混合动力知识

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1、混合动力简介通常所说的混合动力一般指的都是油电混合动力，即燃料（汽油，柴油）和电能的混合，而混 合动力汽车则就是由电动马达作为发动机的辅助动力来驱动汽车。混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，而且在起步、加速时，由于有电动马达 的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。并且由于辅 助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的扭矩，因此，起步和加速更强劲。同时，还能实 现较高水平的燃油经济性。（形象一点说 ，就是将传统发动机尽量做小 ，让一部分动力由电池电 动机系统承担 。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点 ，又可以发 挥电动

2、机无污染、低噪声的好处 ，从而使汽车的热效率可提高 10%以上 ，废气排放可改善 30%以 上） 。混合动力车一般均设有可回收制动能量的装置。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用 来给汽车加速的能量作为热量被浪费掉了。而混合动力车却将这部分能量进行回收，并将其暂时贮 存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供可与强 大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶， 或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。 而在低速行驶时，可以单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发

3、动机关闭时电动转向助力系 统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。混合动力系统在不同的条件下有着各自的不同的分类方式。按照动力系统结构形式划分：分为串联式、并联式和混联式三种。SHEV 一、串联式混合动力系统这一系统一般是由发动机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电动机通过变速机构来驱动汽车。电池在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。里力驱动是其唯二的 驱动模式，发动机与车轴之间没有直接的机械连接，发动机可以调整在最佳工况点附近工作，可以 保持在稳定、高效、低污染的运行状态，适用于市区内常见的频繁起步、加速和低速运行工

4、况。但 串联式混合动力电动汽车各部件的功率较大，体积和质量也较大，因为安装布置有很大难度，同时 能量经历了从热能到电能再到机械能的转化过程，能量损失较大，尽管发动机本身的燃油经济性高， 但就整个车辆来说燃油经济性不高，这种动力系统适用于中大型汽车，特别是在城市公交上的应用 比较多，轿车上很少使用。该结构尤其适合于那些与驱动轮难于进行机械连接的高效发动机，比如 燃气轮机、斯特林发动机等优点：发动机与驱动轮无直接机械连接，便于对发动机进行控制使其工作在高效区或低排放区。缺点：能量经过2 次转换，机械效率较低；包含3 个动力总成，系统总布置困难、成本增加。串联式混合动力系统驱动模式：1）在车辆起步，

5、正常行驶、加速和爬坡时，发动机通过发电机和 （或 ）电池两者一起发出电能 并传递给功率转换器 ,然后驱动电动/发电机 ,再通过传动系驱动车轮 ,如图 a ） 所示。此时 ,电动/ 发电机起电动机作用。2 ）在轻载时 ,发动机的输出功率大于驱动车轮所要求的功率 ,发电机产生的多余电能被用来向 电池充电，直到电池的容量达到预定的水平，如图b）所示。此时，电动/发电机起电动机作用。3）在制动或减速的过程中 ,电动/发电机起发电机的作用 ,将车辆的动能转化成电能 , 并通过 功率转换器向电池充电，如图c）所示。4 ）车辆停车时，发动机也可以通过发电机和功率转换器给电池充电，如图d）所示。二、并联式混合

6、动力系统PHEV蓄电池功率变换黠发动机十电动机 电机吏連器动力总成1动力总成2a）车辆起步/正常行驶/加速c）减速/制动机械传动发电机电动/ w 发电机v蕃电池发电机发动机蒂电池vA发电机蓄电池发动机发动机它有两套驱动系统，即传统的发动机系统和电机驱动系统。这两个系统既可以同时协调工作， 也可以各自单独驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该连接 方式结构简单，成本低，本田的Civic混合动力车型采用的是就是这种连接方式。发动机和电动机共同驱动车轮，可以根据不同驾驶状态使用两种动力。动力的传输方向为并列， 因此被称为并联式混合动力。发动机为主动力，电动机为辅助动力，

7、只在加速时使用，发动机的使用比例更大。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机, 发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普 通汽车差不多，得到比较广泛的应用。主要适用于小型汽车上，但缺点是整车比较复杂，控制难度 比较大。优点：发动机可以直接驱动车轮，没有能量转换，系统效率高，燃油消耗少； 电动机同时也为发电机，共2个动力总成，整车质量与成本大大减小。缺点：发动机直接驱动车轮，要维持发动机在最佳工况区，控制系统和控制策略较复杂。并联式混合动力电动汽车的驱动模式1）车辆起步或加速过程中,发动机和电动/发电机两者

8、同时工作，驱动车辆，见图a）。2）在正常行驶过程中（达到巡航速度）,仅仅由发动机提供必需的功率以驱动车辆 ,而电动/发电 机保持脱离工作的状态，见图b）。3）在减速制动的过程中，电动/发电机起发电机的作用，并通过功率转换器向电池充电，见图c）。4）车辆轻载时,发动机向电动/发电机提供一部分功率,通过功率转换器向电池充电，见图d）。a）车辆起步/加速传动装置发动机詰电池功率电动f转换器发电机c）减速/制动-机械传动传动装置普电池发动机电动/发电机b）正常行驶茶电池功率电动/转换器发电机f发动机d）轻载电力传动传动装置 传动装置三、混联式混合动力系统CHEV它的特点在于发动机系统和电机驱动系统各有

9、一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而 综合调节发动机与电动机之间的转速关系。与 并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可 以更加灵活的根据车辆工况来调节发动机的 输出功率和电动机的运转。但由于结构复杂，此种形式的混合动力系统复成本也较高。大家熟悉的丰田Prius采用的就是混联式联结方式。更有效地组合了串联式和并联式，使两者的优势发挥到极致。发动机的动力由动力分割机构分 割，一部分直接驱动车轮，另一部分被用于发电，其使用比例可自由控制。由所产生的电能驱动电 动机，电动机的使用比例比并联式更大。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动

10、机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中， 发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。典型结构：图a所示的开关式结构通过离合器的结合与脱离来实现串联分支与并联分支间的相互切换 离合 器分离, 切断了发动机和电动机与驱动轮的机械连接, 系统以串联模式运行; 离合器结合, 发动机与驱动轮有了机械连接, 系统以并联模式运行。图 b 所示的分路式结构中, 串联分支与并 联分支都始终处于工 作状态, 而由行星齿轮传动在串联分支和并联分支间进行发动机输出能量的 合理分配。此结构可通过发电机对串联分支实施各种各样的控制, 同时又可通过并联分支来维持发动

11、机与驱动轮间的机械连接, 最 终实现对发动机的转速控制。优点：综合了串、并联2 种布置方案，具有最佳综合性能缺点：系统组成宠大，传动布置困难。实现串、并联分支间合理的切换对控制系统与控制策略 要求更高。混联式混合动力电动汽车的驱动模式1 ）车辆起步时，发动机关闭，蓄电池工作提供车辆行驶所需的动力，如图a）所示。2）节气门全开车辆加速行驶时 ,发动机和电动 /发电机同时工作 ,共同分担车辆行驶所需的动 力，如图b）所示。3 ）车辆正常行驶时，电动机关闭，发动机工作，提供车辆所需动力，如图c）所示。4 ）车辆制动或减速行驶时 ，电动 /发电机工作于发电机模式 ， 通过功率转换器给蓄电池充电 ， 如

12、图d）所示。5 ）车辆行驶时如果蓄电池需要充电 ，发动机一部分动力用于驱动车辆 ，另一部分动力由发电机 经功率转换器给蓄电池充电，如图e）所示。6 ）停车时，发动机也可以通过发电机给蓄电池充电，如图f）所示。四、结论混合动力电动汽车采用发动机和电动机互补的工作模式 ,在起步或低速行驶时 ,汽车仅依靠电 力驱动 （混联式） ,此时发动机关闭 ,车辆的燃油消耗量是零。并且一旦启动 ,电动机就会达到最大转 矩。或者在起步时发动机和电动机一起工作 （串联式和并联式 ） ,此时发动机始终处于最佳工作区 域 。这些特点使得混合动力汽车在遇到堵车时的燃油消耗量、尾气排放量等要远远低于仅靠汽 、 柴油内燃机驱

13、动的车辆 ,而混合动力汽车在动力性能、续驶里程、使用方便性等方面又大大优于仅 靠电力驱动且需要反复充电的纯电动汽车。混合动力汽车结合了内燃机汽车与纯电动汽车的优点, 同时又克服了二者的不足 ,因此可以说是一种在将来最有可能被广泛应用的节能车型 。按照混合度划分：分为微混合、轻度混合（弱混合）、中度混合和重度混合（强混合） 除了按照混合动力系统的连接方式不同分类外，我们还可以根据在混合动力系统中，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：第一、 微混合动力系统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，这种微混合动力

14、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, 电机的电压通常有两种：12伏和42伏，其中42伏主要用于柴油混合动力系统。一般情况下，电动机的峰值功率和发动机的额定功率比吏。微混合动力系统的代表车型是标致雪铁龙的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。第二、 轻度混合动力系统（弱混合）以发动机为主要动力源,电动机作为辅助动力,在车辆加速和爬坡时,电动机可向车辆行驶 系统提供辅助驱动力矩,但不能单独驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。一般情况下，电动机的峰值功率和发动机的额定功率比为5%15%。该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的In

15、tegrated Starter Generator，简称ISG 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， 还能够实现在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；并且在行驶过程中，发动机等速运转所产 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。它的代表车型是通用的混合动 力皮卡车。第三、 中度混合动力系统。以发动机和/或电动机为动力源的混合动力电动汽车。一般情况下，电动机的峰值功率和发动机的 额定功率比为15%40%。这套混合动力系统同样采用了 ISG系统，与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电动 机。另外，中混合动力系

16、统还增加了一个功能，在汽车处于 加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补 充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性 能。这种系统的混合程度比轻混合动力系统稍高，可以达到 30左右，并且其目前技术已经成熟，应用广泛。本田旗 大家熟知的丰田普锐斯混合动力车型 下混合动力版Accord和Civic采用的均为这种混合动力系统。第四、 重度混合动力系统（强混合）以发动机和/或电动机为动力源，且电动机可以独立驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。一般情 况下，电动机的峰值功率和发动机的额定功率比40%。这种系统采用了 272伏至650伏的高压电动机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全 混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合 动力技术的主要发展方向。大家熟知的丰田 Prius 采用的则正是这套完全混合动力系统。