新能源汽車技術(shù)第八章

本章要求:1.知道混合動力汽車的含義及控制策略；2.了解混合動力汽車分類和怠速起停功能；3.了解BSG(BAS)和ISG混合動力系統(tǒng)4.了解混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式分析；5.了解豐田混合動力普銳斯。第八章混合動力電動汽車第一節(jié)混合動力定義和控制策略一、混合動力定義混合動力電動汽車的確切定義，根據(jù)國際機(jī)電委員會下屬的電力機(jī)動車技術(shù)委員會的建議，混合動力電動汽車是指由兩種和兩種以上的儲能器、能源或轉(zhuǎn)換器作驅(qū)動能源，其中至少有一種能提供電能的車輛稱為混合動力電動汽車。二、混合動力汽車的節(jié)油控制策略三、總體控制方案混合動力汽車總體控制方案基本上分為兩大類，即分布式和集成式。所謂分布式是指設(shè)置獨(dú)立的整車控制單元，同時(shí)整車控制單元和各總成控制單元之間相互獨(dú)立(至少在邏輯上)，混合動力系統(tǒng)屬于多能源動力系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間需要協(xié)調(diào)工作才能實(shí)現(xiàn)混合動力系統(tǒng)在各個(gè)工況下的功能，從而體現(xiàn)混合動力系統(tǒng)在提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能方面的優(yōu)勢。整個(gè)系統(tǒng)的控制策略主要由主控制器來完成。四、整車控制策略1.起動工況控制策略從發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性圖可知，初始起動階段，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成正比趨勢，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩較小，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩成反比，在低轉(zhuǎn)速下具有良好的轉(zhuǎn)矩特性，為了克服傳統(tǒng)轎車起動時(shí)，發(fā)動機(jī)在較大負(fù)荷下由靜止達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程中燃油經(jīng)濟(jì)性和排放都較差的問題。一般情況下都有電動機(jī)起動整車進(jìn)入純電動驅(qū)動工況，而當(dāng)電池SOC低于設(shè)定的下限值時(shí)，由發(fā)動機(jī)起動整車。2.驅(qū)動行駛工況控制策略１)低速小負(fù)荷行駛工況。通過設(shè)定合理的發(fā)動機(jī)最小工作轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速，可在滿足駕駛員行駛意圖的同時(shí)，避免發(fā)動機(jī)工作于怠速與低轉(zhuǎn)矩運(yùn)行工況，從而大大改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。２)中速中負(fù)荷行駛工況中速中負(fù)荷行駛工況(即巡航工況)是行駛的主要工況，該工況汽車的行駛功率全部由發(fā)動機(jī)提供。2.驅(qū)動行駛工況控制策略３)加速和高速行駛工況在加速和高速行駛工況，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)必須聯(lián)合協(xié)調(diào)工作，才能讓汽車獲得良好的動力性能。當(dāng)電池SOC大于下限值SOC-low時(shí)，電動機(jī)和發(fā)動機(jī)共同工作驅(qū)動汽車行駛。４)減速制動工況控制策略在減速制動工況下，根據(jù)電池SOC和整車制動轉(zhuǎn)矩需求，電機(jī)再生制動系統(tǒng)和機(jī)械制動系統(tǒng)可單獨(dú)工作或同時(shí)工作。５)純電動驅(qū)動工況當(dāng)油箱燃油量小于一定值，或者為了滿足周圍環(huán)保需要，純電動按鈕被按下時(shí)，整車進(jìn)入純電動驅(qū)動工況。３.輔助驅(qū)動１)滿足動力性需求的輔助驅(qū)動當(dāng)駕駛員請求的轉(zhuǎn)矩超過發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，HCU將控制電動機(jī)參與輔助驅(qū)動，滿足整車的動力性需求。２)滿足經(jīng)濟(jì)性的輔助驅(qū)動將發(fā)動機(jī)的工作區(qū)域穩(wěn)定在經(jīng)濟(jì)的區(qū)域，ISG電動機(jī)參與的輔助驅(qū)動部分滿足駕駛員的動力需求。4.發(fā)電功能１)一般行駛情況下發(fā)電轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式:發(fā)電轉(zhuǎn)矩＝發(fā)電請求轉(zhuǎn)矩－駕駛員請求轉(zhuǎn)矩，其中，發(fā)電請求轉(zhuǎn)矩是根據(jù)高壓電池SOC決定的，SOC越低則請求轉(zhuǎn)矩越大，SOC越低則請求轉(zhuǎn)矩越小。２)怠速情況下的發(fā)電公式:怠速時(shí)發(fā)電，主要是用來維持全車用電，如果高壓電池SOC過低，同樣需要發(fā)電來維持高壓電池電量的平衡。5.再生制動功能(１)再生制動第一階段，混合動力汽車在制動過程中可以通過ISG電動機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收的作用。再生制動可以分為兩個(gè)階段，再生制動第一階段和再生制動第二階段，汽車運(yùn)行中，當(dāng)離合完全結(jié)合，擋位在擋時(shí)，駕駛員未踩制動踏板，且松開油門踏板，進(jìn)入再生制動第一階段，制動力矩主要根據(jù)車速而來，車速越高，制動力矩越大。(２)再生力矩第二階段，在再生制動第一階段條件下，踩下制動踏板，進(jìn)入再生制動第二階段，制動力矩主要根據(jù)車速而來，車速越高，制動力矩越大。第二節(jié)混合動力汽車分類和怠速起停功能一、油電混合動力汽車分類

１.按串并聯(lián)分類

2.按混合度分類

目前,按照混合度的分類說法也比較流行，按照我國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對混合動力汽車的分類和定義，從電動機(jī)功率占發(fā)動機(jī)功率百分比多少分為:微混----電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比小于等于5%。輕度混合----電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比在5%~15%。中度混合----電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比在15%~40%。重度混合-----電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比在40%以上。3.按能否外接電源進(jìn)行充電

按能否外接電源進(jìn)行充電，分為插電式混合動力(Plug-inHybridElectricVehicle)和非插電式混合動力。如圖所示，插電式混合動力的特征是可由電能單獨(dú)驅(qū)動，并配備一個(gè)大容量的可外部充電的蓄電池組，顯著的特性是可通過外部電源進(jìn)行充電，充電后可續(xù)航一定的里程。

二、混合動力起停(Stop-Start)系統(tǒng)

所謂的起停系統(tǒng)，其實(shí)就是一套可以在車輛怠速狀態(tài)下自動關(guān)閉發(fā)動機(jī)從而起到降低油耗作用的系統(tǒng)，它可以在車輛怠速等待狀態(tài)下(腳踩制動踏板后)關(guān)閉發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)由電動機(jī)驅(qū)動車內(nèi)電器，而在駕駛員再次發(fā)動車輛的0.1~0.3s之內(nèi)迅速作出反應(yīng)，起動發(fā)動機(jī)。

第三節(jié)BSG(BAS)和ISG混合動力系統(tǒng)

1、BSG混合動力系統(tǒng)，即驅(qū)動皮帶--發(fā)電機(jī)--起動機(jī)(BeltStarterGenerator或BeltAlternatorStarter)系統(tǒng)，也叫BASHybrid系統(tǒng)，。2、ISG(IntegratedStarterGenerator)是集成的具有起動機(jī)功能的發(fā)電機(jī)的縮寫。BAS和ISG這兩種動力系統(tǒng)目前只給發(fā)動機(jī)起助力作用，無法實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動。一、BAS混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

君越BAS混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、BAS混合動力系統(tǒng)主要部件君越BAS混合動力主要零部件（一）

君越BAS混合動力主要零部件（二）

三、君越ECO-Hybrid油電混合動力車與傳統(tǒng)汽車主要區(qū)別1.區(qū)別于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的儀表標(biāo)志區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的儀表標(biāo)志有智能停機(jī)(Auto-Stop)標(biāo)識，ECO指示燈(瞬時(shí)油耗<4L/100km時(shí)，電池充電狀態(tài)(SOC指示表)。

2.Hybrid車型的制動系統(tǒng)。SGCM對HHV電磁閥進(jìn)行PWM控制,在車輛從自動停止到發(fā)動機(jī)重新起動的過程中，SGCM控制坡路保持閥打開的速率，以緩慢降低制動壓力的泄放，這樣可以避免車輛起步前溜車的危險(xiǎn)和車輛起步后制動拖滯的發(fā)生。3.ECO空調(diào)模式空調(diào)有三個(gè)模式:OFF，ECO和Normal，OFF:空調(diào)關(guān)閉，允許智能停機(jī)，ECO:即經(jīng)濟(jì)模式，空調(diào)運(yùn)行，允許智能停機(jī)，Normal:即A/C模式，空調(diào)運(yùn)行，不允許智能停機(jī)，按下ECO鍵，即可進(jìn)入ECO經(jīng)濟(jì)模式。

4.BAS系統(tǒng)工作模式--自動停機(jī)模式如圖所示，智能停機(jī)指發(fā)動機(jī)不供油，但電動機(jī)待命，踩下制動踏板至車輛停止，發(fā)動機(jī)自動停轉(zhuǎn)。5.BAS系統(tǒng)工作模式--減速模式當(dāng)加速踏板被釋放后，燃油供應(yīng)停止，車輛進(jìn)入減速斷油狀態(tài)。

6.ECO指示燈點(diǎn)亮條件如圖所示，當(dāng)電池充電時(shí)，電池充電狀態(tài)SOC指示表指針從L向H慢慢移動，起動機(jī)/發(fā)電機(jī)控制模塊SGCM(Starter/GeneratorControlModule)控制智能充電。7.電控車速感應(yīng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)采用電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS，有故障時(shí)儀表故障燈點(diǎn)亮，如圖所示，此系統(tǒng)當(dāng)高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤助力作用減小或者消失，路感增強(qiáng)，保障操控穩(wěn)定，當(dāng)速度降低，如轉(zhuǎn)彎、倒車時(shí)，轉(zhuǎn)向盤助力作用增大，操控輕盈，一個(gè)手指頭都能撥得動轉(zhuǎn)向盤。四、ISG混合動力系統(tǒng)ISG混合動力系統(tǒng)的車輛主要功能有怠速起停、再生制動、輔助驅(qū)動、發(fā)電功能、HCU(HybridControlUnit)混合動力控制單元會根據(jù)駕駛員請求(加速踏板踏下深度)、電池箱能量存儲單元的狀態(tài)(能允許放出的電量)、電驅(qū)動系統(tǒng)狀態(tài)(停車、行車)以及整車車輛狀態(tài)等控制ISG電動機(jī)的工作模式，自動實(shí)現(xiàn)以上功能。

1、奔馳400的混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、奔馳ISG混合動力系統(tǒng)主要零部件3、奔馳400混合動力汽車電動機(jī)結(jié)構(gòu)組合圖4、奔馳400混合動力汽車電動機(jī)結(jié)構(gòu)分解圖第四節(jié)新能源客車結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方案一、混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式分析1.串聯(lián)式的特點(diǎn)分析串聯(lián)式是混合動力電動汽車中最簡單的一種，發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)換后的電能一部分用來給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動機(jī)和傳動裝置驅(qū)動車輪。2.并聯(lián)式的特點(diǎn)分析與串聯(lián)式混合動力電動汽車不同的是，并聯(lián)式混合動力電動汽車采用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。發(fā)動機(jī)和電動機(jī)通常通過采用不同的離合器來驅(qū)動車輪，可以采用發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動、電力單獨(dú)驅(qū)動或者發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)混合驅(qū)動三種工作模式驅(qū)動。

二、控制策略

控制策略是混合動力汽車的核心，它根據(jù)駕駛員意圖和行駛工況，協(xié)調(diào)各動力部件間的能量流動，合理進(jìn)行動力分配，優(yōu)化車載能源，提高整車經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)降低排放。１)當(dāng)車速較低時(shí)，離合器分離，車輛由大功率電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，以純電動方式運(yùn)行。２)當(dāng)車速較高時(shí)，當(dāng)整車需求扭矩在發(fā)動機(jī)優(yōu)化工作區(qū)間內(nèi)，發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作，提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。３)當(dāng)車輛加速行駛或負(fù)荷增大時(shí)，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)同時(shí)提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。

三、混合動力客車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(１)發(fā)動機(jī)+ISG電動機(jī)+離合器+主驅(qū)動電動機(jī)的動力；(２)發(fā)電機(jī)+發(fā)動機(jī)+主電動機(jī)+變速器；(３)發(fā)動機(jī)+離合器+主電動機(jī)+變速器；(４)發(fā)動機(jī)+液壓電動機(jī)(壓縮空氣驅(qū)動)；(５)發(fā)電機(jī)+主電動機(jī)+發(fā)動機(jī)+離合器+變速器；(６)發(fā)動機(jī)+自動離合器+ISG電動機(jī)+離合器+變速器；(７)發(fā)動機(jī)+離合器+變速器+驅(qū)動橋+液壓電動機(jī)+壓縮空氣；

第五節(jié)豐田混合動力普銳斯第二代豐田普銳斯(PRIUS)混合動力系統(tǒng)?搭載的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，如圖所示，集合了各式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢，普銳斯混聯(lián)混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用，停駛時(shí)自動停止發(fā)動機(jī)，減少能量浪費(fèi)，更有效地控制發(fā)動機(jī)和電動機(jī)，加速反應(yīng)快。

一、THS-Ⅱ電動機(jī)及驅(qū)動控制系統(tǒng)的特點(diǎn)在電動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間采用AC500V高壓電路傳輸，可以極大地降低動力傳輸中電能損耗?高效地傳輸動力，采用大功率電動機(jī)輸出，提高電動機(jī)的利用率。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作效率低時(shí)，此系統(tǒng)可以將發(fā)動機(jī)停機(jī)，車輛依靠電機(jī)動力行駛，極大地增加了減速和制動過程中的能量回收，提高能量的利用率。

二、THS-Ⅱ電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)基本組成和工作原理1.電池艙內(nèi)部件

2.電池箱內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)

3.高壓系統(tǒng)主繼電器

１)電源打開電路連接時(shí)SMR1和SMR3工作，而后SMR2工作而SMR1斷開，如圖所示，由于這種方式可以控制流過電阻器的電流，電路中的觸點(diǎn)受到保護(hù)，避免受到強(qiáng)電流造成的損害。

２)電源關(guān)閉電路斷開時(shí)SMR2和SMR3分步相繼斷開，如圖所示，然后HVECU確認(rèn)各個(gè)繼電器是否已經(jīng)斷開，這樣HV-ECU可確定通過流過SMR1的電流可判斷SMR2是否卡住。

4.混合動力變速驅(qū)動橋

三、動力系統(tǒng)工作切換過程１)MG1作電動機(jī)時(shí)的發(fā)動機(jī)起動和MG1的發(fā)電工況。HV-ECU起動MG1從而起動發(fā)動機(jī)，運(yùn)行期間，為了防止環(huán)齒輪轉(zhuǎn)動并驅(qū)動車輪，MG2處于電動狀態(tài)以施加制動，這個(gè)功能叫做“反作用控制”或叫“起動控制，如圖所示，

２)MG2電動時(shí)的純電工況起動。MG2驅(qū)動車輛起步后，車輛僅由MG2驅(qū)動，這時(shí)發(fā)動機(jī)保持停止?fàn)顟B(tài)，MG1以反方向旋轉(zhuǎn)而不發(fā)電，如圖所示。３)純電動轉(zhuǎn)混合動力時(shí)的發(fā)動機(jī)起動控制純電動工況只有MG2工作時(shí)，如果增加所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，MG1將被起動，此時(shí)MG1和MG2共同拖動發(fā)動機(jī)起動，如圖所示。４)MG1發(fā)電和微加速模式小負(fù)荷時(shí)已經(jīng)起動的發(fā)動機(jī)將使MG1作為發(fā)電機(jī)為HV蓄電池充電，并向MG2供電，如圖所示。５)低載荷巡航時(shí)車輛以低載荷巡航時(shí)，發(fā)動機(jī)的動力由行星齒輪分配，其中一部分