新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制-第一部分-新能源汽車概述

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制第一部分

新能源汽車概述情境一，新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述；情境二，混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能；情境三，純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能；情境四，插電式混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理；情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述一、傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車系統(tǒng)

新能源汽車通常是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車基礎(chǔ)上通過部分改裝或完全切換動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而構(gòu)成的一種新型汽車。它既繼承了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的許多功能，同時(shí)又具備了新能源汽車的新特征。為了便于理解新能源汽車的分類，本情境將先簡(jiǎn)單介紹傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車及新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要零部件，并在此基礎(chǔ)上對(duì)新能源汽車進(jìn)行分類。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車主要由兩部分組成；驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)，其系統(tǒng)概念框圖見圖1-1。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)、內(nèi)燃機(jī)控制器、傳動(dòng)裝置和燃油箱組成，其中傳動(dòng)裝置根據(jù)車輛的配置不同，又可搭載手動(dòng)變速器、半自動(dòng)變速器和制動(dòng)變速器等調(diào)速裝置。輔助子系統(tǒng)主要由車身電子控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車用空調(diào)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和輔助電源組成，在部分高配汽車上還裝配有電液助力轉(zhuǎn)向（ElectriaclHydraulicpowerSteering，EHPS）或電助力轉(zhuǎn)向（ElectriaclpowerSteering，EHPS）控制系統(tǒng)、電真空制動(dòng)助力、電加熱等。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)中，一般而言內(nèi)燃機(jī)控制器和變速箱控制器集成了整車控制器的功能，它們根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板的輸入對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行噴油、點(diǎn)火及節(jié)氣門開度控制，對(duì)變速器進(jìn)行檔位、離合控制，使整車按照駕駛員意圖行駛。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述圖1-1傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車系統(tǒng)框圖情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中，內(nèi)燃機(jī)是驅(qū)動(dòng)車輛的唯一動(dòng)力源，輔助系統(tǒng)的很多子系統(tǒng)都是基于內(nèi)燃機(jī)的工作特性設(shè)計(jì)的，所有內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)將直接影響各輔助子系統(tǒng)的工作。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述二、新能源汽車系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車系統(tǒng)不同，新能源汽車系統(tǒng)主要由三部分組成：驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)，其概念框圖詳見圖1-2.純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制器、整車控制器、傳動(dòng)裝置和燃油箱組成，其中傳動(dòng)裝置將根據(jù)車輛動(dòng)力系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)配置相應(yīng)的調(diào)速裝置，目前可供選擇的變速裝置有手動(dòng)變速器、半自動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器和集成電機(jī)的調(diào)速裝置等。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述插電式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)與一般混合動(dòng)力汽車的區(qū)別主要在于插電式混合動(dòng)力增加了外接充電控制單元。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車不同，由于電動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用，新能源汽車增加了一個(gè)獨(dú)立的電源子系統(tǒng)，該電源子系統(tǒng)由動(dòng)力電池、電池管理單元和外接充電控制單元組成。新能源汽車的輔助子系統(tǒng)主要由車身電子控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車用空調(diào)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、直流變壓器和低壓電源組成，新能源汽車輔助子系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的最大的不同是空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)和EHPS/EPS成為標(biāo)準(zhǔn)配置。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述由圖1-1和圖1-2兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成圖可以看出，新能源汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車最大的區(qū)別就在于動(dòng)力系統(tǒng)的不同：傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要是利用內(nèi)燃機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并通過傳動(dòng)裝置將能量傳遞到車輪從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛；新能源動(dòng)力汽車系統(tǒng)引入了電能這一新能源，利用電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能進(jìn)而通過傳動(dòng)裝置（或直接）將能量傳遞到車輪，單獨(dú)或配合傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述圖1-2新能源汽車系統(tǒng)框圖情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，新能源汽車有如下幾個(gè)新特點(diǎn)：1.引入了一種新的動(dòng)力源——電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛；2.儲(chǔ)存能量的裝置除了傳統(tǒng)車輛的燃油箱外，另外還增加了儲(chǔ)存電能的動(dòng)力電池；3.純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車可用外接充電設(shè)備為電源子系統(tǒng)補(bǔ)電；4.原來由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)的輔助子系統(tǒng)改由獨(dú)立的電驅(qū)動(dòng)輔助裝置實(shí)現(xiàn)，如電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、電動(dòng)真空助力、電加熱和EHPS/EPS等；情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述5.用直流-直流（DC-DC）變壓器替換了傳統(tǒng)12v低壓發(fā)電機(jī)；6.增加了整車控制器、電機(jī)控制器、電池管理控制器，控制的復(fù)雜程度大大增加。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述三、新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵零部件與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，新能源汽車在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了電源子系統(tǒng)，而新能源汽車驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過增加電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和傳動(dòng)裝置進(jìn)行適當(dāng)性改造，從而形成新的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)。為了便于對(duì)后續(xù)章節(jié)新能源汽車系統(tǒng)的理解，本情境簡(jiǎn)要介紹因新能源汽車而增加的部件以及相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)適應(yīng)性改變。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述（一）驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)于新能源汽車來說相當(dāng)于另一個(gè)動(dòng)力心臟，其重要性相當(dāng)于傳統(tǒng)車的內(nèi)燃機(jī)。目前新能源汽車上應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有：直流有刷電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。下面將對(duì)這幾種電動(dòng)機(jī)的主要特征做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述1．直流有刷電動(dòng)機(jī)早期新能源汽車通常采用直流有刷電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低廉，目前仍有少量新能源汽車使用直流有刷電動(dòng)機(jī)。但是，該電動(dòng)機(jī)在車輛上使用存在明顯的缺點(diǎn):功率密度低、效率低，由于電刷和機(jī)械轉(zhuǎn)向器的存在導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的可靠性低。此外，機(jī)械轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向能力限制了直流有刷電動(dòng)機(jī)的容量、電壓和轉(zhuǎn)速。鑒于以上缺陷，新研制的新能源汽車已基本上不在考慮直流有刷電動(dòng)機(jī)。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述2．交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子和定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用可靠且耐用。與直流有刷電動(dòng)機(jī)相比，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)成本更低、維修更方便。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)使效率較低、功率密度低、調(diào)速性能也較差，同時(shí)對(duì)控制要求相對(duì)較高。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述3．永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)，它最大的特點(diǎn)是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特征而沒有換向器和電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。因此，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠、壽命長、維修簡(jiǎn)便。永磁無刷電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)相比具有更高的能量密度和更高的效率。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁材料在溫度過高時(shí)性能容易下降或出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，這將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)新能下降或電動(dòng)機(jī)的損壞，在使用中必須嚴(yán)格控制，此外在恒功率工作時(shí)，控制也很復(fù)雜，這都導(dǎo)致永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)使用成本較高。盡管如此，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在新能源車上得到廣泛應(yīng)用。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述4．開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)機(jī)，他有很多明顯特點(diǎn)：所有電動(dòng)機(jī)中開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，在轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是有簡(jiǎn)單的集中繞組，因而可靠性高、維修方便；該電動(dòng)機(jī)的另一特點(diǎn)是調(diào)速范圍寬、控制靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-速度特性，且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率，因而更適合新能源汽車的動(dòng)力性要求。該電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是控制復(fù)雜且可控性差，功率密度也不夠理想，噪聲大；這些缺點(diǎn)限制的該類電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述（二）電機(jī)控制器電機(jī)控制器的作用是在驅(qū)動(dòng)時(shí)把來自動(dòng)力電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，根據(jù)駕駛員對(duì)加速踏板操作需要調(diào)節(jié)電流與電壓，以控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)；而在能量回收時(shí)電機(jī)成為發(fā)電機(jī)發(fā)電，所產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，向動(dòng)力電池充電。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述電機(jī)控制器包括控制器、功率變換器和傳感器等。控制器一般采用數(shù)字信號(hào)傳感器（DigitalSignalProcessor，DSP）或單片機(jī)作為主控芯片，功率變換器一般采用絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）模塊包括集成的智能功率模塊（IntelligentPowerModulation，PWM）控制技術(shù)。目前混合動(dòng)力汽車中多采用PWM硬開關(guān)技術(shù)。為了減小諧波，多電平技術(shù)也應(yīng)用于插電式混合動(dòng)力車（Plug-inHybridElectricVehicle，PHEV）的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。傳感器用于采集轉(zhuǎn)子位置，提供同步或者換向信號(hào)，一般采用霍爾元件、光電編碼器等。常規(guī)電機(jī)控制方法包括：變壓變頻（VVVF）控制、矢量控制、模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）、自調(diào)整控制（STC）、變結(jié)構(gòu)控制（VSC）等。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述（三）儲(chǔ)能系統(tǒng)能量儲(chǔ)能系統(tǒng)（EnergyStorageSystem，ESS）是新能源汽車的能量載體，是用來儲(chǔ)存能量，向外輸出能量(放電)和從外部接受能量（充電）的裝置，也稱為動(dòng)力電池或高壓蓄電池。評(píng)價(jià)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)條件主要有比能量、比功率、效率、充電時(shí)間、維護(hù)要求、管理、壽命、成本、安全性、可靠性、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性及友好性等。對(duì)純電動(dòng)汽車而言，為了盡可能地提高車輛續(xù)駛里程，比能量成為首要考慮對(duì)象，而對(duì)于混合動(dòng)力汽車，首要考慮的是燃油經(jīng)濟(jì)性及整車的加速、爬坡和能量回收等性能，故比功率成為首要考慮因素。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由化學(xué)蓄電池組和電池管理單元兩部分構(gòu)成，儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量主要都儲(chǔ)存在化學(xué)蓄電池組中，而電磁管理單元主要是控制化學(xué)蓄電池組的充放電過程并監(jiān)控化學(xué)蓄電池組的健康狀態(tài)，使得儲(chǔ)能系統(tǒng)健康、安全、可靠的運(yùn)行。下面簡(jiǎn)要介紹幾種新能源汽車常用化學(xué)蓄電池組及電池管理單元。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述1．化學(xué)蓄電池組①鉛酸電池鉛酸電池是新能源汽車成熟應(yīng)用的動(dòng)力電池，它原材料來源豐富、可靠性好、價(jià)格便宜、制造工藝簡(jiǎn)單、在二次化學(xué)電源中起著非常重要的作用，比功率也能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求；特別是閥控電池的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的蓄電池得到了進(jìn)一步的利用。但是，鉛酸電池有兩大缺點(diǎn)：一是比能量低，質(zhì)量和體積太大，而且一次充電續(xù)駛里程較短；二是充電速度慢，使用壽命短，使用成本比較高。鉛酸電池廢電池酸液中含有大量的鉛，隨意排放會(huì)造成嚴(yán)重污染。因此，隨著動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的需要，鉛酸電池必將被其它電池所替代。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述②鎳氫電池鎳氫電池（NiMH）與鉛酸電池相比更合適新能源汽車的要求，其主要優(yōu)點(diǎn)是能量密度及功率密度均高于鉛酸電池和鎳鎘電池，循環(huán)使用壽命長；其快速充電和深度放電性能好，充電效率高；無重金屬污染，全密封，免維護(hù)。缺點(diǎn)是成本高，自放電損耗大；單體電池之間一致性差；對(duì)環(huán)境溫度敏感，電池組熱管理要求高。由于熱管理要求高，能量密度和功率密度相對(duì)不高，導(dǎo)致鎳氫電池體積大、質(zhì)量大、在混合動(dòng)力車（HybridElectricVehicle，HEV）上安裝困難。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述③鋰電池鋰電池主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、比能量和比功率高、安全性高、環(huán)保性好。鋰電池的能量密度大約是鎳氫電池的1．5～3倍。單元電池的平均電壓相當(dāng)于3個(gè)鎳鎘或鎳氫電池串接起來的電壓值，這樣能減少電池組合體的數(shù)量，從而使因單元電池電壓差所造成的電池故障的概率減小許多，大大延長了電池組合體的壽命。鋰電池是所有可充電電池中綜合性能最優(yōu)的一種電池；與其他電池相比，鋰電池應(yīng)用于新能源汽車，在容量、功率方面均具有較大的優(yōu)勢(shì)口當(dāng)前，鋰電池存在的主要問題是：快充放電性能差、價(jià)格高和安全保護(hù)困難等；在過充過熱或碰撞的狀態(tài)下，鋰電池可能存在因熱失效或短路等原因?qū)е缕鸹鸬碾[患。為減小此類隱患，必須使用復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)，從而增大了電池的成本和體積。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述2．電池管理單元電池管理單元(BatteryManagementUnit，BMU)由電池模塊檢測(cè)／控制器、主控制器、電流傳感器等構(gòu)成，對(duì)單體電池電壓、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)高電壓系統(tǒng)與車身之間有無漏電或絕緣性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)使用過程中出現(xiàn)的單元不一致進(jìn)行平衡維護(hù)'對(duì)工作中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行必要的保護(hù)。‘儲(chǔ)能系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的功能是高壓安全控制系統(tǒng)，當(dāng)BMU監(jiān)測(cè)到車輛碰撞、漏電或發(fā)生故障時(shí)，設(shè)置于化學(xué)蓄電池組與高壓用電裝置之間的高壓繼電器電路被切斷’以使高電壓系統(tǒng)的電路與動(dòng)力電池電路斷開，從而防止短路或觸電事故發(fā)生，確保人員的安全。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述車輛碰撞檢測(cè)可以依靠安全氣囊系統(tǒng)的加速度傳感器(GSensor)或慣性開關(guān)進(jìn)行。而當(dāng)電動(dòng)汽車組成部件發(fā)生碰撞故障時(shí)，BMU以來自各相關(guān)部件的自診斷信息為基礎(chǔ)判斷車輛不可行駛或安全受到影響時(shí)，切斷高電壓電路。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述（四）內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)是混合動(dòng)力汽車的重要驅(qū)動(dòng)源：對(duì)于輕度和中度混合動(dòng)力汽車而言，內(nèi)燃機(jī)是主要驅(qū)動(dòng)源多，對(duì)于多模式強(qiáng)混合動(dòng)力汽車而言，在充電保持模式下，內(nèi)燃機(jī)是主要驅(qū)動(dòng)源；情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述一般說來，所有傳統(tǒng)車的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過相應(yīng)改動(dòng)，都可以應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車。所需的所需改動(dòng)主要包括機(jī)械連接方式和內(nèi)燃機(jī)控制兩方面。．在機(jī)械連接方面，由于在混合動(dòng)力汽車上大量使用電子附件，例如電子水泵、電子空調(diào)等，因此可以大大減省通過內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)的附件。對(duì)于有電動(dòng)／發(fā)電一體機(jī)(Integrated-Starter-Generator，ISG)的混合動(dòng)力系統(tǒng)，若ISG電機(jī)是和內(nèi)燃機(jī)直接連接，則由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，內(nèi)燃機(jī)的飛輪通常會(huì)有變化。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述在內(nèi)燃機(jī)控制方面，由于電能及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的引入，內(nèi)燃機(jī)不再是整車的唯一動(dòng)力源，同時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)主控制器整車控制單元(VehicleControlUnit，vcu)的出現(xiàn)，使得內(nèi)燃機(jī)的工作方式比傳統(tǒng)車有明顯變化，主要體現(xiàn)在：①燃機(jī)需要較頻繁地停止和起動(dòng)；②在純電動(dòng)爬行工況下可能處于空轉(zhuǎn)而不工作(沒有噴油點(diǎn)火)的狀態(tài);③在低速高負(fù)荷的情況下，出于對(duì)經(jīng)濟(jì)性和降低排放的考慮，可以取消噴油加濃，動(dòng)力性的損失由電機(jī)助力來補(bǔ)償。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述基于混合動(dòng)力汽車對(duì)內(nèi)燃機(jī)提出的新工作方式的需求，需選擇適合混合動(dòng)力汽車的內(nèi)燃機(jī)。如豐田普銳斯(Prius)采用的阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)就是一個(gè)典型范例。與傳統(tǒng)奧托循環(huán)內(nèi)燃機(jī)相比，阿特金森循環(huán)內(nèi)燃機(jī)通過推遲進(jìn)氣閥門的關(guān)閉以及推遲排氣閥門的開啟，減少了泵氣損失，并提高了壓縮比，從而提高了內(nèi)燃機(jī)的熱效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。該內(nèi)燃機(jī)的缺點(diǎn)是在高轉(zhuǎn)速區(qū)域和低轉(zhuǎn)速區(qū)域工作時(shí)效率較差。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述在強(qiáng)混和插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)中，當(dāng)車輛低速行進(jìn)時(shí)，通過離合器或行星齒輪機(jī)構(gòu)的操作可以避免內(nèi)燃機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速區(qū)域，而在高轉(zhuǎn)速區(qū)域則是通過電機(jī)的介入盡可能少地使內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛，因而可以極大地提高系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性；而在中混合系統(tǒng)中，由于內(nèi)燃機(jī)還需要適應(yīng)較大的工況變化范圍，因此阿特金森循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用不能像在強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)中一樣有利。此外，汽油均質(zhì)混合氣壓燃(HomogeneousChargeCompressionIgnition，HCCI)內(nèi)燃機(jī)是另一種適合強(qiáng)混和插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述除了以上提到的兩種內(nèi)燃機(jī)技術(shù)之外，缸內(nèi)直噴技術(shù)u、停缸技術(shù)等內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)也可以應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上。通過對(duì)多種內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的合理選擇與組合，再應(yīng)用在新能源汽車上可以帶來更大的收益。同時(shí)，由于在混合動(dòng)力汽車上，電機(jī)能夠承擔(dān)部分車輛扭矩需求，因此在實(shí)現(xiàn)同等加速、爬坡等動(dòng)力性能要求的條件下，混合動(dòng)力汽車可以選擇排量相對(duì)較小的內(nèi)燃機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)小型化(EngineDownsizing)，從而進(jìn)一步降低燃油消耗與減少污染物排放。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述5．傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置用于改變從動(dòng)力源到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比，將動(dòng)力源的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)而方便地傳至驅(qū)動(dòng)輪，以便能夠適應(yīng)外界負(fù)載與道路條件變化的需要。在新能源汽車上，為了將電機(jī)引入系統(tǒng)，通常車輛傳動(dòng)裝置都要做適應(yīng)性更改，尤其在純電動(dòng)汽車、強(qiáng)混合動(dòng)力汽車上，由于電機(jī)較大，可以自由地實(shí)現(xiàn)正向驅(qū)動(dòng)和反向驅(qū)動(dòng)，所以可以簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，取消傳動(dòng)裝置中的倒車機(jī)構(gòu)。下面介紹幾種適用新能源汽車的變速箱。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述①機(jī)械式自動(dòng)變速箱機(jī)械式自動(dòng)變速箱(AutomatedMechanicalAMT)是在手動(dòng)變速箱(ManualTransmission，MT)基礎(chǔ)上加裝控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋的傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)難度小。早期AMT的最大缺點(diǎn)是舒適性差，換擋動(dòng)力中斷明顯?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的進(jìn)步，AMT性能大大提高，尤其是相比其他自動(dòng)變速器AMT的節(jié)油性能明顯。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述AMI的另一大優(yōu)點(diǎn)是傳遞大扭矩特性及傳遞效率高。從性價(jià)比考慮，AMI是新能源汽車，尤其是混合動(dòng)力汽車的理想選擇。目前多家汽車原始設(shè)備制造商(OriginalEquipmentManufacturer，OEM)都在自主研發(fā)基于AMT變速機(jī)構(gòu)的電驅(qū)變速箱，該電驅(qū)變速箱的最大特點(diǎn)是將新能源汽車用的電機(jī)與AMI變速器耦合，通過高強(qiáng)度靜音鏈傳動(dòng)，將電機(jī)和變速器輸出軸耦合在一起，解決了換擋過程中的動(dòng)力中斷問題，這種新型的電驅(qū)變速箱充分結(jié)合了電機(jī)和AMT變速箱的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)一步降低油耗。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述②自動(dòng)變速箱自動(dòng)變速箱(AutomaticTransmission，AT)是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩。液力變扭器是利用內(nèi)燃機(jī)輸出軸驅(qū)動(dòng)一組泵輪，而泵輪攪動(dòng)液力變扭器內(nèi)的密封油，通過油介質(zhì)帶動(dòng)另一側(cè)連接輸出軸的渦輪，從而實(shí)現(xiàn)變速和變扭。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述但只靠液力變扭器顯然是不行的，因此自動(dòng)變速箱在液力變扭器后都連接了幾組行星齒輪，每組行星齒輪就相當(dāng)于自動(dòng)變速箱的一個(gè)擋位9通過鎖止和解鎖行星齒輪與變速箱輸出軸的連接就可以實(shí)現(xiàn)換擋動(dòng)作。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟可靠，應(yīng)用范圍廣，可承載大扭力輸出。AT的不足是換擋品質(zhì)不如無極變速箱(ContinuouslyVariableTransmission，CVT)雙離合器變速箱(DualClutchTransmission，DCT)，相對(duì)于MT和AMT則動(dòng)力傳遞效率低。AT適用于以內(nèi)燃機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ吹幕旌蟿?dòng)力汽車。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述③無級(jí)變速箱目前在新能源汽車上也有搭載無級(jí)變速箱(ContinuouslyVariableTransmission，CVT無極變速器。與傳統(tǒng)的變速傳動(dòng)方式相比，CVT能提供無限數(shù)目的齒輪齒數(shù)比，內(nèi)燃機(jī)可以盡量工作在高效區(qū)，從而在絕大多數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)節(jié)油。另外，CVT的無級(jí)變速特性使得整車的換擋品質(zhì)較好，無動(dòng)力中斷問題。CVT的缺點(diǎn)是控制復(fù)雜、成本高、鋼帶摩擦損失較大，在一定程度上限制了CVT在新能源車上的應(yīng)用。另外受傳動(dòng)鋼帶強(qiáng)度限制，CVT無法承載大功率輸出，所以較大車型上很少應(yīng)用CVT。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述④雙離合器變速箱雙離合器變速箱(DualClutchTransmission，DCT)是基于雙軸式常嚙齒輪和MT演變而成，它通過扭轉(zhuǎn)減振盤連接飛輪，其輸出端分別驅(qū)動(dòng)齒輪組的奇數(shù)擋和偶數(shù)擋口一用離合器C1和C2的分離與接合，交替轉(zhuǎn)換傳力擋位，滿足自動(dòng)換擋的需求。與AT和AMT相比，DCT有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，換擋中無動(dòng)力中斷，動(dòng)力性好，且具有良好的換擋品質(zhì)，乘坐舒適；元液力變矩器，但可實(shí)現(xiàn)與使用AT相匹配的功能；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，功率密度高；成本較低。由于它優(yōu)勢(shì)明顯，雖然成熟的DCT并不多，但在某些混合動(dòng)力汽車上也開始逐漸應(yīng)用。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述4．新能源汽車分類根據(jù)電能在驅(qū)動(dòng)車輛過程中貢獻(xiàn)的大小，新能源汽車可分為一般混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。一般混合動(dòng)力汽車是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力源——熱動(dòng)力源(由傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生)與電動(dòng)力源(電池與電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生)的汽車；根據(jù)熱動(dòng)力源和電動(dòng)力源在車輛驅(qū)動(dòng)中貢獻(xiàn)大小及功能復(fù)雜度，混合動(dòng)力汽車又分為弱混、中混和強(qiáng)混三種混合動(dòng)力汽車。插電式混合動(dòng)力汽車是一種新型的強(qiáng)混合動(dòng)力汽車，其與普通強(qiáng)混合動(dòng)力汽車最大的區(qū)別是它可以通過與電網(wǎng)連接的充電器給電池充電。情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述純電動(dòng)汽車是指僅以電池為儲(chǔ)能單元，以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛。圖1-3是新能源汽車根據(jù)電能貢獻(xiàn)進(jìn)行分類的型譜。圖1-3新能源汽車分類型譜情境一

新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)概述為了更好地區(qū)分弱混、中混和強(qiáng)混三種混合動(dòng)力汽車，表1-1列出了更詳細(xì)的特征信息。表1—1混合動(dòng)力汽車主要特征對(duì)照表類型主要特征節(jié)有率典型實(shí)力弱混具有Start-Stop功能和能量回收功能5%～10%中混具有Start-Stop功能、能量回收功能、智能充電和電機(jī)助力10%～25%本田思域（CIVIC）混合動(dòng)力汽車上海汽車榮威750混合動(dòng)力汽車上海通用君越混合動(dòng)力汽車強(qiáng)混具有Start-Stop功能、能量回收功能、電機(jī)助力、智能充電和短距離純電動(dòng)行駛功能25%～40%豐田普銳斯(Prius)混合動(dòng)力汽車(動(dòng)力分流)大眾捷達(dá)混合動(dòng)力汽車（單電機(jī)）注:本田CIVIC／Insight具有有限的純電動(dòng)功能，但在實(shí)際路況中難以實(shí)現(xiàn)。為了更好地理解混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的不同，將在后續(xù)章節(jié)中對(duì)三類新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理作進(jìn)一步的敘述。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車由于在實(shí)際運(yùn)行工況下經(jīng)常運(yùn)行在效率不理想?yún)^(qū)域，加上車輛的頻繁制動(dòng)以及傳動(dòng)裝置效率低等因素導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性低，同時(shí)也伴隨較大環(huán)境污染，這些不利條件都要求設(shè)計(jì)一種油耗低且對(duì)環(huán)境友好的汽車。另一方面，純電動(dòng)汽車具有二些優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的優(yōu)點(diǎn)，如能量效率高及對(duì)環(huán)境的零排放等優(yōu)點(diǎn)，但由于目前技術(shù)的限制，還沒有找到足夠高能量密度的儲(chǔ)能技術(shù)使得純電動(dòng)汽車在每次充電后的續(xù)駛里程與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng)?；旌蟿?dòng)力汽車正好利用了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的缺點(diǎn)。本章主要討論混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)工作原理。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能一、混合動(dòng)力系統(tǒng)概述混合動(dòng)力系統(tǒng)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上不同工作原理的動(dòng)力源組成，可以將不同動(dòng)力源組合在一起用于驅(qū)動(dòng)車輛的系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力汽車的目的是利用各個(gè)動(dòng)力源的各自長處彌補(bǔ)單一動(dòng)力源所無法達(dá)到的經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程等指標(biāo)要求。圖1-2所示的新能源汽車系統(tǒng)將外接充電控制單元去掉就形成了混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要由內(nèi)燃機(jī)、內(nèi)燃機(jī)控制器、電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制器、整車控制器、傳動(dòng)裝置、燃油箱和動(dòng)力電池組成。通常情況下，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)由不少于兩個(gè)的動(dòng)力源組成，但多于兩個(gè)動(dòng)力源的結(jié)構(gòu)將使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非常復(fù)雜。圖1-4所示的是一種典型的兩動(dòng)力源混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)概念圖，圖中同時(shí)標(biāo)明了動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能量流。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-4混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)概念圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)有顯著的優(yōu)點(diǎn)。它既繼承了石油燃料高比能量和高比功率的長處，彌補(bǔ)了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的不足，又發(fā)揚(yáng)了純電動(dòng)汽車作為“綠色汽車"節(jié)能和低排放的優(yōu)點(diǎn)，顯著改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能，達(dá)到兩種車輛優(yōu)點(diǎn)的折中統(tǒng)一。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在：①實(shí)現(xiàn)了能源的直接再生。樣的動(dòng)力需求下內(nèi)燃機(jī)排量減小，因而燃油經(jīng)濟(jì)性好，排放減少；②采用具有高功率水平的電機(jī)／電池，甚至可以改善整車動(dòng)力性能；③部分混合動(dòng)力系統(tǒng)小負(fù)荷工況下可采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，避免了內(nèi)燃機(jī)在低效率區(qū)間工作；④怠速時(shí)可停止內(nèi)燃機(jī)工作，減少不必要的油耗；情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能⑤缺點(diǎn)是動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制復(fù)雜。混合動(dòng)力汽車整車多能源控制系統(tǒng)根據(jù)汽車的行駛工況不同，控制發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作象限，保證儲(chǔ)能裝置中的能量始終維持在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，無需停車充電或更換電池。值得一提的是，通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的精確控制，混合動(dòng)力汽車可吸收汽車行駛中的相當(dāng)一部分制動(dòng)能量，以電能的形式存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能二、混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)中通常存在兩類能量流：一類是機(jī)械能量流；另一類是電能量流。每個(gè)交匯點(diǎn)都是兩部分能量相加或?qū)⒁徊糠帜芰糠纸獬蓛刹糠帜芰俊＿@樣，也可由能量的耦合或解耦特性來區(qū)分混合動(dòng)力汽車的構(gòu)造，如電耦合動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械耦合動(dòng)力系統(tǒng)或機(jī)柵電耦合動(dòng)力系統(tǒng)。在目前常見的混合動(dòng)力汽車中，主要有四種典型的混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別是串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和雙模式，下面簡(jiǎn)單介紹這四種混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能（一）串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)(圖1-5)，也稱增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，主要由內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池幾個(gè)部件組成，該結(jié)構(gòu)的主要特征是驅(qū)動(dòng)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)車輛的唯一動(dòng)力源，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器將電池中儲(chǔ)存的電能和內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生的電能耦合在一起，最終通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。由于內(nèi)燃機(jī)和車輪之間沒有機(jī)械連接，故能獨(dú)立于汽車行駛工況對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)能量，內(nèi)燃機(jī)被控制在高效工作區(qū)間工作。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-5串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制原理也相對(duì)簡(jiǎn)單。在內(nèi)燃機(jī)工作的時(shí)候，由于內(nèi)燃機(jī)不用驅(qū)動(dòng)車輛，使得內(nèi)燃機(jī)可以一直被控制在最佳工況點(diǎn)，可以提高燃油效率，減低廢氣排放。缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換次數(shù)多，使得整體效率較低：而且需要采用較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和較高功率的電池，且必須要兩套電機(jī)系統(tǒng)，這將導(dǎo)致成本上升。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其工作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)車輛行駛的唯一動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作所需的能量既可以由電池單獨(dú)提供，也可以通過內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電提供多也可以由內(nèi)燃機(jī)．發(fā)電機(jī)組和電池共同工作給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能。當(dāng)車輛處于中／低速巡航、滑行、怠速的工況，車輛對(duì)功率需求不大時(shí)，如果蓄電池電量比較飽滿，則內(nèi)燃機(jī)不需要工作，僅靠電池給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能

如果蓄電池電量不足且動(dòng)力需求不大時(shí)，則由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組共同工作給電池補(bǔ)電，同時(shí)供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需電能；用電負(fù)荷較大時(shí)由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電；當(dāng)車輛處于起動(dòng)、加速、爬坡工況時(shí)內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組和電池組共同向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能。當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將作為發(fā)電機(jī)回收制動(dòng)能量，由于串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池都比較大，所以可以回收較多的制動(dòng)能量。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有如下幾種工況：純電機(jī)驅(qū)動(dòng)、串聯(lián)、怠速充電和制動(dòng)能量回收四種。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能（二）并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要由內(nèi)燃機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池和機(jī)械耦合裝置幾個(gè)部件組成，其典型結(jié)構(gòu)形式之一如圖1-6所示。該結(jié)構(gòu)的主要特征是驅(qū)動(dòng)車輛的機(jī)械動(dòng)力主要來自兩部分，一是由內(nèi)燃機(jī)通過燃燒燃油將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛；二是驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過將動(dòng)力電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛，即內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同參與驅(qū)動(dòng)車輛行駛。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能動(dòng)力電池中的電能來源有兩部分：一是車輛低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，內(nèi)燃機(jī)輸出的功率一部分用于驅(qū)動(dòng)車輛，一部分用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電給動(dòng)力電池補(bǔ)電；二是通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量回收的部分電能儲(chǔ)存到動(dòng)力電池中。這種結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率和電池能量要求不高，可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)和傳動(dòng)裝置選擇相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池，可供選擇資源較多。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-6并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)與串聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)相比，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，故系統(tǒng)效率較高。通常情況下，并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)只需要一個(gè)功率較小的電機(jī)和電池就可以了。但并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這就需要一套嚴(yán)密的控制策略和復(fù)雜的控制系統(tǒng)來對(duì)其進(jìn)行控制。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能在車輛起步及小負(fù)荷工況下，由電動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力可以滿足車輛行駛要求，內(nèi)燃機(jī)不需要工作。當(dāng)動(dòng)力電池電量低于某一個(gè)閥值（不同的電池閥值有所不同)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)由電機(jī)(非傳統(tǒng)起動(dòng)電機(jī))起動(dòng)開始工作并作為車輛主要?jiǎng)恿υ?。情境?/p>

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能當(dāng)車輛加速或爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)能夠同時(shí)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，提供可與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng)?shù)钠鸩叫阅芤坏?duì)驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)力需求不大時(shí)，車輛將根據(jù)電池電量和內(nèi)燃機(jī)的工作效率選擇電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，或者內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，或者同驅(qū)動(dòng)車輛，比如在高速巡航時(shí)單獨(dú)使用汽油內(nèi)燃機(jī)；而在低速行駛時(shí)，可以單靠電動(dòng)概驅(qū)動(dòng)，不用汽油內(nèi)燃機(jī)輔助。如果電池電量偏低時(shí)，電動(dòng)機(jī)將作為發(fā)電機(jī)發(fā)電為電池補(bǔ)充電能即電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，所以也稱為電動(dòng)一發(fā)電機(jī)組，電動(dòng)機(jī)將搬據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工況和效率特性選擇最優(yōu)的發(fā)電時(shí)機(jī)，從而提高系統(tǒng)能量使用效率。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車通常采用能夠滿足汽車巡航需要的較小內(nèi)燃機(jī)，依靠電動(dòng)機(jī)或其他輔助裝置提供加速與爬坡所需的附加動(dòng)力。其結(jié)果是提高了總體效率，同時(shí)并未犧牲動(dòng)力性能。在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中，當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)時(shí)，車輛動(dòng)能通過摩擦片轉(zhuǎn)換成熱量白白浪費(fèi)掉了。而混合動(dòng)力汽車卻能部分回收這些能量——主要是根據(jù)電機(jī)和電池的大小，以及制動(dòng)力分配決定回收能量的多少，這部分回收的能量將被暫時(shí)儲(chǔ)存起來供加速時(shí)或輔助電源使用。由于電動(dòng)機(jī)和蓄電池組的存在，可以充分利用內(nèi)燃機(jī)的最優(yōu)工作區(qū)間，使內(nèi)燃機(jī)工作在二個(gè)相對(duì)高效的工況，使排放和燃油經(jīng)濟(jì)性得到改善。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有如下幾種運(yùn)行模式：純內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、行車充電、電機(jī)助力、怠速充電和能量回收五種。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能（三）混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)是一種特殊的混合動(dòng)力系統(tǒng)，也稱為動(dòng)力分流(PowerSplit)系統(tǒng)。其中豐田普銳斯(Prius)混合動(dòng)力系統(tǒng)就是混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的典型例子，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-7普銳斯（Prius）混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能該混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要由內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)1、電機(jī)2、電機(jī)控制器、動(dòng)力電池和單排行星齒輪機(jī)構(gòu)幾個(gè)部件組成6該混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是用一個(gè)機(jī)械行星齒輪機(jī)構(gòu)將兩個(gè)電機(jī)和一個(gè)內(nèi)燃機(jī)耦合在一起。單行星排結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速器功能'使整個(gè)系統(tǒng)效率較高，特別是在城市循環(huán)工況。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能該系統(tǒng)最大弱點(diǎn)就是其恒定的扭矩分配導(dǎo)致在高速巡航運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)效率較低。在普銳斯(Prius)系統(tǒng)中，內(nèi)燃機(jī)28％的扭矩必須傳遞到電機(jī)1，在正常行駛狀態(tài)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響，但是在節(jié)氣門全開行駛加速狀態(tài)下，扭矩和能量的分配也同正常行駛時(shí)是一樣的，電機(jī)1必須設(shè)計(jì)得足夠大才能夠處理28％的內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩。為了更好地理解普銳斯(Prius)混合動(dòng)力系統(tǒng)，此處簡(jiǎn)單介紹普銳斯(Prius)的行星齒輸機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1—8普銳斯（Prius）混合動(dòng)力系統(tǒng)行星齒輪機(jī)構(gòu)情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能從圖1-8可知，行星齒輪機(jī)構(gòu)由一個(gè)太陽輪、若干個(gè)行星齒輪和一個(gè)齒輪圈構(gòu)成，其中行星齒輪由行星架的固定軸支承，允許行星輪在支承軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。行星齒輪和相鄰的太陽輪、齒圈總是處于常嚙合狀態(tài)，通常都采用斜齒輪以提高工作的平穩(wěn)性。該機(jī)構(gòu)在普銳斯(Prius)混合動(dòng)力系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力源之間的動(dòng)力耦合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)幾種工作模式的切換，根據(jù)系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比合理切換。當(dāng)車輛處在起步、小負(fù)荷工況時(shí)，不需要大功率輸出驅(qū)動(dòng)車輛，在動(dòng)力電池電量允許的情況下，僅由電機(jī)2提供的驅(qū)動(dòng)力可以滿足車輛行駛要求，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)1只是反向空轉(zhuǎn)，整車處于純電動(dòng)行駛工況，其能量流圖如圖1-9所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能當(dāng)車輛加速或爬坡時(shí)，車輛需要很大的動(dòng)力，內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)2共同提供扭矩驅(qū)動(dòng)車輛。內(nèi)燃機(jī)輸出扭娃的72％通過動(dòng)力分配器給了外齒圈，28％由電機(jī)1發(fā)電給電機(jī)2供電，電機(jī)2利用電機(jī)1提供的電能向外齒圈提供額外的扭矩，加速踏板越深內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩越大，同時(shí)電機(jī)1提供的電能也越多，使得電機(jī)2向外齒圈提供更多的扭矩。假如內(nèi)燃機(jī)的輸出不能滿足系統(tǒng)輸出扭矩需求且動(dòng)力電池電量允許時(shí)，電機(jī)2將進(jìn)一步提高輸情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1—9普銳斯(Prius)純電動(dòng)行駛工況能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能出扭矩，其能量流圖如圖1—10所示。圖1-10加速摩爬坡工況能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能當(dāng)車輛在巡航工況下時(shí)，內(nèi)燃機(jī)不需要提供太大的動(dòng)力輸出，只需提供動(dòng)力克服空氣阻力和滾動(dòng)阻力即可。此時(shí)內(nèi)燃機(jī)以低速運(yùn)行，電機(jī)1由發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，而電機(jī)2正好相反，由驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)換為發(fā)電，進(jìn)入普銳斯(Prius)混合動(dòng)力系統(tǒng)的“特異模式“其工作時(shí)能量流圖見圖1-11。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能當(dāng)松開加速踏板時(shí)，車輛進(jìn)入滑行狀態(tài)，內(nèi)燃機(jī)不需要驅(qū)動(dòng)車輛。由于行星齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，內(nèi)燃機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，內(nèi)燃機(jī)不會(huì)對(duì)車輛形成傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的制動(dòng)阻力作用，為了保持常規(guī)車駕駛感覺，電機(jī)2被作為發(fā)電機(jī)工作，給動(dòng)力電池充電，其發(fā)電阻力模擬了內(nèi)燃機(jī)制動(dòng)的情形。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，電機(jī)2將通過大幅度提升發(fā)電功率，以產(chǎn)生更大的發(fā)電阻力來降低車速，其制動(dòng)需求不足的部分將由基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。采用制動(dòng)能量回收方式產(chǎn)生的能情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-11巡航工況能量流圈情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能量被儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中供以后使用，其能量流圖見圖1-12。圖1-12車輛能量回收工況能量流圈情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能當(dāng)電池電量不在最佳平衡點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)控制電機(jī)1或電機(jī)2發(fā)電給系統(tǒng)補(bǔ)電，根據(jù)該動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，系統(tǒng)可在多個(gè)工況下為動(dòng)力電池補(bǔ)電如起步、怠速、巡航，甚至加速、爬坡等工況?；炻?lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有如下幾種工作方式：純電動(dòng)模式、加速／爬坡運(yùn)行模式、高速巡航“特異”模式、怠速充電模式和能量回收模式等。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能（四）雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)是三種基本的混合動(dòng)力運(yùn)行模式，這三種模式的任意兩種模式組合起來就構(gòu)成了雙模式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，下面以一種典型的具有串聯(lián)和并聯(lián)功能的雙?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)為例介紹雙?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-13所示，其主要特征是使用了兩個(gè)離合器，通過兩個(gè)離合器的接合狀況，可以分別實(shí)現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)兩種功能。該系統(tǒng)可充分利用兩個(gè)離合器，根據(jù)系統(tǒng)的最佳效率選擇系統(tǒng)工作在串聯(lián)或并聯(lián)模式，從而使車輛達(dá)到較好的燃油經(jīng)濟(jì)性和較低的排放。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是系統(tǒng)包含兩套電機(jī)和兩個(gè)離合器，比較復(fù)雜。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-13雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其工作模式及相應(yīng)的控制比較復(fù)雜。當(dāng)車輛處在起步、低速等工況時(shí)，不需要大功率輸出驅(qū)動(dòng)車輛，僅由電動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力可以滿足車輛行駛要求，此時(shí)利用離合器將內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)1與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分離。在此工況下，當(dāng)電池電量充足時(shí)，內(nèi)燃機(jī)不需要工作，整車處于純電動(dòng)行駛工況；當(dāng)電池電量低于某一個(gè)閥值(不同的電池閥值有所不同)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)帶著電機(jī)1發(fā)電給系統(tǒng)供電，此時(shí)系統(tǒng)工作在串聯(lián)工況。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能當(dāng)車輛加速或爬坡時(shí)，單靠內(nèi)燃機(jī)或電機(jī)2不足以滿足駕駛員的需求，此時(shí)需要將內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)1并入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起驅(qū)動(dòng)車輛，尤其是急加速時(shí)，內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)1和電機(jī)2三個(gè)動(dòng)力部件同時(shí)出力驅(qū)動(dòng)車輛。一旦車輛處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，基于燃油效率優(yōu)化的原則，斷開離合器C2將電機(jī)2與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)脫離，讓內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，此時(shí)系統(tǒng)工作在內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)工況。在動(dòng)力需求一般的工況下且電池電量不足時(shí)，內(nèi)燃機(jī)能量分為兩部分：一是維持車輛運(yùn)行；二是通過電機(jī)1發(fā)電為蓄電池補(bǔ)充電能。當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)時(shí)，電機(jī)2將作為發(fā)電機(jī)回收制動(dòng)能量，回收的能量將被暫時(shí)儲(chǔ)存起來供加速時(shí)或輔助電源使用。通常情況下，雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)的電機(jī)和電池也較大，因此可以回收盡可能多的制動(dòng)能量。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能由于雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩個(gè)機(jī)械耦合器，這使得系統(tǒng)更易靈活組合及控制，與并聯(lián)式和串聯(lián)式相比，該結(jié)構(gòu)具有更多的運(yùn)行工況。常見的運(yùn)行模式由下文結(jié)合示意圖詳細(xì)說明。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能1.純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式該模式即利用動(dòng)力電池的電能，通過電機(jī)2直接驅(qū)動(dòng)輪胎來驅(qū)動(dòng)車輛。此時(shí)離合器C2閉合，離合器C1分開，電機(jī)2和動(dòng)力輸出軸結(jié)合。內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)1不參與工作，僅靠電機(jī)2驅(qū)動(dòng)。此模式一般適用于動(dòng)力電池電量充足，同時(shí)汽車處于低速巡航狀態(tài)、(低負(fù)荷)。該模式下能量流僅是將動(dòng)力電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)車輛的機(jī)械能，如圖1-14所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-14純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能2.串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式該模式為離合器C1斷開，離合器C2閉合，電機(jī)1和內(nèi)燃機(jī)工作在發(fā)電模式，電機(jī)2驅(qū)動(dòng)車輪。該工作模式與純電動(dòng)模式相比，增加了電機(jī)1和內(nèi)燃機(jī)工作給動(dòng)力電池補(bǔ)充電能，因此這種模式通常適合于在低速區(qū)間行駛，且電池電量不足的工況。其能量流如圖1-15所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能3.并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式該模式為離合器C1、C2同時(shí)閉合后內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)2同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輪，這種模式下內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)2同時(shí)工作，能提供強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出，因此這種模式通常適合于在急加速和爬陡坡的工況(大負(fù)荷)。該工作方式下能量流如圖1-16所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能4.內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式該驅(qū)動(dòng)模式為內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，此時(shí)離合器C1閉合，離合器C2斷開，電機(jī)2與輸出軸脫開，電機(jī)1和電機(jī)2都不參與工作。此種情況和傳統(tǒng)汽車工作狀況相同，因此適合于圖1-15串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-16并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能中速巡航工況(中等負(fù)荷)，其能量流如圖1-17所示。5.內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)行車發(fā)電模式圖1-17內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能此時(shí)發(fā)電機(jī)的扭矩為負(fù)，處于發(fā)電狀態(tài)。通過這種模式來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的工作效率并為動(dòng)力電池補(bǔ)充電能，這種模式一般工作在車輛中速巡航工況，此時(shí)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力負(fù)荷偏低效率低，且電池電量不足。該工作方式下能量流如圖1-18所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1-18內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)行車發(fā)電模式能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能6.能量回收模式該模式是在車輛滑行或制動(dòng)時(shí)，車輪提供反向扭矩，帶動(dòng)電機(jī)2來作為發(fā)電機(jī)發(fā)電，以降低能耗和排放，這種模式工作在中高速滑行和制動(dòng)的工況下，其能量流如圖1-19所示。圖1-19能量回收模式能量流圖情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能7.全油門加速驅(qū)動(dòng)模式該模式也是一種并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，與前面提到的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式不同的是，電機(jī)1此時(shí)也作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。在這種模式下，所有動(dòng)力源的輸出扭矩都用于驅(qū)動(dòng)車輛，使得車輛可獲得最大的驅(qū)動(dòng)力，一般用于極限速度行駛、爬坡、超車等情況該工作方式下能量流如圖1—20所示。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能（五）混合動(dòng)力系統(tǒng)功能與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車動(dòng)力系統(tǒng)相比，混合動(dòng)力系統(tǒng)有自己特有的功能。1.模式切換功能在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，為了提高燃油效率及改善加速性能，整車控制器將實(shí)時(shí)根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)切換系統(tǒng)允許的工作模式，如駐車狀態(tài)下荷電狀態(tài)(StateofCharge，SOC)不足時(shí)起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入車輛怠速發(fā)電模式，車輛急加速時(shí)切換到并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，車速較低且SOC不足時(shí)切換到行車充電模式等。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能2.內(nèi)燃機(jī)起停功能(Start-Stop，STT)

為了實(shí)現(xiàn)整車節(jié)約燃油降低排放，當(dāng)車輛停車時(shí)(如紅燈或交通堵塞)，如果滿足內(nèi)燃機(jī)停機(jī)的條件(如真空制動(dòng)助力器有足夠的負(fù)壓、動(dòng)力電池中的電能足夠等)，就可以停止內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員需要重新起動(dòng)車輛(如松開制動(dòng)踏板或踩加速踏板)或者內(nèi)燃機(jī)停機(jī)的條件不再滿足時(shí)(如空調(diào)除霜、SOC偏低)?可以由發(fā)電機(jī)來重新快速、平穩(wěn)地起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能圖1—20全油門加速驅(qū)動(dòng)模式能量流圈情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能3.電機(jī)助力(MotorAssist)在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，當(dāng)車輛需要急加速時(shí)(如駕駛員猛踩加速踏板)，可以由電機(jī)提供輔助的動(dòng)力來共同驅(qū)動(dòng)車輛，增加動(dòng)力性。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能4.動(dòng)力電池智能充電控制(IntelligentCharging)動(dòng)力電池的充放電管理是指對(duì)動(dòng)力_電池的soc進(jìn)行管理，根據(jù)車輛行駛工況和駕駛員需求，合理地控制電機(jī)工作于發(fā)電(充電)和電動(dòng)助力(放電)狀態(tài)，調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)，使內(nèi)燃機(jī)、動(dòng)力電池和電機(jī)均能在效率較高的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。同時(shí)也讓動(dòng)力電池SOC維持在一個(gè)合理的水平。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能5.減速斷油(DecelerationFuelCutOff，DFCO)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中，當(dāng)駕駛員松開加速踏板時(shí)，內(nèi)燃機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)以一定的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)停止供油，然而內(nèi)燃機(jī)受車輛減速拖帶影響，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定值時(shí)必須立即恢復(fù)供油以保證當(dāng)駕駛員重新加速時(shí)，內(nèi)燃機(jī)能立即恢復(fù)正常工作。而在混合動(dòng)力汽車中，由于電機(jī)的存在，可以實(shí)施更加激進(jìn)的減速斷油策略，以進(jìn)一步減低油耗。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能6.純電動(dòng)爬行有一些混合動(dòng)力汽車，單靠所配備的電動(dòng)機(jī)足以驅(qū)動(dòng)車輛在一定的車速下行駛'當(dāng)加速踏板和制動(dòng)踏板都松開時(shí)，車輛能通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)爬行的功能而無需起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)以降低油耗。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能7.駕駛員意圖識(shí)別當(dāng)駕駛員踩加速踏板時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)加速踏板行程、加速踏板行程變化率和車速計(jì)算出駕駛員扭矩需求，綜合考慮內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、電池狀態(tài)，計(jì)算出扭矩指令，控制內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)或單獨(dú)或同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。當(dāng)車輛滑行或制動(dòng)減速時(shí)，整車控制器將停止內(nèi)燃機(jī)的工作，同時(shí)配合電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ElectronicStabilityProgram，ESP)控制電動(dòng)機(jī)將車輛的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能8.智能熱管理系統(tǒng)混合動(dòng)力汽車在運(yùn)行時(shí)，內(nèi)燃機(jī)、直流一直流變壓器(DC—DC)、電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、電空調(diào)壓縮機(jī)等部件在工作過程中會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，冷卻系統(tǒng)可以根據(jù)這些部件反饋的溫度信息，以及當(dāng)前車速等信號(hào)來調(diào)節(jié)各被冷卻部件的溫度，確保動(dòng)力系統(tǒng)工作在合適的溫度范圍內(nèi)。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能9.扭矩安全監(jiān)控扭矩監(jiān)控功能是根據(jù)駕駛員請(qǐng)求以及其他輸入信號(hào)計(jì)算相應(yīng)的監(jiān)控扭矩值，并同時(shí)監(jiān)控實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)扭矩輸出，以判定控制系統(tǒng)程序是否正常運(yùn)行。當(dāng)監(jiān)控到上述因素中至少有一種不正常時(shí)即采取保護(hù)措施，以保證駕駛安全。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能10.低壓智能充電控制一般而言，混合動(dòng)力汽車為低壓蓄電池系統(tǒng)補(bǔ)電的裝置是直流一直流變壓器(DC-DC)，該裝置是將動(dòng)力電池的高壓電轉(zhuǎn)換成12V低壓蓄電池能接受的低壓電供給整車的低壓電源系統(tǒng)。與大多數(shù)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車不同的是，混合動(dòng)力汽車的整車控制器VCU將根據(jù)車輛低壓系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)載情況及低壓蓄電池的狀態(tài)控制直流一直流變壓器(DC-DC)的工作從而提高電能的使用效率。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能11.整車上下電管理該功能是根據(jù)駕駛員的需求控制整車混合動(dòng)力系統(tǒng)的高壓系統(tǒng)上電／下電及系統(tǒng)上電／下電過程中的故障處理。高壓控制的目的是確保高壓主接觸器僅在安全情況下才閉合(無絕緣故障、高壓互鎖完好、未檢測(cè)到碰撞等)。該功能定義了以下五種系統(tǒng)狀態(tài)：關(guān)閉、系統(tǒng)上電、正常、系統(tǒng)下電、故障。情境二

混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及功能12.故障診斷在混合動(dòng)力汽車工作過程中，混動(dòng)系統(tǒng)的各主要控制器都將對(duì)系統(tǒng)的各種故障進(jìn)行診斷，如內(nèi)燃機(jī)故障、電機(jī)故障、電池故障、高壓安全故障、DC—DC故障、變速箱故障等，且根據(jù)故障狀態(tài)確定動(dòng)力系統(tǒng)的合理響應(yīng)行為，以保證動(dòng)力系統(tǒng)合理、安全地運(yùn)行。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能純電動(dòng)汽車(ElectricVehicle，EV)是采用電動(dòng)機(jī)作為牽引裝置，并應(yīng)用化學(xué)蓄電池組、超級(jí)電容器等蓄能裝置給電動(dòng)機(jī)提供電能。純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如低能耗、零排放、高效率、低噪聲、運(yùn)行平穩(wěn)等。但是由于蓄能裝置能量密度的限制，導(dǎo)致整車?yán)m(xù)駛里程較短，再加上充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不健全，因此純電動(dòng)車適合行駛于路線相對(duì)固定、配套設(shè)施較完善的城市區(qū)域。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電控工作原理及基本功能三方面的內(nèi)容。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能一、純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在圖1一2的新能源汽車系統(tǒng)框圖中，將內(nèi)燃機(jī)、燃油箱、內(nèi)燃機(jī)控制器和機(jī)械耦合裝置去掉就形成了純電動(dòng)汽車系統(tǒng)框圖，由此可以看出，純電動(dòng)汽車系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。圖中的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)構(gòu)成了純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化如圖1—21所示。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能圖1—21純電動(dòng)汽車動(dòng)力電控系統(tǒng)框圖情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能從圖1—21中可以看出，純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)由整車控制器、電機(jī)控制器、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)及外接充電控制單元構(gòu)成。純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別有兩個(gè)方面：一是用電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制器代替內(nèi)燃機(jī)及內(nèi)燃機(jī)控制器；二是用動(dòng)力電池及電池管理系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的燃油箱及供油系統(tǒng)。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車不能將車輛減速或下坡時(shí)的能量回收，只能將這些能量通過機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)化成熱量散失掉，而純電動(dòng)汽車可以利用電機(jī)及電機(jī)控制器的雙向特性將車輛減速或下坡時(shí)的能量轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存起來，以提高能量的使用效率。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能二、純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)控制工作原理

從圖1—21中可以看出，在驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，當(dāng)加速踏板需求信息進(jìn)入整車控制器后，整車控制器將駕駛員的駕駛意圖轉(zhuǎn)換成對(duì)電機(jī)的扭矩請(qǐng)求發(fā)給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將控制逆變器的功率輸出來控制電機(jī)的扭矩或轉(zhuǎn)速輸出，’電機(jī)的輸出扭矩通過車輛傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，滿足駕駛員驅(qū)動(dòng)車輛的需求。在車輛制動(dòng)時(shí)，整車控制器通過采集制動(dòng)踏板信號(hào)獲取到駕駛員制動(dòng)需求，根據(jù)整車制動(dòng)分配控制策略，將部分或全部制動(dòng)需求轉(zhuǎn)化為對(duì)電機(jī)韻發(fā)電請(qǐng)求，電機(jī)控制器將根據(jù)整車控制器發(fā)出的發(fā)電請(qǐng)求，控制電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將車輛的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能存到動(dòng)力電池中，從而實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)和能量回收的目的。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能電機(jī)未能回收的部分動(dòng)能將由傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化成熱能散失掉。能量回收功能可以提高能源的使用效率，延長整車的續(xù)駛里程。

純電動(dòng)汽車在動(dòng)力電池能量不足時(shí)需要補(bǔ)充電能，通常有兩種補(bǔ)電方式：一種是用車載功率較小的充電器，一般情況下充電器功率為2～6kW，而充電時(shí)間一般為4h以上這樣的補(bǔ)電方式通常稱為“慢充”；另一種是用可以進(jìn)行大功率充電的充電站，將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換成直流電給動(dòng)力電池充電，充電功率可以達(dá)到幾十千瓦，充電時(shí)間一般低于30min，這樣的補(bǔ)電方式通常稱為“快充"。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能慢充適用范圍較廣，如新建了專用慢充充電樁的停車場(chǎng)或配有家用插座的停車場(chǎng)等場(chǎng)合，用慢充連接線將車載充電器與電網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)車載動(dòng)力電池充電，一般在夜間電網(wǎng)用電低峰時(shí)給車輛充電成本更低?？斐浞绞街贿m用于提供快充服務(wù)的充電站，快充最大的好處是充電時(shí)間短，缺點(diǎn)是基于目前的動(dòng)力電池技術(shù)條件，快充會(huì)影響動(dòng)力電池使用壽命。動(dòng)力電池在充放電過程中，電池管理單元將隨時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的狀態(tài)，控制充放電過程，保證動(dòng)力電池健康安全運(yùn)行。另外，在車輛停車充電時(shí)，為了車輛及人身安全，整車控制器將不響應(yīng)駕駛員駕駛車輛的需求。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能三、常見純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)舉例由于純電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)特性的多樣性，純電動(dòng)汽車有多種動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)，圖1—22為常見的幾種EV結(jié)構(gòu)形式。圖1—22a中，電動(dòng)機(jī)、固定速比的變速器和差速器一起，構(gòu)成了純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)6該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)利用電動(dòng)機(jī)低速階段恒扭矩和大范圍轉(zhuǎn)速變化中所具有的恒功率特性，采用固定速比的減速器替換多速比的減速器；基于這一替換，動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)離合器的要求也降低，從而可以取消離合器；這樣的好處是可以減小機(jī)械傳動(dòng)裝置的體積和質(zhì)量，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制；但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是無法對(duì)變化工況下電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)效率進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)為滿足車輛加速／爬坡和高速工況要求，通常需要選擇較大功率的電動(dòng)機(jī)。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能圖1—22b中，電動(dòng)機(jī)替代了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中的內(nèi)燃機(jī)，并與離合器、變速器及差速器一起，構(gòu)成了類似傳統(tǒng)車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)力，通過離合器可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪的斷開或連接，變速器提供不同的傳動(dòng)比，以變更轉(zhuǎn)速一功率(轉(zhuǎn)矩)曲線匹配載荷的需求，差速器是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)車輛兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。圖1—22c中，電動(dòng)機(jī)、固定速比的減速器和差速器進(jìn)一步集成，甚至可以組合成單個(gè)部件，與車輪相連的半軸直接與該組合體相連，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化和小型化。在目前的純電動(dòng)汽車中是最為常見的一種驅(qū)動(dòng)形式。圖1—22d中，機(jī)械差速器被取消，驅(qū)動(dòng)車輛是靠兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別通過固定速比減速器驅(qū)動(dòng)各自側(cè)的車輪，在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，靠電子差速器控制電動(dòng)機(jī)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)車輛正常轉(zhuǎn)彎。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能圖1一22純電動(dòng)汽車幾種常見結(jié)構(gòu)形式(a)無離合器單擋驅(qū)動(dòng)；(b)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)；(c)傳動(dòng)裝置與差速器集成固定擋驅(qū)動(dòng)；(d)雙電動(dòng)機(jī)帶軸固定擋驅(qū)動(dòng)；(e)雙電動(dòng)機(jī)固定擋直接驅(qū)動(dòng)；(f)雙輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)C—離合器；D一差速器；FG一固定速比減速器；GB一變速器；M一電動(dòng)機(jī)情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能圖1-22e中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和固定速比的行星齒輪減速器被安裝在車輪中，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也可以被稱為輪式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這樣可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中行星齒輪減速器的主要作用是降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并增大電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。情境三純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制工作原理及基本功能圖1—22f中，完全舍棄了電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的機(jī)械連接裝置，用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制等價(jià)于輪速控制，即車速控制。這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)電動(dòng)機(jī)提出了特殊要