恒通客车混合动力客车基本结构及工作原理(销售培训).ppt

封页 恒通混合动力客车培训讲义混合动力汽车基本结构原理及恒通混合动力客车产品情况 什么是新能源汽车 混合动汽车分类 混合动力客车电机及动力电池 混合动力客车典型运行模式 恒通混合动力客车产品情况介绍 新能源汽车财政补贴政策 提纲 新能源汽车 是指采用非常规的车用燃料作为动力来源 或使用常规的车用燃料 采用新型车载动力装置 综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术 形成的技术原理先进 具有新技术 新结构的汽车 什么是新能源汽车 新能源汽车包括 混合动力汽车 HEV 纯电动汽车 BEV 包括太阳能汽车 燃料电池电动汽车 FCEV 氢发动机汽车 其他新能源 如高效储能器 二甲醚 汽车等各类别产品 新能源汽车分类 混合动力汽车是将内燃机 电动机与动力蓄电池通过控制系统相组合 电动机可补充提供车辆爬坡 加速时所需转矩 又可以吸收并存储内燃机富余的功率和车辆制动能量 从而可达到大幅度降低气 油 耗 减少污染物排放 什么是混合动力汽车 混合动力汽车组成主要包括 发动机 ISG电机 电动机 发电机 动力电池 控制系统 动力合成装置 混合动力汽车的组成 混合动力汽车就是将传统的内燃机 电机和储能装置 电池 结合在一起 它们之间的良好匹配和优化控制 可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点 避免各自的不足 是目前最具实际推广应用的低排放和低能耗的新能源汽车 混合动力汽车的优点 与内燃机汽车相比 电机具有助力功能 可选用较小功率的发动机 具有停车熄火 快速起动功能 可控制发动机在最佳运行工况下运行 减少排放 具有制动回馈功能 可回收汽车减速制动时的能量 达到节能的效果 混合动力汽车的优点 与纯电动汽车相比 可最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点 由于有内燃机作为原动机 混合动力汽车较纯电动汽车电池的数量和重量及功率可减少 原动机 内燃机 的选用使混合动力汽车的续驶里程和动力性较纯电动汽车得到大大提高 可达到并超过内燃机汽车水平 借助原动机的动力 可带空调 真空助力 转向助力及其他辅助电器 不需要消耗动力电池有限的电能 混合动力汽车的优点 混合动力汽车主要分为 串联式混合动力汽车 SHEV 并联式混合动力汽车 PHEV 混联式混合动力汽车 PSHEV 混合动力汽车的分类 工作模式 发动机驱动发电机 发电机给动力电池组充电 电池组送电给ISG电机 电机驱动变速箱使车辆行驶 当驱动电机高负荷运行时 发电机和电池组可同时向驱动电机提供电能 串联式混合动力汽车 电池实际上起平衡发动机输出功率和电动机输入功率的作用 当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时 如汽车滑行 低速行驶 短时间停车等工况 控制器控制发电机向电池充电 当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时 如汽车起步 加速 高速行驶或爬坡等工况 控制器则控制电池向电动机提供额外的电能 提高电动机的输出转矩 串联式混合动力汽车 串联式结构的优点 串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响 始终在其最佳的工况区域稳定运行 串联式结构的不足 发动机的输出需全部转化为电能 再将电能转变为驱动汽车的机械能 由于机电能量转换和电池充放电的效率还有待提高 使其经济性较差 串联式混合动力汽车 并联式混合动力汽车可由发动机和电机共同驱动或各自单独驱动汽车 发动机与电机之间可以通过一个动力合成装置实现两种动力装置的结合与分离 并联式混合动力汽车 动力合成装置有 行星齿轮式 链轮式 同轴并联式 并联式混合动力汽车 并联式结构的优点 发动机通过机械传动机构直接驱动汽车 其能量的利用率相对较高 经济性较好 并联式结构的不足 传动机构中的动力复合装置较复杂 驾驶操作性能不及串联式结构的混合动力汽车 并联式混合动力汽车 混联式混合动力系统是串联式与并联式的综合 发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥 另一方面则驱动发电机发电 混联式混合动力汽车 混联式系统充分发挥了串联式和并联式的优点 能够使发动机 发电机和电动机等部件进行更多的优化匹配 但结构复杂 现只在有的混合动力小轿车上得到应用 如丰田普锐斯混联式混合动力汽车 混联式混合动力汽车 三种混合动力模式优劣 混联式混合动力汽车 混合动力汽车对电机特性要求 频繁切换性能要好 比功率密度高 体积小 抗震性 抗干扰性好 高效工作区范围要宽 容错能力要好 对电压波动的适应能力要强 混合动力汽车驱动电机 混合动力汽车对电机基本性能要求 在允许的范围内 尽可能采用高电压 高转速 电机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能 应具有最优化的能量利用 电气系统应装备高压保护设备 另外 电机还要求可靠性好 耐温和耐潮性能强 运行时噪音低 能够在较恶劣的环境下长时期工作 混合动力汽车驱动电机 混合动力汽车电机种类 混合动力汽车在不同的历史时期采用了不同的电机 最早是采用了控制性能好和成本较低的直流电机 随着电子技术 机械制造技术工艺及自动控制技术的发展 交流电机 永磁电机和开关磁组电机显示出比直流电机具有更加优越的性能 而交流永磁同步电机则得到了更广泛的应用 混合动力汽车驱动电机 在普通汽车上 一般采用12V或24V蓄电池作为整车装备的电源 但是在混合动力汽车上 动力电池组必须具有强大能量的动力电源 作为车辆助力驱动动力能源或快速充电存储电能 动力电池组一般是供给直流电 然后经过变频器或逆变器转换成频率和电压幅值可调的交流电 供给驱动电机来驱动车辆行驶 纯电动汽车所采用的动力电池组 要求有较大的比能量 而混合动力汽车所采用的动力电池组 则要求有较大的比功率 两种电池在性能方面各有侧重 混合动力汽车动力电池 动力电池的充放电特性 混合动力汽车动力蓄电池的作用是储蓄电能 电池在充电过程中 电能通过蓄电池内活性物质的化学变化转变为化学能储存在蓄电池内 电池在放电过程中 通过电池内活性物质的化学变化逆转 将化学能转变为电能由电池输出 各种蓄电池的基本工作原理是电能化学能电能化学能的可逆变换过程 能够反复使用 现动力电池都是使用高能蓄电池 使混合动力汽车的动力性能不断提高 一次充电后的续驶里程也不断地延长 混合动力汽车动力电池 动力电池种类 铅酸蓄电池 镍氢 Ni MH 电池 锂离子电池 混合动力汽车动力电池 动力电池性能对比 混合动力汽车动力电池 混合动力汽车对动力电池的基本要求 比能量要高 充电时间要短 连续放电率高 自放电率低 混合动力汽车动力电池 电压 电动势电池正极与负极之间的电位差E 开路电压 额定电压电池在标准规定条件下工作时应达到的电压 工作电压 负载电压 放电电压 终止电压 混合动力汽车动力电池 电池容量 A h 理论容量 实际容量 标称容量 公称容量 额定容量 保证容量 功率 W kW 比功率 W kg 功率密度 W L 混合动力汽车动力电池 电池的内阻 电子通过电池内部时受到的阻力 使电池的电压降低 此阻力称为电池的内阻 放电速率 放电率 一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示 时率 倍率 自放电率 自放电率是指电池在存放时间内 在没有负荷的条件下自身放电 使得电池容量损失的速度 自放电率用单位时间 月 年 内电池容量下降的百分数来表示 混合动力汽车动力电池 循环次数 按一定标准规律的放电 当电池的容量降到某一个规定值以前 就要停止继续放电 然后需要充电才能继续使用 锂离子动力电池充放电控制在40 70 之间 随着充放电次数的增加 电池中的化学活性物质会发生老化变质 逐渐削弱其化学功能 使得电池的充电和放电效率逐渐降低 最后电池丧失全部功能而报废 蓄电池充电和放电的循环次数与电池的充电和放电形式 电池的温度和放电深度有关 放电深度 浅 时 有利于延长电池的寿命 混合动力汽车动力电池 典型并联混合动力系统 典型并联混合动力系统工作模式 有4种工况模式 纯电动模式 发动机和电机并联驱动模式 发动机单独驱动模式 再生制动模式 典型并联混合动力系统 纯电动模式 当车辆采用纯电动模式运行时 离合器分离 动力电池组释放电能 经逆变器将直流电转换为交流电 给动力电机供电 动力电机将扭矩输入变速箱 后桥 从而驱动车辆行驶 典型并联混合动力系统 并联驱动模式 助力模式 当车辆坡道 加速等工况行驶时 发动机运转 离合器闭合将扭矩输入变速箱 同时动力电池组释放电能 经逆变器将直流电转换为交流电 给动力电机供电 动力电机也将扭矩输入变速箱驱动电机转动 发动机和电机共同将动力输入变速箱 后桥从而驱动车辆加速行驶 典型并联混合动力系统 发动机单独驱动模式 当车辆采用发动机单独驱动模式运行时 发动机运转 离合器闭合 将扭矩输入电机 变速箱 后桥 从而驱动车辆行驶 当发动机有富裕功率时候 电机转换为发电机工作状态 所发出的交流电经逆变器转换为直流电 对电池组进行充电 典型并联混合动力系统 再生制动模式 当车辆制动 减速 停车时 驱动桥传来的惯性扭矩 经变速箱带动电机运转 电机转换为发电机工作状态 所发出的交流电经逆变器转换为直流电 对电池组进行充电 典型并联混合动力系统 控制策略 发动机和混合动力系统都分别有各自的ECU和控制软件 将它们集成在混合动力车辆中后 利用CAN总线将它们连接起来 实现信息共享和统一指挥 实现了当混合动力系统工作时 发动机按混合动力系统的指令工作 当混合动力系统关闭或有故障时 发动机按油门踏板指令工作 恒通混合动力客车 产品情况 目前恒通公司取得了新能源汽车生产准入许可 是国内较早获得新能源汽车生产准入的客车企业之一 公司气电混合动力客车已获得新能源客车产品公告 公司已开发出了CKZ6116HENV3 CKZ6126HENV3两款气电混合动力客车及CKZ6116HEV3油电混合动力客车产品 并即将开发CKZ6126HEV3油电混合动力客车产品 恒通混合动力客车 产品情况 公司已完成两套混合动力系统开发及三种混合动力系统配置 两套混合动力系统 伊顿混合动力系统 玉柴混合动力系统 三种混合动力系统配置 伊顿混合动力系统 进口电池及其管理系统 伊顿混合动力系统 国产电池及其管理系统 玉柴系统 国产电池及其管理系统 恒通混合动力客车 第一轮开发恒通客车公司于2008年联合玉柴 东风汽车公司及美国伊顿公司率先采用国外先进的混合动力系统技术 完成了CKZ6116HENV3气电混合动力客车及CKZ6116HEV3油电混合动力客车的研发由于国家在新能源汽车上对国内技术的支持 纯进口系统不能得到产品准入及财政补贴 第二轮混合动力客车研发2009年 恒通在采用国外选进混合动力系统成功开发气电和油电混合动力客车的基础上 联合玉柴机器股份有限公司 着手进行第二轮国产化混合动力系统及12米级气电混合动力客车整车的开发 完成了HT YCHPT混合动力控制系统及CKZ6126HENV3气电混合动力客车的研发CKZ6126HENV3气电混合动力客车作为公司申请新能源汽车生产准入及产品准入的主打产品 通过了中机技术中心的审核 恒通混合动力客车 第三轮开发公司于2009年在伊顿系统的基础上 与北京交通大学 中信国安盟固利动力科技公司联合开发出了国产电池与电池管理系统伊顿混合动力系统加国产电池及其管理系统所匹配的CKZ6116HENV3气电混合动力客车已获得产品生产许可 恒通混合动力客车产品基本情况 恒通CKZ6116气电混合动力客车混合动力系统采用的是同轴并联混合动力系统系统原理图 CKZ6116HENV3气电混合动力客车混合动力系统结构 结构原理图 混合动力控制模块 CKZ6116HENV3气电混合动力客车混合动力系统结构 气体发动机和电机既可分别单独驱动车辆 也可联合动作共同驱动车辆因此 在电机系统出现故障时 仍然可以像传统车一样运行 从而大大提高车辆的使用性能 CKZ6116HENV3气电混合动力客车混合动力系统结构 恒通CKZ6116HENV3气电混合动力城市客车的动力系统采用同轴并联式结构它基于成熟和先进的自动离合器和自动控制机械变速器 AMT 技术 在自动离合器的输出和自动变速箱的输入之间加入一个高效率的低速大扭矩永磁式同步电动机 发电机它可以根据车辆的实际使用工况进行智能化控制 实现不同的系统工作模式 使车辆经济性及排放处于最佳状态 恒通混合动力客车产品基本情况 混合动力系统总成主要零部件有天然气发动机及其控制系统自动变速器及其控制系统交流永磁同步电动 发电机及其控制系统高压电及高压电管理系统锂离子动力电池组及其管理系统混合动力控制系统等 恒通混合动力客车产品基本情况 混合动力管理系统包含了混合动力控制技术发动机控制技术动力电池管理技术ISG电机控制技术高压电管理技术自动离合器控制技术CAN总线通讯技术等混合动力先进技术 恒通混合动力客车产品基本情况 由于是采用国外先进混合动力系统 国产的动力电池 所以本研发项目主要内容是电池管理系统研发及动力系统各总成的匹配集成 重点放在电池管理系统的研发上样车经国家客车质量监督检验中心检测 在相同公交运行工况下 气电和油电分别较原燃气燃油发动机客车节气达23 气电混合动力客车是国内第一辆以天然气发动机作为动力源研发的混合动力客车 取得了多项技术创新和突破 CKZ6116HENV3气电混合动力客车基本参数 车型恒通CKZ6116HENV3气电混合动力客车底盘由东风汽车客车底盘公司研发设计车身选择恒通纽曼车身造型6只80升CNG气瓶 96立方米 车顶部布置安装样车CKZ6116HENV3气电混合动力客车样车 CKZ6116HENV3气电混合动力客车基本参数 基本参数 CKZ6116HENV3气电混合动力客车基本参数 基本参数 CKZ6116HENV3气电混合动力客车基本参数 锂离子动力电池参数 盟固利 选择346V的电压平台电池单体容量8Ah每个电池模块由2个电池单体并联而成电池组由96个电池模块串联组成 共192个单体电池电池组规格为346V 16Ah CKZ6116HENV3气电混合动力客车基本参数 锂离子动力电池参数 日立电池 CKZ6116HENV3气电混合动力客车动力混合度 动力混合度一般分为功率混合度和扭矩混合度 它是表示电机功率 扭矩 占发动机及电机总功率 扭矩 的百分数功率混合度 电动机功率 1 7 发动机功率 1 7 电动机功率 26 1 7 26 1 7 155 22 2 扭矩混合度 电动机扭矩 发动机扭矩 电动机扭矩 252 1 7 252 1 7 710 37 6 CKZ6116HENV3气电混合动力客车动力混合度 整车动力混合度水平是评价混合动力客车的一个重要技术指标 它反映了节能与助力的水平及效果根据整车配置和动力性 经济性等方面的考虑 经过整车匹配计算 CKZ6116HENV3气电混合动力客车选用一个中等功率 扭矩为44kW 420N m 额定功率 扭矩为26kW 252N m的电机 我们认为这一混合度对公交目前使用的11米级的公交车是可以接受的一般而言混合度越高 则所用电动机和电池的功率 尺寸 重量和价格就越高 CKZ6116HEV3油电混合动力客车 油电混合动力客车具有一样的结构和性能 恒通CKZ6116HENV3气电混合动力客车CKZ6126HENV3气电混合动力客车HT YCHPT混合动力系统采用同轴并联式结构方案 发动机与低速大扭矩永磁同步电机同轴布置 在离合器后端耦合 高压配电箱 预留接口可升级外接充电 磷酸铁锂动力电池组 离合器 系统组成图 HT YCHPT混合动力系统组成 系统组成整车控制系统HCUISG电机及其控制系统DMCM锂离子动力电池及其管理系统BPCM高压电管理系统ADM发动机及其管理单元ECU离合器及其控制系统CCU线束数字智能仪表IPCAN通讯 HT YCHPT混合动力系统组成 整车控制系统HCU HybridControlUnit 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HT YCHPT中的HCU通过CAN通信无干扰地与发动机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车辆 HT YCHPT控制系统功能 电机控制器DMCM DriveMotorControlModule DMCM接收到HCU的扭矩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 HT YCHPT控制系统功能 蓄电池管理系统BMS BatteryManageSystem 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 StateofCharge 计算充放电过程控制参数监测外接充电器过程控制 HT YCHPT控制系统功能 高压电管理系统ADM 自动断路控制器AutomaticDisconnectingModule 系统负责动力总成的高压电安全通过接收HCU指令执行高压电接通 断开 预充电等控制功能ADM还负责监测高压系统的安全情况 并反馈故障码给HCUADM与HCU的通信方式包括CAN总线通讯与模拟信号通讯 HT YCHPT控制系统功能 发动机控制系统ECU EngineControlUnit 负责天然气发动机 或柴油机 的运行控制接收HCU的指令控制发动机的工作模式 起动 停机 运行工况 故障诊断与失效控制等 HT YCHPT控制系统功能 离合器控制单元CCU ClutchControlUnit 根据HCU的指令 自动控制离合器的分离与结合实现换档时的离合器半自动操作 减轻驾驶员操作负担 HT YCHPT控制系统功能 CAN仪表 IntelligentPenal 数字仪表采用液晶数字显示相关参数 如电机扭矩 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 HT YCHPT控制系统功能 系统原理图 HT YCHPT混合动力系统工作原理 高压配电箱 预留接口可升级外接充电 磷酸铁锂动力电池组 离合器 系统工作原理HT YCHPT并联式混合动力系统采用同轴并联式结构 发动机与低速大扭矩永磁同步电机同轴布置 在离合器后端耦合 通过自动离合器来切断发动机与传动系 实现电驱动系统与发动机的自由切换该系统把握了混合动力技术的主流发展方向 集成度高 通用性强 节能效果好 HT YCHPT混合动力系统工作原理 系统工作原理发动机 离合器及变速箱都与原普通客车的结构形式一样 只是在离合器后端与变速器之间增加了一个ISG电机 电机与变速器一轴同轴布置在加速或助力工况 离合器呈结合状态 发动机将动力经变速器传递到驱动轴 同时 控制管理系统将控制动力电池组内的高压电经逆变器转换成三相交流电传输给ISG电机 电动机产生电磁驱动力加载到一轴上 增大了输出端的动力 HT YCHPT混合动力系统工作原理 系统工作原理当制动减速时 控制系统控制离合器分离 使发动机与ISG电机呈分离状态 并控制电机产生强力磁阻并发电 经逆变速转换后给电池充电在纯电动工况下 控制系统控制离合器分离 使发动机与ISG电机呈分离状态 并控制动力电池组内的高压电经逆变器转换成三相交流电传输给ISG电机 电动机产生电磁驱动力加载到变速器一轴上 经变速器传输给驱动轴 HT YCHPT混合动力系统工作原理 高压电系统高压管理系统由高压控制器 ADM 和高压配电箱 电池端高压接插件C1和电机端高压接插件C2组成 HT YCHPT混合动力高压管理系统 C1 C2 ADM 电机及电机控制器参数持续输出机械功率 50kW额定转速 1450rpm电机峰值功率 100kW最高转速 2500rpm电机及其控制系统峰值效率 88 电机及其控制系统高效区 效率 80 占电机整个运行区间50 以上电机控制器额定电压 358Vdc正常电压范围 300 400Vdc ISG电机及其控制系统 锂离子动力电池恒通气电混合动力客车可配置咸阳威力克或北京盟固利磷酸铁锂动力电池组气电混合动力开发样车采用威力克电池 威力克动力电池组由4个电池箱组成 每箱由112串单体电池组成 锂离子动力电池及其管理系统 威力克锂离子动力电池参数 锂离子动力电池及其管理系统 整车技术参数长 宽 高 mm 12000 2500 3200轴距 mm 6200发动机型号 YC6J190N 30燃料种类 CNG最大功率 kw rpm 140 190hp 2500最大扭矩 N m rpm 650 1500额定载客量 120最高车速 km h 80电力辅助驱动系统 最大功率100KW 最大扭矩680N m蓄电池 40Ah358V CKZ6126HENV3气电混合动力客车 混合度整车混合度水平是评价混合动力客车的一个重要技术指标 它反映了节能与助力的水平及效果功率混合度37 8 扭矩混合度47 1 对于12米级公交客车而言 这一混合度水平是合理的 完全能达到了动力助力和节气减排的效果 CKZ6126HENV3气电混合动力客车 恒通气电混合动力客车的性能特点经济性优势在公交工况下能耗比同型天然气客车降低约25 每年节约燃气消耗约8000m3 节约燃气费用1 6万元以上排放优势气电混合动力客车 配备欧 排放发动机可达到欧IV客车排放标准 单车每年可减少CO及NOX等尾气排放物约500kg CKZ6126HENV3气电混合动力客车 恒通气电混合动力客车的性能特点动力性优势电机最大功率达100k