工程机械混合动力技术的发展与应用
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混合动力技术 的 发展与应用
■ 石 宣喜
作 为一种新型技术控 制下的工程机械 ，混合动力工程 机械在 近期得到了广泛利用。该项课题 的研 究 ，将会更好 地 提升 混合 动力技术的应用水平 ，从而更好地保证工程机 械 的实际运用效果。本文从介绍混合动力系统着手本课题 的研 究。
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ＣＨＩＮＡ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ
工程技术
入端的转动惯量。应用 自动 变速技 术 ，可以实时监测车辆 参数 ，及时调节发动机和 电动机速 度 ，缩短 同步时间 ，选 择最 佳时机换挡 ，可减少摩擦 、提高寿命和 改善舒适 性。
３．工程机械动 力传 动一体 化的要求 混合动力工程机械 中的换挡 ，要发动机 、 电动机、变 速器 、蓄 电池的协调 ，一体化控 制可以实现不分离离合器 换挡 ，减 少离合器和 同步器 的磨损 ，缩短 动力中断时间 ， 提高换 挡品质。通过总线将工程机械上 的各 电控 单元连接 起来 ，形成一个移动 的局域 网，通过整 车控 制器 来协调 工 程机 械各个部件的工作 ，提高整车性能。
三、混合动力核心部件简介 １．动 力分配机构 （混合 动力变速驱动桥 ） 动力分配机构简单来看就是 由一组行星 轮和 两个 电机 组成 。在这些元件 的配合 下 ，通过ＣＶＴ变速器使车辆 平稳 的行 驶。 电动发 电机 （ＭＧ１）：这是一 种特殊 的 电机 ，具 备 发 电和 动力 输 出的双重 功 能。作 为整 个动 力分 配行星齿 轮组控 制单 元 ，它与行 星架 的太阳轮相 连 。行 星架联 接 内燃机 的输 出 ，通过行 星组 加速 后 ，带动该 电机 运转 ， 产 生高 电压 ，驱 动另 一个 电机 （ＭＧ２）或 向镍 氢 电池 充 电。另 一 方面又作 为 电动机 ，通 过行 星组增 扭后 ，启动 内燃 机 。 电动发 电机 （ＭＧ２）：与上述 电机 一样 ，也具 备双 重 的功能。 它与齿圈和输 出轴相连 。 由ＭＧ１或ＨＶ电池输 出的电能产生动力 ，通过变速器 ，在低速时提供 车轮驱动 力或 高速 时提供辅助动力。另一方面 当车辆减速 时 ，它又 可 以作 为 “发电机”给 电池充 电，回收能量。 ２．变 频 器 所 有ＭＧ１、 ＭＧ２、ＨＶ电池之 间电流 的转换都是通过 变频 器来完成 。 变频器将 ＨＶ电池的高压 直流 电转变成 电 机所 需的高压 交流 电驱动 电机。 同样又 能将 电机 回收的高 压 交流 电转 变为 ＨＶ电池 所能接 受的高压 直流 电 ，进行 充 电。 当中还 有一个重要的元件就是 电压转换器 ，它执行 了 变压器 的功 能。为其 它电器 设备提供低压的 电源。 ３．ＨＶ电池 ＨＶ电池一 般 由２８个镍氢 电池模块组 成 ，额定 的 电压 一 般 为２０１．６Ｖ的直流 电。 由ＨＶＥＣＵ （电池控 制单元 ）不 断监控 电池 的充电量、电池温度、水温、 负载情况 ，发 出 充放 电的指令 。
于 有发动 机直接驱 动模 式 ，能量 转换环 节少 ，因此并联 系 统效 率较 高 ，节能效果较好 。但并联 式混合动力系统发动 机、 电机和外载之间通过机械相 连接 ，结构设计布置较困 难 ，控制方式和策略都 较复杂。
３．混联式油 电混合动力 系统。 混联式是 串联式和并联式相结合 ，发动机用机械功率 分流装置 ，分别通过离合器与驱动元件、发 电机相连 ，可 以通过结合和分离离合器 ，来实现 串联或并联各种不 同连 接模式的转换。混联式扩大 了传动方案的可能性 ，可实现 复杂的能量组合和流动形式。设计者可寻找适合不 同机械 和不 同工况下 的最佳动力混合形式和复合传动 方式 。但设 计和布置难度增大 ，系统结构复杂 ，会导致零部件数量增 多，制造成本高 ，同时操纵和控制更为复杂。
一 、 油电混合动力系统 １．串联式油 电混合动 力系统 发动 机 、发 电机、 电动机 和外 载 四大基本 构成 采用 “串联”方式组成驱动 系统。发动机输 出动力全部通过发 电机发 电，实际上发动机和发 电机组合可看作是一个 电能 供应 装置 ，发动 机不 直接驱 动外 载。只 有 电动机驱 动外 载 ，当驱动 电能有 多余时可储存在储能装置 中 ，当驱动 电 能不足时储能装置释放 电能 ，协助发 电机供 电共 同驱动外 载 其优点是发动机与外载之间无机械连接 ，控制 系统和 控制策略都较简单。缺点是只有 电动机驱动模 式，其动 力 特性类似于 电驱动 ，其装机功率大、体积和重量较大。 ２．并联 式油 电混合动力系统 发 动机和 驱 动 电机 通过 机械 连接 以并联 方 式驱动 外 载 ，可 以实现 以下三种驱动模式 ：发动机 单独驱动 、发动 机和 电动机共 同驱动和 电动机单独驱动 。一般 发动 机驱 动 为主要模式 ，电驱动 为辅助模 式。由于发动机 和 电动机可 以功率 叠加共 同驱动 ，因此可以采用功率小的发动机和 电 动机 ，减小装机功 率 ，总成 的尺 寸较小、重量较轻、价格 低 。共同驱动模 式下 ，发动机输出功率驱动外载时 ，多余 的机械 能可通 过发 电机发 电储能 ；当动力不足时 ，储存 电 能又 能通过 电动机 补充供 能 ，起到 “削峰填谷 ”作用。 由
二 、混合动力工程机械 自动变速技术的必要性 １．提高整车的动力性和 经济 性 可以通过设计合理 的自动 变速器换挡规律 ，选 择最佳 传动 比使发动机工作在经济 区域 ，提 高整 车动 力性和经 济 性 。并且在 混合动 力车 中，因为增加 了新 动力源 ，换档 的 制定要考 虑发动机 、电动机 、蓄 电池 等因素 ，保证 两个动 力源尽量都工作在经济 区，减可 少车辆 的当量油耗。 ２．换挡时 ，调 节发 动机 、 电动机速度 ，可减小换挡 冲 击、缩短动 力中断时间和减 少摩擦带来 的损耗 混合动 力车 有发 动机和 电动 机两 个动 力源 ，在换 挡 时 ，不同模 式下进行动力输出的动力源不一 ，相应的调速 特性也不同 ：有的混合动力系统在变速器输入端安装 自动 离合 器、电动机 ，根据离合器的结合状态 ，调节变速器输
■ 石 宣喜
作 为一种新型技术控 制下的工程机械 ，混合动力工程 机械在 近期得到了广泛利用。该项课题 的研 究 ，将会更好 地 提升 混合 动力技术的应用水平 ，从而更好地保证工程机 械 的实际运用效果。本文从介绍混合动力系统着手本课题 的研 究。
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ＣＨＩＮＡ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ
工程技术
入端的转动惯量。应用 自动 变速技 术 ，可以实时监测车辆 参数 ，及时调节发动机和 电动机速 度 ，缩短 同步时间 ，选 择最 佳时机换挡 ，可减少摩擦 、提高寿命和 改善舒适 性。
３．工程机械动 力传 动一体 化的要求 混合动力工程机械 中的换挡 ，要发动机 、 电动机、变 速器 、蓄 电池的协调 ，一体化控 制可以实现不分离离合器 换挡 ，减 少离合器和 同步器 的磨损 ，缩短 动力中断时间 ， 提高换 挡品质。通过总线将工程机械上 的各 电控 单元连接 起来 ，形成一个移动 的局域 网，通过整 车控 制器 来协调 工 程机 械各个部件的工作 ，提高整车性能。
三、混合动力核心部件简介 １．动 力分配机构 （混合 动力变速驱动桥 ） 动力分配机构简单来看就是 由一组行星 轮和 两个 电机 组成 。在这些元件 的配合 下 ，通过ＣＶＴ变速器使车辆 平稳 的行 驶。 电动发 电机 （ＭＧ１）：这是一 种特殊 的 电机 ，具 备 发 电和 动力 输 出的双重 功 能。作 为整 个动 力分 配行星齿 轮组控 制单 元 ，它与行 星架 的太阳轮相 连 。行 星架联 接 内燃机 的输 出 ，通过行 星组 加速 后 ，带动该 电机 运转 ， 产 生高 电压 ，驱 动另 一个 电机 （ＭＧ２）或 向镍 氢 电池 充 电。另 一 方面又作 为 电动机 ，通 过行 星组增 扭后 ，启动 内燃 机 。 电动发 电机 （ＭＧ２）：与上述 电机 一样 ，也具 备双 重 的功能。 它与齿圈和输 出轴相连 。 由ＭＧ１或ＨＶ电池输 出的电能产生动力 ，通过变速器 ，在低速时提供 车轮驱动 力或 高速 时提供辅助动力。另一方面 当车辆减速 时 ，它又 可 以作 为 “发电机”给 电池充 电，回收能量。 ２．变 频 器 所 有ＭＧ１、 ＭＧ２、ＨＶ电池之 间电流 的转换都是通过 变频 器来完成 。 变频器将 ＨＶ电池的高压 直流 电转变成 电 机所 需的高压 交流 电驱动 电机。 同样又 能将 电机 回收的高 压 交流 电转 变为 ＨＶ电池 所能接 受的高压 直流 电 ，进行 充 电。 当中还 有一个重要的元件就是 电压转换器 ，它执行 了 变压器 的功 能。为其 它电器 设备提供低压的 电源。 ３．ＨＶ电池 ＨＶ电池一 般 由２８个镍氢 电池模块组 成 ，额定 的 电压 一 般 为２０１．６Ｖ的直流 电。 由ＨＶＥＣＵ （电池控 制单元 ）不 断监控 电池 的充电量、电池温度、水温、 负载情况 ，发 出 充放 电的指令 。
于 有发动 机直接驱 动模 式 ，能量 转换环 节少 ，因此并联 系 统效 率较 高 ，节能效果较好 。但并联 式混合动力系统发动 机、 电机和外载之间通过机械相 连接 ，结构设计布置较困 难 ，控制方式和策略都 较复杂。
３．混联式油 电混合动力 系统。 混联式是 串联式和并联式相结合 ，发动机用机械功率 分流装置 ，分别通过离合器与驱动元件、发 电机相连 ，可 以通过结合和分离离合器 ，来实现 串联或并联各种不 同连 接模式的转换。混联式扩大 了传动方案的可能性 ，可实现 复杂的能量组合和流动形式。设计者可寻找适合不 同机械 和不 同工况下 的最佳动力混合形式和复合传动 方式 。但设 计和布置难度增大 ，系统结构复杂 ，会导致零部件数量增 多，制造成本高 ，同时操纵和控制更为复杂。
一 、 油电混合动力系统 １．串联式油 电混合动 力系统 发动 机 、发 电机、 电动机 和外 载 四大基本 构成 采用 “串联”方式组成驱动 系统。发动机输 出动力全部通过发 电机发 电，实际上发动机和发 电机组合可看作是一个 电能 供应 装置 ，发动 机不 直接驱 动外 载。只 有 电动机驱 动外 载 ，当驱动 电能有 多余时可储存在储能装置 中 ，当驱动 电 能不足时储能装置释放 电能 ，协助发 电机供 电共 同驱动外 载 其优点是发动机与外载之间无机械连接 ，控制 系统和 控制策略都较简单。缺点是只有 电动机驱动模 式，其动 力 特性类似于 电驱动 ，其装机功率大、体积和重量较大。 ２．并联 式油 电混合动力系统 发 动机和 驱 动 电机 通过 机械 连接 以并联 方 式驱动 外 载 ，可 以实现 以下三种驱动模式 ：发动机 单独驱动 、发动 机和 电动机共 同驱动和 电动机单独驱动 。一般 发动 机驱 动 为主要模式 ，电驱动 为辅助模 式。由于发动机 和 电动机可 以功率 叠加共 同驱动 ，因此可以采用功率小的发动机和 电 动机 ，减小装机功 率 ，总成 的尺 寸较小、重量较轻、价格 低 。共同驱动模 式下 ，发动机输出功率驱动外载时 ，多余 的机械 能可通 过发 电机发 电储能 ；当动力不足时 ，储存 电 能又 能通过 电动机 补充供 能 ，起到 “削峰填谷 ”作用。 由
二 、混合动力工程机械 自动变速技术的必要性 １．提高整车的动力性和 经济 性 可以通过设计合理 的自动 变速器换挡规律 ，选 择最佳 传动 比使发动机工作在经济 区域 ，提 高整 车动 力性和经 济 性 。并且在 混合动 力车 中，因为增加 了新 动力源 ，换档 的 制定要考 虑发动机 、电动机 、蓄 电池 等因素 ，保证 两个动 力源尽量都工作在经济 区，减可 少车辆 的当量油耗。 ２．换挡时 ，调 节发 动机 、 电动机速度 ，可减小换挡 冲 击、缩短动 力中断时间和减 少摩擦带来 的损耗 混合动 力车 有发 动机和 电动 机两 个动 力源 ，在换 挡 时 ，不同模 式下进行动力输出的动力源不一 ，相应的调速 特性也不同 ：有的混合动力系统在变速器输入端安装 自动 离合 器、电动机 ，根据离合器的结合状态 ，调节变速器输
