混合动力汽车耦合技术.ppt

混合动力汽车动力耦合技术 LH车辆1202班 提纲 混合动力汽车的构型分析混合动力汽车的动力耦合技术 混合动力 电动 汽车 HybridElectricVehicle HEV 指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车 可消耗的燃料 可再充电能 能量储存装置 串联式混合动力 电动 汽车SeriesHybridElectricVehicle SHEV车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力 电动 汽车 并联式混合动力 电动 汽车ParallelHybridElectricVehicle PHEV车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力 电动 汽车 混联式混合动力 电动 汽车CombinedHybridElectricVehicle CHEV同时具有串联式 并联式驱动方式的混合动力 电动 汽车 插电式混合动力 电动 汽车Plug inHybridElectricVehicle PHEV可以使用电力网 包括家用电源插座 对动力电池充电的混合动力汽车 具有纯电动行驶较长距离的功能 但需要时仍然可以工作在全混合模式 混合动力汽车的概念 GB T19596 2004电动汽车术语 混合动力驱动系阶次 混合动力驱动系阶次是指驱动系中所具有的可独立驱动车辆行驶的单个驱动系数目 记为ND 混合动力驱动系联结部件 用于实现串联 并联的耦合部件的总称 比如实现电电混合的功率器件控制单元 用于实现机电混合动力的动力耦合装置等 混合动力驱动系指数 混合动力驱动系指数是指驱动系中所具有的用于实现动力和能源合成的联接部件个数 记为NC 混合动力驱动系的复杂程度 混合动力汽车的构型分析 混合动力汽车的构型分析 车辆驱动系可抽象为如图示的典型结构 混合动力汽车的构型分析 该混合动力驱动系的阶次为3 指数为2 复杂程度为3 2 具体为多种能源存储联合式串联 双轴联合式并联 混合动力汽车的构型分析 混合动力汽车的构型分析 该混合动力驱动系的阶次为4 指数为3 复杂程度为4 3 具体为多种能源存储联合式串联 双轴联合式并联 驱动力联合式并联 混合动力汽车构型分析 混合动力汽车的构型分析 该混合动力驱动系的阶次为4 指数为3 复杂程度为4 3 具体为多种能源存储联合式串联 双轴联合式并联 驱动力联合式并联 混合动力汽车构型分析 提纲 混合动力汽车的构型分析混合动力汽车动力耦合技术 根据电动机和发动机的组合形式 可分为以下三类 HEV动力耦合方式的分类 动力耦合主要是针对并联或混联式混合动力车的动力系统 根据多个动力源输出动力耦合方式的不同 将HEV动力系统分为 下面将分别从动力学和运动学规律 传动效率 能量流动路径等方面分别分析这4类传动方式的动力耦合过程 以两动力源为例 设动力源1 发动机 的输出扭矩为T1 输出转速为n1 动力源2 电动机 的输出扭矩为T2 输出转速为n2 耦合后的输出扭矩为T3 输出转速为n3 扭矩耦合式 转速耦合式 牵引力耦合式 混合耦合式 1扭矩耦合 扭矩耦合式扭矩耦合式动力系统是指2个 多个 动力源的输出动力在耦合过程中 两动力源的输出扭矩相互独立 而输出转速必须互成比例 最终的合成扭矩是两动力源输出扭矩的耦合叠加 而合成转速则不是两动力源输出转速的叠加 合成扭矩式中 k分别为耦合效率和从动力源2到动力源1的传动比 依据机械结构的不同 扭矩耦合方式又可分为齿轮耦合 磁场耦合 链或带耦合3种 扭矩耦合 1齿轮耦合式齿轮耦合这种动力耦合方式通过啮合齿轮 组 将多个输入动力合成在一起输出 这种耦合方式结构简单 可以实现单输入 双输入等多种驱动方式 耦合效率较高 控制相对简单 但由于齿轮是刚性啮合的 在动力切换 耦合过程中易产生冲击 T3 T1 kT2 n3 n1 1 kn2 扭矩耦合 2磁场耦合式磁场耦合式这种耦合方式是将电机的转子与发动机输出轴做成一体 通过磁场作用力将电机输出动力与发动机输出动力耦合在一起 这种耦合方式耦合效率高 结构紧凑 耦合冲击小 能量回馈方便 效率高 但混合度 电机功率与发动机功率之比 低 电机一般只能起辅助驱动的作用 由于电机转子具有一定的惯性 所以多用于轻度混合的电动车上 T3 T1 T2 n3 n1 n2 扭矩耦合 3链或带耦合式这种耦合方式通过链条或皮带将两动力源输出动力进行合成 链或带耦合结构简单 冲击小 但是耦合效率低 T3 T1 kT2 n3 n1 1 kn2 2转速耦合 转速耦合式转速耦合式动力系统是指2个 多个 动力源的输出动力在耦合过程中 两动力源的输出转速相互独立 而输出扭矩必须互成比例 最终的合成转速是两动力源输出转速的耦合叠加 合成扭矩则不是两动力源输出扭矩的叠加p q由耦合器的结构确定 依据驱动结构的不同 转速耦合方式又可分为行星齿轮式和差速器式2种 转速耦合 1行星齿轮式行星齿轮式这是一种普遍采用的动力耦合形式 通常发动机输出轴与太阳轮连接 电机与齿圈连接 行星架作为输出端 行星齿轮式耦合的结构简单 传动效率高 约98 混合程度高 并且还可实现多形式驱动 动力切换过程中冲击较小 但整车驱动控制难度增大 转速耦合 2差速器式差速器实际上是行星齿轮系k 1时的一种特殊情况 对一般差速器 将动力分解 对此逆用即可实现动力的耦合 差速器耦合方式与行星齿轮耦合方式基本类似 只是二者对发动机和电机的动力性能要求不同 从而导致HEV动力混合程度高低不同 差速器式HEV要求发动机和电机动力参数相当 动力混合程度比较高 3牵引力耦合式 牵引力耦合式这种耦合方式比较特殊 发动机驱动汽车前轮 后轮 电机驱动后轮 前轮 通过前后车轮驱动力将多个动力源输出动力合成在一起 动力合成规律为 式中 F为整车驱动力 F1为发动机最终作用在前轮上的驱动力 n1为从发动机到前轮的传动效率 i1为从发动机到前轮的传动比 F2为电机最终作用在后轮上的驱动力 F2 2i2T2 r 2 为从电机到后轮的传动效率 i2为从电机到后轮的传动比 牵引力耦合式 牵引力耦合式这种耦合方式结构简单 改装方便 可实现单 双模式驱动及制动再生多种驱动方式 但整车的驱动控制更为复杂 4混合耦合式 混合耦合式混合耦合式是一种采用前面2种或2种以上耦合方式的动力耦合方式 如日本丰田汽车公司开发的Pruis的HEV混合驱动结构 如下图所示 发动机与发电机的动力耦合是行星齿轮式 之后两者的合成动力又与电机动力进行齿轮式耦合 最终的合动力驱动差速器 再如福特汽车公司的Escape 如下图所示 其动力合成是磁场扭矩耦合与行星齿轮转速耦合2种方式的结合 此外 美国加州大学提出的一种先进 高效HEV传动系统的动力合成也采用混合耦合方式 混合耦合式 日本丰田汽车公司开发的PruisHEV混合驱动结构 福特汽车公司的Escape 混合耦合方式将几种耦合方式相结合 可方便地实现多模式驱动 还可实现三动力源输出或更多动力源输出的耦合 能量回馈容易 动力混合度高 但混合耦合方式的结构复杂 驱动控制相对麻烦 各种动力耦合方式的比较及HEV传动系统的研制方向与趋势 表为从动力混合度动力切换平顺性结构复杂程度 耦合效率 是否容易控制 能否实现多模式驱动及造价等角度对以上各动力耦合方式进行评价的结果 通过分析和比较 结合国内外HEV研究和发展现状 一款理想 高效 紧凑 经济的HEV动力系统必须具备以下5点 1HEV要有高效方便的能量回收功能 能量回收是提高HEV燃油经济性的最有效途径之一 特别是对城市行驶车辆 2要从根本上提高燃油经济性 减少排放 HEV的机 内燃机动力 电 电机动力 混合度不能太低 因为混合度太低 则接近一般燃油汽车 很难达到预期效果 但从目前国内外HEV技术研究水平来看 混合度也不能太高 因为太高 电力驱动起主要作用 势必会增加电池的重量 增加车重 反而增大燃油消耗 3要使发动机一直工作于理想工况 HEV驱动系统必须具有无级变速功能 HEV能提高燃油经济性 降低排放的关键是在车辆运行时改善发动机工作状况 使其工作于经济工况下 而彻底解决这一问题的方法就是采用无级变速 采用无级变速传动还可大大提高制动能量再生效率 4HEV多能源输出的动力耦合或动力切换 驱动模式从一个动力源切换到另一个动力源