新能源动力汽车现代设计

学    院       工程技术学院         

专    业    机械设计制造及自动化    

学    号      ***************       

姓    名         小    钟           

成    绩                            

                          2012年 05月27日

新能源动力汽车现代设计

钟维华

西南大学工程技术学院

2009级机械设计制造及其自动化2班

摘 要：本文介绍了汽车的出世带来了能源的发展，造成石油的紧缺，新能源汽车的诞生，新能源节能动力汽车，从新能源的方面较深入的探讨了汽车节能的方法，论述了研发新能源节能动力汽车与技术动向。相信未来有更节能、更环保、更先进的动力机汽车出现。

关键词：汽车  节能  混合动力  新能源

1前言

汽车是工业的产物，汽车的发明和发展是人类集体智慧和劳动的结晶，也是科学技术发展的必然产物。同时汽车的发展史也是人类社会发展的文明历史。1886年1月29日，德国人卡尔·苯茨发明了世界上第一辆内燃机汽车，至今汽车已经历了百余年的历史，形成了丰富的文化内涵。在现代交通方式中，汽车运输突显其灵活方便性。汽车的使用已是现代社会生活的客观需要。汽车产业的快速发展又极大的影响着人们的生活，形成汽车文化，推动科技进步，并对国民经济增长产生重要的促进作用。汽车这一“改变世界的机器”将对人类社会做出更大贡献。

2石油能源的消耗

能源对任何一个国家来说都是至关重要的。目前世界所使用的能源绝大部分是不可再生的资源，如煤、石油、天然气等。随着世界经济的发展，这些不可再生的能源越来越少。其中影响最大、消费最多且与汽车关系最密切的就是石油。

世界石油能源的消耗量（百万吨）

随着汽车的发展和大量生产，石油能源的不足成了一个新的问题，特别是最近数十年来，石油更是剧烈减少着，很快就要枯竭。普遍预测，汽车动力来源由原油制成的传统燃料之后，将是天然气和煤炭制成的合成燃料，再发展到再生生物燃料，最后的能源载体是氢。

3混合动力汽车

3.1混合动力汽车的产生

    石油能源的紧缺迫切要求我们研制出更节能的汽车，然而当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80%以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。

现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥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，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。

 3.2混合动力汽车的原理

    1 启动及中低速行驶时当汽车启动时，油电混合动力系统仅使用由HV蓄电池提供能量的电动机的动力启动，这时发动机并不运转。因为发动机不能在低旋转带输出大扭矩，而电动机可以灵敏、顺畅、高效地进行启动。对于发动机而言，在低速－中速带的效率并不理想，而另一面，电动机在低速-中速带性能优越。因此，在用低速-中速行驶时，油电混合动力系统使用HV蓄电池的电力，驱动电动机行驶。

 2  一般行驶时 油电混合动力系统采用发动机，使它在能产生最高效功率的速度带驱动。由发动机产生的动力直接驱动车轮，依照驾驶状况部分动力被分配给发电机。由发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机。利用发动机和电动机这一双重传动系统，发动机产生的动力以最小消耗被传向地面。

 3 全速行驶时 在需要强劲加速力（如爬陡坡及超车）时，HV蓄电池也提供电力，来加大电动机的驱动力。通过发动机和电动机双动力的结合使用，油电混合动力系统得以实现与高一级发动机同等水平的强劲而流畅的加速性能。

 4减速行驶时在踩制动器和松油门时，TOYOTA油电混合动力系统使车轮的旋转力带动电动机运转，将其作为发电机使用。减速时通常作为摩擦热散失掉的能量，在此被转换成电能，回收到HV蓄电池中进行再利用。

3.3复合动力汽车的优缺点

    优点：

    1、采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

　　2、因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

　　3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现"零"排放。

　　4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

　　5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

缺点：长距离高速行驶基本不能省油。

4 混合动力汽车的分类

    混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV）和并联式（PHEV）、混联式混合动力汽车（CHEV）三种。

　  1、串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动，负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处如启动、加速、爬坡的工况时，发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不管在什么工况下，最终都要由电动机来驱动车轮。例如福特“新能级－2010”SHEV，其电池采用燃料电池，在城市市区行驶时全部由燃料电池驱动电动机，电动机通过减速器（变速器）和驱动桥驱动车轮，达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时，则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机供电，驱动车轮。

2、并联式装置的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接近传统的汽车驱动系统，得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV，发动机通过离合器1带动电动－发电机，输出扭力再通过另一边离合器2驱动车辆行驶。静止启动时，电池向电动－发电机供电，此时电动－发电机就是发动机的起动机。发动机启动后，发动机一方面作为车辆单独的动力源驱动车轮，另一方面又带动电动－发电机发电向电池充电，此时与传统汽车一样。在市区行驶时，发动机关闭，离合器1脱开，离合器2接合，电池做为唯一能源向电动机供电，由电动机取代发动机驱动车轮。当电动车需要高速或高负荷时，发动机启动离合器1闭合，发动机与电动－发电机系统组成复合驱动形式，以最大功率驱动车辆。

3、混联式混合动力汽车（CHEV）：同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。

　  混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。

    车载动力源有多种：蓄电池、超级电容、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。

5我国混合动力汽车的发展

目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。 一汽研发的红旗HQ3于2006年投产；东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收；长安集团具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安CV9已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，将在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为“BSG”的混合动力车；吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，预计3年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。而广州本田更是紧跟丰田的步伐，于2006年中下旬推出国产雅阁混合动力车。上汽集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入“油汽混合动力技术”领域。与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如《汽车产业发展》、《“十一五”汽车产业发展规划》等和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。

参考文献

[1] 庄继德.汽车系统集成与模块化技术[M].北京: 机械工业出版社,2003.

[2] 殷德双、陈童，丰田Prius混合动力电动汽车技术特征分析，上海汽车，2004.12

[3] 宋延光.未来的汽车[J].中国机械工程,2000.

[4] 陈清泉，电动车的现状和趋势，机械制造与自动化，2003.2

[5] Feng An、Anant Vyas、John Anderson and Danilo Santini,Evaluating Commercial and Prototype HEV,SAEpaper，2001.