05 第五章 混合动力汽车.pptx

第1页：第5章 混合动力汽车

第5章 混合动力汽车，本章内容包括：

• 概述
• 串联式混合动力汽车
• 并联式混合动力汽车
• 混联式混合动力汽车
• 插电式混合动力汽车
• 混合动力汽车动力系统设计

第2页：HEV的定义

第1节 概述：一、混合动力汽车定义与类型。1.HEV（Hybrid Electric Vehicle）定义：能量与动力的传递同时具有以下特点的车辆。

• 传递到驱动轮来推进车辆的能量，至少来自两种不同的能量转换装置（如内燃机、燃气涡轮机、斯特林发动机、液压马达、电机等），这其中有一个为电机
• 这些能量转换装置可从至少两种能量储能装置（如油箱、蓄电池、超级电容、飞轮、储氢罐等）获取输入能量，其中至少有一种能量储能装置提供的是电能
• 能量储能装置也可以吸收电能

典型HEV是指既有内燃机又有电机的车辆。

第3页：按混合度分类

2.混合动力汽车的分类：按「混合度」分类。

本页原文为多列文字粘连文本，微混合动力行原文多出一处「有」，表中按五种功能五列的对应关系推定排列，建议对照原图核对。

第4页：按布置形式与外接充电能力分类

其他分类方式：

• 按动力系统布置分类：串联式HEV（Series HEV，SHEV）、并联式HEV（Parallel HEV，PHEV）、混联式HEV
• 按照外接充电能力分类：插电式混合动力汽车（Plug-in HEV）、非插电式混合动力汽车

第5页：汽车燃油消耗的构成

汽车燃油消耗除与行驶阻力、发动机燃油消耗率以及传动系效率有关之外，还与停车怠速油耗、汽车附件（空调等）消耗及制动能量损耗有关。

在城市循环工况中，后三个因素消耗的能量总计达燃油化学能的25.2％。传统结构的汽车在这些方面尚未找到突破性的提高燃油经济性的措施。

第6页：HEV的节油方式

二、混合动力汽车特点——HEV节油方式：

• 大大减少甚至消除了发动机怠速，短暂停车时可关闭发动机，再行驶时利用电机迅速地重启发动机
• 制动时可利用电机的发电机模式来回收制动能量，而传统汽车的机械制动中这些能量转化为热量散发
• 设计时，混合动力汽车发动机功率可选择的比传统汽车小，发动机设置在高效率区稳定工作，加速、爬坡的峰值功率由电机提供

第7页：与纯电动汽车比较的优势

混合动力电动汽车的优势——与纯电动汽车比较：

• 电池的容量减小，而使整车自重减小、成本有所降低
• 续驶里程和动力性可达到内燃机汽车的水平
• 无需建设庞大的充电设施，无需每天的充电维护

第8页：与内燃机汽车比较的优势

混合动力电动汽车的优势——与传统内燃机汽车比较：

• 可使发动机在最佳的工作区域稳定运行，降低发动机的油耗、排放污染和噪声
• 可实现纯电动模式，在居民区、市中心等人员密集的地区关闭发动机，实现零排放
• 通过电机回收制动时的能量，提高能量利用率，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染

总体思路是：避免缺点，保留优点。

第9页：四类汽车综合比较

电动汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车和内燃机汽车的比较：

本页原文为多列文字粘连文本，尾气排放行原文多出一字，其余各行均为四个对应数值，表中按此对应关系推定排列，建议对照原图核对。

第10页：串联式HEV的原理与工作模式

第2节 串联式混合动力汽车：一、原理和工作模式。

• 发动机的机械能通过发电机转化为电能，该电能通过功率变换器为蓄电池充电，或者供给电机驱动汽车
• 发动机只用来发电，发电机供电能给电机，只有电机直接驱动汽车
• 同时，发电机发出的部分电能存储到蓄电池里，在有需求的时候，蓄电池同时给电机供电来实现更大的功率

第11页：串联式HEV的优点

串联式HEV优点：

• 适合于在城市运行。车辆在城市运行时需要频繁起步、停车、加速和低速运行，传统燃油车发动机在这些工况下油耗高、排放性能差，而串联式HEV的发动机受行驶工况影响小或者不受影响，可工作于稳定、高效的最佳工况区域
• 发动机／发电机组与机械传动装置无机械连接，布置较灵活
• 结构和工作原理比较简单，系统的设计和实现难度相对较低

第12页：串联式HEV的缺点

串联式HEV缺点：

• 能量转换、传输环节多，能量转换效率比较低
• 电机的额定功率要求比较大，相应体积和质量也较大，这是因为电机是唯一直接驱动车辆的动力装置，需要满足最高车速、加速、爬坡等所有工况的功率要求

第13页：串联式HEV控制策略

二、串联式HEV控制策略：

• 混合动力汽车系统控制器根据行驶工况、发动机和电机的运行状态以及电池电量状态来确定车辆的驱动模式
• 一个好的控制策略可以充分发挥各动力部件效率潜力，尽量避免各部件低效率，优化混合驱动效率，达到最佳的整体效率
• HEV控制策略有两种极端模式：「发动机开关式」和「发动机功率跟随式」

第14页：发动机开关式控制策略

1、发动机开关式。具体控制逻辑是：

• 发动机开启时，设置在经济点稳定地运行，带动发电机发电向电池充电
• 当电池SOC超过SOC_max时，发动机关闭，车辆以ZEV模式运行
• 当电池SOC小于SOC_min时，发动机开启，带动发电机向电池充电

特点：发动机处于经济点稳定运行，燃烧充分，排放低，但动力的传递要经过电池充放电，增加了传递环节，目前电池的充放电循环效率较低，因而整个动力传动系统效率较低，油耗较高。

第15页：发动机功率跟随式控制策略

2、发动机功率跟随式。控制逻辑如下：

• 发动机一直开启，它的功率跟随着电机的功率变化而变化
• 设定一功率下限值，当行驶所需的发动机功率低于该值时，发动机／发电机向电池充电
• 发动机输出功率为最大仍不能满足驱动要求时，电池输出电能补充
• 当电池电量不足而发动机又有后备动力时，发动机向电池充电

特点：尽量利用发电机发出的电能驱动电机而少用电池，以减少动力传递环节，避免电池低充放电循环效率的不良影响；设发动机功率下限的目的是避免发动机在低负荷工况下极高的油耗率。在该策略下如果发动机匹配得好、运行于经济区域，可获得良好的燃油经济性；缺点是发动机工况不断变化，排放不如开关式。

第16页：复合式控制策略

3、复合式控制策略：综合开关式策略的低排放和跟随式策略的低油耗的优点。

第17页：复合式控制策略的特点

复合式控制策略特点：

• 是两种极端模式的组合，在两模式之间存在着优化点，该点发动机和电池合理分担路面载荷，发动机和电池混合驱动效率最高
• 优化点的位置取决于发动机经济区的大小和电池的充放电效率
• 若发动机经济区扩大或电池效率降低，优化点向功率跟随式策略移动
• 反之，发动机经济区变窄或电池效率升高，优化点靠近开关式策略

第18页：串联式HEV实车示例

三、实车示例：一次加油行驶400～500km，HC和NOx比燃油汽车低90%，CO低66%。

第19页：串联式HEV结构部件标注

串联式混合动力系统部件标注：

• 1-发电机
• 2-增速器
• 3-发动机
• 4-整流器
• 5-中央控制器
• 6-逆变器
• 7-驱动电机
• 8-减速器
• 9-电池组

第20页：并联式HEV的原理与工作模式

并联式混合动力汽车：一、原理和工作模式。

• 发动机和电机两套驱动系统
• 发动机是主动力源，电机在必要时辅助发动机驱动，某些并联HEV的电机具有单独驱动能力

原文此处节号标注为「第2节」，按本章内容顺序应为第3节（第4节为混联式混合动力汽车），建议核对原课件节号。

第21页：并联式HEV的典型工况

并联式HEV的典型工况：

• 车辆起步
• 一般车速，发动机有剩余动力
• 一般车速
• 全力行驶（如超车、爬陡坡）
• 制动

第22页：并联HEV的优缺点

并联HEV优点：

• 动力性好，最高车速、加速能力和爬坡能力可做到与传统汽车相同
• 发动机动力可通过机械传动装置直接输出到驱动轮，无机械能-电能转换，与串联式相比系统效率较高，利于获得好的经济性
• 可避免发动机效率低、排放差的工况，低速时可采用电驱动方式
• 行驶功率由发动机和电机共同提供，部件选型时可以选择功率小一点的发动机和电机，部件体积小，有利于安装和布置
• 与串联式相比，电池数量少，利于电池布置、整车质量减小及降低成本

并联HEV缺点：

• 动力部件多，有多种驱动组合和运行模式，控制系统设计和实现较难
• 动力合成需要动力耦合装置，系统还配置变速器、驱动桥等传动装置，机械传动机构比较复杂，布置和控制较困难
• 发动机与驱动轮有机械联接，运行工况受行驶工况影响，行驶工况频繁变化时发动机状态也不断变化，对减少排放不利

第23页：转矩合成式动力合成

二、并联式HEV的动力合成：1.动力合成方式——转矩合成式。

• 合成转矩是发动机转矩和电机转矩的线性组合，合成动力的输出转速、发动机转速、电机转速三者具有比例关系，k₁、k₂为与动力合成装置结构有关的常数
• 典型结构：圆柱齿轮传动结构、圆锥齿轮传动结构、带传动结构，此时k₁、k₂就是相应的传动比

第24页：转速合成式动力合成

转速合成方式：合成转速是发动机转速和电机转速的线性组合，输出转矩、发动机转矩、电机转矩三者具有比例关系。

• 常用的是行星齿轮机构
• 中心轮、行星架、齿圈，其中的两个部件分别与发动机和电机相连，另外一个作为输出，连接方式可以有多种组合，可根据实际情况灵活选用

第25页：单轴式结构

2、动力合成的结构型式：1）单轴式结构——发动机、电机动力传动路线位于同一直线。

• 动力合成方式为转矩合成
• 发动机输出和电机转子同轴，发动机和电机转速相同，限制了电机的工作区域，故需合理选择电机的特性
• 采用小型电机，综合起动机、辅助驱动电机、发电机的功能，有利于发动机／电机／变速箱的一体化设计；总成体积小、重量轻，便于布置和省空间

第26页：Insight的动力系统

Insight的动力系统：1.3L i-VTEC发动机 + IMA（集成电机辅助系统）。

第27页：IMA系统的运行模式

IMA系统的构成与运行模式：

• 手动3挡变速器车型3L汽油行驶106km纪录（日本10-15工况），CVT车型3L行驶96km
• 汽油机为主动力，电机辅助动力，动力比为9:1，系统称「集成电机辅助系统」IMA
• 起动和加速时电机辅助工作，发挥电机低速大转矩的优点，弥补汽油机起动加速差的缺点
• 在减速和制动时电机作为发电机工作
• 短时停车时发动机关闭取消怠速，以节约燃料和降低排放，在加速踏板踩下后重新起动
• 镍氢电池模块仅重20kg
• 排量为1L的3缸12气门低摩擦的「极端稀薄燃烧」汽油机

第28页：双轴式结构

2）双轴式结构：发动机、电机动力传动路线位于两条不同直线。

• 按照动力合成的位置不同，分为：动力合成发生在变速器之后、动力合成在变速器之前
• 图示动力合成装置位于变速器之后与位于变速器之前两种布置

第29页：双轴式结构：动力合成位于变速器后

双轴式结构（动力合成位于变速器后）：发动机和电机各有一套变速器（考虑到电机的转矩特性，电机变速器有时可设置较少挡位数或者取消）。

• 由于具有多个挡位选择，发动机和电机的转速比例关系是可调的，通过调节使发动机、电机的工况调节更灵活
• 两个变速器的多挡位和两种动力合成可形成多种驱动力曲线，可以为发动机和电机处于最佳区域提供更大机会，获得良好的动力性和系统效率
• 缺点是换挡复杂，传动系统结构复杂，不利于在车辆上布置

第30页：双轴式结构：动力合成位于变速器前

双轴式结构（动力合成位于变速器前）：电机与发动机的动力先合成，再输入变速器。

转矩耦合关系：T_t = T_e + i·T_m；n_t = n_e = n_m/i。

T_t

变速器输入转矩

T_e

发动机转矩

T_m

电机转矩

n_t

变速器输入转速

n_e

发动机转速

n_m

电机转速

第31页：双轴式结构的特点

双轴式结构（变速器前合成）的特点：

• 结构得到简化
• 发动机、电机之间的转速成比例关系
• 要求合理选择耦合器传动比，使发动机、电机都工作于各自合理区域，高效率地发挥出动力优势

第32页：分路式结构

3）分路式结构（驱动力合成式）：

• 发动机和电机各一套动力系统，驱动前轮或后轮，通过驱动力来复合
• 驱动力由两个驱动轴承担，每一轴上的驱动力减小，不易超出地面附着极限，通过性好
• 结构不紧凑，占用空间，布置困难，不适合于尺寸较小的车型

第33页：并联HEV的功率控制策略

三、并联HEV的功率控制策略：

• 制定功率控制策略，是实现混合动力汽车低油耗低排放目标的关键所在
• 任务：针对各部件性能特性及汽车行驶工况，根据SOC、加速踏板和制动踏板位置、车速等控制参数，确定发动机、电机、电池等部件的工作模式并合理地分配它们承担的功率，使它们处于最佳的工作区域，达到整车系统效率的最高，获得最佳燃油经济性和最低排放
• 主要有：电机辅助驱动控制策略、实时控制策略和模糊逻辑控制策略

第34页：电机辅助驱动控制策略

1.电机辅助驱动控制策略：也称为基于规则的控制策略。

• 发动机作为主动力源，电机在必要时辅助发动机驱动
• 主要思想：根据发动机的性能特性，以一个或多个变量作为控制参数，如车速、行驶功率需求、加速信号等，设定一定的控制规则，判断和确定动力部件的工作模式与功率大小
• 分为：以车速为控制参数、以行驶载荷为控制参数、多控制参数

第35页：以车速为控制参数

1）以车速为控制参数：设定一个临界车速，将实际车速大小与临界车速进行比较，并以比较结果作为控制依据。

• 当v ≤ v₀且SOC＞SOC_min时：发动机关闭，电机单独驱动，P_m=P_r，P_e=0
• 当v ＞ v₀且SOC＞SOC_min时：发动机开启，除了提供行驶功率，还向电池充电，P_e=P_r+P_bc
• 当SOC ≤ SOC_min时：发动机开启，电机关闭，P_e=P_r，P_m=0

该策略利用了电机低速大转矩的特性，避免了发动机在低速时的低效率；当车速较高时发动机处于高效率区运行，此时采用发动机驱动可避免高速纯电动行驶时的电池快速放电损失。

式中v₀为临界车速，SOC_min为设定的最小SOC，P_r为需求行驶功率，P_m为电机功率，P_e为发动机功率，P_bc为电池充电功率。

第36页：以行驶载荷为控制参数

2）以行驶载荷为控制参数：以行驶载荷作为控制参数（常用行驶功率或驱动转矩）。

思想是均衡发动机的负荷，避免低负荷工况，在大行驶载荷时减小发动机负荷，使发动机始终处于经济运行区工作。

• 当P_r ≤ P_e0时：发动机以下限功率运行，多余功率给电池充电，P_e=P_e0=P_r+P_bc
• 当P_e0 ＜ P_r ＜ P_emax时：发动机单独驱动，电机关闭，P_e=P_r，P_m=0
• 当P_r ≥ P_emax时：发动机以最大功率运行，不足功率由电机提供，P_e=P_emax，P_m=P_r-P_emax

式中P_r为需求行驶功率，P_e0为设置的发动机下限功率，P_emax为发动机最大功率，P_e为发动机功率，P_m为电机功率，P_bc为电池充电功率。

第37页：多控制参数策略

3）多控制参数：单变量控制的工作模式少，不能保证部件匹配和整车效率；更多工作模式需采用多控制参数。

• 各参数划分成多个区间，区间组合可将车辆的运行划分成较多的子状态，实现更多工作模式
• v ≤ v₀时：SOC＞SOC_min发动机关闭电机单独驱动（P_m=P_r，P_e=0）；SOC ≤ SOC_min时发动机开启并充电（P_e=P_r+P_bc）
• v ＞ v₀时：P_r ≤ P_e0发动机以下限功率运行并充电；P_e0＜P_r＜P_emax发动机单独驱动电机关闭；P_r ≥ P_emax发动机以最大功率运行、电机补充不足功率

v₀为临界车速，SOC_min为最小SOC，P_r为行驶功率，P_e0为发动机下限功率，P_emax为发动机最大功率。

第38页：实时优化控制策略

2、实时优化控制策略：

• 电机辅助控制属于静态控制，没考虑部件动态特性，只考虑燃油经济性，不考虑发动机排放，不是最优的控制策略
• 对车辆性能提出目标函数，建立发动机性能特性模型或预先存储发动机性能特性数据，系统实时采集发动机状态参量，确定实际性能指标并与控制目标比较，调整发动机的运行状态，达到最优发动机性能
• 实时优化控制目的有两个：发动机燃油经济性、发动机排放，需要实时地在两类优化目标之间权衡，通过一组权值来描述各自的重要性
• 可实现性能最优控制，但优化过程复杂，计算量大

第39页：模糊逻辑控制策略

3、模糊逻辑控制策略：

• 混合动力汽车动力系统具有非线性和时变的特点，采用线性系统控制往往难以实现最理想的控制效果
• 智能控制从模仿人类的智能出发，对非线性时变系统有较好的控制效果；模糊逻辑控制基于知识库的智能控制，适合用于混合动力汽车动力系统的控制
• 在混合动力汽车模糊控制系统中，整车和部件状态参数精确信号转换成模糊量，应用基于专家知识经验的规则得出模糊结论，并将其转换成精确量作为控制指令，协调车辆各部件的功率流，使整车的燃油经济性和排放达到最佳

第40页：混联式HEV的原理与工作模式

第4节 混联式混合动力汽车：一、原理与工作模式。

• 发动机的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分驱动发电机发电
• 发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥
• 一般以行星齿轮作为动力分配／复合装置

第41页：混联式HEV的特点

二、混联式HEV的特点。

优点

动力性能与燃油汽车相同甚至更好；无需充电，使用方便，实现了能量管理、动力部件控制和部分驾驶操作的自动化和智能化；有多种驱动和工作模式，车辆运行选择灵活，能很好地适应复杂多变的行驶工况；可综合串联式排放性能好和并联式燃油经济性好的优点，使各部件匹配最优化，是节能环保性能最佳的混合动力系统

缺点

动力系统部件多，增加整车质量，结构复杂，系统布置难度较大；控制系统需要监测、控制、协调多个动力部件的工作状态，研发难度大；目前成本还较高

第42页：混联式HEV控制策略

三、混联式HEV控制策略：

• 发动机恒定点工作策略
• 发动机最佳油耗线策略
• 瞬时优化策略
• 全局优化策略

第43页：Prius混合动力驱动结构

四、示例——Prius混合动力驱动结构：由齿圈、太阳轮、行星架构成动力分配机构，可灵活实现各种工作模式。

第44页：THSⅡ混合动力系统

THSⅡ混合动力系统部件构成：

• 1-发动机
• 2-MG1
• 3-动力分配行星齿轮
• 4-电机减速行星齿轮
• 5-MG2
• 6-主减速器
• 7-差速器

第45页：THS II主要组件

THS II主要组件：

• HV电池
• 带转换器的变频器总成：增压转换器、变频器、DC/DC转换器
• 辅助电池
• 发动机
• 动力管理控制ECU（HV CPU）
• 混合动力传动桥：发电机（MG1）、马达（MG2）
• 高电压线束
• 带马达的压缩机总成（带变频器）

第46页：THS II系统图

THS II系统图：HV电池、带转换器的变频器总成（增压转换器、变频器、DC/DC转换器）、辅助电池、发动机、动力管理控制ECU（HV CPU）、带马达的压缩机总成（带变频器）、混合动力传动桥（发电机MG1、马达MG2）之间由高电压线束连接。

第47页：混合动力传动桥

混合动力传动桥（P410混合动力传动桥、组合齿轮单元）主要部件：

• MG2
• 动力分配行星齿轮
• 油泵（机械型）
• MG1
• 主减速从动齿轮
• 中间轴齿轮
• 差速器小齿轮
• 传动桥减震器
• 主减速驱动齿轮
• 马达减速行星齿轮

第48页：Prius运行模式图解

Prius运行模式图解：图示Prius在启动、低速-中速行驶、一般行驶、剩余能量充电、全速行驶、减速能量回收与短暂停车等工况下的功率流向。

第49页：启动时

各工况功率流向——启动时：充分利用电动机启动时的低速大转矩，仅使用由蓄电池提供能量的电动机的动力，这时发动机不运转。因为发动机不能在低旋转带输出大转矩，而电动机可以灵敏、顺畅、高效地进行启动。

第50页：低速－中速行驶时

低速－中速行驶时：由高效利用能量的电动机驱动行驶。对于发动机，在低速－中速带的效率较低，而电动机在低速-中速性能优越，因此使用蓄电池的电力供给电动机驱动车辆。

第51页：一般行驶时

一般行驶时：低油耗行驶，发动机作为主要动力源，使发动机处于最经济区运行，发动机功率直接驱动车轮；依照行驶状况，一部分功率分配给发电机，发电机产生的电能供给电机，电机辅助发动机驱动。

第52页：剩余能量充电

一般行驶时／剩余能量充电：将剩余能量用于蓄电池充电。发动机驱动时有时会产生多余的能量，将多余的能量由发电机转换成电力，储存在蓄电池中。

第53页：全速行驶时

全速行驶时：利用双动力来获得更高一级的加速。在需要强劲动力（如爬陡坡及超车）时，蓄电池也提供电力，加大电动机的驱动力，通过发动机和电机双动力的结合使用，以实现与高一级发动机同等水平的加速性能。

第54页：减速与能量回收时

减速／能量回收时：将减速时的能量回收到HV蓄电池中用于再利用。在踩制动器和松油门时，车轮的旋转力带动电动机运转，将其作为发电机使用；减速时通常作为摩擦热散失掉的能量在此被转换成电能，回收到HV蓄电池中进行再利用。

第55页：短暂停车时

短暂停车时：停车时动力系统全部停止。短暂停车时（如红灯），发动机、电动机、发电机全部自动停止运转，不会因怠速而浪费能量。

第56页：低油耗燃料经济性

低油耗燃料经济性：综合值为4.7L/100km（城市5L/100km，城郊4.2L/100km），居世界最高水平。

低尾气排放：CO₂减少为以往的45%，NOx、HC减少到一半以下；CO₂排放量为104g/km，仅为配备有尾气处理装置的同级别汽油车的45%。另外还采用了三元催化剂和VVT-i，改良了空燃比补偿装置、点火时间控制、燃料蒸发排放物控制装置及其它各种设备，有效地控制了有害气体的产生，并增强了尾气净化性能。

第57页：NOx与HC排放数值

NOx与HC排放数值：NOx为0.010g/km、HC为0.020g/km，与同等级别汽油车相比，它们的排放量不到一半。

第58页：插电式混合动力的发展背景

第5节 插电式混合动力汽车：一、概述。1、发展背景。

• 未来汽车必然要走向电动化，但在相当长的时间内纯电动难以实用，近来更注重于HEV
• 但HEV不能从根本上解决依赖石油和排放的问题
• 随着HEV的不断进步和成熟，有必要使它向电驱动化更迈进一步，增加电能使用的比例，逐步过渡到纯电动
• 加装一个充电器和增加电池容量，衍生出来的车辆就是插电式混合动力汽车（Plug-in HEV，PHEV）

第59页：日均行驶里程统计

PHEV的使用场景：

• 据统计，80%以上的法国人日均驾车里程少于50km，60%以上美国人日均行驶里程少于50km，80%以上日均行驶里程少于90km
• 在驾驶插电式混合动力汽车时，当路程为较短距离如上下班等，可以以纯电动模式行驶；当长途旅行时，可以采取发动机为主动力的混合动力模式行驶
• 车辆补充能源可根据需要自主选择充电或加油

第60页：插电式混合动力的特点

2、插电式混合动力汽车的特点——与普通混合动力车主要区别是：

• 可以直接由外接电源充电，传统混合动力车只在行驶时由发动机为电池充电以及回收制动能量
• 电池容量较大，有更大的纯电动行驶里程
• 优先以电力作为动力源，电驱动比例比普通混合动力车高，对燃料的依赖度减小

第61页：插电式混合动力的优点

PHEV的优点：

• 驱动模式多，选择灵活，动力性好
• 中短程行驶时，具有纯电动汽车的全部优点
• 与普通混合动力相比，增加了电驱动的比例，降低了油耗，减少了有害气体、温室气体的排放
• 电驱动成本低于用油，PHEV车辆运行成本低
• 利用晚间低谷电对电池充电，改善电厂发电组效率
• 有加油和充电两种补充汽车能源方式，增加了能源选择的自由度
• 从能源战略角度看，可显著减少燃油的使用量，降低对石油的依赖，提高能源安全

第62页：动力电池面临的问题

3、插电式混合动力汽车面临的问题：主要来自动力电池、电机和充电设施三方面。

对电池的要求：

• 要保证有良好的动力性能和足够纯电动行驶里程，但又不增加太多的整车质量，因此必须有大比功率和比能量
• 与普通混合动力车不同，PHEV经常采用纯电动，电池常有深度放电，要求保持长使用寿命
• 为满足峰值功率需求，要求能大电流放电；为回收制动能量，要求能承受大电流充电
• 电池成本不能太高，以降低整车成本

第63页：对电机的要求

对电机的要求：与基本型混合动力车相比，PHEV电机的负荷更大、使用更频繁，对其有较高的要求。

• 为满足在车辆启动、加速、爬坡、高速行驶等动力性要求以及具有一定的纯电动续驶里程，要求电机输出功率大、低速时高转矩、调速范围宽、高效率
• 考虑到整车布置和使用寿命等因素，应选取高密度、小型轻量化、高可靠性、高耐久性、强适应性的电机

第64页：充电基础设施建设

充电基础设施建设：

• 包括充电电网和充电站两大部分，涉及到电力、城建、国土和市政等多个部门
• PHEV的发展和应用需要政府、汽车厂商、电力公司的共同努力和消费者的环保意识的加强

第65页：PHEV的结构类型

二、插电式混合动力汽车的结构与工作模式：1、PHEV结构。

• PHEV从外部电网充电，是在HEV的基础上派生出的，兼有HEV与纯EV的特征
• 与HEV相比，电机功率和电池容量更大
• 与HEV结构类似，也可以分为串联式、并联式和混联式三种类型

第66页：串联式与并联式PHEV结构

PHEV结构图示：并联式PHEV结构、串联式PHEV结构（有时也称为增程式电动车）。

第67页：混联式PHEV结构

混联式PHEV结构：图示混联式插电混合动力汽车的动力系统布置。

第68页：PHEV的工作模式

2、PHEV工作模式：

• 可实现串联、并联、混联式三种结构类型的工作模式
• 还可根据电池电量状态的变化，将PHEV工作模式分为电量消耗模式、电量保持模式
• 行驶时优先采用电量消耗模式

第69页：电量消耗模式

1）电量消耗模式：充电后的初期行驶阶段，主要使用电池能量来行驶。根据发动机是否参与工作，分为纯电动和混合动力两种子模式。

「电量消耗-纯电动」子模式

发动机关闭，电池是唯一的能量源，零排放，电池的SOC降低，整车一般只达到部分动力性指标；车辆启动、低速或者只要求部分动力性指标时采用此模式

「电量消耗-混合动力」子模式

发动机和电池共同提供行驶功率，电池承担主要的行驶功率需求，发动机补充电池功率不足部分；电池的SOC也在降低，直至降到SOC下限值，适合中高速、要求全面达到动力性指标时

第70页：电量保持模式

2）电量保持模式：SOC下降到一定值时，为保证车辆性能和电池的寿命，进入电量保持模式。

工作方式与传统的混合动力模式类似，发动机为主动力源，电池提供辅助功率，可接受富余动力充电和制动回收能量，电池SOC保持在某一水平上。

第71页：电量消耗-纯电动加电量保持

「电量消耗-纯电动」+电量保持模式：图示电池SOC在纯电动阶段持续下降，降至下限后转入电量保持阶段并在其上下波动的过程。

第72页：电量消耗-混合动力加电量保持

「电量消耗-混合动力」+电量保持模式：图示电池SOC在混合动力子模式下缓慢下降，降至下限后转入电量保持阶段的过程。

第73页：Pruis PHEV改造实例

实例：加州萨克拉门多市政管理区（SMUD）2005年12月向EnergyCS提供了标准的2005 Pruis，要其改造为PHEV，2006年初SMUD收到改造过的Pruis PHEV。主要的改造部分有：

• 原1.3kW镍氢电池更换为Valence Tec公司的8.5kW锂电池组
• 可用能量从0.4kWh增加至6.5kWh
• 安装了输入电压110V、1.1kW的Delta Q公司的充电器
• 安装了Energy CS公司具有专利权的电池管理系统软件，对2376个单体电池进行管理

第74页：纯电动行驶里程对比

通过改造，Pruis PHEV的纯电动行驶里程可达60公里（44英里）；Pruis PHEV与标准Prius进行了全城市街道、城市与公路组合及高速公路三种行驶工况下的燃油经济性对比试验。

第75页：燃油经济性对比

燃油经济性对比结果：

全城市街道工况且行驶路程大于8英里情况下燃油经济性最好；燃油经济性最差的情况发生在全城市街道工况且行驶路程小于8英里下。

第76页：燃料费用比较

对标准Prius与PHEV Prius所花的燃料费作比较。燃料费的计算假定：

• 行驶行程为50英里
• 汽油售价为2.75美元／加仑
• 电价为0.102美元/kWh

第77页：混合动力系统的设计要求

第6节 混合动力汽车动力系统设计：一、概述。混合动力系统的设计要求：

• 保证车辆具有良好的动力性，最高车速、爬坡和加速能力不低于同型的燃油汽车
• 续驶里程不低于同型的燃油汽车
• 与燃油汽车相比，油耗和排放要求大幅降低
• 至少有一种方便快捷的能源补充途径，如加油、加气，以增强车辆的实用性
• 质量较轻，结构紧凑，占用空间小，便于布置
• 成本较低，以利于混合动力汽车的推广

第78页：串联式HEV的发动机选择

二、串联式HEV动力系统设计：

1.电机的选择

设计方法与纯电动汽车的电机选择方法同

2.发动机的选择

「开关式」控制策略：较小，一般在8～20kW；「功率跟随式」控制策略：按平均行驶功率P_av来选择，也可采用巡航车速对应的行驶功率，u_ac为巡航车速，一般可取0.6～0.8u_amax

本页功率计算公式以图示形式给出，源文件未提取公式文本，建议对照原图核对。

第79页：串联式HEV的电池选择

3.电池的选择：

• 「开关式」控制策略：n₁和n₂分别为满足电机最大功率需求的最少电池数和单独供电续驶里程需求的最少电池数
• 「功率跟随式」控制策略：电池、发动机／发电机组共同承担峰值功率，据此确定最少电池数量

式中P_mmax为电机最大功率，P_e为发动机最大功率，D_b为电池的比功率，m_b为单块电池的质量。

本页电池数量计算公式以图示形式给出，源文件未提取公式文本，建议对照原图核对。

第80页：并联式HEV动力系统设计

三、并联式HEV动力系统设计：

1.发动机的选择

其功率按平均行驶功率需求来选择，也可用巡航车速对应的行驶功率来近似估算平均行驶功率

2.电机的选择

电机辅助驱动，提供峰值功率的不足部分，据此确定电机最大功率

3.电池的选择

并联式HEV基本无纯电动里程要求，需满足加速、爬坡时向电机提供最大功率的要求

第81页：混联式HEV动力系统设计

四、混联式HEV动力系统设计：

1、发动机的选择

按照平均行驶功率选择

2、电机的选择

电机最大功率要满足加速、爬坡时峰值行驶功率的需求；电机有以一定车速单独连续驱动车辆的能力，若纯电动最高车速为u_e，则据此确定电机的额定功率

3、电池的选择

满足最大行驶功率的要求，并满足较长的纯电动里程

本页电机额定功率计算公式以图示形式给出，源文件未提取公式文本，建议对照原图核对。