新能源汽车设计与控制-动力传动系统构型方法与应用
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燃料电池 燃料处理器 燃料系统
2018/11/13
9
1.2 HEV、PHEV汽车概述--节能减排原理
低速、低负荷
中速、中负荷
发动机+电动机 +耦合机构
2018/11/13
停车模式 （Stop）
纯电动模式 （EV）
电机助力/ 行车充电模式 （Hybrid）
10
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
2016年新能源汽车生 产 51.7 万 辆 ， 销 售 50.7 万 辆 ， 比 上 年 同 期 分 别 增 长 51.7% 和 53.0%。
其中纯电动汽车产销 分 别 完 成 41.7 万 辆 和 40.9 万 辆 ， 比 上 年 同 期 分 别 增 长 63.9% 和 65.1%；
插电式混合动力汽车 产销分别完成9.9万辆 和9.8万辆，比上年同 期 分 别 增 长 15.7% 和 17.1%。
零排放 依赖原油 续驶里程：100-200Km 初期成本高
有销售
很低排放 续驶里程长 依赖原油 结构复杂
有销售
主要问题
蓄电池和蓄电池管理 充电设施
多能源管理、优化控制 蓄电池评估和管理
燃料电池电动汽车
燃料电池
氢气 甲醇或汽油
乙醇
零排放或超低排放 能源效率高 依赖原油
（如用原油提炼氢氧） 续驶里程较长 研发中
2018/11/13
数据来源：中国工业汽车协会
7
1.1 新能源汽车概述--结构
2018/11/13
8
1.1 新能源汽车概述--特点
电动汽车类型 能量系统
能源和基础设施
蓄电池电动汽车 蓄电池
超级电容器
电网充电设施
混合动力电动汽车
蓄电池 超级电容器 内燃机发电单元
加油站 电网充电设施（可选）
主要特点
高负荷
高速
电机助力模式 （Hybrid）
2018/11/13
发动机驱动模式 （Engine Only）
制动能量回收模式 （Regenerative
Braking）
纯电动模式 （Motor Only）
11
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
利用电机（Motor）调节发动机（Engine）工作点
2018/11/13
15
PHEV汽车概述--全球销量
近3年全球PHEV销量
2016 年排 名
车型
2016 年销
量 （辆）
2016 年占比
2014 年销量 （辆）
2015 年销量 （辆）
1
比亚迪唐
31405 18.3%
-
18375
2
雪佛兰沃蓝达 28296 16.5% 21293 17508
3 三菱欧蓝德PHEV 27332 15.9% 31689 43259
能利用化石燃料比能量高和比功率高的长处 （传统内燃机的优点）
缺点：
整套生产制造体系、维修体系和能源供给体系等都相对不完备 配套充电设施的建设不完善（针对BEV和PHEV） 协调控制相对复杂
整车 （行驶动力需求）
研究热点：
电动机/发电机 （动力电池的电能）
混合动力系统的构型（耦合机构、传动机构）
内燃机 （燃油能量）
Biblioteka Baidu
一、新能源汽车概述
传统内燃机汽车
1886年 第一辆汽车 朱卡尔·本茨 戈特利布·戴姆勒
（德国）
能量来源：化石能源 污染：
噪声污染； 空气污染(一氧化碳、二氧
化碳、氮氧化物、碳氢化合 物、其他固体细微颗粒物)； 其他污染
2018/11/13
新能源汽车
1839年 第一辆靠电力
驱动的车辆 罗伯特·安德森
2018/11/13
分层燃烧控制技术、电子燃油喷射控 制技术、稀薄燃烧控制技术、EGR控 制技术、VVT控制技术等
柴油机路线（欧洲；利用柴油机的高 效率来提升燃油经济性）
基于传统动力总成技术的改造 （奔驰、宝马、奥迪、大众等）
专门为新能源汽车开发的电驱动系统 （丰田、通用、科力远等）
6
1.1 新能源汽车概述--国内销量
发动机驱动行驶 燃油热值高
行驶里程角度 （减少对电能的
依赖）
2018/11/13
“里程焦虑”
高耗能元件 （助力、 PTC加热器、 电动空调等辅助电器）
发动机作辅助元件 消耗燃油
14
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--特点
优点：
能显著地改善传统内燃机汽车的排放和燃油经济性
排放低，动力响应快 （电动汽车的优点）
2018/11/13
12
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
传统内燃机汽车
发动机驱动角度
（优化发动机工 作区域）
取消发动机怠速工况
避免运行在低效率高 排放区 （拥堵工况等）
维持运行在高效率区
采用较小排量发动机
整车制动角度 （减少“机械能-
热能”转化）
2018/11/13
减少发动机频繁启停
4
比亚迪秦
21868 12.7% 14747 31898
5
福特Fusion Energi
16009 9.3% 11719 9894
6
上汽荣威e550 15145 8.8%
-
10711
7
大众帕萨特GTE 13246 7.7%
（苏格兰）
类型： 蓄电池电动汽车 ——BEV 混合动力电动汽车——HEV 插电式混合动力 ——PHEV 增程式混合动力 ——EREV 燃料电池电动汽车——FCEV
3
1.1 新能源汽车概述--总体情况
新能源汽车的组合形式
新能源汽车模块体系图
2018/11/13
4
1.1 新能源汽车概述--储能装置
新能源汽车--常见储能电池
超级电容 燃料电池
比功率：300 w/kg-5000 w/kg 比功率：300 w/kg-350 w/kg
比能量：3-15 wh/kg 比能量：150-350 wh/kg
2018/11/13
5
1.1 新能源汽车概述--产生
发动机角度 （提高内燃机效率）
节能减排路线
新能源电动化角度 （电能对燃油替代）
动力传动系统构型方法与应用
胡建军
——教授/博导
重庆大学汽车工程学院
C目 录 ontents
一 新能源汽车概述 1.1 新能源汽车概述 1.2 HEV、PHEV汽车概述
二 混合动力系统构型分类
三 混合动力汽车构型--基于传统动力总成
四 混合动力汽车构型--基于行星齿轮机构
五 混合动力系统构型表示方法
纯电动汽车 低速(负荷)纯电动行驶
低速(负荷)纯电动行驶
行车发电 电机助力行驶工况（爬 坡、超车等） 驻车发电 再生制动能量回收
13
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
传统内燃机汽车
纯电动汽车
电动机驱动角度
（优化电动机工 作状态）
高速工况 （电机工作噪音增大）
电池组质量大 （能量密度低）
2018/11/13
9
1.2 HEV、PHEV汽车概述--节能减排原理
低速、低负荷
中速、中负荷
发动机+电动机 +耦合机构
2018/11/13
停车模式 （Stop）
纯电动模式 （EV）
电机助力/ 行车充电模式 （Hybrid）
10
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
2016年新能源汽车生 产 51.7 万 辆 ， 销 售 50.7 万 辆 ， 比 上 年 同 期 分 别 增 长 51.7% 和 53.0%。
其中纯电动汽车产销 分 别 完 成 41.7 万 辆 和 40.9 万 辆 ， 比 上 年 同 期 分 别 增 长 63.9% 和 65.1%；
插电式混合动力汽车 产销分别完成9.9万辆 和9.8万辆，比上年同 期 分 别 增 长 15.7% 和 17.1%。
零排放 依赖原油 续驶里程：100-200Km 初期成本高
有销售
很低排放 续驶里程长 依赖原油 结构复杂
有销售
主要问题
蓄电池和蓄电池管理 充电设施
多能源管理、优化控制 蓄电池评估和管理
燃料电池电动汽车
燃料电池
氢气 甲醇或汽油
乙醇
零排放或超低排放 能源效率高 依赖原油
（如用原油提炼氢氧） 续驶里程较长 研发中
2018/11/13
数据来源：中国工业汽车协会
7
1.1 新能源汽车概述--结构
2018/11/13
8
1.1 新能源汽车概述--特点
电动汽车类型 能量系统
能源和基础设施
蓄电池电动汽车 蓄电池
超级电容器
电网充电设施
混合动力电动汽车
蓄电池 超级电容器 内燃机发电单元
加油站 电网充电设施（可选）
主要特点
高负荷
高速
电机助力模式 （Hybrid）
2018/11/13
发动机驱动模式 （Engine Only）
制动能量回收模式 （Regenerative
Braking）
纯电动模式 （Motor Only）
11
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
利用电机（Motor）调节发动机（Engine）工作点
2018/11/13
15
PHEV汽车概述--全球销量
近3年全球PHEV销量
2016 年排 名
车型
2016 年销
量 （辆）
2016 年占比
2014 年销量 （辆）
2015 年销量 （辆）
1
比亚迪唐
31405 18.3%
-
18375
2
雪佛兰沃蓝达 28296 16.5% 21293 17508
3 三菱欧蓝德PHEV 27332 15.9% 31689 43259
能利用化石燃料比能量高和比功率高的长处 （传统内燃机的优点）
缺点：
整套生产制造体系、维修体系和能源供给体系等都相对不完备 配套充电设施的建设不完善（针对BEV和PHEV） 协调控制相对复杂
整车 （行驶动力需求）
研究热点：
电动机/发电机 （动力电池的电能）
混合动力系统的构型（耦合机构、传动机构）
内燃机 （燃油能量）
Biblioteka Baidu
一、新能源汽车概述
传统内燃机汽车
1886年 第一辆汽车 朱卡尔·本茨 戈特利布·戴姆勒
（德国）
能量来源：化石能源 污染：
噪声污染； 空气污染(一氧化碳、二氧
化碳、氮氧化物、碳氢化合 物、其他固体细微颗粒物)； 其他污染
2018/11/13
新能源汽车
1839年 第一辆靠电力
驱动的车辆 罗伯特·安德森
2018/11/13
分层燃烧控制技术、电子燃油喷射控 制技术、稀薄燃烧控制技术、EGR控 制技术、VVT控制技术等
柴油机路线（欧洲；利用柴油机的高 效率来提升燃油经济性）
基于传统动力总成技术的改造 （奔驰、宝马、奥迪、大众等）
专门为新能源汽车开发的电驱动系统 （丰田、通用、科力远等）
6
1.1 新能源汽车概述--国内销量
发动机驱动行驶 燃油热值高
行驶里程角度 （减少对电能的
依赖）
2018/11/13
“里程焦虑”
高耗能元件 （助力、 PTC加热器、 电动空调等辅助电器）
发动机作辅助元件 消耗燃油
14
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--特点
优点：
能显著地改善传统内燃机汽车的排放和燃油经济性
排放低，动力响应快 （电动汽车的优点）
2018/11/13
12
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
传统内燃机汽车
发动机驱动角度
（优化发动机工 作区域）
取消发动机怠速工况
避免运行在低效率高 排放区 （拥堵工况等）
维持运行在高效率区
采用较小排量发动机
整车制动角度 （减少“机械能-
热能”转化）
2018/11/13
减少发动机频繁启停
4
比亚迪秦
21868 12.7% 14747 31898
5
福特Fusion Energi
16009 9.3% 11719 9894
6
上汽荣威e550 15145 8.8%
-
10711
7
大众帕萨特GTE 13246 7.7%
（苏格兰）
类型： 蓄电池电动汽车 ——BEV 混合动力电动汽车——HEV 插电式混合动力 ——PHEV 增程式混合动力 ——EREV 燃料电池电动汽车——FCEV
3
1.1 新能源汽车概述--总体情况
新能源汽车的组合形式
新能源汽车模块体系图
2018/11/13
4
1.1 新能源汽车概述--储能装置
新能源汽车--常见储能电池
超级电容 燃料电池
比功率：300 w/kg-5000 w/kg 比功率：300 w/kg-350 w/kg
比能量：3-15 wh/kg 比能量：150-350 wh/kg
2018/11/13
5
1.1 新能源汽车概述--产生
发动机角度 （提高内燃机效率）
节能减排路线
新能源电动化角度 （电能对燃油替代）
动力传动系统构型方法与应用
胡建军
——教授/博导
重庆大学汽车工程学院
C目 录 ontents
一 新能源汽车概述 1.1 新能源汽车概述 1.2 HEV、PHEV汽车概述
二 混合动力系统构型分类
三 混合动力汽车构型--基于传统动力总成
四 混合动力汽车构型--基于行星齿轮机构
五 混合动力系统构型表示方法
纯电动汽车 低速(负荷)纯电动行驶
低速(负荷)纯电动行驶
行车发电 电机助力行驶工况（爬 坡、超车等） 驻车发电 再生制动能量回收
13
1.2 HEV 、PHEV汽车概述--节能减排原理
传统内燃机汽车
纯电动汽车
电动机驱动角度
（优化电动机工 作状态）
高速工况 （电机工作噪音增大）
电池组质量大 （能量密度低）