混合动力HEV到PHEV―汽车动力系统发展-1

混合动力HEV到PHEV——汽车动力系统发展趋势主讲人：张彤上海华普汽车新能源汽车研究院院长863”节能与新能源”汽车项目课题负责人一、汽车动力系统发展趋势CVEVHEVHEV0PHEV一、汽车动力系统发展趋势CV缺点1.怠速耗能2.传统发动机在低功率、低负载工况下效率很差3.传统发动机辅件由皮带轮驱动效率低造成资源浪费4.无法回收刹车制动能5.冷起动排放差6.传统发动机在起动过程中需要液力变扭器和离合器，影响发动机的效率7.自动变速箱和传统发动机变速箱使引擎经常工作在低效区8.瞬态反应慢、性能差、排放差、效率低一、汽车动力系统发展趋势利用HEV可以实现：1、发动机快速起停，取消怠速；2、发挥电机灵活响应能力，提高整车平顺性及舒适性；3、行车发电；4、回收制动能；5、电机单独驱动，实现ZEV；6、实现发动机工况优化。以达到提高燃油经济性、降低排放的目的二、HEV方案串联方案HEV混联方案并联方案二、HEV方案串联方案发动机发电机控制器电机传动系统前桥主控制器电池加速制动二、HEV方案并联方案二、HEV方案并联方案—轮毂电机四轮驱动二、HEV方案并联方案—ISG电机6.5Ah电池控制器机械连接电气连接离合器发动机ISGMT单离合器ISG电机双离合器ISG电机二、HEV方案并联方案—基于DCT的混合动力方案二、HEV方案并联方案—自动变速箱ISG结构二、HEV方案混联方案二、HEV方案混联方案二、HEV方案混联方案三、HEV0与PHEV共性关键技术HEV0与PHEV比较1、传统HEV0电机主要的动力来源还是依赖于发动机，而PHEV还具有接受外部公用电网对车载电池组充电的能力；2、传统的HEV0纯电动模式工作时间有限，而PHEV的纯电动驱动可以行使足够的里程（如30公里或者80公里）。三、HEV0与PHEV共性关键技术内燃机（主要柴油机、汽油机）储能元件电池、超级电容电力驱动电机动力系统三、HEV0与PHEV共性关键技术HEV研究的目标提高燃油经济性,减少排放；提高车辆动力性能；1.怠速停机策略；2.制动能回收；3.纯电动模式；4.发动机优化；5.电动附件的使用。在混合动力汽车上实现燃油经济性并不能以牺牲动力性为代价；采用电动助力的方法以弥补因为燃油经济性优化带来的动力不足；三、HEV0与PHEV共性关键技术乘用车城区工况瞬态曲线0102030405060708013875112149186223260297334371408445482519553590630667704741778815852889926963100010371074111111481185时间，s速度，km/h速度曲线参数：时间T=1195s行程S=7.681km平均速度Vm=23.138km/h最高速Vmax=74km/h最大加速度amax=2.2942m/s2最大减速度amin=-2.5936m/s2平均正加速度a+m=0.4392m/s2平均负加速度a-m=-0.4188m/s2怠速比例Ti=25.188%T(百公里)=100公里/Vm=4.322hT（怠速时间）=T*怠速比例Ti=1.089h怠速油耗=0.8-0.9l/h百公里油耗=T（怠速时间）*怠速油耗=0.8712-0.9801L/hstart-stop设计分析三、HEV0与PHEV共性关键技术发动机优化：1、启动过程优化；2、瞬态过程优化；3、稳态过程优化。三、HEV0与PHEV共性关键技术启动过程优化三、HEV0与PHEV共性关键技术瞬态过程优化目标：提高燃油经济性，减少排放；设计原则：维持与原型车一致的驾驶动力性能；扭矩控制：发动机不同工况变化过程中，发动机和电动机的扭矩合成的最优控制。最大可能避免因为发动机工况改变而带来的加浓喷油三、HEV0与PHEV共性关键技术瞬态过程优化当油门踏板和节气门有突变时，发动机处于一个瞬态过程，ECU会过浓喷油，以满足动力性要求，但在此过程中造成排放和油耗都上升。节气门的开度不能快速达到，需要用电机弥补。用电机驱动目的是使发动机尽量达到稳态而不是瞬态的不稳定。伪（准）稳态过程三、HEV0与PHEV共性关键技术稳态过程优化1、发动机特性曲线的复杂程度决定了发动机油耗曲线的不规则。2、在低负载区，发动机的工作效率比较低，油耗和排放比较差。3、采用混合动力有可能对发动机的工作区进行调整。三、HEV0与PHEV共性关键技术稳态过程优化178.52286192.92662207.33039221.73415236.13792236.13792250.54169250.54169250.54169264.94545264.94545264.94545279.34922279.34922279.34922279.34922279.34922293.75299293.75299293.75299308.15675308.15675308.15675322.56052322.56052322.56052336.96428336.96428336.96428351.36805351.36805351.36805365.77182365.77182365.77182380.17558380.17558380.17558394.57935394.57935394.57935408.98311408.98311408.98311423.38688423.38688423.38688437.79065437.79065437.79065452.19441452.19441452.19441466.59818466.59818466.59818481.00195481.00195481.00195495.40571495.40571495.40571509.80948509.80948509.80948524.21324524.21324524.21324538.61701538.61701538.61701553.02078553.02078553.02078567.42454567.42454567.42454581.82831581.82831581.82831596.23207596.23207596.23207610.63584610.63584610.63584625.03961625.03961625.03961639.44337639.44337639.44337653.84714653.84714653.84714668.25091668.25091668.25091682.65467682.65467682.65467697.05844697.05844697.05844711.4622711.4622711.4622725.86597725.86597725.86597740.26974740.26974740.26974754.6735754.6735754.6735769.07727769.07727769.07727783.48104783.48104783.48104797.8848797.8848797.8848812.28857812.28857812.28857826.69233826.69233826.69233841.0961841.0961841.0961855.49987855.49987855.49987869.90363869.90363869.90363884.3074884.3074884.3074898.71116898.71116898.71116913.11493913.11493913.11493927.5187927.5187927.5187941.92246941.92246941.92246956.32623956.32623956.32623970.73970.73970.73985.13376985.13376999.53753999.537531013.94131013.94131028.34511028.34511042.74881057.15261071.55641085.96011100.36391114.76771129.17141143.57521157.9791172.38271186.78651201.19031215.5941229.99781244.40161258.80531273.20911287.61291302.01661316.42041330.82411345.22791359.63171374.03541388.43921402.8431417.2467be[g/kWh]n(N)[rpm]Miso[Nm]10001500200025003000350040004500500055006000102030405060708090100110X2X1三、HEV0与PHEV共性关键技术稳态过程优化设发动机工作点(n,M1)，功率为P1=n×M1，油耗为x1(g/kwh）优化工作点为（n,M2),功率为P2=n×M2，油耗为x2(g/kwh）。发电机工作发电功率为PE=P2-P1产生的电量由发电机发电的效率η1，电容充电的效率η2，在使用该电量时的电容放电的效率η3，及电机驱动时的效率η4，才能为整车所用。所以发电的效率应为η=η1×η2×η3×η4可以由此时的电机及电容的MAP得到由系统工作时的概率分布确定平均值实际可用的发电功率PE′=（P2-P1）×η，实际的油耗不是x2(g/kwh），而是x2′=(x2×PE)/PE′x2三、HEV0与PHEV共性关键技术稳态过程优化四、影响PHEV发展的关键技术当前PHEV发展需要解决的2个关键技术满足PHEV工作要求的动力总成满足PHEV工作要求的储能元件四、影响PHEV发展的关键技术满足PHEV工作动力总成ISG电机发动机CVT四、影响PHEV发展的关键技术电机系统高电压等级的电机使Plug-in混合动力的要求。1、高电压电机可以减小电机的驱动电流，降低损耗，提高电机效率。2、电机采用高电压系统，可以使电机尺寸降低，提高前机舱的利用率。四、影响PHEV发展的关键技术变速箱为了更好地利用电机的高效率区，一个高效的机械变速箱是必需的。综合考虑到各种变速箱的性能，合适的无级变速的变速箱可能是PHEV系统的最好的选择。四、影响PHEV发展的关键技术SSG—一种新型的CVT性能描述：1、无级变速；2、从∞—2.5的连续可调变速范围；3、中档时，无需依赖离合器和液力变矩器；4、功率密度高；5、效率高于传统的CVT。四、影响PHEV发展的关键技术满足PHEV工作要求的储能元件为了更好地利用电机的高效率区，一个高效的机械变速箱是必需的。综合考虑到各种变速箱的性能，合适的无级变速的变速箱可能是PHEV系统的最好的选择。四、影响PHEV发展的关键技术满足PHEV工作要求的储能元件方案1采用高能量密度的电池做储能元件四、影响PHEV发展的关键技术满足PHEV工作要求的储能元件方案2采用超级电容+电池的复合储能元件工况统计分析时间T1195s行程S7.681km怠速比例Ti25.18%平均速度Vm23.138km/h最高速Vmax74km/h最大加速度amax2.29m/s2平均加速度0.4463m/s2最大减速度amin-2.59m/s2平均减速度-0.42285m/s2T(百公里时间)100公里/Vm=4.322hT（怠速时间）T(百公里)*怠速比例Ti=1.089h1L/h百公里怠速油耗T（怠速时间）*怠速油耗=1.089L取消怠速后可节油比例（%）1.089L/9L=12.1%平均功率：P=2.5kW;行驶60km所需时间：T=2.6h;所需能量：6.5kWh;如电池端电压300V，则电池为：21Ah;考虑到电池的利用空间为50%，则电池最好选用40Ah。四、影响PHEV发展的关键技术非常有幸为大家做这个报告！！