第三章 插电式混合动力(增程式)电动汽车

不同混合度类型及功能列表
类型
弱混合动力 轻度混合动力
中度混合动力
功能要求
发动机自动起停 发动机自动起停+回馈制动
发动机自动起停+回馈制动+电动辅助
重度混合动力
发动机自动起停+回馈制动+电动辅助+纯电驱动
插电式混合动力 （包含增程式）
发动机自动起停+回馈制动+电动辅助+纯电驱动 +电网充电
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② 轻度混合动力系统， H <20% ③ 中度混合动力系统， H <30%
H pelec 100% ptotal
④ 重度混合动力系统，也称全混合动力系统、强混合动力系统， H 一般在 50%
⑤ 插电式混合动力系统包括增程式电动汽车动力系统， H ＞ 50%
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3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
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（7）自动起停开关 自动起停开关用
于禁止停车起动功能。 依据车型设备的不同， 可以通过一个禁止按 钮或者借助触摸屏来 操作它，如右上图。
自动起停开关
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3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
3.1.1 插电式混合动力电动汽车的概念和特点
插电式混合动力汽车（ Plug−in Hybrid Electric Vehicle ， PHEV ）是指 可使用电力网（包括家用电源插座）对车载可充电动力电池进行充电的混合动力 汽车。 纯电动行驶里程更长，也可以以普通的混合动力汽车方式工作。
2、
混合供电模式
车辆驱动能量同时 来自发动机和动力 电池用于车辆加速 和爬坡行驶工况。
3、
发动机 / 发电机供 电并给电池充电模
式
发动机的机械能转 化成电能 分 配 给 电 机和动力电池
4、
回馈制动模式
把来自车轮的动能 转化为电能，给动 力电池充电。
5、
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电池充电模式
发电机把来自发动 机的机械能转化为 电能给动力电池充 电
（2）蓄电池监控传感器 蓄电池监控传感器集成在 蓄电池负极电缆上，如下 图。
AGM蓄电池
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蓄电池监控传感器
（3）交流发电机 交流发电机和传统车辆使用的发电 机结构一样，主要由定子、转子、 换向器、调节器、挡圈等部件组成， 如下图。
（4）增强型起动机 通过加强机械部分，起动机可以支撑自动起 停功能起动、重新起动的连贯性，能承受重 负荷周期，保证起动和重新起动功能。
混合动力系统中，通常采用电机的输出功率在整个系统输出功 率中占的比重来表示不同程度的混合动力系 。
H pelec 100% ptotal
，式中，Pelec 为电机输出功率；Ptotal 为动力源总功率。
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3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
根据混合度的不同，可分为：
① 弱混合动力系统，也称微混合动力系统 H ＜10%
交流发电机
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增强型起动机
起动机控制盒
（5）起动机控制盒 起动机控制盒的作用是对起动 机的运行进行控制，由发动机 控制单元来对它进行控制，如 上图。
（6） 网络电压保持设备（DC-DC转换器） DC-DC 转换器由发动机控制单元发 出的起动信号激活，如下图。它主 要用于日常的12V 供电模式（电源）、 重新起动阶段和首次起动阶段的12V 支持模式（电压转换器）。
停
系
蓄电池监控传感器、交流发
统 的
结
电机、网络电压保持设备
构
组
成 （DC-DC转换器）、起动
机控制盒、增强型起动机、
各类传感器等部件组成，如
下图。
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（1）AGM 蓄电池 分离起动机/发电机（IDLE STOP） 起停系统使用的蓄电池是AGM（玻 璃纤维隔板技术）的VRLA铅酸密封 蓄电池，如下图。
集成起动机/发电机（BSG）起停系统
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i-Start系统的电控 装置集成在发电机 内部，在遇红灯停 车时发动机停转， 只要一挂档或松开 制动踏板，汽车会 立即自动起动发动 机，如下图。
i-Start系统工作过程
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（2）分离起动机/发电机（IDLE STOP）起停系统 采用分离起动机 / 发电机（IDLE STOP）起停系统很常见。这种
插
将纯电动驱动系统和混合动力驱动系统相结合，减少有
电 式 混
1 害气体、温室气体的排放，大大降低整车的燃油消耗，提高 燃油经济性。
合
动 力 电
无须配备大容量的动力电池，可以大幅降低制造成本有 2 效延长了电池寿命；降低了成本。
动
汽 车
可利用外部公用电网对车载动力电池进行均衡充电，减
特
3 少对石油的依赖，同时又能改善电厂发电机组效率、削峰填
发动机。
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（1）集成起动机/发电机（BSG）起停系统 集成起动机/发电机（BSG）起停系统集成起动机/发电机是一个
通过永磁体内转子和单齿定子来激励的同步电机，能将驱动单元集 成到混合动力传动系统中。法雷奥研发的 i-Start系统是其中的代表， 它首先应用于 PSA（标致—雪铁龙集团）的 e-HDi 车型上，如下图。
系统的起动机和发电机是独立设计的，发动机起动所需的功率由增强 型起动机提供，而发电机则为起动机提供电能，如下图。
分离起动机/发电机（IDLE STOP）起停系统
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（3）马自达 SISS 智能起停系统 马自达的 SISS 智能起停系统（现在称为i-stop技术），主要是通过在气缸
内进行燃油直喷，燃油燃烧产生的膨胀力来重新起动发动机的，发动机上的传 统起动机在发动机起动时起到辅助作用，如下图。
手动挡工作模式
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4.自动起停技术的类型 目前市面上车型使用的自动起停技术主要有 BSG 、IDLE
STOP 和马自达的 SISS 三种。
BSG 采用发电机起动机一体化（BSG）电机来实现起停功
能。
IDLE STOP系统采用分离式起动机/发电机起停系统。 SISS 系统则通过燃油在气缸内喷射燃烧产生膨胀力来起动
6、
3.2 插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构
3.2.1 串联式结构
串联式结构的 PHEV 的优缺点是：
①可控制发动机可以工作在其速度 − 转矩图的任何点上
优
②可控制发动机总是工作在最低油耗区
点
③在电量充足时，能够完全实现零排放
④动力总成的控制策略简单
①为满足汽车动力性需要匹配较大功率的电动机
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3.工作模式 对于手动档的车辆来说，
当遇到红灯或塞车时，驾驶人 踩下制动踏板使车辆停下来后， 将档位换入空档并完全释放离 合踏板，这时控制系统会自动 将发动机熄火，节省了怠速运 转而浪费的燃油。当绿灯放行 后，驾驶人踩下离合器，发动 机则自动重新起动，挂入适当 档位后即可前行，如下图。
自动起停技术可以在车 辆暂时停车时自动停止发动 机工作，从而减少燃油消耗， 减低排放，尤其在那些交通 拥挤的大城市运用这种技术 对节能减排有着不错的效果。
马自达SISS智能起停系统
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5.自动起停系统的技术特点
以应用最为广泛的分离
起动机/发电机（IDLE
STOP）起停系统为例，该
自
动
起
系统主要由 AGM蓄电池、
右图系统中有两个电 源，即动力电池和发电机。 这两个电源通过逆变器串 联在回路中，动力的流向 为串联，所以称为串联式 混合动力系统。
串联式混合动力系统
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发动机 发电机
电动机
蓄电池组
为机械连接；
为电气连接
串联式混合动力汽车系统结构
车轮
蓄电池
控制器
电动机
驱动轴
整流交换器
发电机
为机械能；
车轮 发动机 为电能
自动起停技术是一套控制发动机起 动和停止的系统：当车辆在红灯、堵塞 等停滞状态下，ECU可以控制发动机自 动停止运行，从而大大减少油耗和废气 排放。在停止运行阶段，音响等设备可 以正常使用，如右图。当整车需要再起 步时，如右图，起动机快速起动发动机， 瞬时衔接，保障行车过程和驾驶习惯不 受影响。
车来自百度文库静止 车辆起步
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DC-DC转换器工作原理
在发动机处于停止模式的时候，DC-DC转换器使用蓄电池的 能源来把部分控制单元维持在苏醒状态。但是，为了限制电力消 耗，它就不给电动助力转向以及稳定性控制单元供电了。把部分 控制单元维持在苏醒状态能够维持车辆的一些功能（照明、收音 机、通风等）继续运行。必须要重新起动发动机以便让电动助力 转向和稳定性控制单元运行起来。
缺
②在车辆需求功率较大的工况行驶时，动力电池需要高电流放电，电
点
能损耗大
③在电量低需要充电时，能量总体损失比较大，转化效率低
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3.2 插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构
3.2.2 并联式结构 并联式混合系统节油率高于串联式系统，一般在 25%左右，
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相关知识
一 、微混合自动起停技术 1.微混合自动起停技术的由来 汽车行驶在拥挤的城市道路中，总免不了停车等红绿灯， 而发动机怠速消耗的能源是毫无意义的。自动起停技术就是致 力于最大限度减少发动机怠速时燃油的损耗，避免这部分能源 的浪费，对节省能源与减低排放有着重要的意义。
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2.自动起停技术
点
谷，缓解供电压力。
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3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
3.1.2 增程式电动汽车的概念和特点 增程式电动汽车的概念:是以电能为主要驱动能源、发动机为辅助动 力源的一种兼有外接电源充电和车载自供电功能的电动汽车。 增程式电动汽车的特点：
1、
可以缩小动 力电池的容 量，降低成 本，且增大 了续驶里程
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3.2 插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构
3.2.1 串联式结构
串联插电式混合动力系统在早期的城市公交车上应用，该系统可以实现以下工作模
式：
电池供电模式
发动机关闭，车辆 驱动能量完全来自 动力电池
1、
发动机 / 发电机供 电模式
当动力电池荷电状 态小于目标 SOC 值后，动力电池不 再向电动机供电。
新能源汽车概论
第三章 插电式混合动力（增程式） 电动汽车
3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述 3.2 插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构 3.3 插电式混合动力电动汽车的典型案例 3.4 增程式电动汽车系统及典型案例
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3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
插电式混合动力（增程式）电动汽车续驶里程则不受限制，对 电池的性能要求不高。
串联式混合动力汽车动力流程图
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串联式混合动力汽车工作原理
串联式混合动力流程图如下图所示。电动机直接与驱动桥相连， 发动机与发电机直接连接产生电能，来驱动电动机或者给蓄电池充 电，汽车行驶时的驱动力由电动机输出，将存储在蓄电池中的电能 转化为车轮上的机械能。当蓄电池的荷电状态降到一个预定值时， 发动机即开始对蓄电池进行充电。发动机与驱动系统并没有机械地 连接在一起，这种方式可以很大程度地减少发动机所受到的车辆瞬 态响应。瞬态响、应的减少可以使发动机进行最优的喷油和点火控 制，使其在最佳工况点附近工作。
轻度混合动力系统采用了起动发电一 体机（ ISG ），除了能够实现用电机 控制发动机的起停外，还能实现对部 分能量进行回收；发动机的动力可以 在车轮的驱动需求和发电机发电需求 之间进行调节。
中度混合（中混）动 力系统该混合动力系 统同样采用了 ISG 系统。与轻度混合动 力系统的不同之处在 采用的是高压电机， 节油率可以达到 20% ～ 30% 。
插电式混合动 力（增程式）
电动汽车
重度混合动力系统采用了 272 ～ 650V 的高压电 机，动力系统以发动机为 基础动力，动力电池为辅 助动力。节油率可以达到 30% -50% 。
插电式混合动力系统是 在以上三种混合动力系 统的基础上发展起来的 一种动力系统，可以使 用家用电源在夜间用电 低谷时为电池充电，有 效平稳电网波动，也可 以利用外接充电机充电， 续驶里程较大。
2、
可外接充电， 进能源利用 率高，结构 简单采取电 池扩容的方 式，增加续 驶里程
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3、
电能充足的 条件下行驶 时，发动机 不参与工作， 采用电机直 驱，结构简 单
3.2 插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构
3.2.1 串联式结构
根据混合动力系统的混合方式， PHEV 的混合动力系统主要分 为串联式、并联式和混联式 三种类型。
3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
不同混合度系统对应的功能及按混合度分类的车型。
按照混合度分类的车型
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3.1 插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述
弱混合（弱混）动力系统搭载的电 机功率小，仅靠电机无法使车辆起 步，起步过程需要发动机介入，是 一种初级的混合动力系统。油率一 般为 5% ～10% 。