3电动汽车结构与原理_第三章混合动力电动汽车part2

Peugeot 307 Citroën C4 Hybride HDi
307 CC Coupé Cabriolet Hybride HDi
DaimlerChrysler S350 Direct Hybrid
AUDI Q7 Hybrid
Saab 9-3 hybrid concept car
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• “十一五”863计划节能与新能源汽车重大项目混合动
力电动汽车技术指标要求。
动力性
经济性
排放 噪声 可靠性 耐久性
指标
加速时间
与基础车相比 能量消耗降低率
排气污染物 加速行驶车外噪声 平均故障间隔里程 首次大修里程(混 合动力主要部件)
测试标准 （客车/乘用车）
混合动力城市 客车动力系统
技术平台 (油电/气电混
动
回
收
发电混 动动合 机机动 驱驱力 动动驱 模模动 式式模
式
3.3.2 多能源控制系统的作用
• 多能源动力总成控制系统 根据车辆行驶要求、运行环境（如循环工况）、 动力系统各部件的工作特性（如发动机、电机的 效率map图）和工作状态（如蓄电池荷电状态 SOC），按预设的车载能量管理策略和动力系统 能量动态分配控制策略，确定动力流路径、动力 分配方式及其能量大小，将车辆行驶需求功率(或 转矩)在发动机和电机之间进行合理分配，以达到 提高整车综合性能（高动力性、低油耗和低排放） 和保证动力系统各部件使用寿命的目的。
◇ ISG/ISA集起动电机和发电机两大功能于一体。 ◇ ISG/ISA将发动机迅速起动到怠速转速以上。 ◇ ISG/ISA可输出辅助动力，提供车辆超车和加速所需
的额外动力 。 ◇ ISG/ISA可作为发电机吸收发动机的部分动力，转换
为电能储存到动力电池组中。 ◇ ISG/ISA可作为发动机的飞轮用于平衡发动机的振动。 ◇ ISG/ISA的控制方法基本与驱动电动机的控制方法相
333532 401
321 333678468
419
3333344578900680251 425
2000
3000
4000
转速 (r/mim)
297 303 315
327
440147319
425
最优工作线
最大转矩曲线
等燃油消耗率曲线
5000
6000
3.3.4 多能源控制系统的考虑因素
※发动机 • 最小化发动机动态波动
气缸数(个) 排量(L) 额定功率/转速(kW/rpm) 额定转矩/转速(kW/rpm) 功率(kW) 转矩(N.m) 最大功率(kW) 最大转矩(N.m) 试验油耗(L/100km) 市区工况(L/100km) 公路工况(L/100km) 0~96km/h加速时间(s)
3 1 50/5700 91/4800 10 35 56 113 3.41 3.761 3.29 10.6
合)
GB/T19752-2005
GB/T19753-
≥35％
2005/
(GB /T 12545-
GB/T19754-2005
1990)
GB/T19755-2005 满足国3标准
GB 1495-2002
GB/T 19750-2005 ≥3000km
GB/T12678-1990 ≥8万公里
混合动力乘用车动力系统技术平台
1ps=745.7w
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 4.工作模式
起动
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 4.工作模式
加速
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 4.工作模式
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车
发 动
电动机& 发电机(IMA)
蓄电池
机
变速器
PCU 结构示意图
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 1. 技术性能参数
总长(mm) 总宽(mm) 总高(mm) 尺寸 轴距(mm) 轮距(mm): 前轮
3.3.4 多能源控制系统的考虑因素
※驱动系统 • 驱动模式选择
合理选择发动机驱动模式、电动机驱动模式及混合 驱动模式，以及确定最佳的驱动模式切换时机。 在某些城市或地区混合动力电动汽车应以纯电动模 式工作，该转变可通过手动或自动来控制。 • 混合驱动模式中机、电分配适当(发动机和电动机 的动力匹配) 车辆以混合驱动模式行驶时，发动机和电动机(蓄电 池)应合理分担车辆所需功率，以减少油耗和排放。
后轮 整备质量(kg) 发动机质量(kg) 质量 电机质量(kg) 电池组质量(kg) 总质量(kg) 类型 电池组 单体数量(个) 总电压(V)
3945 1695 1355 2400 1435 1325 840
56 10 20 1050 镍氢 120 144
形式
VTEC稀薄燃烧 汽油机
发动机 IMwk.baidu.com 性能
控制发动机的工作转速以避免波动，从而使发动 机的动态波动达到最小。 • 限制发动机最低转速 当发动机低速运行时，燃油效率很低，因此当发 动机转速低于某一值时，应停止发动机的工作。 • 减少发动机开/关次数 频繁地开/关发动机，会引起油耗和排放增加，因 此应使发动机的开/关次数降低到最少。
3.3.4 多能源控制系统的考虑因素
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 2.驱动系统 (1)发动机 ◇铝制、直列三缸、12气门、排量1L、
VTEC变气门正时和升程的“极端 稀薄燃烧”型发动机，空燃比由过 去的23:1扩大到26:1。 ◇配置了起动-停车自动控制系统， 能有效地控制跑车在停车时自动关 闭发动机，在起动时能快速起动。
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 丰田公司混合动力电动汽车
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 丰田公司混合动力电动汽车
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田公司混合动力电动汽车
Insight (3.4L/100km)
CIVIC
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 欧洲混合动力电动汽车
3.3.2 多能源控制系统的作用
• 驱动电动机控制模块 主要根据动力电池组的能量和不同类型的驱动电 动机的技术性能，来选择所需要的变频器及其控 制方法。
3.3.2 多能源控制系统的作用
• 集成式起动/发电机ISG/ISA (Integrated Starter Generator/Alternator)控制模块
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
本田Insight并联混合动力电动汽车 2.驱动系统 (2)集成式起动/发电机IMA (Integrated Motor Assist) ◇电动/发电机为永磁无刷电机，功率为10kW/3000rpm，
采用用钕磁永磁体制造，薄型电动机厚度60mm。 ◇电动/发电机直接装在发动机的输出轴末端，起动时充分
• 本田Insight并联混合动力电动汽车
3.驱动模式
(1)发动机驱动模式
汽油发动机驱动是基本驱动模式，电 动/发电机只是辅助动力装置。发动 机与电动/发电机的输出轴直接相连 接。
(2)混合驱动模式
汽车在加速或爬坡时，电动/发电机 提供附加转矩，形成发动机—电动/ 发电机共同驱动的混合驱动模式。发 动机和电动/发电机在同一根轴上， 动力输出时它们的转矩互相叠加。
发挥电动/发电机低速大转矩的作用，使发动机快速起动。 ◇发动机起动后电动/发电机发电，将部分动力转换为电能
储存到动力电池组中。 ◇加速或爬坡时，电动/发电机可使车辆增加8kW的辅助功
率。 ◇制动时，电动/发电机能实现再生制动能量的反馈回收。
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
本田Insight并联混合动力电动汽车 2.驱动系统 (2)集成式起动/发电机IMA (Integrated Motor Assist)
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 2.驱动系统 (3)动力电池组
镍氢电池，整个动力电池组的电压 为144V，容量为6.5Ah，总质量仅 20kg。 (4)变速器 手动5档变速器或钢带带轮无级自 动变速器(CVT)。
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 我国混合动力电动汽车
东风混合动力轿车
红旗混合动力轿车
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 我国混合动力电动汽车
东风混合动力客车
一汽混合动力客车
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 武汉理工大学混合动力电动汽车
串联混合动力电动轿车
串联混合动力电动客车
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
3.3.1 多能源控制系统的组成
• 组成简图
多能源控制系统
发动机控制模块 电池管理模块
驱动电动机 电动/发电机(ISG)
控制模块
控制模块
驱动系统 控制模块
燃进排启 油气气动 喷及净关 射增化闭 控压系控 制系统制
统
电
报
池
警
充 、 放
S O
系 统
电C
变电 电 频压 流 器调 调
节节
发发制
动电动
机
能
启
量
• 优化发动机工作区
在发动机万有特性图上，发动机 有一个首选的工作区，在此工作 区内，燃油经济性和效率最高。
转矩 (N.m)
150 285
100 278
发动机最优工作线 272
254
254
260
266
291 285 272885 291
50 0 1000
272 g/(kW .h)
291
309
41295 43410173
匀速
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 4.工作模式
减速 (再生制动)
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 5.特点 ◇发动机是当前世界上1L级汽油发动机中质量最轻的发动
机。HC、CO、NOx排放量，比日本标准所规定的2000 年排放量低68%，达到“超低污染”的要求。 ◇电动/发电机功率只有10kW厚度仅60mm。车辆行驶时 将发动机的部分动力转换为电能，储存到动力电池组中。 汽车制动时能实现制动能量回收，并将电能储存到动力 电池组中。
弱混合 中混合 强混合
与基础车相当
≥7％ (NEDC)
≥20%
≥35%
(NEDC) (NEDC)
满足国4标准 满足GB 1495-2002
≥5000km
≥10万公里
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 本田Insight并联混合动力电动汽车 转矩合成式弱混合并联HEV，汽油发动机为主要动力， 电动/发电机(IMA)为辅助动力。2002年美国汽车使用 市场上最节油的汽油机汽车(两座两门跑车)。
3.3.2 多能源控制系统的作用
• 发动机控制模块 ◇发动机控制系统在多能源控制系统中占重要地位， 包括电子燃油喷射控制、增压控制、空燃比控制、 点火控制(汽油机)、爆震控制、怠速控制、排放 控制、发动机自诊断等。
◇在HEV上需特别考虑控制发动机在燃料消耗量最 少、排放有害污染物最低和效率最佳状态下工作， 以及实现“起动—关闭”操纵方式等。
※蓄电池 • 保持合适的蓄电池荷电状态SOC
蓄电池SOC须保持在适当的水平，以便在车辆加 速时能向电机提供足够的功率，在汽车制动或下 坡时能回收再生制动能量。若蓄电池SOC过高， 应停止发动机的工作或使之怠速运转，以防止发 动机驱动电机发电而向蓄电池充电。 • 安全的蓄电池电压 在放电、发电机充电或再生制动时，蓄电池电压 会发生很大变化，应避免蓄电池电压过低或过高， 否则蓄电池会产生永久性损坏。
Amberjact project
Daimler Chrysler plug-in parallel hybrid Sprinter
MINI QED
PIAGGIO plug-in hybrid
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 我国混合动力电动汽车
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 我国混合动力电动汽车
• 欧洲混合动力电动汽车
Volvo Group heavy-duty vehicles Solaris Bus & Coach Co. Phileas guided articulated vehicle system Urbino
3.3.5 混合动力电动汽车实例分析
• 欧洲Plug-in混合动力电动汽车
同。
3.3.3 多能源控制系统的目标
• 最佳的燃油经济性 • 最低的排放 • 最佳的驱动和驾驶性能 • 最低的系统成本
3.3.4 多能源控制系统的考虑因素
※发动机 • 优化发动机工作点
基于最佳燃油经济性、最低排放 或者二者选其一，根据发动机万 有特性图确定最优工作点。
• 优化发动机工作线
发动机发出不同功率时，相应的 最优工作点就构成发动机最优工 作线。