混合动力汽车动力系统概述

混合动力汽车动力系统概述混合动力汽车动力系统概述NingboTopVibroacosticsTechnologCoLtdNingboTuopuVibro-acousticsTechnologyCo.,Ltd段小成段小成Mar14,20092009-3-14目录2目录¾混合动力汽车结构形式分类¾混合动力汽车动力传动关键部件—ISG与蓄电池¾混合动力汽车常见运行工况¾混合动力汽车先驱丰田Pi¾混合动力汽车先驱—丰田Prius¾混合动力汽车激励与NVH挑战¾混合动力汽车激励与NVH挑战混合动力汽车结构形式分类2009-3-14混合动力汽车结构形式分类3¾混合动力汽车产生背景：能源危机与环境污染，而混合动力汽车（HEV）由于油耗低、污染小，应用前景乐观。¾根据电力驱动系统和内燃机动力总成的布置形式的不同，混合动力汽车可以分为三类：三类：••串联式混合动力汽车串联式混合动力汽车(SeriesHybridElectronicVehicle(SeriesHybridElectronicVehicle--SHEV)SHEV)••并联式混合动力汽车并联式混合动力汽车(ParallelHybridElectronicVehicle(ParallelHybridElectronicVehicle--PHEV)PHEV)••混合式混合动力汽车混合式混合动力汽车(Parallel/SeriesHybridElectronicVehicle(Parallel/SeriesHybridElectronicVehicle--PSHEV)PSHEV)混合式混合动力汽车混合式混合动力汽车(Parallel/SeriesHybridElectronicVehicle(Parallel/SeriesHybridElectronicVehiclePSHEV)PSHEV)¾根据电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：••微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统混合动力汽车结构形式分类SHEV2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—SHEV4串联式混合动力汽车是由发动机、发电机和驱动电机三大动力总成组成发动机发电机和动电机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动电机采用串联的方式组成驱动系统。工作方式：发动机带动发电机发电，其电能通过电机控制器直接输送到电机，再由电机产生电磁力矩动汽车在发动机与动桥之间通电磁力矩驱动汽车。在发动机与驱动桥之间通过电实现动力传递。动力蓄电池通过控制器串接在发电机和电机之间，当发电机的发电功率接在发电机和电机之间，当发电机的发电功率大于电机所需的功率时，控制器控制发电机向电池充电；而当发电机发出的功率低于电机所需的功率时，电池则向电机提供额外的电能。上汽即将开发的混合动力汽车即为串联型混合动力汽车结构形式分类SHEV2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—SHEV5¾SHEV优点：优点••发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响：始终在其昀佳的工作区域内稳定运行发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响：始终在其昀佳的工作区域内稳定运行，因此，发动机具有良好的经济性和低的排放指标；，因此，发动机具有良好的经济性和低的排放指标；，因此，发动机具有良好的经济性和低的排放指标；，因此，发动机具有良好的经济性和低的排放指标；••由于有电池进行驱动功率“调峰”，发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳由于有电池进行驱动功率“调峰”，发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳定运行工况所需的功率，因此可选择功率较小的发动机；定运行工况所需的功率，因此可选择功率较小的发动机；定运行工况所需的功率，因此可选择功率较小的发动机；定运行工况所需的功率，因此可选择功率较小的发动机；••发动机与电机之间无机械连接，整车的结构布置自由度较大。发动机与电机之间无机械连接，整车的结构布置自由度较大。¾SHEV缺点：••发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能，需要功率足够大的发发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能，需要功率足够大的发电机和电机；电机和电机；••要起到良好的发电机输出功率平衡作用，又要避免电池出现过充电或过放电，就要起到良好的发电机输出功率平衡作用，又要避免电池出现过充电或过放电，就需要较大的电池容量；需要较大的电池容量；••发电机将机械能量转变为电能、电机将电能转变为机械能、电池的充电和放电都发电机将机械能量转变为电能、电机将电能转变为机械能、电池的充电和放电都发电机将机械能量转变为电能、电机将电能转变为机械能、电池的充电和放电都发电机将机械能量转变为电能、电机将电能转变为机械能、电池的充电和放电都有能量损失，因此，发动机输出的能量利用率比较低。有能量损失，因此，发动机输出的能量利用率比较低。混合动力汽车结构形式分类PHEV2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—PHEV6并联式混合动力电动汽车是由发动机、电动/发电机或驱动电机两大动力总成组成发动机电机或驱动电机两大动力总成组成，发动机、电动/发电机或驱动电机采用并联的方式组成驱动系统，控制系统可以根据条件，确定由谁驱动，是发动机和电机一起驱动，或是发动机驱动，还是电机单独驱动。工作方式：发动机通过主传动轴与变速器相联，电机的转矩通过齿轮与内燃机的转矩在变速器电机的转矩通过齿轮与内燃机的转矩在变速器前进行复合，传到驱动轴上的功率是两者的和。这种形式被称为转矩复合。在刹车和给电池充电时，电机可以反转作为发电机。混合动力汽车结构形式分类PHEV2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—PHEV7¾PHEV优点：¾PHEV优点：••发动机的功率与电机的功率之和为汽车需求的昀大功率，发动机的功率可以小许发动机的功率与电机的功率之和为汽车需求的昀大功率，发动机的功率可以小许多并且可以运行在功率较高的区域多并且可以运行在功率较高的区域多，并且可以运行在功率较高的区域。多，并且可以运行在功率较高的区域。¾PHEV缺点：••只有一个电动马达，在马达作为发电机给电池充电时，不能作为电机驱动车轮；只有一个电动马达，在马达作为发电机给电池充电时，不能作为电机驱动车轮；••发动机的转速像传统汽车一样随车速的变化而变化，从而不能稳定地工作在高效发动机的转速像传统汽车一样随车速的变化而变化，从而不能稳定地工作在高效率区；率区；率区；率区；••当车辆在变工况时，性能较差。当车辆在变工况时，性能较差。混合动力汽车结构形式分类PSHEV2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—PSHEV8混联式（串、并联式）混合动力电动汽车是综合串联式和并联式混合动力电动汽车结构特点合串联式和并联式混合动力电动汽车结构特点组成的PSHEV，由发动机、电动/发电机和驱动电机三大动力总成组成。工作方式：由于混联式混合动力汽车既有发电机有电机因此同时具有串联系统和并联系机又有电机，因此同时具有串联系统和并联系统的特性。它有两个电机，为了获得昀高的效率，根据实际工况决定是由单纯由电机还是率，根据实际工况决定是由单纯由电机、还是由发动机和电机联合驱动车轮。当发动机驱动汽车时，同时还可以通过发电机给电池充电，让SOC较快回到平衡位置。SOC：Stateofcharge，蓄电池荷电评价指标SOC：Stateofcharge，蓄电池荷电评价指标混合动力汽车结构形式分类PSHEV2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—PSHEV9¾PHEV优点：¾PHEV优点：••可以根据功率需求自由确定发动机输出功率，并让发动机工作在高效区；可以根据功率需求自由确定发动机输出功率，并让发动机工作在高效区；发动机较多地运行在相对稳定的转速发动机较多地运行在相对稳定的转速••发动机较多地运行在相对稳定的转速；发动机较多地运行在相对稳定的转速；••发动机的功率和电动机功率都较小。发动机的功率和电动机功率都较小。¾PHEV缺点：缺点••控制系统复杂；控制系统复杂；••系统多带来可靠性要求的相对提高系统多带来可靠性要求的相对提高••系统多带来可靠性要求的相对提高。系统多带来可靠性要求的相对提高。混合动力汽车结构形式对比2009-3-14混合动力汽车结构形式对比10混合动力汽车结构形式对比2009-3-14混合动力汽车结构形式对比11¾串联式、并联式、混联式混合动力汽车性能比较混合动力汽车结构形式分类微混合动力系统2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—微混合动力系统12¾微混合动力系统：¾微混合动力系统：••这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12V12V）上加装了皮带驱动）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的启动电机（也就是常说的BeltBeltalternatorStarterGeneratoralternatorStarterGenerator简称简称BSGBSG系统）系统）启动电机（也就是常说的启动电机（也就是常说的BeltBelt--alternatorStarterGenerator,alternatorStarterGenerator,简称简称BSGBSG系统）。系统）。该电机为发电启动该电机为发电启动(Stop(Stop--Start)Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速降低了油耗和排放从从而取消了发动机的怠速降低了油耗和排放从严格意义上来讲这种微混严格意义上来讲这种微混从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力在微混合动力系统里电机的电压通常提供持续的动力在微混合动力系统里电机的电压通常有两种：有两种：12v12v和和42v42v提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：有两种：12v12v和和42v42v。。其中其中42v42v主要用于柴油混合动力系统。主要用于柴油混合动力系统。¾代表车型：••PSAPSA的混合动力版的混合动力版C3C3和丰田的混合动力版和丰田的混合动力版VitzVitz；；混合动力汽车结构形式分类轻混合动力系统2009-3-14混合动力汽车结构形式分类—轻混合动力系统13¾轻混合动力系统：¾轻混合动力系统：••该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的IntegratedStarterIntegratedStarterGeneratorGenerator简称简称ISGISG系统）与微混合动力系统相比轻混合动力系统除了能系统）与微混合动力系统相比轻混合动力系统除了能GeneratorGenerator，简称，简称ISGISG系统）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能系统）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（11）在减速和）在减速和制动工制动工况下对部分能量进行吸收（况下对部分能量进行吸收（22）在行驶过程中发动机等速运转发动机产）在行驶过程中发动机等速运转发动机产况下，对部分能量进行吸收；（况下，对部分能量进行吸收；（22）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在力系统的混合度一般在2020％以下％以下力系统的混合度般在力系统的混合度般在2020％以下。％以