙设计，避免了复杂,的能量分配算法！,动力分配机构,发动机,电动力,车轮,减速齿轮,驱动轴,电池,发电机,电动机,机械动力,丰田混合动力系统结构,转速关系,转矩关系,(generator),(motor),Prius与其它车型的性能比较（动力系统不同）,Prius 动力系统的能量转化效率,日产混合动力,电动机&起动机,锂离子电池,逆变器,电动机&起动机,CVT,发动机,电磁离合器,Hino混合动力,Hino混合动力,EVT,3.混合动力系统不同构型的性能评价,国内研发现状,863计划电动汽车重大专项启动,为维护国家能源安全，改善大气环境，提高汽车工业竞争力，2001年启动了电动汽车重大科技专项。目标是力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得突破，建立我国电动汽车的产业化技术平台，实现跨越式发展。,混合动力电动汽车整车,项目布局,北京,天津,上海,广州,南京,石家庄,大连,青岛,济南,沈阳,哈尔滨,长春,呼和浩特,太原,包头,郑州,合肥,南昌,厦门,武汉,长沙,桂林,西安,柳州,重庆,成都,贵阳,南宁,兰州,福州,昆明,吉林,襄樊,杭州,荆州,苏州,常州,无锡,唐山,邯郸,十堰,深圳,宜昌,乌鲁木齐,一汽：混合动力公交车,混合动力轿车,东风：混合动力公交车,混合动力轿车,长安：ISG混合动力轿车,奇瑞：混合动力,东风混合动力轿车,选择拥有完全知识产权的风神蓝鸟轿车作为基础车型，发动机通过离合器与AMT一轴耦合，主电机采用水冷却方式并与变速器一体化设计。目前已完成了3轮研制，并进行了台架试验、转鼓试验、性能试验和道路试验，整车排放指标满足欧标准，燃油经济性达到比基础车低20%的阶性目标要求，实现了要求的性能。,红旗牌混合动力轿车,红旗牌混合动力轿车最高车速：160km/h；0-100km/h 加速时间 14s；NEDC工况燃料消耗4.9L/100km；排放性能：优于欧标准。红旗牌混合动力轿车将主电机在变速器输出轴与发动机的动力进行混合，开发出了拥有自主知识产权的混合动力系统结构方案，形成了十几项专有技术 数据采集.CAN分析.发动机诊断等/专利技术；,长安ISG型混合动力轿车,PTO,M,NiMH,DC/DC,E-PTO,ISG,ICE,C2,C1,MG,在长安将要推出的自主MPV车平台的基础上，完成了总体方案和各零部件的优化设计，优化了整车的控制策略、分解了对各系统的要求，进一步研究了混合动力电动汽车最佳机电耦合方案和ISG技术。目前已完成了两辆在MPV车平台基础上机械手动变速传动的ISG混合动力样车的第二轮研制；,奇瑞混合动力轿车,已完成了系统的产业化设计、虚拟样车设计与仿真、发动机与变速器的结构设计、各零部件的工装样件设计、控制模型与策略的优化、整车控制系统硬件平台的建立、基于全车CAN网络系统的设计、各动力系统的测试与试验台架建立以及国际整车合作单位技术谈判等。,国内外系统,轻度混合动力系统,奇瑞ISG系统,奇瑞ISG系统配置,汽油发动机,排量：1.3L,5速手动变速箱,最大扭矩：118Nm/3800rpm,最大功率：65kW/6000 rpm,永磁同步电机（配有DCDC）,额定功率：10kW1500rpm,最大功率：15kW1200rpm,最大转速：10000rpm,最大扭矩：140Nm,NiMH动力电池蓄电池,容量：8Ah,额定电压：144V,最大放电电流：150A,最大充电电流：120A,东风混合动力城市公交车,EQ6110HEV混合动力城市公交大客车以成熟的11米的低地板客车为基础，已完成了3轮研制，并进行了台架试验、转鼓试验、性能试验、道路试验和武汉公交示范运行，最高车速达到80km/h，减少尾气排放20%以上，车外噪声降低2dB，油耗降低20%左右，实现了要求的性能。,解放混合动力城市客车,基于道伊茨发动机的HEV城市客车进行总布置设计，完成了关键总成改进设计，包括AMT执行方案新设计、动力合成箱方案新设计、高低压电气系统设计、循环工况深入开发等，已完成性能样车试制。最高车速 80km/h；060km/h加速时间30s；综合等速百公里油耗比传统车降低20%。,混合动力电动汽车示范运营,11月8日，在国际会展中心举行了武汉国家电动汽车试点示范城市启动暨东风混合动力城市公交车示范运行样车投放仪式。武汉市投入四台混合动力城市公交车在510线路上开始示范运营。,武汉市电动汽车示范运行“一环两区多点”的规划,盘式电机,清华混合动力发动机研发,电池系统,电机及控制器,变流器,APU,清华/清能华通,气-电混合,动力城市客车,电池系统,电机及控制器,变流器,APU,时代华通/清华,油-电,混合动力城市客车,2005年，提供5套混合动力系统，匹配3种型号城市客车。,内燃机混合动力:,内燃机APU,先进内燃机混合动力开发,电池系统,电机及控制器,变流器,时代华通,电-电混合,动力城市客车,输电线,温总理对我所在电动汽车领域持续不断的努力和取得的成绩表示高度赞赏和充分肯定。,为整车厂提供系统解决方案及核心部件,市场业绩及发展方向,与安徽安凯汽车公司联合开发HFF6114GK50型串联式混合动力城市客车，为其提供电气系统的全面解决方案及其核心部件产品。,市场业绩及发展方向,为整车厂提供系统解决方案及核心部件,去年,5月，该车通过国家级定型试验，已正式进入国家产品公告。该车于今年1月份投放上海92B公交线路进行商业化运营，已连续运营两个多月，性能稳定，节油达20，排放指标优于国3。,市场业绩及发展方向,为整车厂提供系统解决方案及核心部件,去年，与中通客车公司联合进行了两轮串联式混合动力城市客车的研制开发。整车产品已进入国家产品公告。,系统仿真平台的模块化结构,ECE-EUDC工况,加速踏板开度,制动踏板开度,实际车速,目标车速,时间,电功率占输出功率比例,传统内燃机汽车1/100,电控汽车 5/100,微混合,并联式混合动力,20/100电功率,轻混合,混联式混合动力,50/100电功率,深混合,串联式混合动力,100/100电功率,全混合,轿车混合动力的模块化趋势,通过模块化推进电气化,充电式混合,ISG,自动启停,DCT,E-Hybrid,S/S,轻度混合型（MHV）-并联,小功率电机（10kw）,大部分工况依靠内燃机工作,对电池的能量要求最低,成本最低,功率混合型-混联,中等功率电机（2040kw),对电池的功率要求较高(2040kw),对电池的能量要求较低,能量混合型（EHV,）-串联,大功率电机,对电池能量和功率的要求都很高,内燃机只在高速公路工况下运行，提高效率，,增加续驶里程,C：H,1：1,C：H,1：4,C：H,1：2,气-电混合动力,油-电混合动力,电-电混合动力,H,燃 煤,石 油,天然气,氢 气,能源混合的不同能源,燃料电池混合动力,谢 谢,混合动力系统能量混合类型,混联式混合动力,混联式混合动力系统双轴驱动时的能量流,总结,2.结构型式分类,四大类：,串联式 （series hybrid）,并联式 （parallel hybrid）,混联式 （complex hybrid）,串并联式（series-parallel hybrid),混合动力汽车的开发是工业界和社会关注的,热点话题。内燃机混合动力系统是当前最有,商业前途的混合动力系统，燃料电池混合动,力系统则是未来最可能普及的车辆动力系统。,本文分为：,背景,混合动力系统结构划分类型,混合动力系统能量混合类型,总结,背景,石油短缺,全球石油需求量快速增长,按目前开采速度，全球石油储量只可开采,41,年。,全球汽车保有量于2010年将达到10亿辆,中国汽车保有量在2010年会超过6000万辆,中国机动车百公里油耗比欧洲高,25%,，比日本高,20%,，比美国高,10%,；载货汽车百吨公里油耗比,国外高一倍以上。进口原油的,1/3,用于汽车消耗,2010年中国石油需求将达2.7亿至3.1亿吨。而,国内年产量仅能达到1.65亿至2亿吨，供需缺口,为1.05亿至1.1亿吨。,2004年10月28日，,乘用车燃料消耗量限值,（,GB19578-2004,）强制性国家标准颁布,并于,2005年执行。,排放法规,按目前世界汽车保有量6.6亿辆，新车年产量5190万辆计算，每年汽车排向大气中的有害物质,高达7亿多吨。,机动车排放污染已经成为中国污染物的主要来源之一。以北京市为例，城区大气中碳氢化合物,的73.5%、一氧化碳的63.4%、氮氧化物的47%来自汽车排放的尾气。,逐步实施严格的排放法规势在必行！,欧盟制定的排放法规,2003年7月1日起，我国实行欧排放标准,预计,2005年我国将执行相当于欧的排放标准,2008年我国将执行接近于欧的排放标准,目前，我国生产的绝大部分车型达不到欧,排放标准！,采取对策,解决上述两大问题，开发新型的动力系统，减,小车辆排放，降低燃料消耗率非常必要。,新型动力系统包括纯电动的动力系统、内燃机,混合动力系统和燃料电池混合动力系统。,动力系统,纯电动,内燃机混合动力,燃料电池混合动力,驱动源,蓄电池,内燃机、蓄电池或其它能量源,燃料电池、蓄电池或其它能量源,排放,零排放,内燃机排放物质,水和少量反应气体,成本,整车价格和运营成本较高,整车价格略高于传统车型，运营成本低,整车成本和运营成本非常高,应用前景,寄希望于电池技术取得重大突破,现阶段最有发展潜力的动力系统,未来动力系统的发展方向,混合动力系统结构划分类型,国内外研究情况,国内,国外,比较成功的内燃混合动力车型：,丰田 Prius 本田 Civic,福特 Escape 本田 Insight,比较成功的燃料电池混合动力车型,清能一号,（清华）,氢动三号,（通用）,Fine-X（丰田）,氢动三号,（通用）,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,