单元二 混合动力汽车结构

新能源汽车认知与应用,单元二混合动力汽车结构,建议课时：2学时,教学目标,专业能力1、能够描述混合动力汽车的定义与典型特征；2、能够描述混合动力汽车的类型；3、能够描述混合动力汽车的结构；4、能够描述混合动力汽车运行模式与工作模式；5、能够描述典型混合动力汽车的技术特点；6、能够识别混合动力汽车结构。应用能力1、养成做事细心、严谨的作风；2、提高合作意识和创新精神；3、养成良好的安全意识、责任意识、6S管理意识，注重节约、节能和环保。,学习目录,混合动力汽车的定义与典型特征,1.混合动力汽车的定义我们常说的混合动力汽车通常就是指油电类型混合动力汽车（简称HEV，Hybridelectricvehicle），即为内燃机与动力电池、电机的驱动混合。国际电子技术委员会对混合动力车辆的定义为，在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车，其中至少一种存储器或转化器要安装在汽车上。,学习内容,混合动力汽车介于传统内燃机汽车与纯电动汽车之间，是两种动力汽车的中间产物。,学习内容,混合动力汽车关系示意图,混合动力汽车的定义与典型特征,从广义上来讲，混合动力汽车指的是装备有两种具有不同特点驱动装置的车辆。两个驱动装里中有一个是车辆的主要动力来源，还有一个辅助驱动装置。从狭义上讲，混合动力汽车是指同时装备两种动力源的汽车。既有车载动力电池提供电力驱动，又装有一个相对小型内燃机的汽车。,学习内容,混合动力汽车两种动力源,混合动力汽车的定义与典型特征,2.混合动力汽车的典型特征根据混合动力汽车运行需要，混合动力汽车相比较传统汽车，主要的改进在车辆的驱动系统上，即在传统汽车的内燃机、变速器、传动轴到车轮的线路上，还会增加一套由高压动力电池、电机组成的电动动力输出线路。与传统内燃机汽车相比，混合动力汽车需要在以下这些地方做出升级：1）内燃机的升级变化混合动力汽车的内燃机排量较小，同时由于大多数混合动力汽车取消了12V发电机、曲轴皮带驱动压缩机等部件，因此会简化辅助装置的皮带传动机构。,学习内容,混合动力汽车的定义与典型特征,丰田普锐斯内燃机曲轴皮带驱动部件明显少了，仅保留一个发动机水泵和惰轮。此外，对于一些插电式混合动力汽车，由于内燃机可能很少运行，因此还会设计有独立的封闭式燃油碳罐系统，利用更大的碳罐来吸收燃油箱内的蒸发燃油气体。,学习内容,丰田普锐斯内燃机曲轴皮带,沃蓝达插电混合动力燃油系统碳罐,混合动力汽车的定义与典型特征,2）转向系统的升级变化几乎所有的混合动力汽车上都使用了电动机械式转向系统，该系统的电机直接从车辆电源系统获取电能，无论内燃机是否运转，均能提供转向助力。,学习内容,混合动力电动助力转向系统,混合动力汽车的定义与典型特征,3）制动系统的升级变化混合动力汽车通常会设计有电动真空泵，无论内燃机是否关闭，改电动真空泵均能为带有真空制动助力器的制动系统提供足够的真空，保证了混合动力汽车的制动安全。,学习内容,混合动力汽车电动真空泵,混合动力汽车的定义与典型特征,有些混合动力汽车不再设计有真空助力系统的制动系统，改用电控液压制动系统。该系统特点是驾驶员踩下制动踏板不再直接机械传递到制动主缸，而是制动踏板是一个传感器，将信号先传递给制动系统模块，由模块根据制动需求，驱动液压制动系统的制动压力实现制动。,学习内容,丰田普锐斯液压制动主缸结构示意图,混合动力汽车的定义与典型特征,1.按混合动力汽车驱动连接方式分类混合动力汽车的驱动系统主要有内燃机和驱动电机。,学习内容,混合动力汽车按驱动连接方式分类,混合动力汽车的类型,（1）串联式混合动力在串联式混合动力设计中，车辆的驱动仅仅是由驱动电机来单独完成的，车辆动力电池的电能来自内燃机。在该类型的设计中，内燃机是不能直接给车辆提供动力，其主要应用于城市大客车，在乘用轿车中很少见。,学习内容,串联式混合动力汽车连接方式示意图,混合动力汽车的类型,串联式混合动力车辆运行时，内燃机带动发电机工作，发电机输出的电能通过逆变器提供给驱动电机来驱动车辆，或者为车辆动力电池充电。,学习内容,典型串联式混合动力汽车驱动组件,混合动力汽车的类型,串联式混合动力的特点：1）内燃机不直接参与驱动车辆，仅用于使动力电池保持有电状态；2）动力电池获取电能的主要途径有内燃机输出的电能和制动能量回收电能；3）具有的优点是内燃机能够在最佳的速度和负荷运行，同时车辆也取消了变速器、离合器等部件；4）存在的缺点是车辆仅通过电机驱动，因此必须设计有较大功率的电机来满足车辆在爬坡、急加速等大负荷运行工况，与此对应也导致内燃机和动力电池的质量增加，从而导致整车重量加大。,学习内容,混合动力汽车的类型,（2）并联式混合动力在并联式混合动力设计中，车辆的驱动是由内燃机和驱动电机组合完成的，系统支持仅靠其中的一种能量驱动车辆，也支持内燃机和驱动电机同时驱动车辆。在这种设计中，动力电池和内燃机都是与变速单元相连接的。,学习内容,并联式混合动力汽车连接方式示意图,混合动力汽车的类型,在驱动车辆行驶时，大多数情况下，并联式混合动力汽车的驱动电机是辅助内燃机运行的。并联式混合动力汽车可以在比较复杂的工况下使用，应用范围比较广。,学习内容,典型并联式混合动力汽车驱动组件,混合动力汽车的类型,并联式混合动力的特点：1）内燃机和驱动电机共同驱动车辆行驶；2）没有单独设计有发电电机，在没有外部充电或辅助电源的情况下，动力电池获取电能的唯一途径是驱动电机的能量回收；3）具有的优点是采用了一个或多个电机辅助内燃机，使得内燃机的设计可以更小；4）存在的缺点是需要用复杂的软件来优化驱动电机和内燃机同时输向驱动轴的力矩。,学习内容,混合动力汽车的类型,（3）混联式混合动力混联式混合动力也称为串并联式，因为其集合了串联式和并联式的优点而设计的，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点。目前市场上合资品牌的混合动力汽车大多数采用这种设计类型。,混联式混合动力汽车连接方式示意图,学习内容,混合动力汽车的类型,混联式混合动力的特点：1）系统可以实现纯驱动电机驱动车辆，内燃机自动停机或起动为系统充电；也内燃机和驱动电机共同驱动车辆；2）不足的是动力分配装置内部设计和管理系统较为复杂，需要较高的技术积累和研发投入。,学习内容,丰田普锐斯混合动力汽车,混合动力汽车的类型,2.按混合动力汽车的混合程度分类,学习内容,混合动力汽车的类型,（1）轻度混合动力也称轻混，轻度混合动力的车辆混合程度低，没有内燃机的帮助，设计在车辆中的电机是不能够单独驱动车辆行驶的。一般只包括自动启停、内燃机起动平滑辅助和制动能量回收。该系统设计的优点是成本小，但同时节省的燃油也更少，一般只能省油8%15%。,学习内容,轻度混合动力系统结构示意图,混合动力汽车的类型,轻混的典型代表技术有通用旗下BAS（Basicassistsystem）系统的君越混合动力,梅赛德斯奔驰为Smart开发的一套名为MHD（MicroHybridDrive）的怠速熄火系统,以及奇瑞汽车合作研发的BSG(Belt-drivenStarter/Generator)系统。这些系统的共同特点都是由曲轴皮带驱动的起动/发电机取代了传统内燃机的发电机，由这个新型的起动/发电机提供车载电力系统的同时，还能快速起动车辆的内燃机。,学习内容,混合动力汽车的类型,（2）中度混合动力中度混合动力的车辆一般采用100V以上的动力电池，混合度在30%左右。中度混合动力系统采用的是高压动力电池和电机。在车辆加速或者大负荷工况时，电机能够辅助内燃机驱动车辆，补充内燃机本身动力输出的不足，提高整车性能。这种系统的混合程度较高，在城市循环工况下节省燃油可以达到20%30%。,学习内容,中度混合动力汽车（本田思域）,混合动力汽车的类型,（3）重度混合动力也称强混，系统通常采用了272650V的高压系统，混合度可以达到50%以上，在城市循环工况下节油率可以达到30%50%。重度混合车型可以在低速时就像一款纯电动汽车一样，支持纯电动行驶；在急加速和爬坡运行工况下车辆需要较大的驱动力时，驱动电机和内燃机同时对车辆提供动力。,学习内容,重度混合动力汽车（普锐斯）,混合动力汽车的类型,3.插电式混合动力汽车插电式混合动力汽车（Plug-inHybridElectricVehicle，简称PHEV），是可以通过外部连接的电源进行充电，同时在电池满电的状态下具有一定的纯电动行驶能力，是重度混合动力车型的一种特殊形态。例如比亚迪秦属于这种类型的混合动力汽车。,学习内容,插电式混合动力汽车,混合动力汽车的类型,1.混合动力汽车的基本结构组成它具有传统汽车与纯电动汽车的双重部件。混合动力汽车配置有内燃机、动力电池、变速驱动单元、DC-DC转换器，如果是插电式混合动力汽车还配置有车载充电器等。,混合动力汽车基本结构组成,学习内容,混合动力汽车的结构,2.混合动力汽车变速驱动单元的结构混合动力汽车的变速驱动单元不同于传统汽车的自动变速器或手动变速器，其内部主要包含有：用于驱动和发电的三相电机；用于实现动力切换的离合器；用于实现输出动力变速的齿轮机构。,学习内容,混合动力汽车变速驱动单元,混合动力汽车的结构,（1）混联式变速驱动单元在丰田普锐斯车型中，变速驱动单元内部设计有2个驱动电机MG1和MG2，并设计有一个行星齿轮机构,其连接关系如下：内燃机与内部行星齿轮机构的行星架相连接。MG1与行星齿轮机构的太阳轮相连接。MG2与行星齿轮机构的齿圈以及车辆输出轴相连接。,学习内容,混合动力汽车的结构,混合动力汽车采用的电机通常是三相交流电机，它替代了传统汽车上的发电机和起动机。需要起动内燃机时，内部的电机作为起动机，带动内燃机运转；内燃机起动后，又会作为发电机，为车辆提供持续电能。,学习内容,电机作为起动机使用,电机作为发电机使用,混合动力汽车的结构,（2）并联式变速驱动单元在比亚迪秦的变速驱动单元中，组合设计有一个DCT双离合变速器和一台驱动电机，并通过一套减速机构进行并联起来。其内部的连接关系是：1）驱动电机通过单独的一套减速机构与齿轮变速箱相连；2）内燃机通过DCT双离合变速器、以及另外一套减速机构与齿轮变速箱相连。,比亚迪秦变速驱动单元外观结构,学习内容,混合动力汽车的结构,比亚迪秦的电机由外圈的定子与内圈的转子组成，是汽车的动力源之一，向外输出扭矩，驱动汽车前进后退；同时也可以作为发电机发电（在滑行、制动过程中以及发动机输出的额外扭矩的势能或者动能通过电机转化为电能存储）。电机采用交流永磁同步电机，额定功率为40KW。,比亚迪秦变速驱动单元总成示意图,学习内容,混合动力汽车的结构,1.工作模式混合动力汽车在工作过程中，具有以下几种工作模式：1）纯电模式纯电动模式，由动力电池给驱动电机供电，再由电机驱动车辆行驶。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,2）传统燃油模式传统燃油模式，由发动机直接驱动车辆行驶。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,3）能量回收模式能量回收模式，在制动或惯性滑行中释放出多余能量，并通过发电机将其转化为电能。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,4）怠速充电模式怠速充电模式，由发动机带动发电机给动力电池充电。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,5）驱动与发电模式驱动与发电模式，由发动机驱动车辆行驶，驱动轮牵引电机给动力电池供电。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,6）全速驱动模式全速驱动模式，需求更大加速度时，电机和发动机一起传输动力驱动车辆行驶。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,2.运行模式通常可以细分成以下几种运行模式：1）起步加速混合程度较轻车型，在起步时电动机辅助发动机驱动，提供强有力的加速能力，同时减少发动机起步时因为惯性阻力增加导致油耗的加大。目前有些混合程度较重的车型，在起步时都是由纯电力驱动的，内燃机出于关闭状态。,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,2）低速巡航行驶在低速巡航行驶时，内燃机的汽缸是处于关闭状态的，只靠电机驱动车辆行驶。,学习内容,纯电机驱动模式,混合动力汽车工作模式与运行模式,3）加速在加速状态下时，如果此时内燃机已经起动，那么会由电机辅助内燃机，提供强有力的加速动力。如果内燃机在未起动状态下时，通常遇到大负荷情况下，系统会自动启动内燃机来为车辆提供更高的动力。,学习内容,混合驱动模式,混合动力汽车工作模式与运行模式,4）高速巡航在高速巡航状态情况下，电机通常被关闭，只由内燃机进行驱动，以稳定的低油耗行驶。因为在这种工况下，内燃机的运行也是在最经济的油耗下进行的。,学习内容,仅内燃机运行模式,混合动力汽车工作模式与运行模式,5）减速系统会优先执行制动能量回收，将制动能量转化为电能存储在蓄电池中，此时内燃机会被关闭，减少能耗，提高充电效率。,学习内容,制动能量回收模式,混合动力汽车工作模式与运行模式,6）自动停车怠速时，混合动力汽车具有最大的特点是内燃机会被自动停止，此时能源消耗和排放为零。,自动停机模式,学习内容,混合动力汽车工作模式与运行模式,1.丰田普锐斯混合动力汽车1）第一代丰田普锐斯1997年，丰田首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车：普锐斯（Prius）。普锐斯混合动力系统由汽油内燃机和电动机组成。,学习内容,典型混合动力汽车的技术特点,第一代丰田普锐斯结构示意图,2）第二代丰田普锐斯2003年9月，丰田在日本首先上市了全新第二代普锐斯，除了外表的改进外，最重要的是引入了第二代丰田混合动力系统THS-。THS-最大的改进在于使用了高电压线路，内燃机、电动机和蓄电池之间的电压高达500V，而上一代THS的电压只有274V。,学习内容,第二代丰田普锐斯结构示意图,典型混合动力汽车的技术特点,3）第三代丰田普锐斯在2010年全面上市，新一代的普锐斯对混合动力系统进行了改进，主要包括两个方面：一个是使用全新的1.8L内燃机代替原有的1.5L内燃机：另外一个是对HSD混合动力协同驱动系统进行重新设计。,第三代丰田普锐斯结构示意图,学习内容,典型混合动力汽车的技术特点,第三代普锐斯提供4种不同的驾驶模式，Normal为正常模式，EV-Drive模式允许驾驶人在低速状态下单纯依靠电力行驶约1.6km。Power模式提高加速灵敏度，以提升运动性能。ECO模式则可以帮助驾驶人获得最佳的燃油经济性。,学习内容,典型混合动力汽车的技术特点,4）第三代插电式丰田普锐斯锂离子蓄电池组可通过家用电源来进行充电，因此，不受蓄电池剩余量和充电设施完善情况的限制。比起传统的混合动力车将更加能够降低油耗、抑制不可再生资源消耗、减排CO2以及防止大气污染。,学习内容,典型混合动力汽车的技术特点,普锐斯插电型混合动力汽车每升汽油可以行驶55km，在充满电的情况下，纯电动模式续驶里程为20km。充电时间方面，100V电源需要180min，200V电源需要100min。,学习内容,典型混合动力汽车的技术特点,2.比亚迪秦混合动力汽车秦是比亚迪股份有限公司自主研发的第二代双模混合动力的高性能轿车，属于重度混合，并支持外部电源充电的混合动力汽车。,学习内容,比亚迪秦混合动力汽车,典型混合动力汽车的技术特点,以丰田普锐斯为例，介绍混合动力汽车能量图的识别。普锐斯采用丰田混合动力系统(ToyotaHybridSystem，THS），它利用汽油内燃机和电动机两种动力系统，通过串联和并联相结合的形式进行工作。系统在行车过程中可以不断检测车辆行驶工况，然后通过管理控制系统，对车辆动力分配装置的工作模式进行调整，从而达到省油减排的目的。,学习内容,典型混合动力汽车能量图的识别,丰田混合动力系统,混合动力汽车能量图显示界面,学习内容,（1）识别能量图显示形式启动车辆，并操作混合动力汽车信息显示屏，找到以下显示信息：位于混合动力汽车的娱乐系统显示屏或仪表信息显示中心，均设计有车辆运行状态的实时能量图。该能量图指示了行车过程中动力