最新《混合动力汽车构造原理与检修》教案.docx

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最新《混合动力汽车构造原理与检修》教案

《混合动力汽车构造原理与检修》-教案

·

教案

学院：

教研室：

课程名称：

混合动力汽车原理与检修

授课专业：

新能源汽车技术

授课班级：

任课教师：

《混合动力汽车原理与检修》

课程教案

第1次课，2学时

适用专业

新能源汽车技术

课题

电动汽车和混合动力汽车的历史及发展现状

教学目的

了解电动汽车和混合动力汽车历史和发展现状

掌握混合动力汽车的基本概念

重点与难点

重点：

电动汽车和混合动力汽车发展现状

难点：

混合动力汽车的学习

教学设计

概述

组织教学→复习提问→引入案例→新课教学→学习小结→作业布置

教学环境及资源要求

多媒体

复习提问

新能源汽车有哪些？

授课要点

电动汽车和混合动力汽车历史

电动汽车和混合动力汽车发展现状

混合动力汽车的基本概念

10’

第二节混合动力系统的基本概念及发展现状

一、混合动力系统的基本概念

1．混合动力系统HPS（HybridPowerSystem）的概念

动力指使机械做功的各种作用力。

混合动力系统（HPS）即指采用两种或两种以上能量转换方式的能量转化装置，其突出的优点是能量转换效率高。

5′

二、混合动力系统的应用状况

1.德国奥迪公司Q5混合动力动力系统简介

2、奥迪Q5混合动力四驱车的识别标记

学生自己学习,有问题咨询教师

25′

一、传统汽车的动力传动系统

常见的四轮轿车的动力传动系统

（1）发动机前置后轮驱动

（2）发动机前置前轮驱动两种

由发动机、离合器、变速器、传动轴、差速器和驱动轴等组成。

二、混合动力汽车的定义

混合动力汽车指携带有不同动力源的、可根据汽车的行驶需要，同时或分别使用不同的动力源而行驶的汽车。

与传统汽车最大区别是动力传动系统，一般都至少拥有两个动力源（能量变换器）和两个能量储存系统（车载状态）。

混合动力汽车可分为两大类

（1）液压蓄能式混合动力汽HHV（HydraulicHybirdVehicle）

由液压驱动系统和热力发动机驱动系统组成。

（2）混合动力电动汽车HEV（HybridElectircVehicle）

由热力发动机系统和电动机或燃料电池和电能蓄储存器组成。

简称为混合动力汽车HV（HybridVehicle）

三、混合动力电动汽车HEV的基本概念

HEV的特点是燃油（气）发动机动力与电动机动力两种动力的组合。

通常把燃油（气）发动机与电动机两种动力组合而成的混合动力电动汽车简称为油（气）一电混合动力电动汽车，把汽（柴）油发动机与电动机两种动力组合而成的混合动力电动汽车简称汽（柴）油一电力混合动力电动汽车等。

HEV与传统汽车的区别主要是驱动系统，HEV通常至少由两种动力源组成。

一种是由发动机提供的、与传统汽车类似的动力系统。

从理论上讲，所有可以用于传统汽车的发动机（包括各种内燃机和外燃机）都可用于HEV；另一种是传统汽车上所设有的电驱动系统。

电驱动系统通常由电能储存器（蓄电池、超级电容器、飞轮电池等）、电源变换器（逆变器、变压器等）和电动机（直流电动机、三相异步感应电动机、永磁电动机、开关磁阻电动机）等组成，

传统汽车的动力驱动系统

电驱动系统

四、混合动力汽车的优势

1.能量转换效率高

2.良好的环境保护效果

3.排放的废热少，可以减轻城市的“热岛效应”

4.可回收利用部分能量

5.改善能源结构，解决汽车的替代能源问题

五、混合动力汽车推广应用中的主要问题

1.制造成本较高

2.小型化和轻量化

3.可靠性等性能有待进一步提高

说出两大系统区别

总结

5′

六、典型混合动力汽车发展历程

1.Hybrid混合动力车辆的发展历史，如图1-18。

2.日本混合动力车辆的的发展历程

学生自己学习了解

5′

知识回顾与作业布置

回答

第2次课，2学时

适用专业

新能源汽车技术

课题

混合动气汽车的构造与原理

教学目的

了解混合动力汽车的种类及特点

掌握串联式、并联式、混联式混合动力汽车组成及特点

重点与难点

重点：

混合动力汽车的种类和特点

难点：

串联式、并联式、混联式混合动力汽车组成及特点

教学设计

概述

组织教学→复习提问→引入案例→新课教学→学习小结→作业布置

教学环境及资源要求

多媒体

复习提问

混合动力汽车的定义是什么？

授课要点

混合动力汽车的种类和特点

串联式、并联式、混联式混合动力汽车组成及特点

课外作业

混合动力汽车如何进行分类？

并联式混合动力汽车的主要组成部件有哪些，有何特点?

混联式混合动力汽车的主要组成部件有哪些，有何特点?

教学设计与教学内容

时间分配

教学内容

教学方法及要求

5’

严肃课堂纪律，考勤出勤人数，引导学生进入学习状态

组织教学

5′

请学生回答现在新能源汽车有哪几种？

教师提问学生讨论

并回答

25’

第一节混合动力汽车的种类及特点

一、混合动力汽车的种类

HEV与传统汽车类似，有许多不同的种类，常见分类如下：

1.根据混合动力汽车的动力系统中两种动力系统的关系分类

（1）串联式、并联式、串并联混合式和功率（或动力）分配式。

（2）串联式、并联式和混联式。

（3）串联式、并联式、串并联式和复杂混合动力系统。

2.根据并联式混合动力汽车的两种动力源的作用大小和结构特点

（1）全面混合。

（2）辅助混合。

（3）轻度混合。

（4）可外电源充电式混合动力汽车。

3.按照传统汽车用途与结构特点的分类方法

（1）混合动力小汽车。

（2）混合动力SUV。

（3）混合动力卡车。

（4）混合动力小型货车。

（5）混合动力轨道车辆。

（6）混合动力巴士。

（7）可充电式混合动力汽车：

该类混合动力汽车的特点是全面混合动力型、可单独使用电力行驶，并可使用电网电源充电，因而可减少人类对石油的依

赖性。

4、根据电力起作用的大小分类

（1）S/S型

（2）ISAD型

（3）IMA型

（4）FH型

5.根据发动机和燃料来源

（1）汽油机混合动力汽车。

（2）柴油机混合动力汽车。

（3）燃料电池混合动力汽车。

（4）涡轮机混合动力汽车。

（5）混合燃料混合动力汽车。

（6）人力混合动力汽车。

6.从驱动形式分

（1）并联结构混合动力。

（2）串联结构混合动力。

（3）串并联混合动力

7．从混合程度分

（1）全混合动力（FullHybrid）

（2）电动辅助混合动力（PowerAssistHybrid），也称中混合动力

（3）轻混合动力（MildHybrid）

（4）充电式混合动力（Plug-InHybrid

二、新能源汽车的分类

根据电能在驱动车辆过程中贡献的大小，新能源汽车可分为一般混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车。

三、混合动力系统概述

混合动力系统是指由两个或两个以上不同工作原理的动力源组成，可以将不同动力源组合在一起用于驱动车辆的系统。

四、完全混合动力汽车驱动的分类与特点

1．完全混合动力驱动有四种形式

（1）并联式混合动力系统

（2）分支式混合动力系统

（3）串联式混合动力系统

（4）分支式串联混合动力系统

分别列举不同种类

学生比较区别

教师补充

学生自己看图说出新能源汽车的分类

讲授

10’

第二节串联式混合动力汽车动力系统的主要组成及特点

一、串联式混合动力汽车SHEV动力系统的组成

SHEV由发动机、发电机、逆变器、电能储存器（蓄电池、超级电容器、飞轮电池等）、电动机/发电机、驱动桥等组成。

二、串联式混合动力系统结构

串联式混合动力系统，也称增程式电动汽车动力系统，主要由内燃机、发电机、驱动电机和动力电池几个部件组成

三、串联式混合动力汽车的特点

串联式混合动力汽车的不足有四点：

一是驱动电动机等的选择难度大，为了能够克服汽车在行驶过程中的最大阻力，驱动电动机的功率要求较大，外形尺寸较大，质量也较重，动力电池组的容量要求大，需要装置一个较大发动机/发电机组；

二是适用车型少，庞大的动力电池组，外形尺寸较大，质量也较大，较适合在大型客车上采用，在中、、小型车上布置有一定的困难；

三是发动机由燃料的化学能转换的机械能必须先转换为电能，即必须经过燃料的化学能→热能→电能→机械能的能量转换过程中，因而能量损失较大；另外，在动力电池组的充、放电过程中也存在能量损耗，不经常在满负荷状态下运转，总的能量转换效率较小；

四是发动机/发电机组与动力电池组之间的匹配要求较严格，应能自动起动或关闭发动机／发电机组，以避免动力电池组过量放电，这就需要更大的电池容量。

看图说出SHEV动力系统的组成

20′

第三节并联式混合动力汽车的主要组成及特点

一、并联式混合动力电动汽车PHEV组成

PHEV由发动机、变速器、电动机／发电机、逆变器、电能储存器（蓄电池、超级电容器、轮电池等）、驱动桥等组成。

并联式混合动力电动汽车

并联式混合动力系统组成示意图

二、并联式混合动力系统结构

并联式混合动力系统典型结构形式之一如图

三、并联式混合动力汽车的驱动模式、优势及不足

1．PHEV的驱动模式

2．并联式混合动力汽车的主要优点

3．并联式混合动力汽车的不足

看图说出并联式混合动力电动汽车的组成

20′

第四节混联式混合动力汽车的主要组成及特点

一、混联式混合动力汽车组成

混联式HEV也可称为串并联混合式混合动力汽车、串并联式混合动力汽车、混联式混合动力汽车等。

二、混联式混合动力系统结构

丰田普锐斯（Prius）混联式混合动力系统

为了更好地理解普锐斯（Prius）混合动力系统，此处简单介绍普锐斯（Prius）的行星齿轮机构，结构如图

1.起步与小负荷时2.加速或爬坡时

3.车辆在巡航时4.车辆在巡航时

5’

知识回顾与作业布置

回答

第3次课，2学时

适用专业

新能源汽车技术

课题

混合动力汽车的构造与原理

教学目的

掌握双模式混合动力汽车的主要组成及特点

掌握混合动力系统功能

掌握纯电动汽车动力系统结构、控制工作原理及基本功能

掌握插电式混合动力汽车动力系统结构及工作原理

重点与难点

重点：

混合动力系统功能

难点：

纯电动汽车动力系统控制工作原理、插电式混合动力汽车动力系统工作原理

教学设计

概述

组织教学→复习提问→引入案例→新课教学→学习小结→作业布置

教学环境及资源要求

多媒体

复习提问

混合动力汽车如何进行分类？

串联式、并联式、混联式混合动力汽车的主要组成部件有哪些，有何特点?

授课要点

双模式混合动力汽车的主要组成及特点

混合动力系统功能

纯电动汽车动力系统结构、控制工作原理及基本功能

插电式混合动力汽车动力系统结构及工作原理

课外作业

混合动力系统有哪些功能？

纯电动汽车动力系统控制工作原理是如何进行的?

教学设计与教学内容

时间分配

教学内容

教学方法及要求

5’

严肃课堂纪律，考勤出勤人数，引导学生进入学习状态

5′

混合动力汽车如何进行分类？

串联式、并联式、混联式混合动力汽车的主要组成部件有哪些，有何特点？

学生讨论

并回答

35’

第五节双模式混合动力汽车的主要组成及特点

一、双模式混合动力系统结构

串联、并联和混联是三种基本的混合动力运行模式，这三种模式的任意两种模式组合起来就构成了双模式混合动力驱动系统

由于双模式混合动力系统有两个机械耦合器，这使得系统更易灵活组合及控制，与并联式和串联式相比，该结构具有更多的运行工况。

常见的运行模式：

1.纯电动驱动模式

2．串联驱动模式

3．并联驱动模式

4.内燃机单独驱动模式

5.内燃机驱动行车发电模式

6.能量回收模式

7.全油门加速驱动模式

学生先看图分析模式

5’

第六节混合动力系统功能

一、模式切换功能

二、内燃机起停功能（Start-StopSTT）

三、电机助力（MotorAssist）

四、动力电池智能充电控制（IntelligentCharging）

五、减速断油（DecelerationFuelCutOff，DFCO）

六、纯电动爬行

七、驾驶员意图识别

八、智能热管理系统

九、扭矩安全监控

十、低压智能充电控制

十一、整车上下电管理

十二、故障诊断

十三、能量回收

25′

第七节纯电动汽车动力系统结构、控制工作原理及基本功能

一、纯电动汽车动力系统结构

在图2-9的新能源汽车系统框图中，将内燃机、燃油箱、内燃机控制器和机械

藕合装置去掉就形成了纯电动汽车系统框图，由此可以看出，纯电动汽车系统是一个相对比较简单的系统。

图中的驱动子系统和电源子系统构成了纯电动汽车动力系统，可简化如图2-40所示。

从图2-40中可以看出，纯电动汽车动力系统由整车控制器、电机控制器、电动机、传动装置、动力电池、电池管理系统及外接充电控制单元构成。

二、纯电动汽车动力系统控制工作原理

三、常见纯电动汽车动力系统结构举例

由于纯电动汽车电驱动特性的多样性，纯电动汽车有多种动力系统

架构，图2-41为常见的几种EV结构形式。

四、纯电动汽车动力系统基本功能

前面已经介绍了纯电动汽车动力系统的结构和工作原理，下面将对系统的主要功能作一点简单介绍。

除了具有混合动力汽车系统的主要功能如纯电动爬行、驾驶员意图识别、智能热管理、低压智能充电及整车高压上下电管理外，纯电动汽车还有如下特有功能。

1．外接智能充电功能

2．故障诊断功能

3．辅助功能

10′

第八节插电式混合动力汽车动力系统结构及工作原理

插电式混合动力电动汽车（Plug-inHybridElectricVehicle,PHEV），是指可外接充电的新型混合动力汽车，它兼有一般混合动力汽车与纯电动汽车的功能特征。

5’

知识回顾与作业布置

回答

第4次课，2学时

适用专业

新能源汽车技术

课题

混合动力汽车构造与原理、电能储存装置

教学目的

掌握典型混合动力汽车的构造与工作原理

了解混合动力汽车电能储存装置种类及主要性能指标

了解二次电池

重点与难点

重点：

混合动力汽车电能储存装置种类及主要性能指标、二次电池

难点：

典型混合动力汽车的构造与工作原理

教学设计

概述

组织教学→复习提问→引入案例→新课教学→学习小结→作业布置

教学环境及资源要求

多媒体

复习提问

混合动力系统有哪些功能？

纯电动汽车动力系统控制工作原理是如何进行的?

授课要点

典型混合动力汽车的构造与工作原理、混合动力汽车电能储存装置种类及主要性能指标、二次电池

课外作业

混合动力汽车控制系统由哪些子系统组成？

混合动力系统ECU的控制原理是什么？

电能储存装置的种类有哪几种？

电能储存装置的主要性能指标有哪些？

二次电池的电池主要性能指标包括哪些内容？

教学设计与教学内容

时间分配

教学内容

教学方法及要求

5’

严肃课堂纪律，考勤出勤人数，引导学生进入学习状态

5

请学生回答现在新能源汽车有哪几种？

学生讨论

并回答

25′

第九节典型混合动力汽车的构造与工作原理

丰田Prius混合动力汽车总体构造及主要性能指标

1.Prius混合动力汽车的主要尺寸

2.动力总成的主要零、部件的布置

3.丰田公司生产的THS和THSII特点

4.THS和THSII的电池特点

5．THS的改型产品的特点。

6．THS和THSⅡ混合动力系统的PriusHV的异同

THSⅡ的组成及工作原理

1．THSⅡ的组成

THSII的主要组成如图2－49所示，主要由发动机（汽油机）、发电机、电

动机、动力电池、逆变器等18个部件组成。

2.THSII混合动力汽车的工作原理

（1）准备启动状态

（2）汽车起动

（3）发动机热机和充电

（4）起步工况

（5）发动机微加速工况

（6）发动机和电动机并联加速起步

（7）发动机和电动机串联加速起步

（8）低载荷巡航工况

（9）节气门全开加速工况

（10）减速工况

（11）行驶中发动机充电

（12）倒车工况

（13）电动机行驶

（14）制动能量回收

（15）汽车滑行

（16）汽车停车

3.动力分配机构的组成及工作原理

动力分配机构使用的是行星齿轮装置。

齿圈、行星齿轮架和中心齿轮分别与电动机、发动机和发电机相连。

4．动力分配机构齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系

齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系假定太阳轮的齿数为Zs、转矩为Ts、转速为ns，齿圈的齿数为Zr、转矩为Tr、转速为nr，行星齿轮架的为转矩为Tp、转速转矩为np，则由行星齿轮

（Zs=30，Zr=78）的工作原理可知齿圈、行星架、太阳轮的转速和转矩之间的关系。

齿轮、行星架、太阳轮转速之间关系为：

+

（1+

）=0或

齿轮、行星架。

太阳轮转矩之间关系为：

+

+

=0

40’

一、混合动力汽车控制系统

1.混合动力汽车控制系统的组成

（1）混合动力系统ECU的控制

（2）发动机ECU的控制

（3）变频器的控制

（4）增压转换器的控制

（5）转换器的控制

（6）空调变频器的控制

（7）发电机（MG1）和电动机（MG2）的控制

（8）制动防滑控制ECU的控制

（9）蓄电池ECU的控制

（10）换挡的控制

（11）碰撞时的控制

（12）电动机驱动模式的控制

（13）巡航控制系统操作的控制

（14）指示灯和警告灯点亮的控制

（15）诊断

（16）安全保护

2.混合动力汽车控制系统主要功能

（1）HVECU控制功能

（2）系统主继电器（SMR）控制功能

（3）发动机ECU控制

（4）变频器控制

（5）制动防滑控制ECU控制

（6）蓄龟池ECU控制

（7）汽车碰撞控制

（8）纯电动机驱动模式控制

（9）指示灯和警告灯

（10）诊断

（11）安全保护

二、混合动力汽车控制系统构造与工作原理

1.MG（电动机/发电机）的构造与工作原理

2.变频器的控制的构造与工作原理

3.电机控制控制的构造与工作原理

4.辅助蓄电池的构造与工作原理

5.系统主继电器的构造与工作原理

6.HV蓄电池的构造与工作原理

5’

混合动力汽车电能储存装置的种类及主要性能指标

一、电能储存装置的种类

混合动力汽车的电能储存装置可分为二次电池、超级电容和飞轮电池三类。

1.二次电池

2.超级电容器

3.飞轮电池

二、电能储存装置的主要性能指标

1.比能量

2.能量密度

3.比功率

4.功率密度

5.寿命

6.充、放电效率

10′

二次电池的基本概念

一、二次电池的电池主要性能指标

1．开路电压

2.电池的内阻

3.电池的工作电压

4.终止电压和放电曲线

5.电池容量（Ah）。

6.能量

7.功率

8.成本

9.二次电池的寿

二、二次电池性能比较

HEV和EV对电源的主要要求有如下6个方面：

（1）高的比能量（

（2）大的比功率

（3）循环寿命长。

（4）安全可靠，免维护。

（5）环境友好，可再生。

（6）成本低廉。

三、输出电流、功率和效率的关系

蓄电池的放电电流、放电端电压、效率、输出功率等与汽车的续驶里程、车速等有密切关系。

它们之间的关系是HEV和EV选用蓄电池的重要理论依据。

蓄电池的放电特性通常可表示为：

U0＝Ub＋IbRi

式中：

U0-蓄电池的开路端电压（V）；

Ub-蓄电池放电时的端电压（V）；

Ib-蓄电池的放电电流（A）；

Ri-蓄电池的内阻（Ω）。

输出功率Pb＝IbUb＝Ib（Uo-IbRi）

蓄电池的效率ηb＝（IbUb）/（IbU0）＝（Uo-IbRi）/U0

＝1-（IbRi）/U0

蓄电池能输出的最大功率为：

Pbmax＝Uo2/（4Ri）

输出最大功率时的放电电流为：

Ibmax＝Uo/（2Ri

5′

知识回顾与作业布置

回答

第5次课，2学时

适用专业

新能源汽车技术

课题

混合动力汽车的电能储存装置

教学目的

掌握铅酸蓄电池、镍氢（Ni-MH）电池、镍-镉（Ni-Cd）电池、锂离子电池的工作原理

重点与难点

重点：

酸蓄电池、镍氢（Ni-MH）电池、镍-镉（Ni-Cd）电池、锂离子电池结构等

难点：

铅酸蓄电池、镍氢（Ni-MH）电池、镍-镉（Ni-Cd）电池、锂离子电池的工作原理

教学设计

概述

组织教学→复习提问→引入案例→新课教学→学习小结→作业布置

教学环境及资源要求

多媒体

复习提问

混合动力汽车控制系统由哪些子系统组成？

ECU的控制原理是什么？

二次电池的电池主要性能指标包括哪些内容？

授课要点

铅酸蓄电池、镍氢（Ni-MH）电池、镍-镉（Ni-Cd）电池、锂离子电池的工作原理

课外作业

铅酸蓄电池有哪些危害？

镍氢电池有哪些特点？

请叙述镍-镉电池的工作原理。

锂离子电池的优点包括哪些内容？

请叙述锂离子电池的工作原理。

教学设计与教学内容

时间分配

教学内容

教学方法及要求

5’

严肃课堂纪律，考勤出勤人数，引导学生进入学习状态

5

请学生回答混合动力汽车控制系统由哪些子系统组成？

ECU的控制原理是什么？

二次电池的电池主要性能指标包括哪些内容？

？

学生讨论

并回答

15’

第三节铅酸蓄电池

一、铅酸蓄电池的种类及型号

以酸性水溶液为电解质的蓄电池称为酸蓄电池，铅酸蓄电池是酸蓄电池的一种，其特点是电极材料为铅及其氧化物。

二、铅酸蓄电池的工作原理

铅酸蓄电池的放电和充电的反应过程，是铅酸蓄电池活性物质进行的可逆化学变化过程。

在铅酸蓄电池的放电发生的化学反应分别为：

负极：

Pb＋HSO-4←→PbSO-4＋H＋+2e

正极：

PbO2＋HSO-4＋3H＋＋2e-=PbSO4＋2H20

充电时发生的化学反应为上述化学反应的逆反应。

因此放电和充电的反应可以用下列化学方程式表示：

PbSO4＋2H2S04＋Pb←→PbSO4＋2H20＋PbS04

正极负极正极负极

三、铅酸蓄电池的构造

四、铅蓄电池的容量及其影响因素

1.铅蓄电池的容量

蓄电池的容量C是指蓄电池在允许放电的范围内所输出的电量即放电电流I（A）和放电时间t（h）之积的积分。

C与放电电流、温度及电解液的密度等因素有关，蓄电池容量都是用一定的标准规范测量得到。

2.蓄电池容量的影响因素

（1）极板构造的影响

（2）放电电流的影响

（3）电解液温度的影响