1、江西環境工程職業學院大專生畢業論文江西環境工程職業學院大專畢業生畢業論文 題目： 混合動力汽車結構原理與發展前景探究 學 院： 學 號： 專 業： 指導老師： 畢業論文答辯時間： 13摘要隨著世界各國環境保護措施越來越嚴格，燃油發動機汽車的替代方案也越來越多，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車等。但目前最有實用性價值并已有商業化運轉模式的，只有混合動力汽車。本文主要對混合動力汽車的結構和工作原理進行分析，并對其發展前景進行深入研究。而且本文分析了混合動力汽車的研究現狀，介紹了混合動力汽車的主要結構形式與工作特點，指出了混合動力汽車目前需要解決的主要問題和采用的關鍵技術，并對其發展前景進

2、行了預測。關鍵詞：混合動力汽車，結構，工作原理，研究現狀，發展前景目錄摘要緒論11混合動力汽車的定義21.1混合動力汽車的定義21.2混合動力汽車的分類32混合動力汽車的結構與工作原理32.1串聯式混合動力汽車32.2 并聯式混合動力汽車52.3混聯式混合動力汽車63混合動力汽車的發展前景73.1混合動力汽車在國內外的發展73.2混合動力汽車的發展前景8總結13參考文獻14致謝15 江西環境工程職業學院大專生畢業論文緒 論地球上的石油資源總有一天會枯竭，若沒有新能源或代替能源，到那時汽車將寸步難行，為此，人類一直在尋找新能源或試圖找到新的方法以減少對石油資源的依賴。目前新能源汽車有純電動汽車、

3、燃料電池汽車、燃氣汽車和混合動力汽車等。純電動汽車可以實現零排放，動力性、經濟型、安全性和可靠性可以達到或接近普通內燃機車，能滿足一定行駛里程的要求，但作為動力源的蓄電池成本高，壽命短，充電所需時間長，所以，目前還沒有哪一種蓄電池能完全滿足電動汽車的要求；燃料電池電動汽車的工作原理是使作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中與大氣中的氧發生化學反應從而產生出電能啟動電動機，進而驅動汽車，燃料電池電動汽車可以減少二氧化碳的排放，有利于保護人類居住的環境，還可以減少人類對石油資源的依賴，雖然燃料電池電動汽車有諸多優點，但還是有許多不完善之處，例如：制造、儲存、運輸、灌裝比較困難，氫氣價格過高、建立“加氫

4、站”投資過大等；燃氣汽車可以降低排放、減低噪音、提高汽車的動力性和經濟性，但是氣體液化技術將提高成本，一次充氣行駛里程短，燃用天然氣將使發動機功率下降；混合動力汽車是指汽車使用汽油和電力兩種驅動方式，優點在于車輛啟動、停止時只靠電動機帶動，不達到一定速度發動機就不工作，因此便能使發動機一直保持在最佳工況狀態，動力性好、排放低，而且電能的來源都是發動機，只需加油即可。采用混合動力后可以按平均需要的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程

5、和普通汽車一樣。因為有了電池，可以十分方便的回收制動、下坡、怠速時的能量。在繁華市區，可以關停內燃機，由多次單獨驅動，實現“零”排放。有了內燃機可以十分方便的解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。可以利用現有的加油站加油，不必再投資。可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。比較而言，混合動力汽車更適合現階段的生活需要。1. 混合動力汽車的定義與分類1.1 混合動力汽車的定義混合動力汽車是指同時裝備兩種動力來源熱動力源（由傳統的汽油機或柴油機產生）與電動力源（電池與電動機）的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機，使得動力系統可以按照整車的實際運行工況

6、要求靈活調控而發動機保持在綜合性能最佳的區域內工作，從而降低油耗與排放。混合動力汽車就是在純電動汽車上加裝一套內燃機，其目的是減少汽車的污染，提高純電動汽車的行駛里程。混合動力汽車的燃油經濟性能提高，而且行駛性能優越，混合動力汽車的發動機要使用燃油，而且在起步、加速時，由于有電動馬達的輔助，所以可以降低油耗。簡單的說，就是與同樣大小的汽車相比，燃油費用更低。而且，輔助發動機的電動馬達可以在啟動的瞬間產生強大的動力，因此，車主在享受更強勁的起步、加速的同時，還能實現較高水平的燃油經濟性。1.2混合動力汽車的分類一般所說的混合動力汽車是由電動馬達作為發動機的輔助動力驅動汽車。其結構特點就是在傳統混

7、合動力汽車上改裝或加裝可充電的動力電池，因此，不同類型傳統混合動力汽車所具備的特點在相應類型的可外接充電式混合動力汽車上依然具備，所不同的是可外接充電式混合動力汽車用發動機功率比傳統混合動力汽車的小，電機和電池功率比傳統混合動力汽車的大，電池可通過電網進行充電。1.根據混合動力驅動模式，混合動力系統主要分為以下三類：（1）串聯式混合動力系統串聯式混合動力系統由發動機、發電機和電動機三部分動力總成組成，他們之間用串聯方式組成串聯式混合動力汽車動力單元系統，發動機驅動發電機發電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車。（2）并聯式混合動力系統并聯式混合動力系統有兩套驅動系統

8、：傳統的內燃機系統和電機驅動系統。兩個系統既可以同時協調工作，也可以各自單獨工作驅動汽車。這種系統適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯結方式結構簡單，成本低。（3）混聯式混合動力系統混聯式混合動力系統的特點在于內燃機系統和電機驅動系統各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式結構結合在一起，從而綜合調節內燃機與電動機之間的轉速關系。與并聯式混合動力系統相比，混聯式動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。此鏈接方式系統復雜，成本高。2.根據在混合動力系統中，電機的輸出功率在整個系統輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度不同，混合動力系統還

9、可以分為以下四類：（1）微混合動力系統這種混合動力系統在傳統內燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅動啟動電機。該電機為發電啟動一體式電動機，用來控制發動機的啟動和停止，從而取消了發動機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴格意義上來講，這種微混合動力系統的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續的動力。在微混合動力系統中，電機的電壓通常有兩種：12V和42V。其中42V主要用于柴油混合動力系統。（2）輕混合動力系統該混合動力系統采用了集成啟動電機。與微混合動力系統相比，輕混合動力系統除了能夠實現用發電機控制發動機的啟動和停止，還能夠實現：在減速和制動工況下，對部分能

10、量進行吸收；在行駛過程中，發動機等速運轉，發動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發電機的充電需求之間進行調節。輕混合動力系統的混合度一般在20%以下。（3）中混合動力系統該混合動力系統同樣采用了集成啟動電機。與輕混合動力系統不同，中混合動力系統采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統還增加了一個功能：在汽車處于加速或或者大負荷工況時，電動機能夠輔助驅動車輪，從而補充發動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統的混合程度較高，可以達到30%左右，目前技術已經成熟，應用廣泛。（4）完全混合動力系統該系統采用了高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統相比，完全混合動力系統的混合度可

11、以達到甚至超過50%。技術的發展將使得完全混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向。2. 混合動力汽車的機構與工作原理2.1串聯式混合動力汽車2.1.1串聯式混合動力汽車的結構圖2.1 串聯式混合動力系統簡圖串聯式混合動力汽車的結構如圖2.1所示，它由發動機、發電機和驅動電動機三大動力總成組成，它們采用“串聯”的方式組成驅動系統。2.1.2串聯式混合動力汽車的工作原理串聯式混合動力系統一般由發動機直接帶動發電機發電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時由電池驅動電動機驅動車輪，大負荷時由發動機帶動發電機發電驅動電動機。當車輛處于啟動、加速、爬坡工況時，

12、則由電池組驅動電動機，當電池組缺電時則由發動機-發電機組向電池組充電。串聯式混合動力汽車的特點是：發動機帶動發電機發電，電能通過控制器直接輸送給電動機，由電動機產生的動力驅動汽車。2.2并聯式混合動力汽車2.2.1并聯式混合動力汽車的結構并聯式混合動力汽車的結構如圖2.2所示，它由發動機與電動/發電機或驅動電動機兩大動力總成組成。它們采用“并聯”的方式組成并聯式混合動力汽車的驅動系統。電動機的動力要與車輛驅動系統相結合，可以：（1） 在發動機輸出軸處進行組合；（2）在變速器處進行組合；（3）在驅動橋處進行組合。圖2.2 并聯式混合動力系統簡圖2.2.2并聯式混合動力汽車的工作原理并聯式混合動力

13、汽車由發動機和電動機共同驅動汽車，發動機與電動機分屬兩套系統，可以分別獨立的向汽車傳動系統提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動。當汽車加速爬坡時，電動機和發動機能夠同時向傳動機構提供動力，一旦汽車車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發動機維持該速度，電動機既可以作電動機又可以作發電機使用，稱為電動/發電機組。由于沒有單獨的發電機，發動機可以直接通過傳動機構直接驅動車輪，這種裝置更接近傳統的汽車驅動系統，機械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應用。2.3混合式混合動力汽車2.3.1混合式混合動力汽車的結構混聯式混合動力汽車是綜合了串聯式混合動力汽車和并聯式混合動力汽車的結構特點

14、組成的，由發動機、電動/發電機和驅動電動機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅動系統相適合，可以在變速器處進行組合，也可以在驅動輪處進行組合。如圖2.3所示。圖2.3 混聯式混合動力系統簡圖2.3.2混聯式混合動力汽車的工作原理混聯式混合動力汽車包含了串聯式和并聯式的特點。發動機發出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅動橋，另一部分則驅動發電機發電。發電機發出的電能由控制器控制，輸送給電動機或電池，電動機產生的驅動力矩通過動力耦合裝置傳送給驅動橋。混聯式混合動力驅動系統的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅動系統主要以串聯方式工作；汽車高速穩定行駛時，則以并聯工作方式為主；停車時，通過車載充電器對

15、其進行外接充電。3. 混合動力汽車的發展前景3.1 混合動力汽車在國內外的發展就目前的形勢來看，混合動力汽車擁有的特點是混合動力汽車具備了良好的動力性能、良好的燃油經濟性、清潔環保、經濟實用。但為了達到提高車輛的動力性、經濟性和環保性, 就需要采用當代最先進的內燃機技術，深入分析低油耗特性；選擇效率最高的電機。另一方面，混合動力汽車成本過高絕對是目前混合動力汽車推廣應用的主要難點, 這是因為混合動力汽車除了以往的動力裝置外, 至少還必須安裝電池, 其成本不可能降至普通汽車的水準。因此, 混合動力汽車技術發展的首要難題是降低成本, 這也是今后有待解決的最大課題, 特別是必須降低動力電池、電機驅動

16、系統、電子控制系統等的成本。還有，要提高汽車行駛過程中的能量再生利用效率，就得從汽車制造階段著手, 設計改進汽車動力系統, 滿足汽車再生制動回收要求，加強混合動力汽車的可靠性, 解決動力電池的使用壽命和可靠性問題, 是混合動力汽車推廣應用的前提5。但是在國際能源緊缺的情況下，混合動力可以很好的節省汽車行進過程中減速、下坡時的能量消耗，同時其排量低、污染小，也是未來汽車發展的必然趨勢。3.1.1國內外混合動力汽車的發展情況自1995年起，世界各大汽車生產廠商已將研究的重點轉向了混合動力汽車的研究開發。日本豐田汽車公司開發了普銳斯牌混合動力轎車，本田公司開發了Insight牌混合動力轎車。美國三大

17、汽車公司均開發了包括轎車、面包車、貨車在內的混合動力汽車，如通用汽車公司推出的Precept，福特汽車公司的Escape和Prodigy等。目前，混合動力汽車技術及市場均看好。美國Finance Times曾報道，一旦發生石油危機，美國通用公司計劃將在5年內銷售100萬輛6。目前，日本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發最前沿的汽車公司，開發的混合動力汽車已達到實用化水平。1997年，豐田推出了世界上第一款批量生產的混合動力汽車普銳斯，其后又在2001年相繼推出了ESTIMA混合動力面包車和皇冠轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產的混合動力汽車在日本國內和海外的累計銷量均突破了10萬輛，現在已

18、經在全世界20多個國家上市銷售。豐田公司在普及混合動力系統的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經走在了世界同業前列。豐田汽車公司計劃在其汽車產品上采用汽油電力混合動力發動機，以提高燃油經濟性和降低排放污染。美國1993年9月啟動新一代汽車伙伴計劃，其時間表為：1997年完成技術選擇，2000年推出概念車，2004年推出能用于投產的式樣車。據統計，美國市場上售出混合動力汽車接近7萬輛，2002年美國的混合動力汽車市場規模達到35000輛。美國已有近20個城市在試用混合動力公共汽車，歐洲各大汽車廠商也紛紛推出了混合動力汽車。3.1.2 國內混合動力汽車的發展情況目前我國各大汽車集團都在進行混合動力

19、電動汽車研發，多數以混合動力電動客車為主，這種研發方向符合我國國情，有利于我國電動汽車的研究發展。一汽研發的紅旗HQ3于2006年投產；東風集團的混合動力公交車已于2005年7月完成最終產品定型樣車試驗并通過驗收；長安集團具有完全自主知識產權的羚羊混合電動車已產出樣車，其裝備混合動力技術的長安CV9已經下線；奇瑞集團成立了國家節能環保汽車工程技術研究中心，在2006年下半年重點推出第一自主品牌真正意義上的混合動力車，代號為“BSG”的混合動力車；吉利集團旗下的上海華普汽車已與同濟大學汽車學院簽署合作協議，預計3年內完成混合動力轎車商業化生產；深圳五洲龍汽車有限公司也表示，中國規模最大、投放車輛

20、最多的混合動力示范運營線路即將在深圳市龍崗區開通。而廣州本田更是緊跟豐田的步伐，于2006年中下旬推出國產雅閣混合動力車。上汽集團與通用簽署協議，將聯手開發混合動力轎車和公交客車。來自中興汽車的消息，中興汽車與美國在汽車混合動力技術方面有著雄厚的技術實力的梅爾萊普頓集團簽訂了合作意向書，正式介入“油汽混合動力技術”領域。與此同時，新能源汽車作為未來汽車的主要發展方向，國家一向給予支持和鼓勵。如汽車產業發展政策、“十一五”汽車產業發展規劃等政策和文件都鼓勵清潔汽車、代用燃料及汽車節油技術的發展。隨著石油供應的日趨緊缺和環境污染的日益加劇，電動車這種以電能為動力的交通工具憑借其節能、環保的優點日漸

21、成為業界關注的焦點。20世紀80年代以來, 許多發達國家紛紛投入巨資研發電動汽車，我國的“863計劃”也已明確將電動汽車作為重點攻關項目。目前，我國電動汽車的研發水平與發達國家基本上處在同一起跑線上，在某些方面甚至超過國外3.2混合動力汽車的發展前景混合動力汽車融合了純電動汽車和燃油汽車優點，較好地滿足了汽車低排放、低油耗、高性價比的綜合要求，并較好地解決了汽車節能與環保問題，因而逐漸成為世界各大汽車生產企業開發的熱點。混合動力汽車節能和環保效果明顯，得到快速發展，并在各國的優惠政策鼓勵下，逐步進入商業化推廣應用階段。在歐美一些國家以及日本等國，個人購買節能環保型車輛，政府都有一定程度的資金補

22、貼，使得混合動力汽車的購車價與普通的燃油車車價接近，其市場前景將越來越被看好。3.2.1混合動力汽車的技術混合動力汽車動力系統的全面改進，使得各種高新技術開始在混合動力汽車上應用，主要技術包括：燃油動力與電動動力系統集成優化技術；高性能鋰離子電池、鎳氫電池取代傳統的鉛酸電池；高效的一體化電力驅動系統取代傳統的直流電機；電動輔助系統的廣泛應用提高了整車能量利用效率和性能；網絡系統的應用促進了混合動力汽車的模塊化和智能化；輕量化技術和電器結構安全性技術。在混合動力技術的發展上，表現出明顯的模塊化和平臺化趨勢，轎車混合動力系統的模塊化愈加明顯，逐步推進汽車動力的電氣化。從只具備自動啟停、怠速關機功能

23、的“微混合”、以并聯式混合動力發動機為主體的“輕混合”和以混聯式為特征的“強混合”，隨著電功率的比例逐步提高，混合程度不斷提高，最終過渡到可充電式的串聯式“全混合”方式。混合動力汽車比較純電動汽車和原機動汽車具有以下優點：（1）電池的數量減少，因此混合動力汽車自身質量可減輕。輔助動力單元的選用使汽車的續駛里程與動力性能可以達到內燃機汽車的水平。（2）混合動力汽車廢氣排放量低，符合“低碳經濟”的發展規律。（3）借助發動機輸出的動力直接帶動車內空調、暖風、真空助力器、動力轉向等汽車電器附件，無需再消耗電池組內有限的電能。（4）在資源短缺的環境下，混合動力汽車的發展符合社會發展的趨勢。電能的取得比石

24、油更為簡單，成本更低，利用各種方式獲得電源來供給電力汽車的使用，讓汽車的使用成本更低，同時由于電動汽車的環保性，將令它成為新時代的交通工具的代表，廣受世界各國人民的喜歡，這也就注定它擁有龐大的市場。3.2.2混合動力汽車面臨的問題環境污染問題全世界都很關注，如何保持良好的生態環境，維護人類自身和子孫后代的健康，是全人類共同的責任。推出更加節能減排的汽車產品是所有汽車生產廠商的愿望。目前世界范圍內，豐田、本田、別克等公司均有成熟的混合動力車型，在我國市場上的混合動力汽車車型相對較少，主要為豐田普銳斯、本田思域、別克君越、奇瑞混合動力A5等車型，目前的市場銷售狀況一般，消費者評論褒貶不一。混合動力

25、車輛價格偏高制約消費者的購買力。以普銳斯為例，目前由于技術限制，普銳斯售價一直偏高，在國外和國內的售價上相差也較大。一輛普瑞斯在日本的售價相當于人民幣16萬元，比同級別汽油車僅貴3萬元人民幣，在獲得部分政府補貼后，價格相當；但在我國售價要30萬元左右。雖然能降低油耗，但節省下的錢并不能抵消消費者的購車款。故有“普銳斯所節省的汽油的價值遠低于普銳斯比同級別全汽油車高出的價值”之說。據調查，中國的汽車消費主要還是傾向于經濟型車輛，偏高的售價讓普通消費者對混合動力車望而卻步。新能源汽車的開發研究對混合動力汽車的發展有一定影響。石油資源的日漸短缺，人們越來越多地將目光投入到新興能源的開發上。目前已經獲

26、得認可的石油替代能源有：電能、氫氣、醇類、天然氣、液化石油氣、生物質能和二甲醚等，其中有些已經獲得了一定的應用。尤其電動汽車作為一種零排放、高效率、結構簡單及維修、使用方便的汽車，無疑是交通運輸工具的最佳選擇。汽車廠商將更多的人力資源和資金投入新能源汽車的開發和研究，一旦新能源技術有了較大的突破，對混合動力汽車的發展將有著一定的制約。混合動力汽車要進入實用化，需要具備高能量和高功率的能量儲存裝置，低成本、高效率的電子設備和燃料經濟性高、排放低的發動機。所面臨的關鍵性技術和需要解決的問題主要包括以下幾個方面：（1）電池性能的提高。能量儲存裝置要有較高的功率，以滿足汽車加速和爬坡是對大功率的需求，

27、同時，要有較高的能量、較長的使用壽命和低廉的制造成本。（2）減小電子器件尺寸、減輕零件質量和降低制造成本。（3）電力驅動系統。電機必須要具有良好的可控性，以及具有低噪音、高效率的特點93.2.3混合動力汽車的市場推廣混合動力汽車節能和環保效果明顯，得到快速發展，并在各國的優惠政策鼓勵下，逐步進入商業化推廣應用階段。大型汽車公司紛紛推出具有各自特色的混合動力汽車。目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規模產業化的前夕，國際、國內的汽車企業在競相研發混合動力汽車。但要真正實現自主混合動力車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術上的一些關鍵難題和成本增加太多、零部件配套資源體系不成熟等。面對交通

28、能源與環境問題的巨大挑戰，以能源多元化、排放潔凈化、燃料節約化為主要特征的節能與新能源汽車迅速發展，相互競爭，并引發了汽車動力的電控化和電氣化兩大技術變革，促進了汽車能源及動力的快速轉型。混合動力汽車在不改變既有的汽車產業結構、能源體系以及用戶對車輛使用習慣的前提下，最大限度地發揮內燃機和純電動汽車的雙重優點，達到節能和環保的目的。因而被業界認為是目前最現實可行且長遠有效的節能環保方案。混合動力汽車融合了純電動汽車和燃油汽車優點，較好地滿足了汽車低排放、低油耗、高性價比的綜合要求，并較好地解決了汽車節能與環保問題，因而逐漸成為世界各大汽車生產企業開發的熱點，其市場前景越來越被看好。在歐美一些國

29、家以及日本等國，個人購買節能環保型車輛，政府都有一定程度的資金補貼，使得混合動力汽車的購車價與普通的燃油車車價接近。我國在“863計劃”重大專項中共投入20億元的研發經費，支持混合動力汽車關鍵技術、平臺集成技術以及整車和關鍵零部件的開發。國家發展和改革委員會于2007年11月1日頒布實施的新能源汽車生產準入管理規則為各種電動汽車的推廣應用掃清了政策障礙。規則根據混合動力汽車特點和技術成熟度，規劃了推廣應用的范圍和條件。政策的鼓勵對混合動力車的市場推進有著推波助瀾的作用。在我國，對節能環保車輛也有一定的政策鼓勵，如2009年2月7日下發的節能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法，在公共服

30、務用乘用車和輕型商用車方面，節油率在40%以上的混合動力汽車，每輛可獲5萬元補貼。在混合動力汽車方面，首先在乘用車上推廣使用具有怠速停車功能和啟動電機，發電機一體化的輕度混合動力轎車技術，將其應用到使用率較高的領域，如城市出租車；其次是在城市公交車輛上推廣應用具有制動能量回收功能的混合動力，逐步擴大其應用范圍10。總之，混合動力汽車形成一股銳不可擋的力量，它改變著汽車產品的結構和組成，目前已經慢慢的走向實用化，混合動力汽車前景廣闊，逐漸的被市場所接受，將漸漸的成為汽車行業的主導產品。總結本文主要介紹了混合動力汽車的結構特點、工作原理、優缺點、技術難題及市場前景等。目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規模產業化的前夕，國際、國內的汽車企業在競相研發混合動力汽車。但要真正實現自主混合動力車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術上的一