混合動力HEV到PHEV—汽車動力系統(tǒng)發(fā)展-1

1、混合動力混合動力HEV到到PHEV汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢主講人：張彤主講人：張彤上海華普汽車新能源汽車研究院院長上海華普汽車新能源汽車研究院院長863”節(jié)能與新能源節(jié)能與新能源”汽車項目課題負(fù)責(zé)人汽車項目課題負(fù)責(zé)人一、汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢一、汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢CVEVHEVHEV0PHEV一、汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢一、汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢CV缺點缺點1. 怠速耗能怠速耗能2. 傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在低功率、低負(fù)載工況下效率很差傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在低功率、低負(fù)載工況下效率很差3. 傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)輔件由皮帶輪驅(qū)動效率低造成資源浪費傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)輔件由皮帶輪驅(qū)動效率低造成資源浪費4. 無法回收剎車制動能無法

2、回收剎車制動能5. 冷起動排放差冷起動排放差6. 傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在起動過程中需要液力變扭器和離合器，影傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)在起動過程中需要液力變扭器和離合器，影 響發(fā)動機(jī)的效率響發(fā)動機(jī)的效率7. 自動變速箱和傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)變速箱使引擎經(jīng)常工作在低效區(qū)自動變速箱和傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)變速箱使引擎經(jīng)常工作在低效區(qū)8. 瞬態(tài)反應(yīng)慢、性能差、排放差、效率低瞬態(tài)反應(yīng)慢、性能差、排放差、效率低一、汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢一、汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢利用利用HEV可以實現(xiàn)：可以實現(xiàn)：1、發(fā)動機(jī)快速起停，取消怠速；、發(fā)動機(jī)快速起停，取消怠速；2、發(fā)揮電機(jī)靈活響應(yīng)能力，提高整車平順性、發(fā)揮電機(jī)靈活響應(yīng)能力，提高整車平順性 及舒適性；及舒適性；3、

3、行車發(fā)電；、行車發(fā)電；4、回收制動能；、回收制動能；5、電機(jī)單獨驅(qū)動，實現(xiàn)、電機(jī)單獨驅(qū)動，實現(xiàn)ZEV ；6、實現(xiàn)發(fā)動機(jī)工況優(yōu)化。、實現(xiàn)發(fā)動機(jī)工況優(yōu)化。以達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放的目的以達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放的目的二、二、HEV方案方案串聯(lián)方案串聯(lián)方案HEV混聯(lián)方案混聯(lián)方案并聯(lián)方案并聯(lián)方案二、二、HEV方案方案串聯(lián)方案串聯(lián)方案發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)控制器控制器電機(jī)電機(jī)傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)前橋前橋主控制器主控制器電池電池加速加速制動制動二、二、HEV方案方案并聯(lián)方案并聯(lián)方案二、二、HEV方案方案并聯(lián)方案并聯(lián)方案輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動二、二、HEV方案方案并聯(lián)方案并聯(lián)方案ISG電機(jī)

4、電機(jī)6.5Ah電 池控制器機(jī)械連接電氣連接離合器發(fā)動機(jī)ISGMT單離合器單離合器ISG電機(jī)電機(jī)雙離合器雙離合器ISG電機(jī)電機(jī)二、二、HEV方案方案并聯(lián)方案并聯(lián)方案基于基于DCT的混合動力方案的混合動力方案二、二、HEV方案方案并聯(lián)方案并聯(lián)方案自動變速箱自動變速箱ISG結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)二、二、HEV方案方案混聯(lián)方案混聯(lián)方案二、二、HEV方案方案混聯(lián)方案混聯(lián)方案二、二、HEV方案方案混聯(lián)方案混聯(lián)方案三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)HEV0與與PHEV比較比較1、傳統(tǒng)、傳統(tǒng)HEV0 電機(jī)主要的動力來源還是依賴于發(fā)動機(jī)，電機(jī)主要的動力來源還是依賴于發(fā)動機(jī)，而而PHEV還具有接受外部公用電網(wǎng)

5、對車載電池組充電的能還具有接受外部公用電網(wǎng)對車載電池組充電的能力；力；2、傳統(tǒng)的、傳統(tǒng)的HEV0純電動模式工作時間有限，而純電動模式工作時間有限，而PHEV的的純純電動驅(qū)動可以行使足夠的里程（如電動驅(qū)動可以行使足夠的里程（如30公里或者公里或者80公里）。公里）。三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)（主要柴油機(jī)、（主要柴油機(jī)、汽油機(jī)）汽油機(jī)）儲能元件儲能元件電池、超級電容電池、超級電容電力驅(qū)動電力驅(qū)動電機(jī)電機(jī)動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù) HEV 研究的目標(biāo)研究的目標(biāo) 提高燃油經(jīng)濟(jì)性提高燃油經(jīng)濟(jì)性, ,減少排放減少排放； 提高車

6、輛動力性能；提高車輛動力性能；1.1.怠速停機(jī)策略；怠速停機(jī)策略；2.2.制動能回收；制動能回收；3.3.純電動模式；純電動模式；4.4.發(fā)動機(jī)優(yōu)化；發(fā)動機(jī)優(yōu)化；5.5.電動附件的使用。電動附件的使用。l在混合動力汽車上實現(xiàn)燃油在混合動力汽車上實現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性并不能以犧牲動力性為經(jīng)濟(jì)性并不能以犧牲動力性為代價；代價；l采用電動助力的方法以彌補(bǔ)采用電動助力的方法以彌補(bǔ)因為燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化帶來的動因為燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化帶來的動力不足；力不足；三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)乘用車城區(qū)工況瞬態(tài)曲線乘用車城區(qū)工況瞬態(tài)曲線01020304050607080138751121491862232

7、60297334371408445482519553590630667704741778815852889926963100010371074111111481185時間，s速度，km/h速度曲線參數(shù)：時間T=1195s 行程S=7.681km 平均速度Vm=23.138km/h 最高速Vmax=74km/h最大加速度amax=2.2942m/s2 最大減速度amin=-2.5936m/s2 平均正加速度 a+m=0.4392m/s2 平均負(fù)加速度a-m=-0.4188m/s2 怠速比例Ti=25.188% T (百公里)=100公里/Vm=4.322h T（怠速時間）=T*怠速比例Ti= 1

8、.089h怠速油耗=0.8-0.9l/h 百公里油耗=T（怠速時間）*怠速油耗=0.8712-0.9801 L/hstart-stop設(shè)計分析設(shè)計分析三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)發(fā)動機(jī)優(yōu)化：發(fā)動機(jī)優(yōu)化：1、啟動過程優(yōu)化；、啟動過程優(yōu)化；2、瞬態(tài)過程優(yōu)化；、瞬態(tài)過程優(yōu)化；3、穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化。、穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化。三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)啟動過程優(yōu)化啟動過程優(yōu)化三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)瞬態(tài)過程優(yōu)化瞬態(tài)過程優(yōu)化目標(biāo)：提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排放；目標(biāo)：提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排放； 設(shè)計原則：維持與原型車一致的駕駛動力性能；設(shè)計原則：維

9、持與原型車一致的駕駛動力性能； 扭矩控制：發(fā)動機(jī)不同工況變化過程中，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)扭矩控制：發(fā)動機(jī)不同工況變化過程中，發(fā)動機(jī)和電動機(jī) 的扭矩合成的最優(yōu)控制。的扭矩合成的最優(yōu)控制。l最大可能避免因為發(fā)最大可能避免因為發(fā)動機(jī)工況改變而帶來的動機(jī)工況改變而帶來的加濃噴油加濃噴油三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)瞬態(tài)過程優(yōu)化瞬態(tài)過程優(yōu)化 當(dāng)油門踏板和節(jié)氣門有突變時，發(fā)動機(jī)處于一個瞬態(tài)過當(dāng)油門踏板和節(jié)氣門有突變時，發(fā)動機(jī)處于一個瞬態(tài)過程，程，ECU會過濃噴油，以滿足動力性要求，但在此過程中會過濃噴油，以滿足動力性要求，但在此過程中造成排放和油耗都上升。造成排放和油耗都上升。 節(jié)氣門的開

10、度不能快速達(dá)到，需要用電機(jī)彌補(bǔ)。節(jié)氣門的開度不能快速達(dá)到，需要用電機(jī)彌補(bǔ)。 用電機(jī)驅(qū)動目的是使發(fā)動機(jī)盡量達(dá)到穩(wěn)態(tài)而不是瞬態(tài)的用電機(jī)驅(qū)動目的是使發(fā)動機(jī)盡量達(dá)到穩(wěn)態(tài)而不是瞬態(tài)的不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。偽（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)過程偽（準(zhǔn)）穩(wěn)態(tài)過程三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化1、發(fā)動機(jī)特性曲線的復(fù)雜程度決定了發(fā)動機(jī)油耗曲線的不規(guī)則。2、在低負(fù)載區(qū)，發(fā)動機(jī)的工作效率比較低，油耗和排放比較差。3、采用混合動力有可能對發(fā)動機(jī)的工作區(qū)進(jìn)行調(diào)整。三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化178.52286192.92662207.33039221.7

11、3415236.13792236.13792250.54169250.54169250.54169264.94545264.94545264.94545279.34922279.34922279.34922279.34922279.34922293.75299293.75299293.75299308.15675308.15675308.15675322.56052322.56052322.56052336.96428336.96428336.96428351.36805351.36805351.36805365.77182365.77182365.77182380.17558380.1755

12、8380.17558394.57935394.57935394.57935408.98311408.98311408.98311423.38688423.38688423.38688437.79065437.79065437.79065452.19441452.19441452.19441466.59818466.59818466.59818481.00195481.00195481.00195495.40571495.40571495.40571509.80948509.80948509.80948524.21324524.21324524.21324538.61701538.6170153

13、8.61701553.02078553.02078553.02078567.42454567.42454567.42454581.82831581.82831581.82831596.23207596.23207596.23207610.63584610.63584610.63584625.03961625.03961625.03961639.44337639.44337639.44337653.84714653.84714653.84714668.25091668.25091668.25091682.65467682.65467682.65467697.05844697.05844697.0

14、5844711.4622711.4622711.4622725.86597725.86597725.86597740.26974740.26974740.26974754.6735754.6735754.6735769.07727769.07727769.07727783.48104783.48104783.48104797.8848797.8848797.8848812.28857812.28857812.28857826.69233826.69233826.69233841.0961841.0961841.0961855.49987855.49987855.49987869.9036386

15、9.90363869.90363884.3074884.3074884.3074898.71116898.71116898.71116913.11493913.11493913.11493927.5187927.5187927.5187941.92246941.92246941.92246956.32623956.32623956.32623970.73970.73970.73985.13376985.13376999.53753999.537531013.94131013.94131028.34511028.34511042.74881057.15261071.55641085.960111

16、00.36391114.76771129.17141143.57521157.9791172.38271186.78651201.19031215.5941229.99781244.40161258.80531273.20911287.61291302.01661316.42041330.82411345.22791359.63171374.03541388.43921402.8431417.2467be g/kWhn (N) rpmMiso Nm10001500200025003000350040004500500055006000102030405060708090100110X2X1三、

17、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化設(shè)發(fā)動機(jī)工作點(n,M1)，功率為P1=nM1，油耗為x1(g/kwh）優(yōu)化工作點為（n,M2),功率為P2=nM2，油耗為x2(g/kwh）。發(fā)電機(jī)工作發(fā)電功率為PE=P2-P1產(chǎn)生的電量由 發(fā)電機(jī)發(fā)電的效率1，電容充電的效率2，在使用該電量時的電容放電的效率3，及電機(jī)驅(qū)動時的效率4，才能為整車所用。所以發(fā)電的效率應(yīng)為= = 1 1 2 2 3 3 4 4可以由此時的電機(jī)及電容的MAP得到由系統(tǒng)工作時的概率分布確定平均值實際可用的發(fā)電功率PE=（P2-P1），實際的油耗不是x2(g/kwh），而是x x2 2=(x=(x

18、2 2 P PE E)/ P)/ PE Exx2 2三、三、HEV0與與PHEV共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化穩(wěn)態(tài)過程優(yōu)化四、影響四、影響PHEV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前當(dāng)前PHEV發(fā)展需要解決的發(fā)展需要解決的2個關(guān)鍵技術(shù)個關(guān)鍵技術(shù)滿足滿足PHEV工作工作要求的動力總成要求的動力總成滿足滿足PHEV工作工作要求的儲能元件要求的儲能元件四、影響四、影響PHEV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)滿足滿足PHEV工作動力總成工作動力總成 ISG電機(jī)電機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)CVT四、影響四、影響PHEV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)系統(tǒng)高電壓等級的電機(jī)使高電壓等級的電機(jī)使Plug-in混合動

19、力的要求?；旌蟿恿Φ囊?。1、高電壓電機(jī)可以減小電機(jī)的驅(qū)動電流，降低損耗，提、高電壓電機(jī)可以減小電機(jī)的驅(qū)動電流，降低損耗，提高電機(jī)效率。高電機(jī)效率。2、電機(jī)采用高電壓系統(tǒng)，可以使電機(jī)尺寸降低，提高前、電機(jī)采用高電壓系統(tǒng)，可以使電機(jī)尺寸降低，提高前機(jī)艙的利用率。機(jī)艙的利用率。四、影響四、影響PHEV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)變速箱變速箱為了更好地利用電機(jī)的高效率區(qū)，一個高效的機(jī)械變速箱為了更好地利用電機(jī)的高效率區(qū)，一個高效的機(jī)械變速箱是必需的。是必需的。綜合考慮到各種變速箱的性能，合適的無級變速的變速箱綜合考慮到各種變速箱的性能，合適的無級變速的變速箱可能是可能是PHEV系統(tǒng)的最好的選擇。系統(tǒng)的最好的選擇。四、影響四、影響PHEV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)SSG一種新型的一種新型的CVT四、影響四、影響PHEV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)滿足滿足PHEV工作要求的儲能元件工作要求的儲能元件為了更好地利用電機(jī)的高效率區(qū)，一個高效的機(jī)械變速箱為了更好地利用電機(jī)的高效率區(qū)，一個高效的機(jī)械變速箱是必需的。是必需的。綜合考慮到各種變速箱的性能，合適的無級變速的變速箱綜合考慮到各種變速箱的性能，合