CKZ6116HNHEVA4插电式混合动力客车构造及使用知识介绍解读
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插电式混合动力汽车结构原理简介(三)王新旗【期刊名称】《汽车维修与保养》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】3页(P65-67)【作者】王新旗【作者单位】北京天元陆兵汽车科技有限公司陆兵学院【正文语种】中文(接上期)五、PHEV其他技术特点简介下面对混合动力汽车包括插电式混合动力汽车的概念进行一下汇总分类,以方便读者对混合动力汽车的知识总体掌握,具体分类内容列于表1。
表1 混合动力汽车的分类?从表1中可以看到,微混只是某些厂家提出的一个概念,如果整车只具备怠速启停功能,从严格的定义来讲它并不能算是混合动力的一种形式或结构。
混合动力汽车的串、并联关系列于表2。
表2 混合动力汽车的串、并联关系?从表2中可以看到,增程式混合动力汽车的结构就是串联式的结构,而插电式混合动力汽车绝大多数属于强混基础上的混联结构。
由于插电式混合动力汽车通常是在强混的基础上升级或开发而来,因此,它最大的变化还是体现在对动力电池的升级及电源系统的改变上,比如将原来的镍氢电池组全新调整为锂离子电池组,使得额定电压从200V左右升为300V以上,充电系统要配置车载充电器,并能满足家庭充电的方便快捷,同时对空调的加热功能改进等等。
对混动发动机(包括插电式混动发动机)的以下几点技术特点,笔者还是考虑用些文字进行些简单的说明,如发动机的工作上也是有其特别之处,如图11所示。
图11 普通的奥托循环发动机通常,发动机的工作过程分为进气、压缩、做功、排气四个阶段,传统发动机四个阶段活塞行程是相同的,而阿特金森循环是使发动机在进气行程结束后进气门仍在一段时间内保持开启,这样就将吸入的混合汽又吐出去一部分,简单的实现了膨胀比大于压缩比的效果,如图12所示。
压缩比是汽缸总容积与燃烧室容积之比;膨胀比是等压加热循环(狄塞尔循环)中,等压加热后的体积与等压加热前体积的比值。
因此在发动机的进气凸轮轴上,必然要安装VVT系统(图13)以解决对进气门的正时调节,这是进气凸轮轴加装VVT装置的一个主要目的之一。
混合动力汽车(HEV)存在两个动力源:内燃机和储能电池。
汽车可由电动机或内燃机发动,在刹车及下坡时,电动机将动能转成电能为电池充电。
按照是否依
赖外部充电,混合动力汽车又可分为普通HEV和插电式混合动力汽车PHEV(Plug-inhybrid)。
目前普通HEV 电池主要采用镍氢动力电池,PHEV 电池主要采用锂离子电池或锂聚合物电池。
【提示:点击图片,可以查看大图。
】
HEV 工作原理:
按照驱动系统的配置结构关系,混合动力汽车可分为串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicle,SHEV)、并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV)和混联式混合动力汽车(Split Hybrid Electric Vheicle,PSHEV)三种。
各式结构的混合动力汽车特点:
按照对电能的依赖程度,混合动力汽车又可分为三种:弱混合(Mild Hybrid)、中度混合和强混合(Strong Hybrid 或Full Hybrid),节油率依次提升。
各式混合程度对应的节油率不同:。
详解宇通公交车插电式混联气电混合动力系统(二)3.2 ISG电动机及主驱动电动机(1)ISG电动机。
ISG电动机位于扭转减振器与离合器之间,ISG 电动机上安装了用于散热的冷却液进、出管接头,并集成了旋变器及温度传感器。
旋变器的作用是精确测量ISG电动机转子的位置及转速并将信号提供给ISG电动机控制器,用于对ISG电动机的相序进行精确控制,实现对ISG电动机的转速、转矩控制及电动机驱动及发电的转换。
旋变器由转子及三组定子线圈组成,其转子随电动机同步旋转,三组定子线圈分别为励磁绕组、正弦绕组及余弦绕组。
温度传感器的作用是实时监测电动机的温度,并将信号提供给ISG电动机控制器。
ISG电动机上有一个高压电连接器(U、V、W三相)与五合一电动机控制器中的发电动机控制器相连接,有一个8端子低压电连接器,分别与旋变器的正弦绕组(2端子)、余弦绕组(2端子)、励磁绕组(2端子)及温度传感器(2端子)连接。
ISG电动机的作用,一是发电,给超级电容充电,二是反拖发动机,实现高压启动功能,从而实现发动机自动起停功能。
宇通ZK6125CHEVNPG4插电式混合动力公交车采用的ISG电动机为三相永磁同步电动机,型号为YTG280-CV4-L,额定功率为45 kW,转速范围为0 r/min~3 000 r/min。
(2)主驱动电动机。
主驱动电动机位于离合器与传动轴之间,主驱动电动机轴的前端与离合器的从动盘内花键连接,其后端通过凸缘与传动轴刚性连接。
主驱动电动机的作用一是驱动功能,二是制动时进行能量回收。
主驱动电动机上也安装了用于散热的冷却液进、出管接头,并集成了旋变器及温度传感器,主驱动电动机上的旋变器及温度传感器的作用与ISG电动机应用的类似。
主驱动电动机的壳体上安装了电控气动离合器操纵机构(图11)。
宇通ZK6125CHEVNPG4插电式混合动力公交车采用的主驱动电动机为三相永磁同步电动机,型号为YTM280-CV4-L,额定功率为110 kW,转速范围为0 r/min~3 000 r/min。
作业混合动力汽车的类型特点关键零部件的选型(发动机电机电池)动力匹配原理及能量掌握策略混合动力汽车类型从能量流到混合动力系统输出轴的流经路线,可将混合动力汽车分为串联式、并联式、混联式和复合联接式四种。
1.串联式(SHEV)驱动系统的典型结构与基本组成部件如下所示,主要由发动机、发电机和电动机组成,原动机一般为高效内燃机。
发动机直接驱动发电机发电,电能通过掌握器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车。
电池在发动机输出和电动机需求功率间起到调峰调谷的作用。
为了满意汽车在起动、加速时的大功率需求,在串联式结构中还有加超级电容等功率密度较大的蓄能装置,在制动能量回收时也起到快速回收能量的作用。
9E动力率-1M回爆功率图表1串联式2.并联式(PHEV)的布置如下所示,其特点是动力系有两种动力源一一发动机和电动机。
当汽车加速、爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动系供应动力; 一旦汽车车速达到巡航速度,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。
并联式ΠEV能设置成用发动机在高速大路行驶模式,加速时由电动机供应额外动力。
图表2并联式3.混联式(SPHEV)如下所示,这种布置形式包含了串联式和并联式的特点,即功率流既可以象串联式流淌,乂可象并联式流淌。
它的动力系统包括发动机、发电机和电动机。
依据助力装置不同,它又可分为发动机为主和电机为主两种。
在发动机为主形式中,发动机作为主动力源,电机为帮助动力源,日产公司(Nissan)Tino属于这种状况。
在电机为主形式中,发动机作为帮助动力源,电机为主动力源,Toyota Prius HEV就属于这种状况。
这种结构的优点是掌握敏捷便利,缺点是结构相对简单。
驱动功率回皴功率图表3混联式4.复合联接式(CHEV)的布置形式的混合动力汽车结构相对简单,主要消失在双轴驱动的HEV中。
在这种联结形式中,HEV前轴和后轴之间没有传动轴连接,它们分别由动力部件驱动,从而实现四轮驱动,如图卜5所示,。
新能源车辆(如电动车、混合动力车)是以新型能源为动力源的汽车,其工作原理和基本构造与传统燃油车有所不同。
下面我将详细介绍新能源车辆的工作原理及基本构造。
一、工作原理1. 电动车工作原理电动车主要依靠电池组提供电能来驱动电动机,电动机转动后通过传动装置带动车轮运动,从而实现汽车行驶。
整个过程可以简化为:电能转化为机械能。
2. 混合动力车工作原理混合动力车采用燃油发动机和电动机相结合的方式,两者可以分别或同时驱动车辆。
在不同的驾驶模式下,可以根据驾驶需求进行切换。
主要工作原理为:燃油发动机驱动发电机发电,将电能储存于电池中,电池再提供电能给电动机,驱动车辆行驶。
二、基本构造1. 电动车基本构造(1)电池组:电动车使用的是大容量的蓄电池组,包括锂离子电池、镍氢电池等。
电池组负责储存电能,提供给电动机使用。
(2)电动机:电动车使用的是交流电动机或直流无刷电动机。
电动机接收电池组提供的电能,转化为机械能驱动车辆行驶。
(3)电控系统:电动车的电控系统包括控制器、电控单元等,用于控制电池组和电动机的工作状态,实现驱动控制和能量管理。
(4)传动装置:电动车的传动装置主要包括减速器和差速器,将电动机的转速转化为适合车轮的转速,实现车辆行驶。
(5)充电系统:电动车需要通过充电系统进行电池组的充电,包括充电接口、充电桩等设备。
2. 混合动力车基本构造(1)燃油发动机:混合动力车使用的燃油发动机与传统燃油车相似,可以使用汽油或柴油作为燃料。
燃油发动机主要用于驱动发电机发电,提供电能给电动机使用。
(2)发电机:发电机通过燃油发动机带动,将机械能转化为电能,储存于电池中。
(3)电池组:混合动力车同样配备电池组,用于储存由发电机产生的电能,并提供给电动机使用。
(4)电动机:混合动力车同样采用电动机作为辅助动力装置,接收电池组提供的电能,与燃油发动机共同驱动车辆行驶。
(5)传动装置:传动装置可以实现燃油发动机和电动机的切换和协调工作,将两者的动力输出到车轮,实现车辆驱动。
CKZ6116HNHEV A4插电式混合动力客车构造及使用知识目录一、CKZ6116HNHEV A4插电式混合动力客车概况3二、技术参数31、整车技术参数32、混动技术参数4三、基本结构5四、主要部件介绍5五、混合动力系统使用说明1、HEV的功能(8大功能,几种驾驶模式)2、HEV车辆的专用设施说明3、HEV驾驶模式与操作4、混合动力车节气驾驶要点5、蓄电池电量SOC的调整原则和方法6、驾驶员的诀窍——经济驾驶、安全要求和注意事项一、CKZ6116HNHEV A4插电式混合动力客车概况CKZ6116HNHEV A4插电式混合动力客车,快速充电式气电混合动力客车,混合动力系统采用同轴并联结构,发动机与低速大扭矩永磁同步电机同轴布置,采用离合器实现发动机与电机的耦合。
通过自动离合器的切换,实现电机驱动、发动机驱动和电机、发动机共同驱动三种模式的自由切换。
整车储能系统采用循环寿命长、能高倍率充放电的钛酸锂电池,实现快速充电。
二、技术参数1、整车技术参数2、混动技术参数三、基本结构本车混合动力系统属于并联式混合动力系统,采用同轴并联结构,发动机与低速大扭矩永磁同步电机同轴布置,采用离合器实现发动机与电机的耦合。
通过自动离合器的切换,实现电机驱动、发动机驱动和电机、发动机共同驱动三种模式的自由切换。
见图1-1。
`图1-1 混合动力系统四、主要零部件编元件号混合动力传动单元,包括:六速机械式自动变速器(AMT),60Kw、500Nm 1永磁电动机2 变速箱控制器(TCM)3 混合动力整车控制器(HCM)4 自动离合器执行机构5 逆变器(电机控制器)6 按钮式换档操纵器(带RNDML档位)7 混合动力传动系统线束8 动力蓄电池、BMS、高压配电箱HEV系统采用分层控制的方式:整车控制单元HCU是主控制器,根据驾驶员指令信号和零部件控制器反馈的零部件状态来决定发动机和电机的扭矩分配,高压电的闭合和断开、发动机点火、附件使能等操作。
零部件控制器根据HCU的要求完成指定的操作,并反馈零部件状态给HCU。
如高压接触器闭合或断开是由配电箱BMS指挥完成的。
(见图1-2)各控制器的功能划分定义如下:整体控制单元HCU(Hybrid Control Unit):HCU承担对整个动力总成的管理功能,负责控制动力总成唤醒、电源(高压蓄电池组与24V普通蓄电池)、附件(空调等)、发动机起动或停机、扭矩分配、整车故障失效控制等主要功能。
HCU 无干扰地与发动机ECU进行信息交换,当HCU失效的情况下,ECU的油门信号自动切换到整车油门传感器,保证驾驶员能够正常操作。
电机控制器DMCM(Drive Motor Control Module):DMCM 接收到HCU的扭矩(或转速)和使能指令以及电机转子相位信号,控制多路IGBT通断来控制电流方向和电流大小,发出指定的扭矩;DMCM 还采集绕组和冷却水温度,判断电机当前的故障情况,反馈给HCU。
蓄电池管理系统BMS (Battery Manage System):该系统监测蓄电池组的模块电压和温度等,负责对蓄电池组进行管理,包括蓄电池安全、残余电量SOC(State of Charge)计算、充放电过程控制、参数监测,还控制外接充电的过程。
发动机控制系统ECU(Engine Control Unit):该系统负责柴油机的运行控制,接收HCU的指令控制柴油机的工作模式(起动、停机、运行点))故障诊断与失效控制等。
CAN仪表(Intelligent Penal):数字仪表采用液晶数字显示相关参数,如电机转速、电压、SOC等,通过动画显示混合动力系统的工作模式,给驾驶员直观的感受。
图1-2 系统组成图1-3 混合动力客车高压电系统结构图图1-4 BMS高压配电箱结构图1-5 直流充电口定义图五、混合动力系统使用说明1、HEV的功能(8大功能,几种驾驶模式)HEV混合动力系统是并联式混合动力系统,主要有如下八种运行模式,见下表。
模式功能介绍能量流Stop & Go 当车辆遇红灯等等待时,HCU自动关闭发动机。
当有驱动请求时,可通过大功率电机单独驱动车辆起步。
在这个过程中,发动机自动启动。
快速起动电机代替原来起动机,拖动发动机达到起动转速。
由于电机扭矩大,可在很短时间内就拖转到怠速转速油起动;当电驱动系统失效时,仍可以通过传统的起动马达来起动。
电机助力(Boost)当车辆处于急加速或者全油门加速时,电机与发动机一起驱动车辆,提高车辆的动力性。
通过电机在低转速的助力可在保证车辆驾驶性的同时不增加油耗。
SOC平衡当蓄电池的SOC下降到最低下限以下,通过发动机给蓄电池充电,起到提高发动机效率和维持蓄电池SOC平衡的作用。
纯发动机驱动(Engine Only)当车辆处于中等负荷,发动机处于优化运行范围之内时,发动机可单独驱动。
纯发动机驱动模式也在电驱动系统发生故障时激活,不影响车辆的驾驶性。
制动回馈(Regen)驾驶员放松油门或踩下刹车踏板时,电机发电产生制动阻力,同时回收车辆的动能给蓄电池充电。
制动回馈的能量可以用作加速和EV模式的电量,是整车节油的重点。
纯电机驱动(EV)SOC在40%以上时,车辆起步以及车速在30km/h以下时,都由驱动电机驱动车辆行驶。
2、HEV 车辆的专用设施说明 2.1 混动使能关闭开关 混动使能关闭开关:驾驶员正常起动车辆,车辆为混合动力模式,当按下该 开关, 混合动力模式将关闭,车辆为纯发动机模式运行。
小提示:蓄电池电量在40%以下建议按下该开关。
2.2 怠速停机开关 怠速停机开关:当车辆在等待红灯时,驾驶员拉起手制动,发动机自动关机。
红灯亮起,驾驶员松开手刹,踩下油门,发动机立即恢复怠速运行。
如果不需要 该功能,按下该翘班开关即可。
小提示:该功能可以节省车辆等待红灯或临时停车发动机怠速消耗的燃气。
2.3 制动回馈使能开关 为了回收车辆制动和下坡减速过程中的能量,按下该开关,车辆减速时,电 机转换为发电状态,在产生制动力的同时,给动力蓄电池充电,从而提高整车能 量效率。
小提示:建议驾驶员起动车辆前开启该开关。
2.4 发动机充电使能开关 当动力蓄电池SOC低于40%,且车辆又怠速停车或等红灯时,按下该开关, 发动机提高转速带动电机给动力蓄电池充电,驾驶员踩油门,会增大充电电流,18从而给动力蓄电池及时补充电量。
小提示:驾驶员可以根据实际情况来选择该开关的闭合,当车辆在长途跑车过程中,发 现动力蓄电池电量已低于30%,天然气气压还充足的情况下,开启该功能;如果短途行 车,且天然气气压不很充足,同时离充电站很近时,建议不用该功能。
图 2-1 混合动力系列开关布置图2.5 换档按钮说明18故障指示灯 -- 常 亮 代 表 变 速箱有故障 -- 闪 烁 代 表 无 法与变速箱通 讯手动加档按钮 手动减档按钮倒档按钮 空档按钮 前进档按钮手动模式按钮 山路模式按钮换档面板简介如图2-2所示:图 2-2 换挡面板R:倒档按钮,倒车时须将车停稳后方可挂倒档; N:空档按钮; D:前进档按钮; M:手动模式按钮,按下此按钮后即表示手动换档; S:低速爬坡档按钮,主要用于上坡; ▲:手动升档按钮,手动换挡模式时,可根据路况需求手动升档; ▼:手动降档按钮,手动换挡模式时,可根据路况需求手动降档; 故障指示灯:当变速箱有故障时,该指示灯会亮起; 待制动气压指示达到正常值后,踩住刹车,按下换档面板上的“D”键,待面 板上档位指示灯亮起,且仪表显示“D2”时,表示挂档成功,松开储能制动手柄起 步行驶,车辆行驶后系统会根据发动机转速自动升档、降档。
若驾驶员需手动换18挡,须按下面板上“M”键,然后根据仪表档位提示和手动换挡规律,按“▲”或“▼”键进行换档。
当车辆行驶到坡度较大的路面时,可按下“S”键,系统自动切换到低速爬坡档。
2.6 CAN通讯仪表显示说明(以整车厂提供的版本为准)制动气压过低报警 后舱门打开报警 充电高压输入信号指示 制动信号指示 驻车储能手柄拉起指示 发动机故障报警 空滤堵塞报警 水位过低报警 前进档 1 档指示 前进档 2 档指示 前进档 3 档指示 前进档 4 档指示 前进档 5 档指示 前进档 6 档指示 空档只指示 倒档指示 混合动力模式指示 车辆充电指示 系统故障报警 电机温度过高报警 电机故障报警 动力电池温度过高报警 绝缘故障报警 动力电池故障报警 左转向灯打开指示 右转向灯打开指示 位置灯打开指示 近光灯打开指示 远光灯打开指示18前雾灯打开指示 后雾灯打开指示 前门开到位指示 中门开到位指示 全闪指示 ABS 工作指示3、HEV 驾驶模式与操作 3.2 车辆起动前的检查 1、车辆各舱门已关闭、上锁; 2、发动机、电机冷却水位正常(不低于观测柱下沿); 3、发动润滑油油位正常; 4、CNG 气量正常; 5、助力油壶油位正常(不可低于观测窗下沿); 6、高压急停开关处于开启(拉起)状态。
183.3 车辆驾驶操作 1、车辆起动 确认车辆满足起动条件后,合上副仪表台后端面的手动电源开关,然后平 顺转动点火钥匙到 ACC 档,当仪表唤醒后(即仪表屏幕亮起时),再将点火钥匙 转到 ON 档,此时整车各个控制器(模块)都已经上电准备就绪,观测仪表显示的 各项参数正常,同时确认换档面板“N”档指示灯亮起且换档面板上“故障指示”灯未 亮起,仪表显示“N”档和系统进入混合动力模式的“H”字样后,方可将钥匙拧到 START 档至发动机起动后,松开钥匙。
此时仪表显示界面如附件仪表图所示。
注意若钥匙转到“ON”档 10s 后仪表仍未显示“H”符号,请关闭钥匙,15s 后重 复上述步骤。
2、挂档和换档 换档操作❖ 踩下刹车,按前进档(D)或倒档(R)进行挂档; ❖ 在挂倒档的过程中可能会出现顶齿现象,若一次挂档操作未成功,变速 箱会自动回到空档,然后可重新挂倒档; ❖ 倒档换前进档可直接操作,无需进行回到空档再挂前进档的操作,反之 亦可; ❖ 行车过程中可直接在 D 档、M 档、S 档之间切换; ❖ 系统默认二档起步; ❖ 踩住刹车挂入前进档(D/M/S 档)后,按减档和加档按钮可进行一档 或 二档起步模式切换; ❖ D 档为常用行车档,系统会根据发动机转速自动换档,在发动机转速处18于 1400rpm—1800rpm 之间升档都属正常; ❖ M 档为手动模式,在这种模式下系统不能自动换档,驾驶员须根据手 动变速箱换档规律按加档和减档按钮选择合适的档位; ❖ S 档为低速爬坡档,在这种模式下发动机转速达到 2300rpm 时变速箱才 会自 动升档,发动机转速低于 800rpm 才会自动降档,S 档行驶时也可以 通过加档和减档按钮手动换挡; ❖ 手动换档时驾驶员无需松油门踏板; 车辆起步 ❖ 当电量正常(40%≤SOC≤100%),系统默认采用动力电机起步; ❖ 当电池电量较低(SOC<40%)时,系统将自动切换到发动机起步模式; ❖ 若起步时驾驶员将油门踩到底,发动机和电机将一起输出动力,车辆将 获得更好的动力性能; 车辆行驶 ❖ 电量正常(40%≤SOC≤100%)时,如驾驶员深踩油门,电机和发动机将同 时工作,使车辆获得更好的加速性能; ❖ 当电池电量较低(SOC<40%)时,系统自动切换到发动机驱动模式,但系 统仍然会根据发动机转速自动换挡; ❖ 若混合动力系统不工作(“混动使能”开关打开或仪表未显示“H”符号),此 时电机不参与调节转速,换档时间会较长; 3、怠速自动停机 ❖ 驾驶员可根据情况自行选择打开或者关闭怠速停机功能; ❖ 当发生如下情况时,怠速停机功能自动取消:18▪ 系统处于非混合动力模式(仪表未显示“H”符号); ▪ 电池电量较低时(SOC<40%); ❖ 打开怠速停机功能时,若车速为零、档位处于空档,拉上驻车储能手柄, 松开油门,5s 之后发动机会自动熄火; ❖ 怠速停机后,操作以下中的任意一项,发动机就会自动重新起动: ▪ 挂档; ▪ 松开手刹; ▪ 轻点油门; ❖ 停车时间较长时,可采用怠速停机功能,短时间停车(停车时间少于 15s), 可不必采用此功能; ❖ 在以下情况时,建议关闭怠速停机功能: ▪ 启用空调时; ▪ 制动气压偏低时; 4、制动能量回收 ❖ 若混合动力系统工作正常,且电量在 80%以下时,松开油门,系统会自 动进入制动能量回收模式; ❖ 在车速较高时(>20km/h),松开油门即进行制动能量回收,在较低车速时, 轻踩刹车同样进行制动能量回收; ❖ 制动能量回收时仪表上显示的档位会不变,当再次踩下油门加速时,系 统会根据当前车速自动切换到合适的档位; ❖ 下坡时必须带档滑行,不允许空档滑行,否则系统无法进行制动能量回 收;18❖ 在需要制动的时候,驾驶操作者可凭经验估算好减速距离,在保证安全 的前提下轻踩制动踏板缓慢减速,适当延长制动过程,实现延长回馈充电 时间并减少制动蹄片磨损的效果; ❖ 正确、合理使用制动能量回收功能可显著降低车辆气耗,并延长制动蹄 片的寿命; 5、发动机充电模式 当混合动力系统监测到动力电池剩余电量(SOC)低于 40%时,系统将自 动由混合动力模式切换到纯发动机模式。