汽车混合动力系统技术与发展

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万方数据
DC 传统的 DE 伏电压能源管理系统
图 ( 所示为传统的 (% 伏电压能源管理系统。
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收稿日期：%))+*)$*),
整合汽车的起动电机和发电机成为一个一体
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汽车混合动力系统技术与发展, 陆建荣, 王助良
的双用途 电 机，是 因 为 汽 车 内 电 器 的 功 率 要 求。 一般家用汽车的起动电机功率在 ! "# 左右，而发 电机功率在 $ "#；但随着汽车内电器的日益增多， 发电机功率将在不久的将来达到 ! "# 的水平，因 此使一体化成为可能。另外，由于起动与发电是 两个相互独立的过程，因而如将这两种电机一体 化，材料利用率将提高，前机盖下的可利用空间 也将 提 高。不 仅 如 此，传 统 发 电 机 的 效 率 很 低， 大约为 %&’ 到 (&’ ，而一体化电机在发电机状态， 其效率可达 )&’ 。
$" 中度混合动力驱动系统
中度混合动力驱动系统 的 结 构 示 意 图 如 图 + 所示： 该系统的功能说明如下： （ 下转第 3$ 页） — 4$ —
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步进电动机结构优化研究" 张志铭" 文贵印" 詹琼华" 叶" 鸿
!" 结" 论
上述理论分析、仿真计算及样机的实测结果 说明：对于本系统的专用步进电机而言，采用定 转子不等齿宽结构，并利用 (! 材料作为软磁材 料，有利于提高电机在低压时的输出转矩，降低
BC 引C 言
混合动力装置就是将发动机与辅助动力单元 组合在一辆汽车上做驱动力。辅助动力单元实际 上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。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 R 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，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处， 汽车的 热 效 率 可 达 ()S 以 上，废 气 排 放 可 改 善 #)S 以上。无疑，在混合动力汽车技术中，混合动 力能源系统的研究是该项技术的核心与热点。
图 !" # 种方案专用电机在 $% 时的实测矩角特性
电机的工作电压。
测试结果表明，# 种方案的专用样机，输出矩 角特性曲线的性状有明显区别：方案二样机的矩 角特性曲线宽度明显增加，磁路在低压下已经接 近饱和，而 &’## 材料样机的矩角特性明显窄而尖， 为近似三角形状。此外，在对两种样机乾地的工 作电压测试中，发现 (! 样机的最低可正常工作电 压普遍在 )* ! % + ,* ! % 范围内，而 &’## 样机的最 低可正常工作电压一般在 && % 以上。
(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( （ 上接第 ,& 页） " " &- 电 机 的 功 能 有： 4- 起 动 机； 5- 发 电 机； 6- 当汽车在低速 （ 7 &2 89 : ; ） 行驶时，使用电机 驱动汽车。 排量的花冠轿车节油 $$* $A ，在市郊节油 #/* ,A ， 综合节油 $2* !A 。但是由于混合动力汽车使用了 两套动力系统，其成本必然比同类的非混合动力 汽车高，又由于两套系统使得其重量增加，其在 高速无怠 工 的 情 况 下 又 会 加 大 动 力 系 统 的 负 担， 致使功耗 加 大。因 此 有 不 少 汽 车 制 造 商 如 通 用、 大众等，认为混合动力汽车只是燃料电车的过渡 产品。但不可否认的是由于燃料电池技术的制约， 混合动力汽车是在目前能源价格持续攀升的背景 下解决能耗问题的最好办法，而且由于省油，混 合动力汽车的排放污染也相应减少。
图 (& 传统的 (% 伏电压能源管理系统
该系统的功能：汽车内燃机驱动发电机 T 整流 器所产生的电能传送到电力总线，通过相关的开 关和继电 器 将 电 能 传 送 到 电 器 负 载（ 如 起 动 机、 点火系统等） 和 (%O 蓄电池。值得注意的一点是 传统的混合动力系统的起动机和发电机是分开的， 要有两个电机实现系统的起动 T 发电性能。随着电 机技术和电力电子技术的发展，通过使用先进的 电力电 子 功 率 变 换 器 和 控 制 策 略， 对 特 种 电 机 （ 例如开关磁阻电机） 进行控制，使得单个电机具 有起动 T 发电一体化功能。
!" 过渡的双电压能源管理系统
图 * 所示为过渡的双电压能源管理系统。之所 以称之为过渡的双电压能源管理系统因为：一方 面该系统具有传统的低电压功能，它能给汽车内 的低电压（ $+ 伏左右） 负载供电，另一方面又能 给高电压（ +* 伏左右） 负载供电。
#" 单 $! 伏电压分配能源管理系统
图 ! 为单 +* 伏电压电能分配能源管理系统。 该系统有如下优点：基于嵌入式计算机技术的能 量管理和分配中心，能大大地简化整个电气系统 和系统的运行过程。
图 *, 过渡的双电压能源管理系统
该系统的功能：汽车内燃机驱动起动 - 发电机 发电供给双向能量变换器（ 该能量变换器一般是 由电力电子器件做成的开关电路，如不对称半桥 电路。之所以双向，因为一方面电机发电产生的 电能能通过该变换器向车内电网供电，另一方面 电网内的 蓄 电 池 也 能 通 过 该 变 换 器 向 电 机 供 电， 能量的流向是双向的） 。通过该变换器，一方面可 以直接给 +* 伏的电器负载和 !( 伏的蓄电池供电， 另一 方 面 可 以 通 过 ./ - ./ 变 换 器 向 低 压 负 载 供电。 该系统出现的历史背景如下：早期的汽车内 电器多为低压负载，而且电器使用量并不多，使 用低功率的发电机足以满足汽车内电器的能量要 求，随着汽车技术的发展以及消费者对汽车内电 器的要求越来越高（ 例如汽车空调、多媒体） ，汽 车内的电器越来越多，功率等级越来越高，电器 负载要求 的 电 压 也 由 十 几 伏 发 展 到 三、四 十 伏。 在这种情况下，人们只好一方面使用更高功率的 起动 - 发电机，另一方面将已有的能量转换网络做
参考文献
［&］ " 詹 琼 华- 开 关 磁 阻 电 机 ［ .］ - 武 汉： 华 中 理 工 大 学 出 版 社，&//#［#］ " 唐任远主编- 特种电机 ［ .］ - 北京：机械工业出版社，&//0［1］ " 吴建华- 开关磁阻电机设计与应用 ［ .］ - 北京：机械工业出 版社，#222［$］ " 杨晴- 一种机电式单相单拍运行步进电机的原理与分析 ［ ’］ 微电机，#22& ，1$ （1） 作者简介：张志铭 （ &/,$ 3 ） ，女，硕士，从事传感器与执行 器等研究工作。
微电机& %)). 年& 第 -) 卷& 第 # 期（ 总第 ($U 期）
源自文库
中图分类号：!"#$%& & & & & & 文献标识码：’& & & & & & 文章编号：())(*+,-, （ %)). ） )#*)).)*)%
汽车混合动力系统技术与发展
陆建荣，王助良
（ 江苏大学 能源与动力学院，镇江& %(%)(# ）
参考文献
图 $" 中度混合动力系统的结构示意图
［&］ " 李红朋等- 汽车发动机起动过程的动力学仿真 ［ ’］ - 重庆大 学学报，#22! ，#0 （)） ［#］ " 王兆安，黄俊主编- 电力电子技术 ［ ’］ - 北京：机械工业出 版社，#222［1］ " B4C@?D BE=4C4F>- GEHEIDJ9EFC DK .>IL MN5=>L ON@CE9（ BMOP. ） Q>C; $#% <DQE= REC ［ ’］ - STTT B=4F@，#221［$ ］ " .- T;@4F>- TIE6C=>64I ON@CE9 U=6;>CE6C?CE@ VD= .>I>C4=N %E;>6IE ［ ’］ - ULH4F6EL %E;>6IE ON@CE9@ WE@E4=6; <=DX=49 GEJ4=C9EFC DK TIE6C=>64I TFX>FEE=>FX，#222-
得更复杂，于是就出现了所谓的过渡的双电压能 源系统。由于仅仅是简单地把另一个能量转换网 络加在现有的网络上，一方面随着汽车技术的发 展，汽车内电器的数量会更多，该系统必然会不 适合将来的汽车电器要求。另一方面，由于增加 了更多的电力电子器件和两套蓄电池组，该系统 会使得汽车整体的重量增加，反过来又使得汽车 的负担加重。 随着电力电子技术、计算机嵌入式系统技术 和汽车系统通讯技术的发展，又出现了更先进的 单 +* 伏电压电能分配能源管理系统。
摘& 要：对混合动力核心系统电压能源管理系统的发展过程进行了介绍，包括：传统的 (% 伏电 压能源管理系统；过渡的双电压能源管理系统；先进的单 -% 伏电压电能分配能源管理系统。通 过对中度混合动力驱动系统的结构介绍，指出国内外汽车制造商对混合动力系统技术发展前景 的看法。 关键词：汽车混合动力汽车；电压能源管理系统；中度混合动力驱动系统；发展前景 !"# !#$"%&’&() *%+ ,#-#’&./#%0 &1 230&/&45’# 6)475+ 8’#$075$ 9):0#/ /0 1234*5647，8’9: ;<=*>2347 （ 12347?= 042@A5?2BC，;<A4D2347 %(%)(# ，E<243） 2;9!<2=!：!<A BAF<46>67C 34G GA@A>6HIA4B 6J 3=B6I6K2>A <CK52G A>AFB52F ?C?BAI <3? KAA4 J=>>C 24B56* G=FAG L4 B<2? H3HA5M N25?B ，B<A I6?B 2IH65B34B H35B 6J <CK52G A>AFB52F ?C?BAI， B<A @6>B37A ?C?BAI， <3? KAA4 24B56G=FAGM !<A 24B56G=FB264 2? G2@2GAG 24 B<5AA H35B?： F64@A4B2643> (%O PE G2?B52K=B264 ?C?BAI， !534?2B2643> G=A>*@6>B37A ?C?BAI， 3G@34FAG A>AFB52F G2?B52K=B264 ?C?BAIM !<A4 ， B<A F64J27=53B264 6J 3 I2>G <CK52G @A<2F>A G52@A B5324 <3? KAA4 24B56G=FAGM ’B >3?B，B<A 3BB2B=GA? 6J 3=B6I6K2>A H56G=FA5? 64 B<A J=B=5A GA@A>6HIA4B 6J <CK52G A>AFB52F @A<2F>A 35A G2?F=??AGM >8? @A<,9：QCK52G A>AFB52F ?C?BAI；O6>B37A ?C?BAI；"2>G <CK52G @A<2F>A G52@A ?C?BAI；N=B=5A GA* @A>6HIA4B
#- 当汽车处于停车和刹车制动状态时，内燃 机是关闭的。 1- 使用电机进行刹车制动，产生的能量用于 电机的充电。
#" 总" 结
国内外对混合动力汽车的发展前景一直存在 比较激烈的争论。混合动力汽车的省油是毋庸质 疑的。根据丰田的测试，<=>?@ 在城市工况下比同等
作者简介：陆建荣，男，硕士研究生，研究方向为动力机械。
图 !, 单 +* 伏电压分配能源管理系统
该系统的新功能如下： $0 先进的电池管理和充电控制能使用多电池 系统； *0 通 过 通 讯 总 线 （ 如 /12 总 线 ） 对 负 载 管理； !0 对起动 - 发电机管理。 现在的新型混合动力汽车能源管理系统基本 都采用该系统。 介绍混合动力系统另一核心系统，即混合动 力驱动系统。以常规的中度混合动力系统为例。