混合动力车的混合度优化设计

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1、三、混合动力车的混合度优化设计：混合动力汽车的主要技术优势之一，就是从根本上解决了传统汽车由于“大马拉小车”而导致的油耗居高不下的问题，而这种技术优势能否得以充分发挥的关键是通过科学合理的选择混合度，实现真正意义上的“车马匹配”。混合度是混合动力汽车的重要设计参数及混合动力汽车特性参数设计的核心内容，其主要任务是合理确定各动力总成如发动机、电动机、电池的功率和容量等特性参数，而所有这些参数设计中，最为重要的是发动机与电动机功率的确定，即混合度的设计。木文提出了在一定的约束条件下混合度的最优确定原则，其主要的约束条件为动力性能与电池电量平衡。因此，与混合度设计相关的研究问

2、题主要为动力系统总功率的设计方法(由动力性约束条件确定)、电池电量平衡策略(由燃油经济性要求确定)及混合度边值条件的研究。(-)混合度的基本概念所谓混合度，指的是电系统功率P曲占总功率Rm的百分比，即：p尺=厶—100%P(12-1)对于不同的传动系构型，混合度的定义会略有不同。对于并联式混合动力汽车混合度定义为：PR=—X100%Pm+Pe(12-2)对于串联式混合动力汽车，所有动力均由电动机提供，电动机功率也就是动力源总功率需求，它属于电电混合形式，即发动机发电机组输出的电功率和电池输出的电功率混合一起向电动机提供驱动功率，所以混合度定义为电池系统功率与电动机功率的

3、比值：P/?=厶1x100%P.(12-3)式屮，Pe，Pm为发动机、电动机功率；Pess为电能存储系统(即电池)功率。上述动力源功率是指额定功率，它反映动力源的持续最大输出能力。混合动力按混合度的分类：从混合度定义可知，混合度越大.说明发动机占的比例越小，越接近纯电动汽车。相反，混合度越小，相应发动机功率较大，越接近传统汽车。可以认为传统汽车是混合度为0的混合动力汽车，而纯电动汽车是混合度为1的混合动力汽车。如图所示，不同的混合度代表不同类型的汽车，从传统型到助力型、双模式、续驶里程延伸型、最后到纯电动,混合度是逐渐增大的。从混合动力汽车类型与混合度关系可以看出，对于

4、续驶里程延伸型HEV的设计思想是在普通电动车辆上增加一附加的车载能源（或原动机）并及时为蓄电池补充充电（或承担部分车辆行驶功率），减小幫电池的能量消耗，延长电动车辆的续行里程，通常续驶里程延长型混合动力车辆都装备有一个较大容量的电池组和一个小型的附加车载能源（如发动机/发屯机组）或小功率的原动机（如内燃发动机），使整车质量与成本增加，其混合比较大，适用于对排放严格限制的市区车辆。而助力型HEV,发动机为主动力源，电动机作为辅助动力源以优化发动机的工作特性，提高车辆的经济性和降低排放，具有良好的节能潜力，同时整车布置、质量与成本也非常有利，因此，这种助力型是目前混合动力汽

5、车应用最多的一种类型，其混合度小于50%。双模式型混合动力车辆综合了上述两种类型车辆的特点，且电功率与发动机功率基本相同，混合度约为50%。这种类型汽车的主要特点为：既可以充当传统汽车在郊外行驶，也可充当纯电动汽车以零排放模式行驶相当长距离。因此，这种系统的发动机、电动机与电池选择都较大.系统复杂，成本较高。从混合度概念可知，混合度可肓接表明两动力源的功率组合，是混合动力汽车重要特性参数，混合动力汽车特性参数设计问题的核心就是混合度设计。混合动力汽车混合度R现状分析：20世纪70年代，国外就开始进行混合动力汽车的研究和开发，但由于混合动力汽车结构复杂，技术含量高，实现较

6、为困难，直到90年代，各国才相继推出混合动力概念车或样车，并有小批量混合动力汽车产品上市。今天，混合动力汽车市场更是各国汽车厂商欲以争夺的目标。图3——2所示为当前一部分混合动力汽车样车的混合度R变化曲线。这些混合动力汽车有如下不同：1）代表不同的汽车类型。包括紧凑型轿车、双座跑车和中型轿车，从而导致不同的汽车重量、内部空间及整车性能；2）代表HEV不同发展阶段。有已市场化的产品，也有美国PNGV计划混合动力概念样车；3）装载不同的传统内燃机。包括先进的汽油发动机和直喷柴油发动机；4）动力系统混合度R变化很大。两款已市场化的混合动力汽车本田Insight和丰田Prius

7、的动力系统混合度分別为0.17和0.47o由图3——2可以得出如下结论：市场上出现的混合动力汽车混合度R变化范围较广（0.1〜0.5）；可以认为，高混合度（R>0.5）的混合动力汽车并不被汽车厂商所考虑（由于电机、电池增加了整车成本）。图3——2几款混合动力汽车混合度H6勺交化曲线图3—3三款本田混合动力轿车（红圈）、三款丰田Prius及福特Eascape（绿圈）、和几款与HEV分别同类型传统轿车（蓝圈）的动力系统混合度与汽车牵引负荷效率图。图中可以出：1）传统屮型轿车的负荷效率比较低，研究表明平均约为17%；2）三款本田轻度混合汽车（M