串联式混合动力汽车结构技术分析

串联式混合动力汽车结构技术分析

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串联式混合动力汽车结构技术分析

陈子兴

(广东省交通高级技工学校)

摘要混合动力汽车是指以内燃机和电力能源(蓄电池)作为共同能源的汽车混合动力汽车在环保与节能上有着很大的优

势.目前混合动力汽车主要有两种结构:串联式和并联式:本文将对串联式混台动力汽车的系统结构和性能进行重点分析:

关键词混合动力汽车串联式结构性能

混合动力汽车的出现是环保与节能的需要.当今世界汽车保有量

已达到7亿多辆,并且还在以每年几千万辆的速度增长着.汽车数量

的不断增加和排放已经成为一个严峻的问题,且作为不可再生资源的

石油终有一天耗尽,而人类的文明却不会因此停止,所以开发低排放

低油耗的新型汽车成为当今汽车发展的主流.虽然许多现代汽车新技

术如电子控制燃油喷射等应用已使汽车排放和油耗得到一定程度的下

降,但还是未从根本上解决问题.因此各国汽车行业都致力于其它燃

料汽车及电力汽车的研究和开发,以求掌握未来汽车工业的主动权.

根据国际电子技术委员会的定义…,混合动力汽车(Hybrid

ElectricVehicle简称HEV)是能根据特定的运行要求,从两种或两种

以上的能量源,能量储存器或转化器中获取驱动力的汽车,在运行中

至少有一种能量储存器或转化器直接驱动汽车,并且至少有一种能量

源.能量储存器或转化器能够转化电能.

广义的混合动力汽车包括纯电动汽车,混合动力汽车和燃料汽车

三种.纯电动因不需要内燃机可以实现零排放,是最理想的解决途

径,但由于它的关键部件蓄电池的能量,密度,寿命,价格等问题使

其性能无法与传统的汽车相比.所以一种融合了内燃机和电动汽车的

优点的混合动力汽车(HEV)应运而生.

1串联式混合动力汽车(SHEV】

串联式混合动力汽车由三大总成组成:发动机,发电机,电动

机.串联式的本质特点是两种动力装置直列式排列,前级的动力输出是后级的功率输入,由电能作为直接驱动动力,并且只有电力一种最终动力.蓄电池通过控制器串接在发动机与电动机之间,起功率平衡作用,即当发电机的发电功率大于电动机所需功率时(如减速,滑

行,低速行驶或短暂停车),控制器控制发电机向电池充电;而当发

电机发出低于电动机功率时(如起步,加速,高速行驶,爬坡),电

池则向电动机提供额外的电能.

动机供电,提供额外电能这一种就是一般所说的串联式.

3串联式的控制策略

在串联式混合动力汽车(SHEV)的运行过程中,发动机有两种

工作模式,经济模式与功率模式,串联式控制策略的控制目标就是要尽量把发动机控制在经济模式下工作.发动机的经济模式区域是发动机最大负荷的60%一80%,而通过渊节电机的工作模式,就可以保证这个空盒子目标的实现

SHEV的多能控制策略的一条重要原则就是尽可能采用较高的能

源混台度,让发动机在最佳工况点附近稳定运转,以避免怠速,高负

荷等低效高污染区域工况.这就要求电机在大部分时间里协同完成工作,通过多能源电子控制单元(MECU)来控制调节其工作状态(充

电或放电),从而保证发动机稳定在最佳的工作状况.

多能源控制是为了协iJ{HEVflt,]动力驱动能源流,达到经济实用的目的.为此,作为HEV的MECU的实施控制的理论根据,必须兼顾考虑汽车的动力性和经济性因此,一个合理的多能源控制策略需要满足两个条件:一是在汽车的车速功率图上,动力总成的组合输出功率必须大于最大阻力功率.二是在稳态行驶时,即行驶速度不变时,无

论功率怎么分配,随着油门踏板开瘦的增加,动力总成输出功率只能单凋递增.

因为具体采~fl4t么技术,什么控制方法是由生产厂家的具体条

件决定的.既要考虑生产方的资金条件,技术条件,商品因素等,所

以不同牌子,相同品牌不型号的串联式混合动力汽车的控制方法都不同.

现在大多数的串联式控制策略都是采用单参数控制模式,这个但

参数就是荷电状态(StatusofCharge,简称SOC),它反映了蓄电池

所储存的电量的多少,是蓄电池组所储存的电量与蓄电池所能储存的最大电量的比值.

2串联式的结构形式4三菱Can1er串联式混合动力系统的控制策略串联式混合动力汽车的结构布置如图5,图6所示.许多的分析都

把串联式归为一类,其实

还应该不局限于结构形式,

还应按照动力分配的角度

再把串联式细分为两类:

串联式l和串~-t,2.

(1)串联式1.内燃

机间接通过蓄电池,以支

援电动机的形式提供能量.

就是说内燃机的能量一定

要先经过电池才能到达驱

图1串联式1

动桥.发动机是充当辅助图2串联式2

能源.发动机的功率都较小,只有蓄电池充电才能起作用.

(2)串联式2.发动机带动发电机发电,其电能通过电动机控制

器直接输入电动机,由电动机产生的电磁力矩驱动汽车.也就是说,

发动机的能量可以不经过蓄电池就能直接驱动驱动桥.从能源的角度分析,原动力来自发动机,动能转变为电能,最终驱动汽车的也是电能,蓄电池在这里是辅助作用.蓄电池通过控制器串接在发动机与电动机之间,其功能就像一个水库,即当发动机输出功率大于电动机驱

动汽车所需的功率(如汽车减速行驶,低速行驶或短暂停车),多余

的电能就被储存在蓄电池里;当发动机输出功率小于电动机驱动汽车所需的功率时(如汽车起步,加速,高速行驶,坡等)电池就问电

三菱公司开发的串联式HEV轻型卡车Canter~一种串联式的HEV,其系统如图3所示.排量为1.8L的液化石油气在2000r/min的转速下的功率为20kw,发电机为27%.铅酸电池组的工作电压为

336V,可由发电机或回收制动能进行充电.

Canter的驱动系统中发电机在选定的最佳工况区域内以开关的模

式参与驱动,采用以电池组的充电

状态SOC作为控制信号的但参数控

制策略:当电池组的SOC高于55%

时,发动机停机,由电池组向电动

机提供电能,此~j'Canter为零排放

的纯电动模式,当电池组的sOc低

于50%时,发电机组开始向电池组

充电,此时为混合动力模式;当电

池组的SOC值再达N55%时,又进

入纯电动模式.由于电池的SOC接

近充满状态时充电效率很低,所以

电池组

图3Canter系统配置示意图

canter将sOc控制在效率最高的5O%

s(

一

55%之问,其混合动力驱动模式

震行:薹量高效回"图25串"收控制策略如图d所示c

藐

串联式HEV的控制策略比较简单,发动机工况相对稳定,汽车布

的自由度也较大,l~socfl:]32怍极限还需对体的电(转1O;页,