山东交通学院
2013届毕业生毕业论文（设计）
题目：混合动力电动汽车关键技术及发
展趋势研究
院(系)别汽车工程学院
专业交通运输
班级汽112
学号110416219
姓名曹丙伟
指导教师周长峰
二○一三年六月
以石油产品为燃料的内燃机，由于其所具有的高能量密度而成为目前汽车上使用最普遍的动力源，然而汽（柴）油车的排气破坏了然泪赖以生存的大气环境，加之石油又日益匮乏，工程师不得不开始去为汽车研发新的动力装置。纯电动汽车利用电力驱动，但其关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面尚未达到应有的水平，燃料电池电动汽车采用的燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转化成电能的电化学发电器，但现存的问题是价格高、体积质量变大，可靠性、环境适应性不高。因此需要一个换代过程，在目前的情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车技术更具有实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。
关键词：内燃机，环境，纯电动汽车，燃料电池电动汽车，混合动力电动
In petroleum products for fuel of internal combustion engine, because of its high energy density and has become at present the most commonly used on the motor power, gasoline (diesel) oil vehicles exhaust damage, however, know the tears live in atmospheric environment, combined with oil and increasingly scarce, engineers had to go to car research and development of new power plant. Pure electric cars using electricity, but it is a key component in energy density, the service life of the battery and has not yet reached the level of prices, fuel cell electric vehicle USES the fuel cell is a fuel directly into electricity chemical or electrochemical method of electrochemical generators, but the quality of the existing problem is the price is high, the volume, reliability, environmental adaptability is not high. Therefore need a generation process, in the present circumstances, with internal combustion engine and electric motor as power source has more practical value of hybrid electric vehicle technology, is a recent one of the main direction of the development of the high efficiency and energy saving cars.
Key words: Internal combustion engine, The environment, Pure electric vehicles, Fuel cell electric vehicles, Hybrid electric vehicle
前言 (1)
1混合动力电动汽车 (2)
1.1混合动力电动汽车的概述 (2)
1.1.1混合动力电动汽车的定义 (2)
1.1.2混合动力电动汽车的发展 (2)
1.2混合动力电动汽车的优点 (3)
1.3混合动力电动汽车的发展前景 (4)
2混合动力电动汽车的结构 (5)
2.1混合动力电动汽车的组成 (5)
2.2 混合动力电动汽车的结构形式 (5)
2.2.1串联式混合动力电动汽车 (6)
2.2.2并联式混合动力汽车 (7)
2.2.3混联式(串并联)混合动力汽车 (9)
2.3混合动力电动汽车的分类 (10)
2.3.1按照不同能量分配 (10)
2.3.2按运行模式分为 (11)
3混合动力电动汽车的关键技术 (12)
3.1控制策略 (12)
3.1.1串联式混合动力汽车 (12)
3.1.2并联式混合动力汽车 (13)
3.1.3混联式(串并联)混合动力汽车 (15)
3.1.4电动轮式混合动力汽车的控制策略 (16)
3.2混合动力电动汽车控制系统的功能 (16)
结论 (18)
致谢 (19)
参考文献 (20)
世界汽车报保有量超过7亿辆，每年新产生5000万辆，平均每辆汽车年消耗10~15桶石油，汽车的石油消耗量每年达到80~100亿桶，约占世界石油产量的一半以上。按科学家预测，按目前的消耗水平，石油资源仅仅可以维持60~100年。使用内燃机的汽车不仅仅提供汽车行驶所需的驱动力，还会产生有害于人类健康的有害气体，还会污染环境。随着资源的日趋消耗以及对环境的污染，为了应对这些，所以要研发电动汽车。这一能零排放或少排放、节约能源的汽车。但由于一些因素的制约，使的电动汽车还未实现普及，工程师不得不开始去为汽车研发新的动力装置。
纯电动汽车利用电力驱动，在使用中可以实现零排放。但其关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面尚未达到应有的水平，目前还只适应于生活环境高、行驶里程短的街区、园区内。燃料电池电动汽车采用的燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转化成电能的电化学发电器，它的效率是汽油机的2~3倍，无污染、无噪声、排出的不是温室气体CO2而是水。但现存的问题是价格高、体积质量变大，可靠性、环境适应性不高。因此需要一个换代过程，在目前的情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车技术更具有实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。
本篇主要是对混合电动汽车的关键技术及发展趋势做了些研究，本文共分为四章，第一章主要介绍了混合动力电动汽车，它的定义、发展及优点。第二章写的是混合动力电动汽车结构形式。第三章则是对于混合动力电动汽车关键技术—控制策略的研究。
1混合动力电动汽车
1.1混合动力电动汽车的概述
1.1.1混合动力电动汽车的定义
所谓混合动力电动汽车，顾名思义就是“由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作为驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车”。混合动力汽车运用相应的控制策略，将混合动力汽车的动力源结合起来，以到达最低的燃油消耗，并使排放达到最低的程度。在混合动力电动汽车中，发动机将提供电动汽车所需的大部分驱动力，而剩余的转矩则由电动机提供，例如当车辆加速需要高转矩时。混合动力电动汽车并不像纯电动汽车一样，它在某些特定的情况下会排放出废气物。其结构示意图如图1.1所示：
图1.1混合动力电动汽车结构示意图
Fig.1.1 Hybrid electric vehicle structure diagram
1.1.2混合动力电动汽车的发展
混合动力电动汽车HEV是一种过渡型车型，混合动力作为一种技术，在不远的将来将是燃料电池替换内燃机的重要过度技术。混合动力电动汽车将会在在21世纪得到迅速地发展。1991年大众汽车公司的Chico(济科)牌HEV微型汽车，采用三缸汽油机和一台电动机，共同组成了世界上第一辆HEV。1993年9月，美国“新一代汽车协会”提出新开发的HEV概念车计划，美国三大汽车公司都先后推出了HEV的概念车。福特汽车公司为Prodigy-HEV概念车，通用汽车公司为Precept HEV概念车，克莱斯勒汽车公司为Dodge-ESX3的HEV概念车等，都采用发动机为主，电动机为辅的配置方式来达到PNGV提出的要求。丰田汽
车公司的“普瑞斯”已经经过4轮的试制，开始走向产业化生产。2000年在美国上市，2005年与我国一汽集团公司签订共同生产“普瑞斯”轿车的协议。
图1.2普瑞斯结构图
Fig.1.2 Prius structure diagram
我国在“八五”和“九五”期间都有计划地开展了电动汽车的关键技术攻关和整车研制，在此基础上也进行了混合动力汽车的若干技术领域的开发。清华大学1995年就开始研究混合动力汽车关键技术和系统及理论。到目前为止国内已有几个单位试制出了混合动力汽车的样车，如广州市电车公司开发了混合动力公共汽车；华南理工大学和广东云山汽车厂也合作开发了一种中巴混合动力汽车；2002年奇瑞汽车公司试装成功中国首辆CAN网络系统混合动力轿车，并进行了初步试运行；东风汽车公司新一代环保节能混合动力轿车和公交车于2005年在武汉投入批量生产；长安汽车公司的混合动力汽车“羚羊”也于2005年投入批量生产。但是从技术水平上看，国内目前还处于探索的初级阶段，以上所开发的混合动力汽车大多是串联式的，只是在原有的电动汽车上简单的加载发动机和发电机组，技术的集成度较低，缺乏高度自动化的控制系统和能源管理系统，两种动力源只是简单地结合，缺乏统一协调，这与真正意义上的混合动力汽车，与国外的先进技术水平相比还有很大距离。
1.2混合动力电动汽车的优点
混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要的优势在于：
（1）电池容量大为减少，进而可以降低整车质量，为提高动力性作出贡献。
（2）由于采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里程的限制，其长途行驶能力可与传统汽车相媲美。
（3）在混合动力电动汽车上采用高度实时和动态的优化策略，优化控制的结果尽量使动力系统各部件工作在最佳状态和最高效率区域，大大限制了内燃机在恶劣工况下的高燃油消耗和大量的尾气排放，大大提高了混合动力汽车的燃油经济性。在排放限制严格的地区，还可以关闭辅助动力，以纯电动方式工作，成为零排放汽车。
（4）空调系统等附件由内燃机直接驱动，有充分的能源供应，保证了汽车的成员舒适性。
（5）在控制策略的作用下，辅助动力可以向储存装置（一般为电池组）提供能量，从而保证混合动力电动汽车无需停车充电，因此可利用现有加油站，不需要进行专用充电设施的建设。
（6）由于混合动力电动汽车的电池组在使用过程中是浅充浅放，所以延长了电池的使用寿命。
较之内燃机汽车，混合动力汽车则具有如下优点：
（1）虽然内燃机会有排放产生,但由于排量小，主要工作在最佳工况点附近,而大大减少了汽车变工况特别出心裁是低速，怠速时的排放，再由于可回收制动能量，可使混合动力汽车成为较低排放的节能汽车。
（2）在人口密集的商业区，居民区和游览区等地混合动力汽车可以关闭辅助动力单元(APU)由纯电动驱动，成为零排放的电动汽车。
（3）可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。
1.3混合动力电动汽车的发展前景
前面已经说到，混合动力这种技术是一种过度的技术，而电动汽车需要一个换代过程，在目前的情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车技术更具有实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。
（1）混合动力电动汽车可以与传统的内燃机汽车相比拟，具有良好的动力性，而且还具有比传统汽车低的燃油消耗量。清洁环保、经济实用。在最优化的控制策略的控制下，运用汽车的万有特性图，研发出具有高效率的电机，还要研发能量回馈系统，使多余的动力充分的发挥出来，已达到最高的效率。
（2）在现实社会中，混合动力电动汽车之所以没有普及，主要是因为其成本太高了，它需要传统的发动机为其提供必要的动力，还得需要电动机，而电动机的运转就需要蓄电池，而且是效率高的电池，这就使得成本增加，在于传统的汽车的对比中，不会占有优势。所以要研发出成本低的混合动力电动汽车。
（3）在电动汽车的研发制造过程中，要做到动力系统最优化，在提供最大的转矩的同时，使得其效率达到最优值。并研发能量回馈系统，充分利用汽车在
制动是的能量回收。并增强其可靠性，使电池的寿命延长。
2混合动力电动汽车的结构
2.1混合动力电动汽车的组成
（1）发动机
混合动力汽车可以广发地采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。一般转子发动机和燃气轮机的燃烧效率比较高，排放也比较洁净，采用不同的发动机就可以组成不同的混合动力汽车。
（2）电动机
混合动力汽车可以采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。随着混合动力汽车的发展，直流电动机已经很少采用，多数采用了感应电动机和永磁电动机，开关磁阻电动机应用也得到重视，还可以采用特种电动机为混合动力汽车的驱动电动机，采用不同的电动机就可以组成不同的混合动力汽车。
（3）电池
混合动力汽车可以采用不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等作为“电池”，一般电池是作为混合动力汽车的辅助能源，只有在混合动力汽车用电动机启动发动机或电动机辅助驱动时才使用。
2.2 混合动力电动汽车的结构形式
由于混合动力电动汽车的组成部件、布置方式以及控制策略的不同，所以形成了多种多样的结构形式。根据发动机和电动机的功率比的大小，分为里程延长型、双模式型、和动力辅助型；根据发动机运行模式的不同，可以分为发动机开/关模式型和发动机连续运行模式型；根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上，分为单轴型和双轴型；根据动力源的数量以及动力系统结构形式的不同，可以分为串联式、并联式以及混联式等，如图2.1所示：
（a）串联式；（b）并联式；（c）混联式；（d）复合式
B-蓄电池；E-内燃机；F-油箱；G-发电机；M-电动机；P-功率转换器；T-传动装置（包括制动、离合器和齿轮箱）；
图2.1
Fig.2.1
2.2.1串联式混合动力电动汽车
串联式混合动力电动汽车(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)的主要系统：此系统由三部分驱动机构组成，如图所示，从左到右依次为发电机、发动机、电动机。由其组成图可以看出，结够相对简单。发动机运行时会产生动力，此驱动力有两种作用，第一个作用是驱动电动汽车的正常行驶，第二个作用是驱动发电机进行运转，发电机发出的电能会直接对电池进行充电，是电池处于最佳的状态。串联式混合动力电动汽车组成如图2.2所示。
图2.2串联式混合动力汽车组成
Fig.2.2 Of series hybrid electric vehicle
因而，串联式混合动力电动汽车，其总体的效率不会太高。为了适应长时间行驶或爬长坡等需要的大功率，就会对驱动装置提出很高的要求，而且会使其尺寸加大。但如果不是长时间的运行，就不需要太大的功率。串联式结构图如图2.3所示：
图2.3混合动力汽车串联式结构图
Fig.2.3 Hybrid cars tandem structure
2.2.2并联式混合动力汽车
在并联式混合动力汽车中，由于是并联的驱动系统，因此会有两条驱动线路，一条线路是发动机发出的动力直接驱动车轮正常行驶，另一条线路是通过电机驱动车轮以保证汽车的正常行驶。运用不同的离合器，分别控制这两条线路，当需要发动机驱动时，此时往往是大功率的要求下，控制发动机这条线路的离合器会处于结合状态，也就是说此线路接通，有发动机来直接驱动车轮。相应的在离合器的控制下会出现三种工作模式。并联式组成图如图2.4所示：
图2.4并联式组成图
Fig.2.4 Parallel system composed of figure
当发动机发出大功率时，也就是说此时动力除了用于电动汽车的正常形式外，还会有剩余的动力，此部分剩余的动力会促使发电机运转，而发电机就会发电，已对电池进行充电。与串联式混合动力电动汽车相比，只需要两个驱动装置，这两个驱动装置为发动机和电动机。并联式结构图如图2.5所示：
图2.5并联式结构图
Fig.2.5 Parallel system structure diagram
2.2.3混联式(串并联)混合动力汽车
混联式混合动力系统：在结构上综合了串联式和并联式的特点。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。
图2.6混联式组成图
Fig.2.6 Mixed type of figure
尽管综合了串、并联的优点，但其结构复杂，成本高。然而，随着控制技术和制造技术的发展，一些现代混合动力电动汽车更倾向于选择这种结构。混联式结构图如图2.7所示：
图2.7混联式结构图
Fig.2.7Compound type structure
2.3混合动力电动汽车的分类
2.3.1按照不同能量分配
(1)按照两种不同的能量的搭配比例不同，混合动力车辆则有四种类型，即：
①微混合，也称为“起－停混合”（Micro hybrids）
在微混合动力系统中，电机仅作为内燃机的启动机/发电机使用。现在通常使用的启动机/发电机系统是指在传统内燃机的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的Belt-alternator Starter Generator，简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。
②轻混合，也称辅助驱动混合（Mild hybrids）
与微混合相比，驱动车辆的两种动力源中，依靠电池-电机功率的比例增大，内燃机功率的比例相对减少。通常，此种混合动力系统采用集成启动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统），车辆还是以发动机为主要动力来源，助动电机被安装在发动机和变速器之间，作为辅助动力来源与主要动力相联。当行驶中需要更大驱动力时，它被用作电动机。当需要重新启动熄火的发动机时，它被用作为一个起动机。其能够实现：在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。
③全混合（Full hybrids）
全混合动力系统是指既可以使用汽油引擎或电动机单独驱动车辆也可以同时使用两种动力的汽车。它们普遍采用大容量电池以供给电动机做纯电动模式运行，同时还具有动力切换装置用以发动机、电动机各自动力的耦合和分离。在起步、倒车、缓加速（如频繁起步―停车）、低速行驶等情况下，车辆可以纯电动模式行驶；急加速时，电机和内燃机一起驱动车辆，并具有制动能量回收的能力。与轻混合系统相比，驱动车辆的两种动力源中，依靠电池-电机功率的比例更大，内燃机功率的比例更小。
④插电式混合（Plug―in hybrids）
插电式混合动力系统通过接入家用电源为系统中配备的充电电池充电，充电后可仅凭充电电池作为电动汽车行驶。另外，在充电电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，利用由此产生的电力为蓄电池充电，继续用电动机行驶，从而形成了串联方式的插电式混合动力车。这种混合动力汽车比全混合动力汽车有较长纯电动行驶里程。该系统电机功率比例与纯电动情况基本相同（或稍小），内燃机功率比例与全混合系统基本相同，电池容量一般比全混合系统的大，比纯电动车辆的小。
2.3.2按运行模式分为
按照运行模式的不同，混合动力车分为：
①单一模式混合动力
这种模式适用于低速度和负荷较小的情况，这时汽车可以按照三种方式操控：仅使用电力驱动，或仅使用发动机驱动，或发动机和电力驱动的任意组合。如果在交通拥挤，时停时走的状态下，仅使用电力驱动，延长发动机的关闭时间，则可以实现完全意义上的节油。
②双模式混合动力（Two-mode Hybrids）
双模式混合动力系统的核心实质上是一个电控可调变速箱。它利用现有的传动系统，配有两个电动机，可以在两种混合动力运行模式之间实现自如切换。这种模式主要适用于高速公路驾驶，除电力驱动辅助外，发动机可以在必要时启动全部8个汽缸，比如超车、拖载或爬坡时。其模式整合了尖端电子控制技术Active Fuel Management TM随选排量技术、凸轮调整以及进气阀延迟启闭系统，使发动机的动力输出更加灵活、有效。在双模式混合动力系统下，精准的控制机构将决定汽车在特定的行驶状态下采用何种驱动方式。控制机构输入功率将取决于行驶时所需的扭矩，并向发动机和电动机发出相应的指令。发动机和电动机将扭矩传送到变速箱中的一系列齿轮，利用与传统自动变速箱类似的原理将扭矩放大，从而推动汽车前进。但与传统的持续型可变变速箱不同的是，双模式混合动力电子控制系统并不使用皮带或传送带。两种模式之间是同步切换，即切换模式时无需改变发动机速度，从而实现平稳加速。
3混合动力电动汽车的关键技术
3.1控制策略
在混合动力电动汽车中，控制策略是不可或缺的，它直接影响着混合动力电动汽车的性能并对驱动能量的流动有着重要影响。控制策略要使混合动力电动汽车实现最好的经济性，并兼顾其动力性，而且对蓄电池寿命、整车成本、可靠性有着重要影响。要实现低排放、低油耗，就需要对控制策略进行优化，以获得最好的驾驶性能，最低的油耗，最佳的动力性，最高系统效率。其组成为：
①控制系统，由操纵装置、中央控制器和各种控制模块共同组成。
②发动机和驱动系统，发动机和发动机驱动系统的控制系统。
③电动机和驱动系统，电动机和电动机驱动系统的控制系统。
④信号反馈及监测装置，包括各电量监测装置（电压表、电流表等）、显示装置和自诊断系统等。
3.1.1串联式混合动力汽车
在串联式混合动力电动汽车中，其发动机与行驶工况之间没有直接的联系，所以它的控制策略是将发动机处于最好的效率区及最低的排放区。还要对电池、发电机和发动机的效率实现优化。已达到其排放低的目标。下面的两种控制策略是针对于串联式的。
（1）恒温器控制模式
蓄电池的电池电量（SOC）受到控制策略的限制，该控制其实是一种门限值，当电池电量与设定的值相比较，其值小时，此时在控制策略的控制下使发动机启动，在最经济的工作状态下以恒等的功率输出，发出的功率分为两部分，一部分用于驱动车轮，另一部分则是通过驱动发电机运转，发电机会产生电力从而对电池充电；而当电池组充电到满电状态时，在控制策略的控制下自动控制发动机关闭，由于此时发动机关闭，不再提供动力，此时在控制策略的控制下，电池想外供电，驱动电动机运转，从而保证了汽车的正常行驶。本质上，这是瞬时的优化控制策略，对电池的要求很高，而利于发动机的运转，发动机处于最优的排放性。但电池会重复的进行充电、放电。有时还未充满就要放电，有时是在充电时也放电，对电池的影响很大，从而要研发效率高得电池，从而保证整个混合动力电动汽车的系统效率处于最佳状态。
（2）发动机跟踪控制模式
在传统的汽车上，发动机发出的功率是与车轮功率有这密切的联系，当车轮功率变化时，发动机功率也要变化，这一点在混合动力电动汽车上也体现出来了。在这种控制策略的控制下，电池不会进行反复的充电、放电。而是该充电时，就会通过发电机进行充电。在发动机不工作时，电池对外放电以驱动电动机运转。实际上是对电池
产生了保护，延长了电池的寿命。但相反的发动机的效率就会下降，排放性能也变得不好起来。这是因为发动机比仅仅是在恒等的功率输出，而是动态的变化，当车轮功率变化时，发动机功率也要变化。此时的发动机可以从低功率运行到高功率，油耗自然的要变大，从而破坏了经济性。
考虑到上述两种模式的优缺点，把它们相结合时，会使得发动机与蓄电池处于高效区，相应的整体效率到达最高。例如，当汽车加速时，为了满足车轮驱动功率要求，降低对蓄电池的峰值功率要求，延长其工作寿命，可采用功率跟随模式；而当汽车车轮功率要求低时，为了避免发动机低效率工况的发生，可以采用恒温器模式，以提高整车系统的效率。发动机会在负荷功率较大或电池需要充电时启动，当荷电状态值处于上限值或负荷功率较小时，将会控制发动机关闭。为了防止发动机的频繁的启动与关闭，在发动机的启动与关闭中间设定了一定的范围。当发动机一经起动，就会对发动机的负荷功率进行跟踪，即实现功率跟随控制模式，使其在相对经济的区域工作。当发动机不在经济区域内工作时，则对电池组进行充电或放电，对其差额进行补偿。采用这样的控制策略，会避免发动机的频繁启动，而且对电池组有保护。既降低了油耗，有使的排放处于最佳状态。
3.1.2并联式混合动力汽车
对于并联式混合动力汽车，现在基于速度的控制策略基本不怎么采用了。而是基于转矩或功率的控制策略。现在的控制策略基本可以分为以下四种：瞬时优化控制策略、全局最优控制策略、基线控制策略和模糊控制策略。现在介绍下这四种策略。
(1)瞬时优化控制策略（实适适应控制策略）
有着工作范围较宽的发动机转速和转矩，不同的燃油经济区和最低排放区。所以只有优化解决最低排放和燃油经济性之间的关系，才能获得较好的整车性能。实适适应控制策略利用最好的控制策略，根据发动机排放性、经济性和各排放物的特点，建立目标函数且使其值最小，以达到最好的经济性和最低的排放。
建立的目标函数为：
Min(f)=min(w1(百公里油耗/目标油耗)+w2(排放量/目标排放量)+w3(加速时间/目标加速时间)
其中，w1、w2、w3为相应的权重函数，调整权重系数可以改变参数的影响程度。
瞬时优化控制策略应该考虑以下的问题：
①整车最佳性能优化要考虑到蓄电池组、发动机以及电机的瞬时效率；
②用户可以对燃油经济性及排放目标进行自定义。
③给与发动机一定转速时，应该由实适适应控制策略找到发动机与电机的最佳工作点，已提供最大的能量。
④结合汽车发动机与电机的实际运行状况，应做到进行实时优化，如何时回收能量，什么时候运转发动机，发动机的转速是多少以及对蓄电池的充电。
实适适应控制策略可以达到最优化的控制，但是需要大量的浮点运算，理论上可以实现，但现实中实现起来困难，花费较大，优化的过程也比较复杂。还有待遇开发已到达运用。
(2)基线控制策略
基线控制策略是运用一种叫做门限制控制的办法，用不同的行驶工况来对发动机以及电机的运行进行限制，并为了实现不同的控制，使运行参数控制在一定的范围内。其主要过程为：根据发动机的静态的效率曲线，对选定的几个变量进行控制，比如发动机的功率、汽车的加速信号、蓄电池的电量。根据预先给定的控制方法，使混合动力电动汽车的动力系统处于最佳的工作方式，以提高混合动力电动汽车的燃油经济性，减少排放，处于最佳的效率区域。控制策略有以下几种：
当混合动力电动汽车的车速小于设定的最小车速时，全部的驱动力由电动机来提供。
①当混合动力电动汽车的发动机效率很低时，驱动转矩由电动机来全部提供。而此时发动机停止工作。
②当混合动力电动汽车制动时，回收能量，以保证蓄电池处于有足够电量。
③当混合动力电动汽车的蓄电池能量低于SOC的规定值时，此时发动机运转，向蓄电池进行充电。
基线控制策略使发动机始终保持在较高的效率区内，剩下的功率由电动机来提供。其易于实现，但忽略了电机的效率，也没有考虑到发动机的效率。
(3)全局最优控制
根据优化理论，瞬时的最小值与和的最小值是不相等的，所以应该在全局的运行区间内得到最优控制。根据最优化的方法及理论，研发出来的对驱动力进行合理分配的控制策略。根据某种优化理论，以最佳的燃油经济性，最少的燃油消耗为其控制的目标，并对系统状态变量进行约束，从而建立全局最优化的数学模型，并根据算法，求得最佳的分配控制策略。
(4)模糊控制策略
模糊控制策略对发动机和蓄电池的工作效率进行综合考虑，使混合动力电动汽车的整体效率达到最大值。其工作原理如3.1图所示：
图3.1模糊控制组成图
Fig.3.1 Of fuzzy control
模糊控制策略有三种模糊输入：（1）蓄电池组的电量状态(SOC)，范围为0~1。（2）电机的转速范围0~1；（3）请求转矩范围0~1。
控制策略为：
(1)如果电池组的电量（SOC）高，则不会进行充电。
(2)如果电池组的电量（SOC）正常，而请求转矩低时，电机不运转。如果电池组的电量（SOC）正常，而请求转矩也正常时，则电机以低转速运转。
(3)如果电池组的电量（SOC）低，而请求转矩高时，进行充电。
(4)发动机不会在低负荷区域内工作，因为当发动机的转矩小于设定的转矩时，发动机会在控制策略的要求下自动关机，相应的转矩则由电动机来全部提供。而且发动机不会再满负荷状态下工作。
3.1.3混联式(串并联)混合动力汽车
混联式混合动力是最复杂的，其型式也多种多样，而且研究起来也很难。但它最能够表现出混合动力系统的最佳的优化控制策略。它具有串联与并联混合动力电动汽车的所有优点，并弥补在它们的短处，可以更灵活的对能量流进行控制，以实现最佳的优化，已达到最低的油耗，最少的排放。混联式混合动力的控制策略有：发动机处于恒定的工作点时的控制策略、发动机最佳工作曲线控制策略、瞬时优化控制策略、全局优化控制策略。
(1)发动机处于恒定的工作点时的控制策略
以发动机为主要的动力源，并通过附加的（电机和电池来提供）转矩对功率进行微调，以保证足够的瞬时功率来驱动电动汽车的正常运转。在这种控制策略下，发动机的转速与车速之间没有多大的关系，容易实现发动机处于最佳的工作点。以提供恒定的功率，至于缺少的功率则由电机来提供。
(2)发动机最佳工作曲线控制策略
根据发动机的万有特性图，对发动机的动态进行调整，发动机的最佳工作曲线会受到驱动条件的限制，从何对整车进行最优化的控制。发动机会始终在最佳油耗线（万有特性图）上运转。当需要高的转矩或功率时，发动机在优化策略的控制下会启动。在必要的条件下会调整发动机的工作点，比如蓄电池处于满电状态、驱动电流过大时。
(3)瞬时优化控制策略
为了达到瞬时的最优的工作点，在特定的工况点下，以效率损失和名义上的油耗作为优化的目标，来对混合动力电动汽车进行最优控制，从而达到低油耗、低排放的目标。每个系统都会有最佳的工作点，瞬时优化控制策略会找到这些点，并且对变量（发动机转速、电机转速、电池电量）进行动态的再分配，已达到最优化的状态。
(4)全局优化控制策略
虽然瞬时优化控制策略会使系统在某一瞬时达到最优，但这种状态是瞬时的，无法进行全局的最优控制。所以出现了全局优化控制策略这一真正意义上的最优化。但算法复杂，计算量超大，运算速度慢，无法运用用实时的控制。通常下，全局优化控制策略只是参考，并与发动机处于恒定的工作点时的控制策略、发动机最佳工作曲线控制策略相结合，从而实现最优化的控制，真正做到低油耗、低排放。
3.1.4电动轮式混合动力汽车的控制策略
现在电动汽车发展的一个新方向是运用电子差速这一独特的控制策略，它运用现代计算机进行控制，来实现驱动轮的电子差速，其主要目标在于实现电子差速。因此出现了电子差速器，所谓电子差速器，是运用现代计算机直接进行差速运算，其工作原理为：当电动汽车转弯的时候，ECU（中央处理器）会根据特定的变量（转向盘的转角、轮速），由特定的传感器测定这些变量值后，传给ECU（中央处理器），此时ECU（中央处理器）进行计算，计算出每个轮的转速，并将此信号传给电机上的控制器，在驱动电机来实现两轮以不同的转速进行转动，以实现差速。当电动汽车直线行驶时，如果路面平整，理论上两侧车轮的转速会相等，此时由轮速传感器将测定的两侧的轮胎转速传给ECU（中央处理器），此时中央处理器会对左右车轮的转速进行比较，如果转速不一样，会在通过电机上的控制器进行调整，对于转速大的车轮进行减速，小的车轮在增加转速。
3.2混合动力电动汽车控制系统的功能
通过对混合动力电动汽车的控制策略的介绍，我们会了解到控制系统的功能。混合动力电动汽车的控制系统的功能为：
（1）使混合动力电动汽车的动力性能能够达到或接近现代内燃机汽车的水平，逐步实现混合动力电动汽车的实用化。
（2）最大限度地发挥了电动机驱动的辅助作用，使混合动力电动汽车的燃油消耗
第38卷 第1期2004年1月 西 安 交 通 大 学 学 报 J OU RNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.38 №1 Jan.2004电动汽车技术进展和发展趋势 曹秉刚,张传伟,白志峰,李竟成 (西安交通大学电动车研究开发中心,710049,西安) 摘要:通过对国内外电动汽车关键技术的发展现状和技术水平的比较分析,以及H∞鲁棒控制方法在电动汽车驱动控制、再生制动控制和运动控制系统上应用的研究,展望了电动汽车的发展趋势.首先发展铅酸蓄电池电动汽车(B EV)是明智的选择,由于开发混合电动汽车(HEV)的难度较大,所以燃料电池电动汽车(FCEV)将成为今后的主流技术,是未来汽车的发展方向. 关键词:电动汽车;技术进展;发展趋势 中图分类号:U469.72 文献标识码:A 文章编号:02532987X(2004)0120001205 T echnology Progress and T rends of Electric V ehicles Cao B i nggang,Zhang Chuanwei,B ai Zhif eng,L i Ji ngcheng (R&D Center of Electric Vehicle,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China) Abstract:Under the pressure of both environment protection and energy conservation,the development of EVs (electric vehicles)hasbeen taken on an accelerated pace all over the world.This research focuses on the current status of EVs’key technology and their state of the art,where,H∞robust control method is used for driving control,regenerative braking control and motion control for EV.The prospects of EVs indicate that B EV(bat2 tery electric vehicle)is the primary selection nowadays,and instead of HEV(hybrid electric vehicte),FCEV (fuel cells electric vehicle)has long term potental for future mainstream vehicles. K eyw ords:elect ric vehicle;technology process;t rend 自1886年发明了汽车以来,汽车就成为人们日常生活中不可缺少的代步和运输工具,因此缩短了人们之间的距离,改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量.由于汽车要消耗大量的石油资源、排放大量的废气、制造噪音和严重污染环境,因此也带来了无法回避的负面影响.我国2000年进口石油7000万t,计划到2005年将超过1亿t,给国家造成了沉重的经济负担.更严重的是目前世界上空气污染最严重的10个城市中我国就占了7个,国家环保中心预测,到2010年汽车尾气的排放量将占空气污染源的64%[1].面对如此严峻的形势,电动汽车(EV)的研究与开发引起了世界各国的关注.1 电动汽车的发展历史及现状 电动汽车是20世纪最伟大的20项工程技术成就中前两项技术的融合,即“电气化”和“汽车”的融合产物[2].它不是当代人的新近想法,其构想与研制均早于燃油车,但由于性能不如燃油车,使其研究与开发工作一度停滞.20世纪70年代的能源危机和石油短缺,又使电动汽车获得了生机,到了20世纪80年代,随着人们对于空气质量和温室效应的关注,对电动汽车的研究热情进入了空前高涨期.从20世纪90年代初起,世界各大汽车集团公司如Ford、GM、Nissan、Toyota和Honda等,都在电动 收稿日期:2003208206. 作者简介:曹秉刚(1953～),男,教授,博士生导师. 基金项目:陕西省电动汽车专项项目,西安交通大学行动计划培植项目.
电动汽车发展状况及关键技术 一、电动汽车的发展背景 能源的短缺和人们对生活质量的更高要求是电动车发展的主要原因。汽车的能源消费占世界能源总消费的近四分之一。随着世界经济的发展，汽车的保有数量在急剧增加，由此而引起的能源与环境问题就显得更加严重。 因石油危机的影响，发达国家领先进行节能技术的开发，将产业部门的能源消费停留在GNP(能源消费总量)的一半水平。但是，以汽车为主的运输部门因其急速发展，能源的消费比其它部门大，占总能源消费的24%。以传统的石油作为动力能源的汽车因其尾气中的有害物质如CO、HC和NOX等对人类及环境造成的危害，人类必将面临巨大的挑战。经计算从全世界汽车排出的CO2为64亿标准炭吨。在当今世界面临能源与环境的双重危机之前，势必要求汽车工业提高汽车的能源使用效率，减少污染物质的排出量。但是，仅通过改善现有内燃机车的性能来解决这一问题是很困难的。开发电动汽车(ElectricVehicle)，以下简称（EV)是解决这一问题的有效途径之一。 二、电动汽车的特点 1、污染低 电动汽车由电力驱动，在行驶中不排放有害气体，即使电动汽车所消耗的电力由使用石油燃料的火力发电厂提供，但火力发电厂的大气污染物的排放量，也不到同类型汽油车的10%。 2、可使用多种能源 由于电动汽车使用二次电力能源，其不受石油资源的限制，可利用核能、水力、太阳能等，从而可节省日益枯竭的石油资源。 3、效率高电动汽车没有怠速损失，在制动时能回收能量，80%以上的电池能量可由电动机转为汽车的动力，即使考虑原油的发电效率、配送电效率、充放电效率等，其最终效率也比内燃机高。 4、噪声低 发动机性能是影响汽车的噪声、振动大小的重要因素，传统汽车和电动汽车相比，由动力部分引起的噪声和振动，特别是在加速时，电动机的噪声和振动要比发动机低得多。 5、更有利于智能化 由于电动汽车已达到电气化，所以电动汽车系统中更利于采用先进的电子信息技术，提高汽车智能化程度。电动汽车的电动机控制系统，可与各个电子控制系统包括无级变速、防抱死制动系统(ABS)、制动能量回收系统、安全气囊系统、自动空调系统等相协调，在电动汽车上实现计算机智能控制。 6、结构简单，使用维修方便 电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，当采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。 7、能源效率高，多样化
混合动力汽车发展现状及趋势
混合动力汽车发展现状及趋势 摘要 在能源和环境危机的双重压力之下，汽车行业渐渐从传统地燃油慢慢向新能源汽车转型。其中混合动力汽车在新能源汽车中占有重要的地位。本文主要对混合动力汽车发展的必然性，及其我国在发展中存在的一系列问题进行了分析。指出了混合动力汽车的优缺点，并为其在未来的发展中提出了展望。关键词：混合动力汽车，存在问题，研究前景 引言 随着全球经济的发展, 汽车保有量逐年增加汽车尾气对空气的污染也日益加重, 这对石油资源和生态环境带来极大的挑战。因此汽车行业不得不从传统的耗能模式到节能环保的耗能模式进行转型。近年来，以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为代表的新能源汽车取得了重大的进展。但是由于现阶段作为纯电动汽车和燃料电池汽车的关键部件之一的电池存在能量密度低、寿命较短、价格较高和电池本身的污染等问题, 使得电动汽车的发展进度和产业化受到的比较严重的限制。其性价比也无法与传统的内燃机汽车相抗衡。此时混合动力汽车就很好的弥补了电动汽车的缺点。所谓混合动力就是将电动机和辅助动力单元组合作为驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发机或动力发电机组。这样既利用了发动机持续工作时间长, 动力性好的优点, 又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。在现阶段，混合动力有很好的发展前景。 1.国内外发展现状 1.1 国外发展现状
20世纪90年代以来,世界许多著名汽车生产 厂商已将研究的重点转向了可实施性较强的混合动力电动汽车,目前世界上生产、研发HEV 的国家主要有日本、美国和欧洲汽车强国。其中日本的实力最雄厚。 丰田公司1997 年8 月推出其第一款混合动力 汽车Toyota Coaster Hybrid EV minibus, 同年12 月,推出Toyota Prius（普锐斯）这是世界第一款 大量生产的混合动力汽车。自第一代Prius 开始销 售以来,截止到中Prius 标准型每升汽油可行驶35.5 公里。到2010 年7 月31 日,累计销量已超过268 万辆。目前市场上正热销的两款车型分别为 丰田Prius 和本田Insight 。在2010年4 月份举 办的北京车展上,共有8 款日系混合动力汽车展出, 其中丰田第三代普锐斯性能最优越,本田Insight 被 认为同级中最省油,本田CR-Z 具有运动风格受到人 们的关注。日本国内对混合动力汽车产业有长期的发展规划,政府大力扶持产业技术发展,出台一系列税收优惠政策及奖励措施,促进混合动力汽车销售,拉动内需;规划长远发展战略。 美国三大汽车公司原来只是小批量生产、销售过电动汽车,而混合动力和燃料电池电动汽车还未能实现产业化,日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三大汽车公司于1993 年签订了混合动力电动汽车开发合同,并于1998年在北美国际汽车展上出了样车。2005年9 月通用汽车、戴姆勒·克莱斯勒与宝马集团签署了关于构建全球合作联盟,以共同开发混合动力推进系统的合作。2009 年美国混合动力汽车销量达到 29.032 万辆虽然占美国汽车市场份额只有2.8%,但从2005 年起呈逐年上升趋势预计,美国的混合动力汽车2013 年将达到 87.2 万辆,市场占有率将达到5%。 1.2 国内发展现状目前，我国在新能源汽车的自主创新过
混合动力汽车发展现状及趋势 摘要 在能源和环境危机的双重压力之下，汽车行业渐渐从传统地燃油慢慢向新能源汽车转型。其中混合动力汽车在新能源汽车中占有重要的地位。本文主要对混合动力汽车发展的必然性，及其我国在发展中存在的一系列问题进行了分析。指出了混合动力汽车的优缺点，并为其在未来的发展中提出了展望。 关键词：混合动力汽车，存在问题，研究前景 引言 随着全球经济的发展,汽车保有量逐年增加,汽车尾气对空气的污染也日益加重,这对石油资源和生态环境带来极大的挑战。因此汽车行业不得不从传统的耗能模式到节能环保的耗能模式进行转型。近年来，以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为代表的新能源汽车取得了重大的进展。但是由于现阶段作为纯电动汽车和燃料电池汽车的关键部件之一的电池存在能量密度低、寿命较短、价格较高和电池本身的污染等问题,使得电动汽车的发展进度和产业化受到的比较严重的限制。其性价比也无法与传统的内燃机汽车相抗衡。此时混合动力汽车就很好的弥补了电动汽车的缺点。所谓混合动力就是将电动机和辅助动力单元组合作为驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发机或动力发电机组。这样既利用了发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。在现阶段，混合动力有很好的发展前景。 1.国内外发展现状 1.1国外发展现状 20世纪90年代以来,世界许多著名汽车生产厂商已将研究的重点转向了可实施性较强的混合动力电动汽车,目前世界上生产、研发HEV的国家主要有日本、美国和欧洲汽车强国。其中日本的实力最雄厚。 丰田公司1997年8月推出其第一款混合动力汽车Toyota Coaster Hybrid EV minibus,同年12月,推出Toyota Prius(普锐斯)这是世界第一款大量生产的混合动力汽车。自第一代Prius 开始销售以来,截止到中Prius标准型每升汽油可行驶35.5公里。到2010年7月31日,累计销量已超过268万辆。目前市场上正热销的两款车型分别为丰田Prius和本田Insight。在2010年4月份举办的北京车展上,共有8款日系混合动力汽车展出,其中丰田第三代普锐斯性能最
电动汽车的研究背景及现状 1.研究的背景 汽车的发展引起了地球资源的过大消耗。地球上的能源是有限的，能源紧缺是全人类面临的越来越严重的问题，是一个全球问题，关系到全球的经济与军事安全。我国的能源问题已经成为国民经济发展的战略问题，从国家安全角度出发，石油资源已经和国家安全、经济发展紧密的联系起来，能源的稳定供应是一个国家所关注的重点，也是我国能源安全战略的核心内容。如果继续按照传统的能源动力系统发展下去，将难以持续我国这个泱泱汽车大国的兴起。 汽车在给人们带来便利的同时也污染了环境。汽车尾气的排放引起了城市的温室效应，同时也引起了臭氧层的破坏，形成酸雨等大气环境问题，进而对动植物也产生了很大的危害。面对汽车造成的空气污染，人们可以直接闻到汽车尾气排放的带有刺鼻臭味的燃烧不完全的雾化混合气。随着生活水平的提高，人类对生存环境的要求越来越高，降低汽车的尾气排放的呼声也与日俱增。 面对资源紧缺与环境保护问题，发展电动汽车成为汽车工业发展的主流趋势。 1.1电动汽车的定义和分类 电动汽车是指用车载电源为动力，电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的汽车。电动汽车应具有汽车的性能和属性，但动力线路与原内燃机动力线路不同，又具有电力车辆的基本特征。电动汽车通常被分为蓄电池电动车（Battery Electric Vehicle，BEV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）三大类。 1.2电动汽车的早期发展 尽管电动汽车技术目前看来还处于新兴发展时期，但它的产生却早于燃油车，并已经历了多个兴衰周期。以下是主要的时期： 1834年 Thomas Davenport 电动三轮车不可充电的干电池驱动 1881年法国古斯塔夫?特鲁夫电动三轮汽车以铅酸电池为动力 1882年英国人阿顿与培里三轮电动汽车以铅酸电池为动力 1890年美国电动汽车以蓄电池为动力 直到20世纪60年代后，由于能源、环境问题使人们对电动汽车又开始重新重视，世界各国政府与汽车制造商对电动汽车的研究开发均有不同程度的投入。但主要还是在近来十几年中，电动汽车的研究开发进入了高峰期，并在各项技术发展商开始取得了一定的成果和进步。 2.电动汽车在各国的发展现状 近几十年来，世界各国著名的汽车制造商都在加紧研制各类电动汽车，并取得了一定程度的进展和突破。 2.1日本 日本一直以来出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界汽车市场的考虑，十分重视电动汽车的研制和开发。以下是日本研制电动汽车的进程： 1976年日本成立电动汽车协会 20世纪80年代本田公司开始研究开发电动汽车 1996年本田推出“PLUS”纯电动汽车 1997年本田的“PLUS”被推向了美国 1997年12月丰田公司推出第一款批量生产的混合动力轿车普锐斯
第一章绪论——电动汽车技术发展现状与趋势 1、21世纪汽车工业发展面临的挑战与机遇(第一节课内容) 内燃机汽车经过120多年的发展壮大，逐步实现机电一体化和全面应用现代高科技，在安全、节能、环保、可靠、舒适、成本等性能方面取得了重大进展，但是由于内燃机车以石油为燃料，石油燃烧后会产生大量有害气体污染环境，因此传统内燃机车辆正面临者石油短缺和环境污染问题带来的严峻挑战。 1.1石油危机——汽车发展遇到石油风险 石油是一种总量有限、不可再生的石化资源，是当前人类经济社会的重要能源，交通运输(航空、航海、铁路、公路)长期以来都以石油制品作为主要原料。目前世界汽车保有量已超过6亿辆，每年新生产汽车超过3500万辆，每年消耗石油70亿桶以上，约占世界石油产量的一半以上。按科学家预测，地球上的石油资源按照目前的消耗水平，仅仅维持几十年（40-60年左右，说法不太一致），石油资源日渐枯竭。 21世纪人类面临更加严峻的石油资源挑战，石油资源是亟待解决的重要问题之一，也是当前世界不稳定的因素之一。 我国目前的能源结构为缺油、少气、富煤。当前中国石油消费量近4亿吨，产量和进口量各占一半，对外依存度达50%，远远超过30%的安全线。因此，大量进口高价石油，势必影响本国经济发展和能源安全，加剧国际石油危机和抬高石油价格，损害我国和全球人民利益。一旦出现国际风波，更会危及国家安全。
预测到2020年，中国的石油需求量为5亿～6亿吨，而中国只能生产2亿吨，其余的3亿～4亿吨要靠进口，对外依存度将达60%～67%。中国目前的进口量是当前世界石油总消费量的1/10，相当于德、法、英、意4个国家当前石油消费量总和。进口如此大量的石油，极具风险。 内燃机汽车所需要的石油资源逐渐枯竭是必然趋势，不依人们的意志为转移。而人工合成燃料、液化天然气、氢气等能源来源有限，还不能完全取代石油燃料，电能来源广泛，人们对电力的使用已经积累了丰富的经验，21世纪电能必然会成为各种地面在运工具的主要能源，发展电动汽车是交通运输工业发展的必然趋势，也是汽车工业发展的总趋势。 燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，使燃料的发电效率提高到50%-55%，而且不会对大气造成污染。 1.2环境污染 内燃机汽车的快速发展与广泛应用，使汽车排气污染日益严重，已成为城市最重要的污染源。 HC, CO, NO X, CO2,SO2，颗粒物（铅微粒、碳微粒）以及光化学烟雾（氮氧化物和碳氢化合物在适当的条件和阳光作用下，会产生光化学烟雾。）、噪声（发动机噪声） 1.4电动汽车分类： 纯电动汽车：(EV, Electric Vehicle)
第22卷 第3期 2005年3月 公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and T ransportation Research and Development V ol 122 N o 13 Mar 12005 文章编号:1002Ο0268(2005)03Ο0119Ο05 收稿日期:2004Ο03Ο16 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重大专题项目(2003AA501100) 作者简介:付正阳(1978-),男,北京人,清华大学汽车工程系硕士研究生,主要从事电动汽车方面的研究1 电动汽车电池组热管理系统的关键技术 付正阳,林成涛,陈全世 (清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084) 摘要:电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程,并对设计热管理系统提出了建议。文章重点分析了设计电池组热管理系统过程中的关键技术,包括电池最优工作温度范围的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计等。关键词:电动汽车;电池组;热管理系统 中图分类号:T M911141 文献标识码:A K ey Technologie s of Thermal Management System for EV Battery Packs FU Zheng Οyang ,LIN Cheng Οtao ,CHEN Quan Οshi (S tate K ey Laboratory of Autom otive Safety and Energy ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China ) Abstract :Research and development of battery thermal management system (BT MS )is very im portant for the operation safety and relia 2bility of electric vehicle (E V )1In this paper ,by analyzing the in fluence of tem perature on the per formance and service life of batteries ,the desired function of a BT MS was outlined ,a procedure for designing BT MS was introduced 1Several key technologies during designing a BT MS were introduced and analyzed ,including optimum operating tem perature range of a battery ,heat generation mechanism ,ac 2quisition of the therm odynamic parameters ,calculation of tem perature distribution ,selection of heat trans fer medium ,design of cooling structure and s o on 1 K ey words :E lectric vehicle ;Battery pack ;Thermal management system 0 引言 能源与环境的压力使传统内燃机汽车的发展面临前所未有的挑战,各国政府、汽车公司、科研机构纷纷投入人力物力开发内燃机汽车的替代能源和动力,这大大促进了电动汽车的发展。 电池作为电动汽车中的主要储能元件,是电动汽车的关键部件[1,2],直接影响到电动汽车的性能。电池组热管理系统的研究与开发对于现代电动汽车是必需的,原因在于:(1)电动汽车电池组会长时间工作 在比较恶劣的热环境中,这将缩短电池使用寿命、降 低电池性能;(2)电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体性能的不均衡;(3)电池组的热监控和热管理对整车运行安全意义重大。 清华大学从承担国家“八五”电动汽车攻关项目以来,在电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车关键技术的研究中,积极开展了电池组热管理系统的研究,并在样车上进行了道路试验,目前电池组热管理系统的优化设计与改进工作正在进行中。本文是对前阶段研究工作的总结和今后工作的展望。
混合动力汽车成长现状及趋势 令狐采学 摘要 在能源和环境危机的双重压力之下，汽车行业渐渐从传统地燃油慢慢向新能源汽车转型。其中混合动力汽车在新能源汽车中占有重要的位置。本文主要对混合动力汽车成长的必定性，及其我国在成长中存在的一系列问题进行了阐发。指出了混合动力汽车的优缺点，并为其在未来的成长中提出了展望。 关键词：混合动力汽车，存在问题，研究前景 引言 随着全球经济的成长,汽车保有量逐年增加,汽车尾气对空气的污染也日益加重,这对石油资源和生态环境带来极年夜的挑战。因此汽车行业不克不及不从传统的耗能模式到节能环保的耗能模式进行转型。近年来，以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为代表的新能源汽车取得了重年夜的进展。可是由于现阶段作为纯电动汽车和燃料电池汽车的关键部件之一的电池存在能量密度低、寿命较短、价格较高和电池自己的污染等问题,使得电动汽车的成长进度和财产化受到的比较严重的限制。其性价比也无法与传统的内燃机汽车相抗衡。此时混合动力汽车就很好的弥补了电动汽车的缺点。所谓混合动力就是将电念头和帮助动力单位组合作为驱动力，帮助动力单位实际上是一台小型燃料发机或动力发机电组。这样既利用了发念头继续工作时间长,动力性好的优点,又可以阐扬电念头无污染、低噪声的好处。在现阶段，混合动力有很好的成长前景。 1.国内外成长现状 1.1国外成长现状 20世纪90年代以来,世界许多著名汽车生产厂商已将研究的
重点转向了可实施性较强的混合动力电动汽车,目前世界上生产、研发HEV的国家主要有日本、美国和欧洲汽车强国。其中日本的实力最雄厚。 丰田公司1997年8月推出其第一款混合动力汽车Toyota Coaster Hybrid EV minibus,同年12月,推出Toyota Prius(普锐斯)这是世界第一款年夜量生产的混合动力汽车。自第一代Prius 开始销售以来,截止到中Prius标准型每升汽油可行驶35.5公里。到7月31日,累计销量已超出268万辆。目前市场上正热销的两款车型辨别为丰田Prius和本田Insight。在4月份举办的北京车展上,共有8款日系混合动力汽车展出,其中丰田第三代普锐斯性能最优越,本田Insight被认为同级中最省油,本田CRZ具有运动气概受到人们的关注。日本国内对混合动力汽车财产有长期的成长规划,政府年夜力搀扶财产技术成长,出台一系列税收优惠政策及奖励办法,增进混合动力汽车销售,拉动内需;规划长远成长战略。 美国三年夜汽车公司原来只是小批量生产、销售过电动汽车,而混合动力和燃料电池电动汽车还未能实现财产化,日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导位置。美国能源部与三年夜汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同,并于1998年在北美国际汽车展上出了样车。9月通用汽车、戴姆勒·克莱斯勒与宝马集团签署了关于构建全球合作联盟,以共同开发混合动力推进系统的合作。美国混合动力汽车销量达到29.032万辆虽然占美国汽车市场份额只有 2.8%,但从起呈逐年上升趋势预计,美国的混合动力汽车将达到87.2万辆,市场占有率将达到5%。 1.2国内成长现状 目前，我国在新能源汽车的自主立异过程中，坚持了政府支持，以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、机电驱动系统、动力蓄电池/燃料电池为“三横”的研发规划，通过产学研紧密合作，我国混合动力汽车的自主立异取得了一定进展。 形成了具有完全自主知识产权的动力系统技术平台，建立了混合动力汽车技术开发体系。混合动力汽车的核心是电池（包含电池管理系统）技术。除此之外，还包含发念头技术、机电控制技术、整车控制技术等，发念头和机电之间动力的转换和衔接也是重点。
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
纯电动汽车技术概述及发展趋势 一、技术概述 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池，有时则需要更多。 1、电动车技术特点 ●无污染，噪声低 电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。众所周知，内燃机汽车废气中的CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。 ●能源效率高，多样化 电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。 ●结构简单，使用维修方便电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。 ●动力电源使用成本高，续驶里程短目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源（电池）的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但从发展的角度看，随着科技的进步，投入相应的人力物力，电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短，电动汽车会逐渐普及，其价格和使用成本必然会降低。 2、电动车基本结构电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电
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新能源汽车技术分类及三大关键技术详解 来源：第一电动网作者：杨伟斌2015年01月12日 14:03 [导读]为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，笔者结合研发过程中的经验总结，从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。## 在三级模块体系和平台架构中，整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术。##充电设施不完善是阻碍新能源汽车市场推广的重要因素，对特斯拉成功的解决方案进行分析，并提出新能源汽车的充电解决方案、剖析充电系统组成。 关键词：VCUBMS特斯拉MCU新能源汽车 2014年国内新能源汽车产销突破8万辆，发展态势喜人。为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，笔者结合研发过程中的经验总结，从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。 1新能源汽车分类 在新能源汽车分类中，“弱混、强混”与“串联、并联”不同分类方法令非业内人士感到困惑，其实这些名称是从不同角度给出的解释、并不矛盾。 消费者角度 消费者角度通常按照混合度进行划分，可分为起停、弱混、中混、强混、插电和纯电动，节油效果和成本增等指标加如表1所示。表中“-”表示无此功能或较弱、“+”个数越多表示效果越好，从表中可以看出随着节油效果改善、成本增加也较多。 表1 消费者角度分类 技术角度
图1 技术角度分类 技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力，具体如图1所示。其中P0表示BSG（Belt starter generator，带传动启停装置）系统，P1代表ISG（Integrated starter generator，启动机和发电机一体化装置）系统、电机处于发动机和离合器之间，P2中电机处于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴，P03表示P0和P3的组合。从统计表中可以看出，各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用，相对来说P2在欧洲比较流行，行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位，P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加，例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统，尽管节油效果较好，但由于结构复杂且成本较高，近十年间的市场表现不尽如人意。 2新能源汽车模块规划 尽管新能源汽车分类复杂，但其中共用的模块较多，在开发过程中可采用模块化方法，共享平台、提高开发速度。总体上讲，整个新能源汽车可分为三级模块体系、如图2所示，一级模块主要是指执行系统，包括充电设备、电动附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和齿轮箱。二级模块分为执行系统和控制系统两部分，执行部分包括充电设备的地面充电机、集电器和车载充电机，储能系统的单体、电箱和PACK，发动机部分的气体机、汽油机和柴油机，发电机的永磁同步和交流异步，离合器中的干式和湿式，驱动电机的永磁同步和交流异步，齿轮箱部分的有级式自动变速器（包括AMT、AT和DCT等）、行星排和减速齿轮；二级模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU，分别表示电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和整车控制器。三级模块体系中，包括电池单体的功率型和能量型，永磁和异步电机的水冷和风冷形式，控制系统的三级模块主要包括硬件、底层和应用层软件。
编号：35 《电动汽车》课程论文 电动车电机驱动控制技术的研究现状及 其发展趋势 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving 班级：车辆1103 姓名（及手机）：李朗 学号：1101504321 任课教师：郑建祥 2013年5月14号
电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发 展趋势 摘要：当今世界上节能和环保日益受到重视，因此电动车技术的发展步伐正在加快。本文综合评述了电动车的关键技术—电机驱动技术，并对未来的发展趋势作了展望。 关键词：电动汽车；电机；驱动系统 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving Abstract：The development of the technology for electric vehicle is speeding up，as more attentions have been paid to the world energy saving and environment protection.This article described the key technology to electric vehicle———the motor driving control system，and made a prospect for the future technology. Key words：electric vehicle；motor；driving
如图1所示，纯电动汽车EV (Electric Vehicle)是仅由动力蓄电池向电动机提供电能驱动车辆行驶的道路车辆，也称为蓄电池电动汽车。纯电动汽车具有以下特点：节能，不消耗石油；环保，无污染；噪声和振动小；能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递，各部件的布置具有很大的灵活性；驱动系统布置不同会使系统结构区别很大，采用不同类型的电动机（如直流电动机和交流电动机）会影响到纯电动汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置会影响纯电动汽车的质量、尺寸及形状；不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄电池可通过感应式和接触式的充电器充电，或者采用替换蓄电池的方式，对替换下来的蓄电池进行集中充电。 1 纯电动汽车的类型 纯电动汽车按照用途进行分类，可以分为纯电动轿车、纯电动货车和纯电动客车3种类型；按照驱动型式进行分类，可以分为直流电动机驱动的纯电动汽车、交流电动机驱动的纯电动汽车、双电动机驱动的纯电动汽车、双绕组电动机驱动的纯电动汽车和电动轮纯电动汽车等5种类型。 2纯宅动汽车的基本构成 如图2所示，纯电动汽车主要由电力驱动系统、电源系统、辅助系统、控制系统、安全保护系统等组成。汽车行驶时，由蓄电池输出电能（电流）通过控制驱动电动机运转，
电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。图3所示为奥运纯电动客车的基本构成。 21电力驱动系统 纯电动汽车的电力驱动系统的构成简图如图4所示，主要由电子控制器、驱动电动机、电动机逆变器、各种传感器、机械传动装置和车轮等组成，其中最关键的是电动机逆变器，电动机不同，控制器也有所不同，控制器将蓄电池直流电逆变成交流电后驱动交流驱动电动机，电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮，使电动汽车行驶。该系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。 驱动电动机是驱动EV行驶的唯一动力装置。目前EV上使用的驱动电动机主要类型有直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。再生制动是EV节能的重要措施之一。制动时电动机可实现再生制动，一般可回收10%—15%的能量，有利于延长EV的行驶里程。在EV制动系统中，还保留有常规制动系统和ABS，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能。关于电动机，本讲座后文将详细讲解。22电源系统 纯电动汽车的电源系统包括车载电源、能量管理系统和充电机等。它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况及控制充电机向蓄电池充电。
我国电动汽车进展现状分析 一、新能源汽车和电动汽车的分类 按照我国2009年7月1日正式实施的《新能源汽车生产企业及产品准入治理规则》，新能源汽车是指采纳特不规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料，但采纳新型车载动力装置)，综合车辆的动力操纵和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等。 电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，按照目前技术的进展方向或者车辆驱动原理，可划分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车三种类型。 新能源汽车和电动汽车的分类关系见下图：
1、纯电动汽车 纯电动汽车是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车。纯电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、操纵器和辅助设施六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性，因此纯电动汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速操纵由操纵器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。现在纯电动汽车技术进展差不多相当成熟，国外发达国家和我国都有部分车型投入量产和商业化运营。 纯电动汽车的优点：（1）减少对石油资源的依靠，实现能源利用的多元化。由于电力能够从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。 （2）减少环境污染。本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的都市，对人类损害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物
电动汽车充电技术国外研究现况及发展趋势 班级： ： 学号：
摘要：对国外电动汽车、电动汽车充电技术及规划布局等方面现状进行了研究，并对电动汽车充电需求进行了分析。介绍了国外电动汽车充电设施的发展状况，对未来我国电动汽车发展前景进行了初步研究，提出积极推动电动汽车充电设施建设应是电网企业义不容辞的责任以及未来发展机遇。 关键词：电动汽车充电技术研究现状发展趋势 1.前言 电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，按照目前技术的发展方向或者车辆驱动原理，可划分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车三种类型。近年来，我国电动汽车行业取得了快速发展，攻克了一系列关键技术难题，在部分领域已实现了与日美欧等国同步发展。目前我国发展电动汽车已具有消费市场规模大、制造成本低、技术取得局部突破、资源保障能力强的四大优势。在技术突破和政策扶持的双重刺激下，我国电动汽车已处于市场引爆的临界点，预计未来两年电动汽车的市场规模和生产规模将迅速扩大，电动汽车将进入快速成长期。电动汽车充电设施是电动汽车产业链的重要组成部分，在电动汽车产业发展的同时还应该充分考虑充电设施的发展。 1 电动汽车充电的基本方式 目前常用的电动汽车充电方式有慢充、快充和快换三种： (1) 慢充方式。慢充一般以较小交流电流进行充电，充电时间通常为6～10 h，慢充方式一般利用晚间进行充电，充电时可以采用晚间低谷电价，有利于降低充电成本，但是难以满足使用者紧急或者长距离行驶需求。慢充一般采用单相220V/16A 交流电源，通过车载充电器对电动汽车进行充电，车载充电器可采用国标三口插座，基本不存在接口标准的问题。电动汽车慢充一般通过充电桩进行。 (2) 快充方式。快充又称应急充电，以较大直流电流在20 min 至1 h ，为电动汽车提供短时充电服务，快充方式可以解决续航里程不足时电能补给问题，但是对电池寿命有影响，因电流较大，对技术、安全性要求也较高。快充的特点是高电压、大电流，充电时间短（约1 h）。目前，这种充电方式的充电插口的针脚定义、电压、电流值、控制协议等均没有国家标准，也没有国际标准，已投入使用的充电机和电动车电池充电插口均由各生产厂家自定，世界各国都在积极争夺标准的制订权，各大电动汽车厂家也纷纷抢先投放产品，抢占市场、提高占有率，试图使多数充电站不得不采用其充电设备，从而成为事实标准。快充方式主要在充电站中进行。 (3) 快换方式。快换则是通过直接更换车载电池的方式补充电能，换电时间与燃油汽车加油时间相近，大约需要5～10 min。快换方式最为便捷，但是需要电动汽车和车载电池实现标准化，而且快换过程中需要专业人员进行操作。快换可以在充电站也可在专用电池更换站完成。这种方式的优点是电动车电池不需现场充电，更换电池时间较短，但要求电池的外形、容量等参数完全统一，同时，还要求电动汽车的构造设计能满足更换电池的方便性、快捷性。 2 国外电动汽车充电设施发展状况