第八章 混合动力电动汽车

第三节 BSG(BAS)和ISG混合动力系统
1、BSG混合动力系统，即驱动皮带--发电机--起动机(Belt Starter Generator或Belt Alternator Starter)系统，也叫 BAS Hybrid系统，。
2、ISG(Integrated Starter Generator)是集成的具有起动 机功能的发电机的缩写。
3.按能否外接电源进行充电
按能否外接电源进行充电，分为插电式混合动力(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)和非插电式混合动力。如图所示， 插电式混合动力的特征是可由电能单独驱动，并配备一个大容 量的可外部充电的蓄电池组，显著的特性是可通过外部电源进 行充电，充电后可续航一定的里程。
1.区别于传统发动机的仪表标志
区别于传统内燃机的仪表标志有智能停机(Auto-Stop)标识，
ECO指示灯(瞬时油耗<4L/100km时，电池充电状态(SOC指示表)。
2.Hybrid车型的制动系统。 SGCM对HHV电磁阀进行PWM控制,在车辆从自动停止到发
动机重新起动的过程中，SGCM控制坡路保持阀打开的速率， 以缓慢降低制动压力的泄放，这样可以避免车辆起步前溜车 的危险和车辆起步后制动拖滞的发生 。 3.ECO空调模式
电路断开时SMR2和SMR3分步相继断开，如图所示， 然后 HVECU确认各个继电器是否已经断开，这样HV-ECU可确定通过流 过SMR1的电流可判断SMR2是否卡住。
2.驱动行驶工况控制策略 ３)加速和高速行驶工况 在加速和高速行驶工况，发动机和电动机必须联合协调工作， 才能让汽车获得良好的动力性能。当电池SOC大于下限值SOClow时，电动机和发动机共同工作驱动汽车行驶。 ４)减速制动工况控制策略 在减速制动工况下，根据电池SOC和整车制动转矩需求，电机再 生制动系统和机械制动系统可单独工作或同时工作。 ５)纯电动驱动工况 当油箱燃油量小于一定值，或者为了满足周围环保需要，纯电 动按钮被按下时，整车进入纯电动驱动工况。
第八章 混合动力电动汽车
本章要求:
1.知道混合动力汽车的含义及控制策略； 2.了解混合动力汽车分类和怠速起停功能； 3.了解BSG(BAS)和ISG混合动力系统 4.了解混合动力驱动系统的基本结构形式分析； 5.了解丰田混合动力普锐斯。
第一节 混合动力定义和控制策略
一、混合动力定义
混合动力电动汽车的确切定义，根据国际机电委员会下属 的电力机动车技术委员会的建议，混合动力电动汽车是指 由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源， 其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。
出的机械能首先通过发电机转化为电能，转换后的电能一部 分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动 车轮。 2.并联式的特点分析
与串联式混合动力电动汽车不同的是，并联式混合动力 电动汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。 发动机和电动机通常通过采用不同的离合器来驱动车轮，可 以采用发动机单独驱动、电力单独驱动或者发动机和发电机 混合驱动三种工作模式驱动。
7.电控车速感应转向助力系统 采用电动液压助力转向系统EHPS，有故障时仪表故障灯点
亮，如图所示，此系统当高速行驶时，转向盘助力作用减小或 者消失，路感增强，保障操控稳定，当速度降低，如转弯、倒 车时，转向盘助力作用增大，操控轻盈，一个手指头都能拨得 动转向盘。
四、ISG混合动力系统
ISG混合动力系统的车辆主要功能有怠速起停、再生制动、 辅助驱动、发电功能、HCU(Hybrid Control Unit)混合动力控 制单元会根据驾驶员请求(加速踏板踏下深度)、电池箱能量存 储单元的状态(能允许放出的电量)、电驱动系统状态(停车、 行车)以及整车车辆状态等控制ISG电动机的工作模式，自动实 现以上功能。
下制动踏板至车辆停止，发动机自动停转。 5.BAS系统工作模式--减速模式 当加速踏板被释放后，燃油供应停止，车辆进入减速断油状态。
6.ECO指示灯点亮条件 如图所示，当电池充电时，电池充电状态SOC指示表指针
从L向H慢慢移动，起动机/发电机控制模块 SGCM(Starter/Generator Control Module)控制智能充电。
四、整车控制策略
1.起动工况控制策略 从发动机和电动机的转速—转矩特性图可知，初始起动阶
段，发动机的转速和转矩成正比趋势，在转速较低时，发动机 输出转矩较小，而电动机的转速、转矩成反比，在低转速下具 有良好的转矩特性，为了克服传统轿车起动时，发动机在较大 负荷下由静止达到稳定转速的过程中燃油经济性和排放都较差 的问题。一般情况下都有电动机起动整车进入纯电动驱动工况， 而当电池SOC低于设定的下限值时，由发动机起动整车。
四、国内两种主要方案
第(１)种方案： 可以取代飞轮、发电机和起动机，特点是电动机轴向距
离小，结构紧凑，易于布置，对其他的附件影响小，控制策 略相对简单，发动机与电动机一同旋转。 第(２)种方案：
混合动力电动机采用直接驱动主减速器，在满足整车动 力性的情况下，电驱动中取消自动变速器，发动机使用变速 器可以在一定的范围内，通过调整发动机的工作点提高整车 经济性，该系统结构简单、零部件相对成熟，是目前混合动 力城市客车产业化的理想方案。
空调有三个模式:OFF，ECO和OFF:空调关闭， 允许智能停机，ECO:即经济模式，空调运行，允许智能停机， Normal:即A/C模式，空调运行，不允许智能停机， 按下ECO 键，即可进入ECO经济模式。
4.BAS系统工作模式--自动停机模式 如图所示，智能停机指发动机不供油，但电动机待命，踩
2.驱动行驶工况控制策略
１)低速小负荷行驶工况。通过设定合理的发动机最小工作转 矩和发动机最低工作转速，可在满足驾驶员行驶意图的同时， 避免发动机工作于怠速与低转矩运行工况，从而大大改善了整 车燃油经济性能和排放性能。
２)中速中负荷行驶工况 中速中负荷行驶工况(即巡航工况)是行驶的主要工况，该工况 汽车的行驶功率全部由发动机提供。
二、混合动力汽车的节油控制策略
三、总体控制方案
混合动力汽车总体控制方案基本上分为两大类，即分布 式和集成式。 所谓分布式是指设置独立的整车控制单元， 同时整车控制单元和各总成控制单元之间相互独立(至少在 逻辑上)， 混合动力系统属于多能源动力系统，各个子系统 之间需要协调工作才能实现混合动力系统在各个工况下的功 能，从而体现混合动力系统在提高燃油经济性和排放性能方 面的优势。整个系统的控制策略主要由主控制器来完成。
二、 THS-Ⅱ电动机及驱动系统基本组成和工作原理 1.电池舱内部件
2. 电池箱内通风系统
3. 高压系统主继电器
１)电源打开
电路连接时SMR1和SMR3工作，而后SMR2工作而SMR1断开，如 图所示，由于这种方式可以控制流过电阻器的电流，电路中的触
点受到保护，避免受到强电流造成的损害。
２)电源关闭
5.再生制动功能 (１)再生制动第一阶段，混合动力汽车在制动过程中可以 通过ISG电动机实现能量回收的作用。再生制动可以分为两 个阶段，再生制动第一阶段和再生制动第二阶段， 汽车运 行中，当离合完全结合，挡位在挡时，驾驶员未踩制动踏 板，且松开油门踏板，进入再生制动第一阶段，制动力矩 主要根据车速而来，车速越高，制动力矩越大。 (２)再生力矩第二阶段，在再生制动第一阶段条件下，踩 下制动踏板，进入再生制动第二阶段，制动力矩主要根据 车速而来，车速越高，制动力矩越大。
三、混合动力客车系统结构
(１)发动机+ISG电动机+离合器+主驱动电动机的动力； (２)发电机+发动机+主电动机+变速器； (３)发动机+离合器+主电动机+变速器； (４)发动机+液压电动机(压缩空气驱动)； (５)发电机+主电动机+发动机+离合器+变速器； (６)发动机+自动离合器+ISG电动机+离合器+变速器； (７)发动机+离合器+变速器+驱动桥+液压电动机+压缩空气；
1、奔驰400的混合动力系统结构
2、奔驰ISG混合动力系统主要零部件
3、奔驰400混合动力汽车电动机结构组合图
4、奔驰400混合动力汽车电动机结构分解图
第四节 新能源客车结构形式和设计方案
一、混合动力驱动系统的基本结构形式分析
1.串联式的特点分析 串联式是混合动力电动汽车中最简单的一种，发动机输
二、混合动力起停(Stop-Start)系统
所谓的起停系统，其实 就是一套可以在车辆怠速状 态下自动关闭发动机从而起 到降低油耗作用的系统， 它可以在车辆怠速等待状态 下(脚踩制动踏板后)关闭发 动机，转由电动机驱动车内 电器， 而在驾驶员再次发 动车辆的0.1~0.3s之内迅速 作出反应，起动发动机。
二、控制策略
控制策略是混合动力汽车的核心，它根据驾驶员意图和行 驶工况，协调各动力部件间的能量流动，合理进行动力分配， 优化车载能源，提高整车经济性，适当降低排放。 １)当车速较低时，离合器分离，车辆由大功率电动机单独驱 动，以纯电动方式运行。 ２)当车速较高时，当整车需求扭矩在发动机优化工作区间内， 发动机单独工作，提供驱动转矩。 ３)当车辆加速行驶或负荷增大时，发动机与电动机同时提供 驱动转矩。
３. 辅助驱动
１)满足动力性需求的辅助驱动 当驾驶员请求的转矩超过发动机的最大转矩时，HCU将控制电 动机参与辅助驱动，满足整车的动力性需求。
２)满足经济性的辅助驱动 将发动机的工作区域稳定在经济的区域，ISG电动机参与的辅 助驱动部分满足驾驶员的动力需求。
4.发电功能 １)一般行驶情况下发电转矩的计算公式:发电转矩＝ 发电请 求转矩－驾驶员请求转矩，其中，发电请求转矩是根据高压电 池SOC决定的， SOC越低则请求转矩越大，SOC越低则请求转矩 越小。 ２)怠速情况下的发电公式:怠速时发电，主要是用来维持全车 用电，如果高压电池SOC过低，同样需要发电来维持高压电池 电量的平衡。
第五节 丰田混合动力普锐斯
第二代丰田普锐斯(PRIUS)混合动力系统ꎬ搭载的混联式混 合动力系统，如图所示，集合了各式混合动力系统的优势，普 锐斯混联混合动力系统结构使用，停驶时自动停止发动机，减 少能量浪费，更有效地控制发动机和电动机，加速反应快。
一、THS-Ⅱ电动机及驱动控制系统的特点
在电动机和发电机之间采用AC500V高压电路传输，可 以极大地降低动力传输中电能损耗ꎬ高效地传输动力，采用 大功率电动机输出，提高电动机的利用率。当发动机工作效 率低时，此系统可以将发动机停机，车辆依靠电机动力行驶， 极大地增加了减速和制动过程中的能量回收，提高能量的利 用率。
五、新能源客车的设计方案
新能源客车在总体布置上与传统柴油车不同的主要关注 的是电池和控制系统，重新标定柴油共轨电控特性，通过电 动助力避开发动机低效工作区，变速器一般基于传统机械变 速器(ＭＴ)，实现了整车控制器与行驶记录仪的同步数据传 输，电动机采用接线盒。电池舱的散热通风设计，采用自然 散热与主动散热相结合的模式调节电池舱环境温度在４０℃ 左右。强电安全方案，接触防护采用绝缘防护罩，系统绝缘 采用阻抗监视器及电池正负极悬浮，漏电检测与控制采用漏 电断路器。
第二节 混合动力汽车分类和怠速起停功能
一、油电混合动力汽车分类 １. 按串并联分类
2.按混合度分类
目前,按照混合度的分类说法也比较流行， 按照我国汽车 行业标准中对混合动力汽车的分类和定义，从电动机功率占发 动机功率百分比多少分为: 微混----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比小于等于5%。 轻度混合----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比在 5%~15%。 中度混合----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比在 15%~40%。 重度混合-----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比在40% 以上。
BAS和ISG这两种动力系统目前只给发动机起助力作用，无法 实现纯电驱动。
一、BAS混合动力系统结构 君越BAS混合动力系统结构
二、BAS混合动力系统主要部件 君越BAS 混合动力主要零部件（一）
君越BAS 混合动力主要零部件（二）
三、君越ECO-Hybrid油电混合动力车与传统汽车主要 区别