第四章混合动力汽车的总体构造课件

第五章第五章 混合动力电动汽车混合动力电动汽车 的构造与原理的构造与原理 2007年秋天，丰田在中国推出年秋天，丰田在中国推出了目前为止最大排量的混合动力车了目前为止最大排量的混合动力车型型雷克萨斯雷克萨斯LS600L。该车匹。该车匹配配5.0L传统发动机和传统发动机和1台功率等台功率等同于同于1升发动机的电动机，其动力水升发动机的电动机，其动力水平与奔驰平与奔驰S600及宝马及宝马760相当。其相当。其百公里油耗只相当于百公里油耗只相当于1台台1.8升发动升发动机的传统轿车，起动时可以实现零排放机的传统轿车，起动时可以实现零排放第五章 混合动力电动汽车 2007年秋天，丰田在中国推出1第一第一节 单桥驱动式全面混合型混合式全面混合型混合动力乘用力乘用车 1997年年丰田公司首次推出丰田公司首次推出Prius HV，采用，采用THS（TOYOTA HYBRID SYSTEM）和和THS-的第一代和第二代的第一代和第二代Prius HEV是较为典型的代表，且已有多种变型产是较为典型的代表，且已有多种变型产品。如在品。如在THS基础上增加无级变速器的基础上增加无级变速器的THS-C系统、在系统、在THS-的基础上增加电的基础上增加电气式四轮驱动系统的气式四轮驱动系统的THS-+E-Four等。等。第一节 单桥驱动式全面混合型混合动力乘用车 2THS的主要组成：电动机、汽油机、逆变器、驱动用电池（的主要组成：电动机、汽油机、逆变器、驱动用电池（Ni-MH）、）、散热器等。散热器等。1-控制装置控制装置总成成 2,5-ECVT动力分配系力分配系统总成成3-镍氢电池池组 4-发动机机THS的主要组成：电动机、汽油机、逆变器、驱动用电池（Ni-3THS-的主要组成的主要组成 主要由发动机（汽油机）、发电机、电动机、动力电池、逆变器等主要由发动机（汽油机）、发电机、电动机、动力电池、逆变器等18 个部个部件组成。当汽车处于不同的工作模式时，系统中参与工作的部件数量不同，件组成。当汽车处于不同的工作模式时，系统中参与工作的部件数量不同，其燃料、电力、动力（机械力）和热量的传递路线亦有所不同。其燃料、电力、动力（机械力）和热量的传递路线亦有所不同。1-发动机发动机(汽油机汽油机)2-发电机发电机 3-电动机电动机 4-高压电池高压电池 5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器 6-空调用逆变器空调用逆变器 7-升压电升压电路路 8-12V充电用充电用DC/DC 9-辅助电源辅助电源 10-汽油箱汽油箱 11-差速器差速器 12-空气压缩机电机空气压缩机电机 13 发动机用冷却器发动机用冷却器 14-逆变器用冷却器逆变器用冷却器 15-冷凝器冷凝器(制冷剂用制冷剂用)16-散热器散热器 17-蒸发器蒸发器 18 空调单元空调单元THS-的主要组成 主要由发动机（汽油机）、发电机、4系统系统THSTHSTHS-THS-车型车型PriusPriusSUVSUV发动机排量发动机排量/L1.51.53.33.3上市时间上市时间/年年19971997200020002003200320052005DCDC总线电压总线电压/V274274500500650650电动机最大功率电动机最大功率/kW303033335050123123电动机最大转矩电动机最大转矩/Nm305305350350400400333333电动机最大转速电动机最大转速/r/min60006000670067001240012400 丰田公司的主要混合丰田公司的主要混合动力系力系统 THS电压变换系系统THS-电压变换系系统系统THSTHS-车型PriusSUV发动机排量/L1.55THS-混合动力汽车的工作原理混合动力汽车的工作原理(1)发动机起动发动机起动与传统燃油汽车不同，与传统燃油汽车不同，THS的发动机起动时，不使用专门的起动机，而是使用发电的发动机起动时，不使用专门的起动机，而是使用发电机起动。汽车起动时散热器尚未工作，故无热量交换，此时燃料、电力和动力机起动。汽车起动时散热器尚未工作，故无热量交换，此时燃料、电力和动力(机械机械力力)的传递路线分别为：的传递路线分别为：燃料传递路线：燃料传递路线：10-汽油箱汽油箱1-发动机发动机电力传递路线：电力传递路线：4-高压电池高压电池8-12V充电用充电用DC/DC 5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器2-发电机发电机动力传递路线：动力传递路线：2-发电机发电机1-发动机发动机THS-混合动力汽车的工作原理(1)发动机起动6(2)发动机热机和充电发动机热机和充电 当发动机需要热机或蓄电池需要充电时，燃料、电力、动力当发动机需要热机或蓄电池需要充电时，燃料、电力、动力(机械力机械力)和热和热量的传递路线为：量的传递路线为：燃料传递路线：燃料传递路线：10-汽油箱汽油箱1-发动机发动机电力传递路线：电力传递路线：2-发电机发电机8-12V充电用充电用DC/DC 4-高压电池和高压电池和9-辅助电源辅助电源动力传递路线：动力传递路线：1-发动机发动机2-发电机发电机热传递路线：热传递路线：1-发动机发动机16-散热器；散热器；5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器14-逆变器用冷却逆变器用冷却器器(2)发动机热机和充电7(3)汽车电动机起步汽车电动机起步 与传统汽车不同，与传统汽车不同，HEV起步时通常使用电驱动，燃油发动机不参与工作。起步时通常使用电驱动，燃油发动机不参与工作。此时电力、动力此时电力、动力(机械力机械力)和热量的传递路线为：和热量的传递路线为：电力传递路线：电力传递路线：4-高压电池高压电池8-12V充电用充电用DC/DC5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器7升压电路升压电路3-电动机电动机动力传递路线：动力传递路线：3-电动机电动机11-差速器差速器(车轮车轮)热传递路线：热传递路线：1-发动机发动机16-散热器；散热器；5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器14-逆变器用逆变器用冷却器冷却器(3)汽车电动机起步8(4)发动机和电动机发动机和电动机并联并联加速起步加速起步 当汽车需要大转矩或急加速起步前进时，发动机和电动机同时参与工作。此当汽车需要大转矩或急加速起步前进时，发动机和电动机同时参与工作。此时燃料、电力、动力和热量的传递路线分别为：时燃料、电力、动力和热量的传递路线分别为：燃料传递路线：燃料传递路线：10-汽油箱汽油箱1-发动机发动机电力传递路线：电力传递路线：4-高压电池高压电池8-12V充电用充电用DC/DC 5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器7升压升压电路电路3-电动机电动机动力传递路线动力传递路线：3-电动机电动机11-差速器差速器(车轮车轮)+1-发动机发动机11-差速器差速器(车轮车轮)热传递路线：热传递路线：1-发动机发动机16-散热器；散热器；5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器14-逆变器用冷却器逆变器用冷却器(4)发动机和电动机并联加速起步9(5)发动机和电动机发动机和电动机串联串联工作工作 车辆正常行驶时，发动机的动力超过汽车行驶动力的需求，此时采用发动机和车辆正常行驶时，发动机的动力超过汽车行驶动力的需求，此时采用发动机和电动机的串联工作模式，发动机带动发电机发出的电力一部分驱动电动机，另一电动机的串联工作模式，发动机带动发电机发出的电力一部分驱动电动机，另一部分用于对动力蓄电池充电：部分用于对动力蓄电池充电：燃料传递路线、热传递路线（略）燃料传递路线、热传递路线（略）电力传递路线：电力传递路线：2-发电机发电机5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器4-高压电池；高压电池；2-发电机发电机7-逆变器（升压）逆变器（升压）3-电动机电动机动力传递路线：动力传递路线：1-发动机发动机2-发电机发电机 1-发动机发动机11-差速器差速器(车轮车轮)3-电动机电动机11-差速器差速器(车轮车轮)(5)发动机和电动机串联工作10(6)汽车全负荷高速行驶汽车全负荷高速行驶需要大功率需要大功率 发动机、电动机、发电机和蓄电池将全部输出动力供汽车行驶需要。发动机、电动机、发电机和蓄电池将全部输出动力供汽车行驶需要。电力传递路线：电力传递路线：4-高压电池高压电池8-12V充电用充电用DC/DC 5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器7-升升压电路压电路3-电动机；电动机；2-发电机发电机5-逆变器逆变器7-升压电路升压电路3-电动机电动机动力传递路线：动力传递路线：3-电动机电动机11-差速器差速器(车轮车轮)+1-发动机发动机11-差速器差速器(车轮车轮)+1-发发动机动机2-发电机发电机(6)汽车全负荷高速行驶需要大功率11（7）行驶中发动机充电）行驶中发动机充电(多用于加速结束后，以一定速度行驶的工况多用于加速结束后，以一定速度行驶的工况)汽车行驶中蓄电池电量不足时，采用行驶中发动机充电工作模式，汽车行驶中蓄电池电量不足时，采用行驶中发动机充电工作模式，发动机的动力一部分用于直接驱动汽车，一部分带动发电机并向蓄电发动机的动力一部分用于直接驱动汽车，一部分带动发电机并向蓄电池充电。池充电。电力传递路线：电力传递路线：2-发电机发电机5-逆变器逆变器4-高压电池高压电池动力传递路线：动力传递路线：1-发动机发动机2-发电机发电机+1-发动机发动机11-差速器差速器(车轮车轮)（7）行驶中发动机充电(多用于加速结束后，以一定速度行驶的工12(8)电动机行驶（用于倒车和缓行等工况）电动机行驶（用于倒车和缓行等工况）在汽车倒车或缓行等工况时，采用电动机行驶模式。此时发动机不参与工作。在汽车倒车或缓行等工况时，采用电动机行驶模式。此时发动机不参与工作。动力传递路线：动力传递路线：3-电动机电动机11-差速器差速器(车轮车轮)电力传递路线：电力传递路线：4-高压电池高压电池5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器7升压电路升压电路3-电动机。电动机。(8)电动机行驶（用于倒车和缓行等工况）13(9)制动能量回收（制动能量回收（Regenerative Braking）汽车制动、下坡行驶时，通常采用制动能量回收模式工作，此时发动机停止工汽车制动、下坡行驶时，通常采用制动能量回收模式工作，此时发动机停止工作。作。电力传递路线：电力传递路线：2-发电机发电机5-逆变器逆变器4-高压电池高压电池动力传递路线：动力传递路线：11-差速器差速器(车轮车轮)2-发电机发电机热传递路线：热传递路线：1-发动机发动机16-散热器；散热器；5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器14-逆变器用冷却器逆变器用冷却器(9)制动能量回收（Regenerative Braking14（10）汽车滑行）汽车滑行 汽车滑行时，虽然不需要车辆驱动动力，但空调系统仍需要驱动力，此汽车滑行时，虽然不需要车辆驱动动力，但空调系统仍需要驱动力，此时电力和热量的传递路线为：时电力和热量的传递路线为：电力传递路线：电力传递路线：4-高压电池高压电池8-12V充电用充电用DC/DC6-空调用逆变器空调用逆变器12-空气压缩机电机空气压缩机电机热传递路线：热传递路线：12-空气压缩机电机空气压缩机电机17-蒸发器；蒸发器；5-驱动电池用逆变器驱动电池用逆变器14-逆变器用冷却器；逆变器用冷却器；12-空气压缩机电机空气压缩机电机15-冷凝器冷凝器(制冷剂用制冷剂用)（10）汽车滑行15(11)汽车停车汽车停车当汽车在十字路口停车并且空调处于关闭状态时，当汽车在十字路口停车并且空调处于关闭状态时，THS系统停止工作。系统停止工作。(11)汽车停车16混合动力汽车变速机构总成混合动力汽车变速机构总成 发动机的动力直接传至行星齿轮的行星架，一部分动力再传至与车轮连接发动机的动力直接传至行星齿轮的行星架，一部分动力再传至与车轮连接的电动机，另一部分动力传至发电机。的电动机，另一部分动力传至发电机。通过控制发动机、发电机、电动机的转通过控制发动机、发电机、电动机的转速即可达到所需要的车速。速即可达到所需要的车速。由于发电机及电动机的转速可以在一定范围内任意由于发电机及电动机的转速可以在一定范围内任意设置，因此车辆可实现无级变速。该装置被称为电子控制无级变速器设置，因此车辆可实现无级变速。该装置被称为电子控制无级变速器E-CVT。混合动力汽车变速机构总成 发动机的动力直接传至行17 下表为车速与发动机、电动机和发电机转速关系的一个下表为车速与发动机、电动机和发电机转速关系的一个测试实例，测试实例，蓄电池功蓄电池功率为负时表示充电，反之为放电。率为负时表示充电，反之为放电。下表为车速与发动机、电动机和发电机转速关系的一个18动力分配机构的组成及工作原理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。动力分配机构使用的是行星齿轮装置。齿圈、齿圈、行星齿轮架行星齿轮架和和中心齿轮中心齿轮分别与分别与电动机电动机、发动机发动机和和发电机发电机相连。相连。发动机动力直接传递到行星齿轮架，再通过行星齿轮架分配到齿圈与中心齿轮。发动机动力直接传递到行星齿轮架，再通过行星齿轮架分配到齿圈与中心齿轮。与电动机直接相连的齿圈的动力通过减速器传递到车轮，当电动机有动力输出时，与电动机直接相连的齿圈的动力通过减速器传递到车轮，当电动机有动力输出时，齿圈上的动力由发动机和电动机的动力两部分组成。齿圈上的动力由发动机和电动机的动力两部分组成。分配到中心齿轮的动力通过带动发电机而发电，发电机的电力可以直接供给电动分配到中心齿轮的动力通过带动发电机而发电，发电机的电力可以直接供给电动机使用，也可以向蓄电池充电。机使用，也可以向蓄电池充电。动力分配机构的组成及工作原理 动力分配机构使用的是19动力分配机构齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系动力分配机构齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系 假定太阳轮的齿数为假定太阳轮的齿数为Zs、转矩为、转矩为Ts、转速为、转速为ns；齿圈的齿数为齿圈的齿数为Zr、转矩为、转矩为Tr、转速为、转速为nr ；行星齿轮架的转矩为行星齿轮架的转矩为Tp、转速为、转速为np齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系为：齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系为：ns+nr Zr/Zs-np(1+Zr/Zs)=0 或或 nr=ns-np(1+Zr/Zs)Zs/Zr齿圈、行星架、太阳轮转矩之间的关系为：齿圈、行星架、太阳轮转矩之间的关系为：Tsns+Trnr+Tpnp=0（输入、输出功率的代数和为（输入、输出功率的代数和为0）上式可以作为车辆在不同行驶工况时的发动机、发电机和电动机控制上式可以作为车辆在不同行驶工况时的发动机、发电机和电动机控制的理论基础。的理论基础。动力分配机构齿圈、行星架、太阳轮转速之间的关系20车辆在不同行驶工况时，对发动机、发电机和电动机转速的要求车辆在不同行驶工况时，对发动机、发电机和电动机转速的要求停车时，停车时，要求发动机、发电机、电动机都停止，三者的转速均为零。要求发动机、发电机、电动机都停止，三者的转速均为零。汽车起步时汽车起步时，仅依靠电动机带动，使车辆加速前进。，仅依靠电动机带动，使车辆加速前进。发动机起动时发动机起动时，发电机兼备汽车发动机起动机的功能，当使发电机转速提高，发电机兼备汽车发动机起动机的功能，当使发电机转速提高后，发动机即被起动。当发动机起动，则开始发电，并把电流输给蓄电池或后，发动机即被起动。当发动机起动，则开始发电，并把电流输给蓄电池或电动机。电动机。车辆在不同行驶工况时，对发动机、发电机和电动机转速的要求停车21正常行驶时，车辆动力主要来自发动机。几乎不进行发电，发电机以很低的转速正常行驶时，车辆动力主要来自发动机。几乎不进行发电，发电机以很低的转速转动，但电动机转速高于发动机转速。转动，但电动机转速高于发动机转速。加速时，随着发动机转速的提高，发电机开始发电，发出的电力和蓄电池的电力加速时，随着发动机转速的提高，发电机开始发电，发出的电力和蓄电池的电力一起向电动机供电。一起向电动机供电。在发动机的一部分输出动力和电动机的共同作用下，使汽车在发动机的一部分输出动力和电动机的共同作用下，使汽车加速前进。加速前进。再加上电动机的驱动力。发动机的一部分输出动力，通过发电机，传再加上电动机的驱动力。发动机的一部分输出动力，通过发电机，传输到电动机，从而变换为车辆的驱动力并由电子控制式无级变速器进行变速。输到电动机，从而变换为车辆的驱动力并由电子控制式无级变速器进行变速。正常行驶时，车辆动力主要来自发动机。几乎不进行发电，发电机以22第二第二节、双、双桥驱动全面混合型混合全面混合型混合动力乘用力乘用车 双轴（桥）驱动的混联式双轴（桥）驱动的混联式HEV也是常见的也是常见的HEV之一，该类车辆类似之一，该类车辆类似于燃油车的越野车和于燃油车的越野车和SUV。常见的型式有两种。一种是前轮由混合动。常见的型式有两种。一种是前轮由混合动力驱动，后轮由电动机驱动；另一种则是后轮由混合动力驱动，前轮力驱动，后轮由电动机驱动；另一种则是后轮由混合动力驱动，前轮由电动机驱动。由电动机驱动。丰田公司开发的丰田公司开发的Estima混合动力系统和富士重工混合动力系统和富士重工9 scrambler混合混合动力系统都是双桥驱动全面混合型，请感兴趣的同学自学。动力系统都是双桥驱动全面混合型，请感兴趣的同学自学。第二节、双桥驱动全面混合型混合动力乘用车 双轴（桥23第二第二节 轻度混合度混合动力乘用力乘用车 轻度混合动力乘用车有本田公司轻度混合动力乘用车有本田公司Insight 和和 Civic、大发公司的、大发公司的HIJET CARGO HEV、TOYOTA“CROWN”HEV、Hyundai Click HEV等。等。其中最为典型的是采用其中最为典型的是采用IMA（Integrated Motor Assist）混合动）混合动力系统的本田公司的力系统的本田公司的Insight和和 Civic HV。IMA是轻度混合动力乘用车中比较典型的结构。是轻度混合动力乘用车中比较典型的结构。第二节 轻度混合动力乘用车 轻度混合动力乘用车有本24 发动机为发动机为i-VTEC汽油机，排量汽油机，排量1.339L，采用的新技术主要有可变气门相位及，采用的新技术主要有可变气门相位及升程控制升程控制VTEC和停缸工作技术，电动机为薄片式无刷直流电动机，变速器为本和停缸工作技术，电动机为薄片式无刷直流电动机，变速器为本田公司开发的田公司开发的Multi Matic S型无级自动变速器。型无级自动变速器。IMA总成置于机舱之中，动力电总成置于机舱之中，动力电池和动力控制单元池和动力控制单元PCU(Power Control Unit)置于后排车座后下方。置于后排车座后下方。Civic混合混合动力汽力汽车上系上系统的布置的布置 发动机为i-VTEC汽油机，排量1.339L，采用的25 TOYOTA的的“CROWN”HEV采用的轻度混合动力系统是采用的轻度混合动力系统是THS-M。其特点。其特点是电动机的辅助动力通过皮带、电磁离合器与汽车动力系统连接在一是电动机的辅助动力通过皮带、电磁离合器与汽车动力系统连接在一起，传统车辆的动力系统改动化最小，动力蓄电池仅为起，传统车辆的动力系统改动化最小，动力蓄电池仅为36V。TOYOTA的“CROWN”HEV采用的轻度混26IMA混合动力总成混合动力总成 IMA混合动力系统总成的特点是将发动机和薄片式无刷直流电机、无混合动力系统总成的特点是将发动机和薄片式无刷直流电机、无级自动变速器集成为一体，使结构非常紧凑。无刷直流电机的转子轴与级自动变速器集成为一体，使结构非常紧凑。无刷直流电机的转子轴与发动机曲轴在同一线上。装备发动机曲轴在同一线上。装备Honda IMA系统的系统的Civic混合动力汽车取消混合动力汽车取消了传统燃油车的起动电机。了传统燃油车的起动电机。起动时使用薄片式无刷直流电机，车辆的起动性能得到明显改善。起动时使用薄片式无刷直流电机，车辆的起动性能得到明显改善。IMA混合动力总成27大发公司开发的轻度混合动力汽车大发公司开发的轻度混合动力汽车 主要总成有发动机、电动机、动力控制单元、动力电池、主要总成有发动机、电动机、动力控制单元、动力电池、变速器、综变速器、综合控制计算机和制动能量回收系统等。车辆动力系统为发动机前置后驱动合控制计算机和制动能量回收系统等。车辆动力系统为发动机前置后驱动式，式，电动机的功能主要是辅助驱动和回收制动能量。电动机的功能主要是辅助驱动和回收制动能量。大发公司开发的轻度混合动力汽车28轻度混合动力汽车的环保指标轻度混合动力汽车的环保指标 轻度混合动力汽车由于采用了电动机辅助动力，通常都具有自动停止怠速轻度混合动力汽车由于采用了电动机辅助动力，通常都具有自动停止怠速和自动起动功能，并且可回收制动能量。因此，具有明显的节能和环保优势。和自动起动功能，并且可回收制动能量。因此，具有明显的节能和环保优势。Honda混合动力汽车混合动力汽车CAA-ES9的主要环保技术指标的主要环保技术指标发动机排量发动机排量1.339 L1.339 L驱动型式驱动型式FFFF变速器变速器CVTCVT燃料消耗率燃料消耗率29.529.5 km/L km/LCOCO2 2排出量排出量78.7 g/km78.7 g/kmCOCO1.151.15 g/km g/kmHCHC0.0250.025 g/km g/kmNOxNOx0.0250.025 g/km g/km车外噪声车外噪声(符合法规符合法规)加速行驶噪声加速行驶噪声(dB-A)低于低于 76空调空调HFC134aHFC134a使用量使用量550g550g铅使用量铅使用量少于少于19961996年使用量的年使用量的1/31/3再生再生材料的使用材料的使用保保险险杠杠、挡挡泥泥板板等等使使用用再再生生材材料料、扩扩大大了了易易于于回回收收利利用的用的烯烃烯烃树脂材料在内部装饰中的应用树脂材料在内部装饰中的应用再生再生材料零件的标记材料零件的标记5g5g以上以上树脂材料零件均有标记树脂材料零件均有标记轻度混合动力汽车的环保指标 轻度混合动力汽车由于采29第三第三节 混合混合动力力电动巴士巴士 日野公司生产的日野公司生产的Blue Ribbon City混合动力电动巴士和三混合动力电动巴士和三菱公司生产的菱公司生产的AEROSTAR NONSTEP混合动力电动巴士是其混合动力电动巴士是其中具有代表性的车型。与小轿车相比，混合动力电动巴士中具有代表性的车型。与小轿车相比，混合动力电动巴士的车内、车顶空间大，混合动力系统容易布置。的车内、车顶空间大，混合动力系统容易布置。第三节 混合动力电动巴士 日野公司生产的Blue Rib30混合动力电动巴士动力系统混合动力电动巴士动力系统混合动力系统的布置型式混合动力系统的布置型式 一种是车顶车厢底部空间并用式一种是车顶车厢底部空间并用式，发动机和电动机，发动机和电动机/发电机布置于车厢底部，发电机布置于车厢底部，逆变器和电池组放置于空间宽大的车顶；逆变器和电池组放置于空间宽大的车顶；另一种是车厢底部布置方式另一种是车厢底部布置方式。共轨燃油喷射发动机、三相感应式电动机。共轨燃油喷射发动机、三相感应式电动机/发电机、发电机、高功率逆变器、高性能镍氢电池等动力总成部件全部布置于车厢底部。高功率逆变器、高性能镍氢电池等动力总成部件全部布置于车厢底部。混合动力电动巴士动力系统混合动力系统的布置型式31举例：三菱举例：三菱AEROSTAR NONSTEP HEV的混合动力系统采用了车顶车厢底部空间并用型的混合动力系统采用了车顶车厢底部空间并用型和串联式混合动力系统。两个感应式电动机并联和串联式混合动力系统。两个感应式电动机并联 (最高功率最高功率67kW)。发电机为。发电机为40kW的交流永磁发电机。发动机的动力全部经过发电机转变为电能驱动电动机使的交流永磁发电机。发动机的动力全部经过发电机转变为电能驱动电动机使车辆行驶或经过逆变器之后存储于电池或驱动辅助电动机车辆行驶或经过逆变器之后存储于电池或驱动辅助电动机(空调压缩机、动力转向空调压缩机、动力转向泵等用泵等用)等。采用的控制方式为变压、变频。等。采用的控制方式为变压、变频。燃油燃油车和和HEV的的驱动力、力、车速关系速关系图举例：三菱AEROSTAR NONSTEP HEV的混合动力32 车辆采用的是串联式混合动力系统，发动机的全部动力都将由车辆采用的是串联式混合动力系统，发动机的全部动力都将由发电机转换为电能存储于蓄电池或驱动电动机。发电机转换为电能存储于蓄电池或驱动电动机。因此，串联式混合动力系统发电机的效率对汽车的油耗有重要因此，串联式混合动力系统发电机的效率对汽车的油耗有重要影响。可见影响。可见在发动机低负荷和低转速下，发电机的效率较低。在发动机低负荷和低转速下，发电机的效率较低。故车辆控制系故车辆控制系统应尽量使发动机工作在发电效率高的工况，以提高统应尽量使发动机工作在发电效率高的工况，以提高HV的经济性。的经济性。发动机机转速速对发电机效率的影响机效率的影响 车辆采用的是串联式混合动力系统33车辆起步和加速，车辆起步和加速，电动机辅助发动机工作，电动机和发动机同时驱动汽车行驶；电动机辅助发动机工作，电动机和发动机同时驱动汽车行驶；车辆正常行驶，车辆正常行驶，由发动机单独工作驱动汽车行驶或电动机和发动机同时驱动汽车行驶；由发动机单独工作驱动汽车行驶或电动机和发动机同时驱动汽车行驶；车辆减速与制动，车辆减速与制动，电动机工作于再生模式，作为发电机使用，把汽车制动时的能量转变为电动机工作于再生模式，作为发电机使用，把汽车制动时的能量转变为电能充入蓄电池；电能充入蓄电池；车辆停车，车辆停车，发动机怠速停止系统工作，停止不必要的怠速，节约能源并减少环境污染。发动机怠速停止系统工作，停止不必要的怠速，节约能源并减少环境污染。混合动力电动巴士的工作模式混合动力电动巴士的工作模式车辆起步和加速，电动机辅助发动机工作，电动机和发动机同时驱动34 发动机动力和电动机动力的大小发动机动力和电动机动力的大小是混合动力电动巴士设计时需要确定的参数之是混合动力电动巴士设计时需要确定的参数之一。通常，汽车低速行驶时，电动机的辅助动力占汽车行驶所需的最大驱动力的一。通常，汽车低速行驶时，电动机的辅助动力占汽车行驶所需的最大驱动力的比例较大；随着车速提高，电动机辅助动力占汽车行驶所需的最大驱动力的比例比例较大；随着车速提高，电动机辅助动力占汽车行驶所需的最大驱动力的比例应逐渐减少。应逐渐减少。在起步与加速和正常行在起步与加速和正常行驶的部分条件下，的部分条件下，电动机机发挥辅助助驱动作用，在减速作用，在减速时，与主制，与主制动器器联合合制制动，产生大部分制生大部分制动力，并回收制力，并回收制动能量。能量。在在停停车或正常行或正常行驶的部分条件，根据蓄的部分条件，根据蓄电池的荷池的荷电状状态，柴油机运，柴油机运转或停止工作。或停止工作。发动机动力和电动机动力的大小是混合动力电动巴士设35车型车型Condor Condor 长长宽宽高高/mm7970797023103320空车质量空车质量/kg45804580发动机排量发动机排量/L6.9256.925电动机种类电动机种类交流同步交流同步电机电机电能储存器种类电能储存器种类电容器电容器日本市场价格日本市场价格/万日圆万日圆1442.61442.6第四第四节 超超级电容器混合容器混合动力汽力汽车 日产柴油机工业公司的超级电容混合动力汽车的重要性能参数日产柴油机工业公司的超级电容混合动力汽车的重要性能参数车型Condor 长宽高/mm7970231033236并联式超级电容混合动力汽车的布置并联式超级电容混合动力汽车的布置 电动机电动机/发电机和柴油机可以分别单独驱动或联合驱动发电机和柴油机可以分别单独驱动或联合驱动车辆行驶，系统的全部总成均布置于货厢下部。车辆行驶，系统的全部总成均布置于货厢下部。并联式超级电容混合动力汽车的布置37串联式超级电容混合动力汽车的动力系统的布置串联式超级电容混合动力汽车的动力系统的布置 超级电容器、逆变器、电动机超级电容器、逆变器、电动机/发电机、采用发电机、采用Miller循环的循环的CNG发动机等均布置于车辆的后部，发动机等均布置于车辆的后部，CNG气瓶安装于车辆顶部。气瓶安装于车辆顶部。串联式超级电容混合动力汽车的动力系统的布置38超级电容混合动力汽车的超级电容控制器超级电容混合动力汽车的超级电容控制器 在小于在小于5s的瞬的瞬时放放电时，放，放电功率可达功率可达40kW，放，放电电流可达流可达400A，在，在连续放放电时，最大放，最大放电功率可达功率可达25kW，最大放，最大放电电流可达流可达250A。工作温度基本可以。工作温度基本可以满足汽足汽车的使用条件。的使用条件。充放充放电电流和流和电压的关系的关系超级电容混合动力汽车的超级电容控制器 在小于5s39超级电容混合动力汽车的环境指标超级电容混合动力汽车的环境指标超级电容混合动力汽车的环境指标40第五第五节 清清洁燃料混合燃料混合动力汽力汽车 清洁燃料汽车使用的燃料主要有：天然气和二甲醚两大类；清洁燃料汽车使用的燃料主要有：天然气和二甲醚两大类；混合动力的类型有串联、并联和混联三种；混合动力的类型有串联、并联和混联三种；车辆型式有乘用车、货车和巴士三种；车辆型式有乘用车、货车和巴士三种；能量储存装置有锂离子蓄电池、超级电容器和飞轮储能器三种。能量储存装置有锂离子蓄电池、超级电容器和飞轮储能器三种。第五节 清洁燃料混合动力汽车 清洁燃料汽车使用的41清洁燃料混合动力汽车的结构特点清洁燃料混合动力汽车的结构特点注：注：ACEV1为甲醇重整燃料电池混合动力汽车为甲醇重整燃料电池混合动力汽车清洁燃料混合动力汽车的结构特点注：ACEV1为甲醇重整燃料电42 混合动力系统为串联式，电动机混合动力系统为串联式，电动机/发电机和发动机之间的分离和接合依靠单向离合器完发电机和发动机之间的分离和接合依靠单向离合器完成。电能储存装置超级电容器被置于车辆前端顶部，成。电能储存装置超级电容器被置于车辆前端顶部，DME发动机、电动机发动机、电动机/发电机、发电机、DC/DC、DC/AC变换器、离合器等被置于车辆后端，变换器、离合器等被置于车辆后端，HEV用逆变器置于车辆后轮前面。用逆变器置于车辆后轮前面。日野汽日野汽车公司开公司开发的某款装的某款装备DME发动机混合机混合动力汽力汽车的的动力系力系统布置布置 混合动力系统为串联式，电动机/发电机和发动机之43DME发动机发动机 特点是采用了特点是采用了EGREGR系统、催化净化器、共轨燃油喷射系统，并且可对回油管的系统、催化净化器、共轨燃油喷射系统，并且可对回油管的DMEDME气气体进行再液化。体进行再液化。DME发动机44单向离合器单向离合器 DME串联式混合动力汽车采用了一个与发动机的飞轮和减震器相连单向离串联式混合动力汽车采用了一个与发动机的飞轮和减震器相连单向离合器，用于分离和接合电动机合器，用于分离和接合电动机/发电机和发动机之间连接，实现车辆的再发电机和发动机之间连接，实现车辆的再生制动和串联等工作模式。生制动和串联等工作模式。PRM型永磁电机型永磁电机 为了达到小型化和高效率的目的，电机兼发电机采用了永磁磁阻型为了达到小型化和高效率的目的，电机兼发电机采用了永磁磁阻型PRM(Permanent magnet Reluctance Motor)种类种类PRM型永磁同步电机型永磁同步电机最高功率最高功率/kW70最大转矩最大转矩Nm/转速转速r min-1540/0-1250最高转速最高转速r min-13250转子外径转子外径/mm388极数极数/个个12转子积厚转子积厚/mm50磁铁种类磁铁种类NeFeB冷却方式冷却方式空冷空冷质量质量/kg69单向离合器种类PRM型永磁同步电机最高功率/kW70最大45 DME混合动力汽车的工作模式有电力驱动、并联驱动、发动机驱动和混合动力汽车的工作模式有电力驱动、并联驱动、发动机驱动和制动能量回收四种模式。制动能量回收四种模式。DME混合动力汽车的工作模式混合动力汽车的工作模式 DME混合动力汽车的工作模式有电力驱动、并联驱动、发46离合器离合器1分离分离，离合器离合器2接合、接合、发动机停止机停止工作工作离合器离合器1和和2都都接合、接合、发动机机和和电动机同机同时工作工作离合器离合器1和和2都接合、都接合、发动机工机工作，作，电动机作机作为发电机使用，机使用，向蓄向蓄电池池充充电离合器离合器1分分离离、2接合、接合、发动机停止机停止工作，工作，电动机作机作为发电机使用，将机使用，将制制动能量能量转换为电能向能向蓄蓄电池充池充电。离合器1分离，离合器2接合、发动机停止工作离合器1和2都接47第六第六节 可外可外电源充源充电式混合式混合动力汽力汽车PHEV（Plug-In HEV）一、充电式混合动力汽车的特点一、充电式混合动力汽车的特点 具有从电网电源充电的功能（普通具有从电网电源充电的功能（普通HEV无此功能）。该种类型车辆兼备无此功能）。该种类型车辆兼备EV和和HEV的优点，在解决能源供给和降低温室气体的优点，在解决能源供给和降低温室气体CO2的排放方面具有明显的排放方面具有明显优势。它既可使用电网电源的电能，又可以使用由随车的发电机提供的电能。优势。它既可使用电网电源的电能，又可以使用由随车的发电机提供的电能。第六节 可外电源充电式混合动力汽车PHEV（Plug-In48若取掉电网电源充电器，其动力系统和普通并联式若取掉电网电源充电器，其动力系统和普通并联式HEV没任何区别。没任何区别。美洲杉（美洲杉（Sequoia）HEV动力系统动力系统若取掉电网电源充电器，其动力系统和普通并联式HEV没任何区别49第七第七节 飞轮电池混合池混合动力汽力汽车本田公司开发的混合动力汽车用本田公司开发的混合动力汽车用FWB的主要性能指标为：储存电能的主要性能指标为：储存电能250 Wh，最大功率，最大功率15 kW、FWB自重自重34.7 kg，充放电效率，充放电效率93（单向）（单向），最高转速，最高转速50000r/min，真空箱的压力为，真空箱的压力为10Pa以下。在以下。在FWB混合动力混合动力汽车上并联使用两个汽车上并联使用两个FWB则可实现则可实现30 kW的驱动功率。的驱动功率。第七节 飞轮电池混合动力汽车本田公司开发的混合动力汽车用FW50l汽车制动能量回馈系统汽车制动能量回馈系统RBS（Regenerative Braking System）：）：将车辆制动能量进行回收的系统（装置），也称为制动能量再将车辆制动能量进行回收的系统（装置），也称为制动能量再生系统；生系统；制动方法：制动方法：机械制动和电气制动两大类。电气制动法又分为反机械制动和电气制动两大类。电气制动法又分为反接制动、能耗制动和回馈发电制动三种型式；接制动、能耗制动和回馈发电制动三种型式；在电动汽车制动和下坡、滑行时，在电动汽车制动和下坡、滑行时，通过控制系统将电动机的状通过控制系统将电动机的状态改变为发电状态，态改变为发电状态，并将发电机发出的电能存储于蓄电池。这并将发电机发出的电能存储于蓄电池。这样可达到节约能源和提高电动汽车续驶里程的目的。样可达到节约能源和提高电动汽车续驶里程的目的。第八节第八节 电动汽汽车制制动能量回能量回馈系系统汽车制动能量回馈系统RBS（Regenerative Bra51电动汽车制动能量回馈系统的组成原理电动汽车制动能量回馈系统的组成原理 制动能量回馈系统的工作状况应根据汽车运行状况改变。制动能量回馈系统的工作状况应根据汽车运行状况改变。在刹车制动、下坡滑行、高速运行和减速运行等不同场合，采取不同的在刹车制动、下坡滑行、高速运行和减速运行等不同场合，采取不同的制动控制策略。制动控制策略。电动汽车制动能量回馈系统的组成原理52制动能量回馈发电系统的理论基础制动能量回馈发电系统的理论基础 回馈发电系统发电电压总是低于蓄电池电压，回馈发电系统发电电压总是低于蓄电池电压，因此为了使回馈发电系统发因此为了使回馈发电系统发出的电能充入蓄电池，必须采用专门的控制系统，使电动机工作于再生制动模出的电能充入蓄电池，必须采用专门的控制系统，使电动机工作于再生制动模式。式。工作时，首先将电机电枢驱动电流断开，电枢两端接入一个开关电路，并工作时，首先将电机电枢驱动电流断开，电枢两端接入一个开关电路，并使其工作于高速通断状态。由于电机属感性器件，感应电势使其工作于高速通断状态。由于电机属感性器件，感应电势E与感应电流与感应电流i随时随时间间t的变化率的变化率di/dt有如下关系有如下关系:E=-L Rb为制制动限流限流电阻阻;U为蓄蓄电池的池的电压;E为电机的感机的感应电势;电机机电枢的枢的电感感为L制动能量回馈发电系统的理论基础Rb为制动限流电阻;U为蓄电53正常减速时，制动能量回收的力矩通常保持在最大负荷状态；正常减速时，制动能量回收的力矩通常保持在最大负荷状态；高速行驶时，驱动电动机一般是在恒功率状态下运行，因此，恒功率下高速行驶时，驱动电动机一般是在恒功率状态下运行，因此，恒功率下驱动电动机的转速越高，制动能量回收的能力就越低；驱动电动机的转速越高，制动能量回收的能力就越低；低速行驶时，电动汽车的动能不足以为驱动电动机提供能量来产生最大低速行驶时，电动汽车的动能不足以为驱动电动机提供能量来产生最大的制动力矩，因而制动能量回收能力也就会随着车速降低而减小；的制动力矩，因而制动能量回收能力也就会随着车速降低而减小；制动能量回收力矩通常不能像传统燃油车中的制动系统一样提供足够的制动能量回收力矩通常不能像传统燃油车中的制动系统一样提供足够的制动减速度，所以制动能量回收和液压制动系统通常共同存在。制动减速度，所以制动能量回收和液压制动系统通常共同存在。只有当制动能量回收已经达到了最大制动能力而且还不能满足制动要求只有当制动能量回收已经达到了最大制动能力而且还不能满足制动要求时，液压制动系统才起作用。时，液压制动系统才起作用。正常减速时，制动能量回收的力矩通常保持在最大负荷状态；54为了使驾驶员在制动时有一种平顺感，液压制动力矩应该可以根据制动为了使驾驶员在制动时有一种平顺感，液压制动力矩应该可以根据制动能量回收力矩的变化进行控制，最终使驾驶员获得所希望的总力矩；能量回收力矩的变化进行控制，最终使驾驶员获得所希望的总力矩；为了使车辆能够稳定地制动，前后车轮上的制动力必须很好地平衡分配；为了使车辆能够稳定地制动，前后车轮上的制动力必须很好地平衡分配；由于没有发动机驱动的液压泵，所以需要一个电动泵来提高液压。因此，由于没有发动机驱动的液压泵，所以需要一个电动泵来提高液压。因此，液压制动力矩是电控的，将产生的液压传到制动轮缸上。因而回馈液压制动力矩是电控的，将产生的液压传到制动轮缸上。因而回馈液压制动系统需要防止制动失效；液压制动系统需要防止制动失效；为了防止汽车发生滑移，加在前、后轮上的最大制动力应该低于允许的为了防止汽车发生滑移，加在前、后轮上的最大制动力应该低于允许的最大值。最大值。对制动能量回馈系统对制动能量回馈系统要求要求为了使驾驶员在制动时有一种平顺感，液压制动力矩应该可以根据制55 踩下制动踏板后，制动踩下制动踏板后，制动ECU即得到制动信号，电动泵使制动液增压产即得到制动信号，电动泵使制动液增压产生所需的制动力；同时，汽车生所需的制动力；同时，汽车ECU也得到回收制动能量信号。制动控制与也得到回收制动能量信号。制动控制与电动机控制协同工作，确定电动汽车上的制动能量回收力矩和前后轮上电动机控制协同工作，确定电动汽车上的制动能量回收力矩和前后轮上的液压制动力。的液压制动力。踩下制动踏板后，制动ECU即得到制动信号，电动泵56电动汽车上的电动汽车上的总制动力矩是制动能量回收力矩与液压制动力矩之和；总制动力矩是制动能量回收力矩与液压制动力矩之和；制动踏板力较小时，只有制动能量回收力矩施加在驱动轮上，并且与制动踏制动踏板力较小时，只有制动能量回收力矩施加在驱动轮上，并且与制动踏板力成正比；非驱动轮上的制动力则仅由液压制动提供，液压制动力也与制板力成正比；非驱动轮上的制动力则仅由液压制动提供，液压制动力也与制动踏板力成正比；动踏板力成正比；制动踏板力超过一定值时，最大制动能量回收力矩全部加在驱动轮上，同时制动踏板力超过一定值时，最大制动能量回收力矩全部加在驱动轮上，同时液压制动力矩也作用在驱动轮上以获得所需的制动力矩；液压制动力矩也作用在驱动轮上以获得所需的制动力矩；最大制动能量回收力矩可以保持不变，以便能完全回收车辆的动能。最大制动能量回收力矩可以保持不变，以便能完全回收车辆的动能。电动汽车上的总制动力矩是制动能量回收力矩与液压制动力矩之和；57提高制动能量的回收比例的措施提高制动能量的回收比例的措施 采用电子控制制动系统采用电子控制制动系统ECB（Electronically Controlled Brake System）和车桥间电子制动力分配）和车桥间电子制动力分配 EBD(Electronic Brake force Distribution)等技术，可提高制动能量的回收比例。等技术，可提高制动能量的回收比例。提高制动能量的回收比例的措施 采用电子控制制动系统ECB58电动汽车采用制动能量回收后实际回收的能量与汽车的行驶状态和能电动汽车采用制动能量回收后实际回收的能量与汽车的行驶状态和能量回收量回收-液压混合制动系统的结构特点等有关；液压混合制动系统的结构特点等有关；安装了制动能量回收系统的电动汽车的续行里程可提高安装了制动能量回收系统的电动汽车的续行里程可提高1015以上。以上。电动汽车采用制动能量回收后实际回收的能量与汽车的行驶状态和能59