混合动力汽车的节油机理以及内燃机要求和改进措施

混合动力汽车的节油机理以及内燃机要求和改进措施

摘要本文主要介绍混合动力汽车的主要分类和机构特点，以及控制系统方面的发展，并介绍混合动力汽车的节油机理和内燃机的技术要求和相关的改进措施。

This paper mainly introduces the main hybrid cars classification and institutions characteristics, and control the development of the system, and introduces the fuel-efficient hybrid car mechanism and technical requirements of the internal combustion engine and relevant improvement measures.

关键词混合动力汽车节油机理内燃机要求改进措施

引言随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并巳有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。

混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。燃料可以是汽油,柴油,也可以是甲醇,酒精,液化石油气,天然气等代用燃料.选用的原动机可以是内燃机.也可以是燃气轮机,斯特林发动机等其它热机.它主要包括内燃机,电动机,发电机,蓄电池以及控制系统等,根据汽车运行工况的要求,内燃机与电动机进行优化耦合,以实现汽车的良好的动力性,燃油经济性,排放性能,可靠性,它继承了电动汽车低排放的优点,又发扬了石油燃料高的比能量和比功率的长处,显著改善了传统内燃机汽车的排放和燃油经济性,增加了电动汽车的续驶里程,在由内燃机汽车向电动汽车的转变

过程中扮演着承上启下,继往开来的角色。

正文

一混合动力汽车的主要分类和基本结构

1．串联式混合动力汽车Series Hybrid Electric Vehicle (SHEV)

串联式混合动力系统用电动机驱动车轮，电动机的电力来自发动机

串联式混合动力系统利用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。

其基本结构是由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器组成。由一个小输出功率的发动机进行准稳恒性运转来带动发电机，直接向电动机供应电力，或一边给HV蓄电池充电一边行驶。由于内燃发动机的动力是以串联的方式供应到电动机，所以称为“串联式混合动力系统”。

2. 并联式混合动力电动汽车Parallel Hybrid Electric Vehicle (PHEV) 并联式混合动力系统使用电动机和发动机两种电力来驱动车轮用发动机来给HV蓄电池充电，其基本结构是由电动机、发动机、HV蓄电池、变压器和变速器组成。

并联式混合动力系统中利用HV蓄电池的电力来驱动电动机。因电动机兼用为发电机，所以不能一边发电一边用来行驶。动力的流向为并联，所以称为“并联式混合动力力系统”。

3．混联式（串、并联式）混合动力电动汽车Split Hybrid Electric Vehicle (PSHEV)

混联式混合动力利用电动机和发动机来驱动车轮，并可用发电机来发电及自行充电。

混联式混合动力利用电动机和发动机这两个动力来驱动车轮，同时电动机在行驶当中还可以发电。

根据行驶条件的不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者利用发动机和电动机驱动行驶。另外还安装有发电机，所以可以一边行驶，一边给HV蓄电池充电。基本结构由电动机、发动机、HV蓄电池、发电机、动力分离装置、电子控制单元(变压器、转换器)组成。利用动力分离装置将发动机的动力分成两份，一部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，给电动机供应电力和HV蓄电池充电。

电动机擅长从低速带开始发挥威力，而发动机则在高速带大显身手。本系统通过理想地控制二者，可在所有条件下提供高效率的行驶。混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。

二混合动力汽车的控制系统

在HEV上普遍采用以计算机为核心的现代计算机技术和自动控制技术，各种智能控制系统，包括自适应控制技术（MRAC）、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统（Expert system）、神经网络控制系统（Neural networks）等也逐渐应用到EV、FCEV和HEV上，使HEV 更加安全、节能、环保和舒适。

能量管理系统采取层级式控制：最上层为整车能量管理系统，统一协调和控制各个低端控制器；中间一层包括五个低端控制器，即发动机

控制器、发电机控制器、电动机控制器、离合器及制动器控制器和电池能量管理系统（BMS）等；最下层为各个执行器，即发动机、电机、离合器等部件。

HV蓄电池组

丰田THSⅡ采用大功率，高密度，轻量，寿命长的新开发的HV蓄电池。它是在旧型号THS采用的小型高性能镍氢蓄电池基础上，改进了电极材料与各单体蓄电池之间的连接结构，所以降低了蓄电池的内阻，提高了许可证电池的输出密度。由于在THS2上采取了行车中保持一定充电状态的控制，所以，不需要利用外部充电。

HV蓄电池组包括HV蓄电池模块，蓄电池计算机，系统主继电器及维修插座，这些部件汇总装在一个壳体内，设置在后座位之后。

蓄电池组的电池部分由28个模块串联而成，每个模块是由6个1。2伏的单体蓄电池串联而成，总共是168个单体蓄电池，由此可得到201。6v的高电压。蓄电池计算机在保持充电状态为适当值的同时，还将完成下列控制：

1*4充电状态的管理

为了保证在加速等场合下放电，在减速时利用制动器回收充电的反复进行，HV蓄电池将一直向HV蓄电池计算机输出充电状态信号，HV 蓄电池计算机利用充放电电流的累计值，将充电状态值始终控制在目标范围之内。

1*5冷却风扇的控制

HV蓄电池的充放电将引起自身的发热，为确保蓄电池性能，对冷却