轿车微混合动力系统和轻度混合动力系统综述

c轿车微混合动力系统和轻度混合动力系统综述

1引言

节能和环保是目前车用动力系统发展的两大主题。混合动力技术是联结现有车用内燃机节能环保技术与新能源汽车技术之间的桥梁。根据电功率占输出功率的比例，混合动力系统的演化进程表现为：微混合—轻混合—深混合—全混合，如图1所示。

图1 混合动力系统演化进程

“微混合”具备自动启停、怠速关机功能；“轻混合”以并联式混合动力发动机为主体；“深混合”以混联式为特征；随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断增强，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”。

图2 混合动力系统的不同构型

混合动力系统按构型可分为串联混合动力、并联混合动力和串/并联混合动力，如图2所示。微混合动力系统和轻度混合动力系统的构型多采用并联，本报告将进行详细介绍。

2微混合动力系统

2.1构型

微混合动力系统的典型代表是皮带轮式的启动/发电一体化电机，即BSG （Belt-Driven Integrated Starter Generator)，其结构如图3所示。BSG系统在发动机曲轴前端安装一个启动/发电一体化电机，电机和曲轴通过皮带进行传动。

图3 BSG系统示意图

BSG电机逆变器可以使用14V或者42V电压，当采用14V系统时，图3中的DC/DC可以略去，电机电源网络与传统14V网络相同，系统改动很小。

2.2 功能：能够实现发动机自动启停

●自动起停：车速为0，则迅速停止发动机；制动踏板抬起，则迅速启动

发动机；

●启动迅速、安静、平稳：在0.4秒内将发动机安静拖动至600rpm以上；

●低温启动能力强：具有传统发动机所没有的低温快速起动的能力；

●发电功率大，效率高：和传统的发电机相比，能够带动车上更多的电器

和电子负载，同时发电效率提高到约85%；

●可以降低油耗：可为节油做出突出贡献，可降低油耗6%~10%，在象北京

这样的交通拥挤的大城市油耗可以进一步降低；

●优化发动机控制：为减少排放，发动机水温/催化器温度未达到设定值时，

不停止发动机。

2.3成本

BSG系统无需对传统车辆进行大范围改动，尤其是14V系统，只需将传统发电机和启动机更换为ISG电机，技术改造简单易行，改造成本很低，产业化的可能性很大。BSG系统也可以进一步采用42V的电池。42V的电池系统比14V电池系统的成本大，但能够进一步提高BSG的功率范围，和其它深混合或者全混合动力系统相比，也具有足够的优势。

2.4国内外BSG系统举例

2.4.1 法国的法雷奥（VALEO）的StARS微混合动力系统

法雷奥主要从五个重要领域改进车辆燃油经济性，分别是功率需求、热管理、传动自动、混合化和发动机运转，如图4所示。其中，微混合StARS系统（Starter-Alternator Reversible System）是混合化的重要内容。

图4 法雷奥改进车辆燃油经济性的五个重要领域

StARS系统的主要部件如图5所示，有可逆电机、电力电缆和电机逆变器。该系统可以在停车后立即关闭引擎，因此，在因红灯或交通阻塞而使汽车停下时，该技术可节约燃料、降低污染。只要一挂档或放开刹车，汽车就会快速安静地自动重启。此项自动启停的创新技术减少了大气污染，同时燃料消耗平均降低了12%。这种微混合系统目前用于雪铁龙 C2 和 C3 刹车和启动装置。

雷诺原型车上安装法雷奥StARS系统后，城市工况下的二氧化碳排放和燃油消耗量各降低了10%，混合工况下则各降低6%，如图6所示。

图7是法雷奥的混合动力技术路线，微混合动力系统是混合化的第一步。如果StARS系统的成本和收益总和为100%，那么付出20%的成本，就可获得80%的

收益。法雷奥的StARS系统在欧洲产品类中赢得2006年汽车供应商杰出贡献奖。

图5 法雷奥StARS系统主要部件

图6 典型城市轿车上StARS系统对排放和油耗的改善

图7 法雷奥的混合动力技术路线

2.4.2 通用Saturn VUE 混合动力系统

图8 通用Saturn VUE 混合动力系统

美国通用汽车公司于2006年底在其Saturn VUE 2007款多功能车平台上安装了皮带式启动电机发电机系统，并实现了量产。

尽管通用公司的皮带式启动电机发电机系统并不是第一个实现的量产的系统（法国雪铁龙等公司在其前已将此技术量产），但其举动已充分表明了世界汽车工业界对此项技术的重视和对此技术未来市场的看好。系统构成如表1。

Saturn VUE 系统特点：

● 最大限度的利用了皮带式系统的功率(5kW)，并设计了可靠的张紧系统，

保证皮带系统在恶劣环境下的打滑问题；

● 由于系统功率大，可充分实现快速启停发动机(取消怠速)、减速倒拖断

油、制动能量回收、智能电池充电等混合动力功能。其混合动力功能原发动机控制算法改进

2.4L 四缸发动机，

164马力@6300r/min

先进镍氢电池，具有自动切

断保护功能 先进的双向张紧尼

龙皮带

带有三相电缆的ISG 带有DC/DC 转换器和逆变器的功率电子 改进的带有助力泵的自

动变速器

理如图9所示；

●解决了与AT变速器一起使用的一些问题；

●系统虽然功能丰富，但系统成本更高，与14V系统（如奇瑞BSG系统）

相比更适合于高档轿车。

图9 通用Saturn VUE混合动力系统功能一览

2.4.3 奇瑞BSG系统

奇瑞于2005年在汽车清洁能源展览会上展出了配备皮带式启动电机发电机微混合系统的轿车。其系统主要配置参数如表2。

该系统的主要特点：

●系统电机通过皮带于发动机连接，可实现发动机快速启停，从而实现怠

速停车功能；

●系统电机功率为2kW，仅为满足快速启停发动机的需要。这样电力供应

仍可以采用现有的14V系统，省去了高压系统中DCDC及高压蓄电池等

部件；