混合动力汽车知识

第八章 混合动力电动汽车
主要内容
• 1.混合动力电动汽车概述 • 2.混合动力电动汽车分类 • 3.混合动力电动汽车的能量管理技术 • 4.混合动力电动汽车实例
一、概述
什么是混合动力汽车？
由于实用的混合动力汽车是由内燃机和电动机两种动力混 合作为输出，因此称为油电混合汽车，本书的“混合动力 汽车”特指油电混合动力汽车。从能量源来看，“油”可 以代表汽油、柴油，甚至是天然气，“电”是以蓄电池、 电容、储能飞轮三种形式储能，但三者储存的能量都是由 内燃机带动的发电机发出的，即此时“电也是油”。
混合动力电动汽车的能量转换装置包括发电装置（发动机/ 发电机）、动力电池、功率变换装置、动力传递装置、充 放电装置等。
能量传统路线通常有四类：由发电装置到车轮；由动力电 池到车轮；由发电装置到能量储存装置，再到车轮；由车 轮到能量储存装置（能量回收）。
四、混合动力电动车实例
最具代表的车型是丰田公司生产的普锐斯。
参考国际能源组织(IEA)的有关文献，其对混合动力车辆作 出定义，认为能量与功率传送路线具有如下特点的车辆称 为混合动力车辆：
一、概述
什么是混合动力汽车？
(1)传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能 量转换装置(例如内燃机、燃气涡轮、斯特林发动机、电动机、 液压马达、燃料电池)。 (2)这些转换装置至少要从两种不同的能量储存装置(例如燃 油箱、蓄电池、飞轮、超级电容、高压储氢罐等)吸取能量。 (3)从储能装置流向车轮的这些通道，至少有一条是可逆的 (既可放出能量，也可吸收能量)，并至少还有一条是不可逆 的。 (4)可逆的储能装置供应的是电能。
(1) 串联式混合动力电动汽车
指车辆的驱动力只来源于电动机。特点是发动机带动发电 机发电，其电能通过传输线路及控制器直接输送到电动机，

混合动力汽车的关键部件
• 机电耦合装置
•
4、辅助功能，机电耦合装置最好能充分发挥电机低
速大转矩的特点来实现整车起步，利用电机的反转来实现
倒车，从而取消倒档机构。
混合动力汽车的关键部件
• 机电耦合装置 • 单行星排耦合系统
混合动力汽车的关键部件 • 机电耦合装置
• 转速合成式并联混合动力汽车的发动机和 电动机通过离合器和一个“动力组合器” 来驱动汽车。可以利用普通内燃机汽车的 大部分传动系统的总成，电动机只需通过 “动力组合器”与传动系统连接，结构简 单，改制容易，维修方便。为获得最佳传 动效果，控制装备往往十分复杂
混联式驱动系统是串联式与并联式的综合，其结构示意图如图所示
荷非经济区域。发动机最大功率定为车辆以100Km/h速度在平路上行 驶时需求功率的10倍，或者是在6%坡度上以100Km/h速度行驶时需 求功率的3—4倍。
混合动力汽车的关键部件
• 混合动力汽车发动机特点
•
在混合动力汽车中，由于电机驱动系统的参与，发动
机的工作过程有了优化的基础。例如，可采用小径的曲轴
增程器（通常为小功率的发动机-发电机组或燃料电池发
电系统等），延长动力电池组一次充电续驶里程，满足日
常行驶的需要。相比纯电动汽车，增程式电动汽车可以采
用较小容量的动力电池组，有利于降低动力电池组的成本
。相比串联混合动力汽车，增程器功率偏小，动力电池组
容量配置偏高。
混合动力汽车的关键部件——发动机
• 在混合动力汽车上，发动机作为唯一的一个耗油部件，其 性能和控制特性的好坏直接决定了整车的燃油经济性。由 于混合动力汽车上还具备电机驱动系统以及动力电池组等 电能存储单元，发动机的工作过程和控制特性与常规汽车 发动机有了明显的区别，这也为混合动力汽车中发动机的 优化奠定了基础。

重度混合型混合动力电动汽车是以发动机和/或电机为动力 源，且电机可以独立驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。重 度混合动力系统一般采用200V以上的高压电机，混合度大 于30%，可以达到50%以上，在城市循环工况下节油率可以 达到30%～50%。
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3.1 混合动力电动汽车的分类与 构型——分类
按照是否能够外接充电，混合动力电动汽车可分为外接充电 型混合动力电动汽车和非外接充电型混合动力电动汽车。
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3.2.2 串联式混合动力电动汽 车的工作模式
沃蓝达混合动力系统由1台峰值功率为111kW的电机、1台 55kW的发电机和和1台1.4L自然进气、峰值功率为63kW的 发动机组成，发动机仅用于发电。其中功率较大的电机主要 用于驱动车辆，而功率较小的发电机主要用于发电
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3.2.2 串联式混合动力电动汽 车的工作模式
沃蓝达混合动力系统通过3个离合器来控制动力的分配，这 三个离合器分别命名为C1、C2、C3。C1用于连接行星齿轮 齿圈与动力分配系统的壳体（固定）；C2用于连接发电机与 行星齿轮齿圈；C3用于连接发动机与发电机。
沃蓝达混合动力系统一共有5种工作模式，分别为EV低速模 式、EV高速模式、EREV混合低速模式、EREV混合高速模 式以及能量回收模式。
（3）由于只有电机直接驱动，就需要较大功率的电机，增加 了整车的质量，同时也增加成本。
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3.3 并联式混合动力电动汽车——组成
并联式混合动力电动汽车是指车辆行驶系统的驱动力由驱动电 机及发动机同时或单独供给，结构特点是并联式驱动系统可以 单独使用发动机或驱动电机作为动力源，也可以同时使用驱动 电机和发动机作为动力源驱动车辆行驶。
3.2.2 串联式混合动力电动汽 车的工作模式

图2-20 串并联混合式混合动力汽车组成示意图
第二章 混合动力汽车的构造与原理
第四节 混联式混合动力汽车的主要组成及特点
二、混联式混合动力系统结构 混联式混合动力系统是一种特殊的混合动力系统，也称为动力分流(Power Split)系统。其中丰田普锐斯（Prius)混合动力系统就是混联式混合动力系统
第四节 混联式混合动力汽车的主要组成及特点
第二章 混合动力汽车的构造与原理
第四节 混联式混合动力汽车的主要组成及特点
二、混联式混合动力系统结构
从图2-22可知，行星齿轮机构由一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮 圈构成，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转 动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜 齿轮以提高工作的平稳性。该机构在普锐斯（Prius)混合动力系统的作用 是实现两个电机、内燃机动力源之间的动力祸合，实现系统几种工作模式 的切换，根据系统效率实现传动比合理切换。 1.起步与小负荷时 2. 加速或爬坡时 3. 车辆在巡航时 4. 车辆在巡航时
混联式HEV也可称为串并联混合式混合动力汽车、串并联式混合动力汽车、
混联式混合动力汽车等。其特点是兼备串、并联混合式混合动力汽车的功能。 单桥驱动的混联式HEV的典型系统是丰田Prius的动力系统，Prius的显著特点 是装备了行星齿轮功率（动力）分配装置。因此常称为功率分配式混合动力 系统。Prius混合动力汽车在结构上综合了串联式和并联式的特点，与串联式
相比，它增加了机械动力的传动系统，与并联式相比，它增加了电力驱动传
动系统。尽管功率分配式混合动力汽车同时具有串联式和并联式的优点，但 其结构复杂，成本高。不过，随着控制技术和制造技术的发展，一些现代混