项目二 任务1 比亚迪DM-i混动系统（教案）《新能源汽车底盘技术》同步精品课堂（机工版·第2版）

《新能源汽车底盘技术》教案 课 题 项目二任务1 比亚迪DM-i混动系统 课 型 理论课 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《新能源汽车底盘技术》中的项目二。要求学生理解新能源汽车底盘的功用、结构等，课标要求是掌握新能源汽车底盘的作用。选用的教材是由机械工业出版社出版的《新能源汽车底盘技术》（第二版），学习内容是新能源汽车底盘基本知识的内容和各项方法。 学情分析 知识储备：对新能源汽车底盘结构基本知识有着初步的了解。 能力水平：熟悉新能源汽车底盘结构基本知识的各项方法。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：理解插电式混合动力的知识。 能力目标：能够掌握比亚迪第一代DM混动的特点。 素质目标：1.认识到新能源汽车底盘基本知识的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习重难点 教学重点：1.插电式混合动力的知识。 2.比亚迪第一代DM混动的特点。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 1. 情境导入 让学生阅读教材导入情景，引导学生思考： 新能源汽车底盘基本知识。 2. 展示学习目标 认识到新能源汽车底盘基本知识的重要性。 掌握新能源汽车底盘基本知识的具体内容。 1.阅读导入情景，思考教师提问，结合生活中的实际，认真回答。 2.查看并记住本节任务的学习目标。 1.通过情景问话，引出本课主题。同时激发学习兴趣。 2.通过课件展示本节任务，让学生明确课堂任务。 活动二： 调动思维 探究新知 一.导入新课:组织教学、吸引学生注意力，使学生进入上课状态。 二.1.新课讲解:借助PPT讲授新能源汽车底盘基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图 ，对新能源汽车底盘基本知识有一个初步的了解。 混合动力电动汽车（HEV）动力传动系统 概述 定义：插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，简称PHEV）指的是采用内燃机（ICE）和电动机（MG）两种动力源驱动的汽车 特点：充分发挥了内燃机的动力性和电驱动的经济性，具有很高的自由度，布置灵活，可根据车辆的不同动力性需求设计传动形式。 分类 油电混合汽车的特点在于其动力输出系统由内燃机与电动机共同组成，内燃机与电动机在组合动力输出方面有着非常灵活的选择性。 混合动力车辆传动形式可分为： 串联型 并联型 混联型 发展趋势 混合动力的传动系统基于车辆行驶需求，可实现化石能、电能的功率分流和匹配。其发展趋势主要有： 动力链接方式多元化 传动系统更加紧凑 基于电机的辅助作用，可实现对发动机动力的无级传动 串联型混合动力电动汽车 串联型的特点在于发动机与电动机、驱动桥是串联的，驱动方式采用发动机带动发电机，将化石燃料的化石能转化成为电能，进而储存或直接供给电动机驱动车辆。 发动机和驱动桥采用的不是机械的固态链接，而以电能为介质，可实现能量在化石能和机械能、电能与机械能间的传递。 变速方面可以施加有挡位的自动变速器或是无挡位的固定齿比减速器等。 典型的车型是理想系列的车型：理想ONE，L7、L8、L9等。 并联型混合动力电动汽车 并联型混合动力汽车的发动机和电机均通过某种类型的变速器与车轮有直接的连接。 这种结构会使发动机的运行转速受到车速的影响，发动机的输出转矩会随着电机辅助而增加。可利用电机平衡发动机的转矩负荷，使发动机在更高的效率区域工作。 并联型混合动力车有两种基本类型：以发动机作为主要动力源，电机助力；以电机作为主要动力源，发动机助力。 并联型混合动力汽车发动机与电机之间采用物理连接，导致并联型控制比串联型复杂得多。 混联型混合动力电动汽车 混联型混合动力汽车综合了串联式和并联式两种结构的特点，既可以串联式独立运行也可以并联式独立运行，还可以混联式运行。 这种结构可使发动机和电机按一定比例进行工作。 混联式一般最少需要2个电机。 比亚迪第一代DM混动系统 比亚迪第一代DM混动系统的设计理念主要以节能为技术导向，通过双电机与单速普通外啮合齿轮减速器的结构搭配1.0升自吸三缸发动机，实现了纯电、增程、混动（包括直驱）、动能回收四种驱动方式。第一代DM混动系统的发动机最大功率为50kW，发电机峰值功率为25kW，驱动电机峰值功率为50kW。 可实现了纯电百公里电耗16kWh/100km，综合工况油耗2.7L/100km的成绩。第一代DM混动系统为插电式混动系统，和纯电汽车一样，配有快充接口，可以在10分钟内充电50%。比亚迪第一代DM混动系统的结构属于经典的P1、P3电机架构。 比亚迪第一代DM混动系统 特点 比亚迪第一代DM混动系统的特点是： 1）发动机与发电机（P1电机）直接连接； 2）驱动电机（P3电机）位于离合器后； 3）通过离合器可控制发电机（P1电机）与驱动电机（P3电机）耦合； 4）所有的功率流最终通过减速器传递到输出轴驱动车轮。 比亚迪第一代DM混动系统四种基本的驱动模式 纯电驱动模式 发动机不启动，离合器分离，驱动电机直接驱动车辆。 串联驱动模式（增程模式）： 发动机启动带动发电机发电供给电池，驱动电机驱动车辆。 并联驱动模式： 发动机启动且离合器耦合，此时发电机和驱动电机同时做功，共同驱动车辆 动能回收模式： 离合器断开，驱动电机回收动能 比亚迪第一代DM混动系统四种基本的驱动模式 比亚迪第一代DM混动系统二种巡航模式 巡航直驱模式：离合器耦合，发动机直驱车辆，发电机和驱动电机不做功。 巡航发电模式：发动机启动，发电机发电给电池充电，离合器结合驱动车辆，而此时驱动电机不做功。 比亚迪DM-i混动系统（EHS系统或E-CVT） 第一代DM混动系统的设计理念是节能省油，而比亚迪DM-i混动系统则通过增加大功率电机和大容量电池，让发动机成为动力的辅助部件，达到多用电，少用油的节油效果。 比亚迪DM-i混动系统包括自主研发了插混专用发动机骁云1.5L和1.5Ti及其控制系统、电机控制系统和电池管理系统等核心控制系统，专门为比亚迪DM-i混动系统研制的混动专用变速器，比亚迪称之为EHS系统或E-CVT，刀片电池：高放电倍率、可灵活搭配的混动专用功率型刀片电池。 比亚迪DM-i混动系统（EHS系统或E-CVT） 骁云1.5L发动机： 骁云1.5L发动机的峰值功率81kW、峰值扭矩135Nm，通过15.5超高压缩比、阿特金森循环、高效的EGR（25%）、低摩擦和取消传统轮系等多项技术优化，理论上实现了43.04%热效率的目标。1.5Ti发动机12.4的压缩比，其涡轮增压器采用了可变截面的设计，使得增压器能在更宽的转速范围内进行增压，即可保证在低转速工况下的增压效果，也不影响高转速工况下的排气压力。 比亚迪DM-i混动系统（EHS系统或E-CVT） 混动专用变速器 混动专用变速器比亚迪称之为EHS（Electric Hybrid System）系统，也可以理解为E-CVT。EHS系统的结构为串并联双电机结构，对第一代DM混动系统以电驱动进行了全面的优化：比亚迪DM-i混动系统将两个转速为16000转的高速电机为并列放置，从而将整个混动专用变速器的体积减小了约30%，同时减轻了约30%左右的重量。 比亚迪DM-i混动系统（EHS系统或E-CVT） 混动专用变速器 将发动机直连发电机（P1电机或ISG电机），通过离合器与减速齿轮相连，最后走向输出轴。而驱动电机（P3电机）直接通过减速齿轮，最终功率同样流向输出轴，效率更高，更省油。 比亚迪DM-i混动系统的工作模式： 纯电驱动模式 在起步与低速行驶时，驱动电机由电池供能驱动车辆 串联驱动模式（增程模式）： 发电机发电，驱动电机直接驱动车轮。在中低速或加速时，切换为纯电模式，经济模式下控制发动机工作在油耗最佳效率区，并带动发电机给电池充电。 并联驱动模式： 在高速超车或者超高速行驶时，发动机会脱离经济功率，控制系统让电池在合适的时间介入，提供电能给驱动电机，与发动机形成并联模式 动能回收模式： 当制动时，动能通过驱动电机进行回收能量 比亚迪DM-i混动系统的工作模式： 比亚迪DM-i混动系统（EHS系统或E-CVT） 发动机直驱模式： 在高速巡航的时，通过EHS系统的离合器模块结合将发动机动力直接作用于车轮，此时发动机锁定在高效率区，同时为了避免发动机能量的浪费，发电机和驱动电机随时待命，在发动机功率有富余时，及时介入将能量转化为电能，存储在电池中，提高整个模式内能量利用率。 比亚迪DM-i混动系统主要特点 从结构和工作原理的复杂程度上，EHS系统或许并不惊艳，但在这套系统的背后有着几项比较关键的技术。 1）扁线电机： EHS系统中的电机采用了扁线成型绕组技术，电机的最高效率达到了97.5%，额定功率提高32%，高效区间（效率大于90%的区间）占比高达90.3%，质量功率密度达到5.8kW/kg。 2）自研的第四代IGBT系统： 比亚迪电控的综合效率高达98.5%，电控高效区（即电控效率超过90%的区域）占比高达93%，极大的降低了电控损耗，提高效率。总的来说，EHS系统核心是让发动机专注在最佳效率区间运行，而更多地发挥电机的作用。 比亚迪DM-i混动系统主要特点 3）刀片电池 刀片电池对于整套比亚迪DM-i混动系统而言，其重要性与骁云发动机和EHS系统一样。 比亚迪DM-i混动系统使用的刀片电池应该与纯电车型使用的刀片电池略有不同，官方称之为混动专用功率型刀片电池。 刀片电池的特点： 单节电池电压达到20V。 电池组可灵活搭配：单个电池组由10片至20片刀片电池组成，电量将在8.3~21.5kWh之间。 结构简化，空间利用率高 比亚迪DM-i混动系统主要特点 比亚迪DM-i混动系统： 一套以电为主的自研混动系统，拥有三大核心混动技术，四种主要的混动模式。 比亚迪DM-i混动系统最可贵的点在于：比亚迪拥有电池、电控到电控芯片等关键部件研发和制造的能力。 应用车型有：比亚迪DM-i混动系统的比亚迪秦PLUS DM-i、宋Pro DM-i车型等。 行星齿轮变速机构 行星齿轮变速机构 行星齿轮机构的组成包括太阳轮、齿圈和行星架，行星轮虽然参与传动，但是其作用相当于中间过渡的惰轮，在进行传动比计算时，不考虑其对传动比的影响。行星齿轮机构的作用是可以提供几个不同的传动比供选择，而改变传动比则需要换挡执行机构进行。换挡执行机构的作用是实现挡位的变换。 单排行星齿轮机构是由一个太阳轮1、一个带有三个和多个行星齿轮的行星架3和一个齿圈2组成。 若设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，太阳轮和齿圈齿数分别为zl和z2，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，可得单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式： 行星齿轮变速机构 行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比具有以下优点： 1）所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。 2）行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。 3）行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，减小了变速器尺寸。 4）行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在换挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。 单排行星齿轮机构的工作8种状态 行星齿轮变速机构 辛普森式行星齿轮机构： 结构：辛普森式行星齿轮机构将两个单行星的行星齿轮机构有机的组合在一起，通过不同的组合方式，可以得到多种传动比。 优点：辛普森式行星齿轮机构具有传动效率高、构件的转速较低、内部无功率循环、由齿圈输入动力对强度有利等优点。 结构特点： 1）两排单行星的行星齿轮机构共用一个太阳轮； 2）前排行星齿轮机构的行星架和后排行星齿轮机构的齿圈连接并作为输出。 辛普森式行星齿轮机构的一般运动方程式： n_1前+α_1n_2前−(1+α_1)n_3前=0 n_1后+α_2n_2后−(1+α_2)n_3后=0 B0-超速挡制动器 F0-超速挡单向离合器 C0-超速挡离合器 B1-2挡滑行制动器 F1-2挡单向离合器 C1-前进挡离合器 B2-2挡制动器 F2-低挡单向离合器 C2-高挡及倒挡离合器 B3-低挡及倒挡制动器 三.课堂互动: 组织学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，教师进行点评和指导。 四.巩固练习:布置相关练习题和思考题，让学生巩固所学知识，教师进行个别辅导 学习新能源汽车底盘基本知识的总体认知 学生以小组为单位，巩固旧课，展示预习情况 (1) 听课、思考、结合生活实际，认真回答教师提出的问题。 (2) 听课、理解新能源汽车底盘结构基本知识的总体认知 积极发言 (3) 结合生活实际，思考现代新能源汽车底盘基本知识的总体构造及作用。 请学生先结合教材自行归纳分类 观看PPT、图片及动画，学生自主分析，各小组派代表阐述本组学习成果。 针对特点，提出相应的注意事项 注意要点，提醒学生结合生活经验分析。 通过视频、多媒体学习。以小组为单位进行阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 1.通过导入情景以及学生思考结果引出新能源汽车底盘基本知识的总体内容。为进一步学习本课重点奠定基础。 2.教师讲述新能源汽车底盘基本知识总体认知等重点知识。 活动三： 巩固练习 素质提升 1.提问学生混合动力的发展趋势。 2.提问学生比亚迪第一代DM混动的特点。 学生课上复习，并完成本节教学重点。 加深对本节内容的理解并加强课堂知识点的记忆。 课堂小结 作业布置 1.课堂小结： 本节课通过讲解、示范、小组讨论和案例分析等多种教学方法和手段，使学生掌握了新能源汽车底盘基本知识等内容，培养了学生对于新能源汽车底盘这门课程的兴趣，树立了良好的职业道德观念。同时，也让学生认识到新能源汽车底盘的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述混合动力的发展趋势。 (2)简述比亚迪第一代DM混动的特点。 板书设计 三、比亚迪第一代DM混动系统 1.纯电驱动 2.串联驱动模式 3.并联驱动模式 一、混合动力电动汽车 1.定义 2.特点 3.分类 4.发展趋势 5.行驶需求 二、混合动力电动类型 1.串联型混合 2.并联型混合 3.混联型混合 4.结构特点 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $