任务1 混合动力汽车动力系统基本组成与原理

项目二混合动力汽车动力系统构造与检修PART021.了解混合动力系统各组成作用及要求。2.掌握混合动力系统各组成的组成部件及工作原理。3.掌握混合动力汽车动力系统控制原理。任务目标一、混合动力汽车动力系统组成（一）发动机1.混合动力汽车对发动机的要求发动机的动力性、经济性和排放是选择发动机的基本内容。混合动力汽车发动机控制目标主要有：高可靠性、高效率、持续运转性能良好、小型轻量化、低油耗、低排放、低噪声、低成本。具体要求如下：（1）发动机的动力性（2）发动机的经济性（3）发动机的环保性任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理2.发动机的类型（1）按照使用燃料分类按照使用燃料可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。（2）按照点火方式分类按照点火方式分为点燃式发动机（汽油发动机、液化石油气发动机、双燃料发动机）和压燃式发动机（柴油发动机、重油发动机）。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（3）按照气缸的数目分类只有一个气缸的发动机称为单缸发动机，有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等多缸发动机。（4）按照工作循环的冲程数分类在发动机内，每一次将热能转变为机械能，活塞都必须经过进气、压缩、做功、排气这样四个过程，完成一个工作循环。把曲轴转两圈（720°），活塞往复四个行程完成一个工作循环的发动机称为四冲程发动机；把曲轴转一圈（360°），活塞往复两个行程即完成一个工作循环的发动机称为二冲程发动机。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（5）按照冷却方式分类根据冷却方式不同，发动机可以分为水冷式和风冷式两种。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理3.发动机基础组成（1）曲柄连杆机构曲柄连杆机构的功能是实现发动机的工作循环，完成能量转换过程。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理机体组中，气缸体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础。气缸盖安装在气缸体的上面，密封气缸上部并与活塞顶部和气缸一起构成燃烧室，此外还有曲轴箱等共同构成了机体组。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（2）配气机构配气机构的功能是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组和气门传动组、气门驱动组等组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（3）燃油供给系统燃油供给系统的功能是根据发动机工况的需求，定时定量供应合适的燃油进入发动机气缸。对于汽油机而言，燃油供给系统的功能是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（4）冷却系统冷却系统的功能是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适合的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却水套、水泵、风扇、散热器、节温器等组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（5）润滑系统润滑系统的功能是向做相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统通常由油路、润滑油道、机油泵、机油滤清器、机油标尺、集滤器等组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（6）点火系统点火系统的功能是确保汽油机在压缩接近上止点时，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，从而燃烧对外做功。在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系统。电子点火系统由点火开关、点火信号发生器、点火线圈、火花塞等部件组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（7）进排气系统进气系统的功能是尽可能均匀地向各缸供给可燃混合气或纯净的空气，通常由空气滤清器、空气流量计、进气总管、节气门体、进气歧管等部件组成。排气系统要收集废气，并且以尽可能低的排气阻力、噪声和污染，将废气排到大气中，一般由排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声器和排气尾管等组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（8）起动系统起动系统的功用是将电动机的动力传递给发动机飞轮以起动发动机，而发动机起动后则靠单向离合器自动断开发动机对起动机的逆向驱动。起动系统主要由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关、单向离合器等组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理4.发动机工作原理（1）进气行程曲轴带动活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。气缸内压力降低到小于外界大气压。空气和汽油经混合形成的可燃混合气通过进气管道、进气门被吸入气缸。（2）压缩行程进气结束，进排气门都关闭。曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，活塞顶部的可燃混合气被压缩。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（3）做功行程当压缩行程接近上止点，进排气门处于关闭状态，电火花点燃可燃混合气，混合气燃烧产生的气体压力推动活塞向下止点运动，经连杆使曲轴旋转做功，对外输出功率。（4）排气行程曲轴带活动活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭。在活塞和废气自身的压力作用下，废气经排气门排出气缸。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（二）电力驱动装置1.电力驱动装置组成（1）电机（2）电机控制器（3）电驱冷却系统任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（三）混合动力汽车电能装置1.混合动力汽车对电能装置的要求①串联式混合电动汽车完全由电机驱动，发动机-发电机总成与电池组一起提供电机所需要的电能，电池SOC处于较高水平，对动力蓄电池功率的要求与纯电动汽车相似，但容量要低。②并联式混合电动汽车发动机和电机都可以直接对车轮提供驱动力，整车的驾驶要求可以由不同的动力组合结构来满足。③电池的峰值功率要求大，能短时大功率放电。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理④较高的瞬间回馈功率。⑤循环寿命要长。⑥较高的能量效率。⑦需配备电池管理系统和热管理系统。⑧电池的SOC应保持在30%～80%。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理2.混合动力汽车电能装置组成（1）动力蓄电池（2）电池管理系统（3）充电系统（4）动力蓄电池冷却系统（5）低压辅助电源任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理3.混合动力汽车电能装置工作原理（1）电能装置的充电控制与监测充电过程中，若监测到动力蓄电池温度低于5℃，电池管理系统会先控制动力蓄电池温度调节装置对电池进行加热，如果温度高于55℃，则停止充电。动力蓄电池内的BMS实时采集各单体蓄电池的电压、电流、温度、动力蓄电池的总电压和总电流值，电池系统的绝缘电阻值等数据，时时监控动力蓄电池的工作状态，并根据电池管理系统中设定的阈值判定电池系统工作是否正常，对故障进行实时监控。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（2）电能装置供电控制与监测当动力蓄电池处于供电状态时，电池管理系统通过CAN线与整车控制器和电机控制器之间进行通信，对动力蓄电池组件放电等进行综合管理，避免出现过放电及不均衡现象。动力蓄电池组件使用可靠的高压插接件与高压控制盒相连，其输出的直流电由电机控制器转变为三相交流高压电，驱动电机工作。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（四）混合动力汽车动力耦合装置1.混合动力汽车动力耦合装置功能（1）汽车动力合成功能（2）动力分解功能（3）提高汽车的燃油经济性任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理2.混合动力汽车动力耦合装置类型（1）齿轮式机械动力耦合装置（2）电磁式动力耦合装置（3）液压混合动力耦合系统任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理3.典型混合动力汽车动力耦合装置（1）平行轴式动力耦合装置平行轴式动力耦合装置主要由壳体、平行轴式齿轮减速机构、主减速器总成和离合器组成，平行轴式齿轮减速机构一般为简单的两轴式，主要由输入轴组件和输出轴组件组成，主减速器总成主要由主减速器和差速器总成组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（2）行星齿轮式动力耦合装置①行星齿轮式动力耦合装置由单个行星齿轮机构或多个行星齿轮机构组成，每个行星齿轮机构主要由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星架及支承在行星架上的几个行星齿轮组成。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理②行星齿轮式动力耦合装置传动方式。减速驱动。直接驱动。超速传动。反向驱动。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理二、混合动力汽车动力系统控制原理（一）串联式混合动力系统1.串联式混合动力系统结构串联式混合动力汽车主要由电机、发动机、发电机、动力蓄电池、变压器、减速器构成，再辅以底盘、车身和辅助电器等汽车的基本结构。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理2.串联式混合动力系统控制原理（1）动力蓄电池驱动控制串联式混合动力主要利用动力蓄电池来驱动车辆，仅当SOC降低到最小限值时，发动机才起动，发动机在最高效率区以输出恒定功率的方式工作，当SOC回升到最大限值时发动机停止运转。（2）负荷跟随控制保持动力蓄电池的SOC在规定的范围之内，发动机带动发电机工作并尽可能地供应接近车辆行驶所需的电能，动力蓄电池只起负荷调节装置的作用。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（3）综合控制综合控制是集“动力蓄电池驱动控制模式”和“负荷跟随控制模式”的一个折中控制模式。在动力蓄电池的SOC较高时，主要用动力蓄电池驱动汽车，相当于纯电动模式；而当动力蓄电池的SOC降低到设定的范围内时，发动机带动发电机工作，考虑到发动机的排放和效率，将其输出功率严格限定在一定的变化范围内。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理3.串联式混合动力系统的优点和缺点（1）串联式混合动力系统的优点①发动机具有良好的经济性和较低的排放性能。②发动机与电机之间无机械连接，整车的结构布置自由度较大，各种驱动系统器件可以放在最适合的位置。③由于电机的功率大，制动能量回收的潜力大，可以提高能量利用效率。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（2）串联式混合动力系统的缺点①发电机将发动机的机械能转变为电能，电机又将电能转变为机械能，而且动力蓄电池在充电和放电过程中也会存在能量损失，因此发动机输出的能量利用率比较低。②电机是唯一驱动汽车行驶的动力装置，因此电机的功率要足够大。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（二）并联式混合动力系统1.并联式混合动力系统结构并联式混合动力汽车主要由电机、发动机、动力蓄电池、变频器、变速箱、动力耦合装置等组成，再辅以车身辅助电器和底盘其他系统等汽车的基本结构。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理单轴式并联混合系统。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理双轴式并联混合动力系统。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理2.并联式混合动力系统控制原理并联式混合动力汽车可以采用发动机单独驱动、电机单独驱动或发动机和电机混合驱动三种控制原理。典型的并联式混合动力系统的结构及能量流动路线如图所示。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（1）电机单独驱动控制车辆起动、低速及轻载行驶时，发动机关闭，车辆由电机驱动，为纯电动工况，所以这种模式也称为纯电动工作模式。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（2）混合动力驱动控制车辆正常行驶、加速及爬坡时，发动机和电机同时工作驱动车辆行驶。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（3）发动机驱动控制在车辆行驶过程中，当车载电池组电量过低时，发动机在驱动车辆行驶的同时向动力蓄电池补充充电。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（4）能量回收工作控制车辆减速及制动时，电机以发电机模式工作，回收车辆制动能量向动力蓄电池充电。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理3.并联式混合动力系统的优点和缺点①发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，无机械能、电能的转换损失，因此发动机输出能量的利用率相对较高。如果汽车行驶工况能保证发动机在其最佳的工作范围内运行时，并联式混合动力系统的燃油经济性要比串联式混合动力系统的高。②当电机仅起功率调峰作用时，电机、发动机的功率可适当减小，电池的容量也可减小。③在繁华的市区低速行驶时，并联式混合动力系统可通过关停发动机，以纯电动方式运行，以实现零排放。但这就需要有功率足够高的电机，所需电池的容量相应也要大。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理④发动机与电机并联驱动时，还需要动力复合装置，因此，并联驱动系统的传动机构较为复杂。⑤并联式混合动力系统与车轮之间直接机械连接，发动机的运行工况会受车辆行驶工况的影响，所以车辆在行驶工况频繁变化的情况下运行时，发动机有可能不在其最佳工作区域内运行，其油耗和排放指标可能不如串联式混合动力系统。并联式混合动力系统最适合于汽车在中、高速工况下稳定行驶。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（三）混联式混合动力系统1.混联式混合动力系统结构混联式混合动力汽车的动力系统主要由电机、发动机、动力蓄电池、发电机、动力耦合装置、电机控制器等组成，再辅以车身辅助电器和底盘的转向、制动、行驶系统等汽车的基本结构。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理2.混联式混合动力系统控制原理（1）发动机驱动控制发动机驱动时，发电机（起动机）带动发动机起动后，发动机的动力一方面通过机械传动装置驱动车辆前轮行驶；另一方面带动发电机发电，使发动机保持在最佳效率状态下运行。发动机在起动时，利用电机低速、大转矩的特性，使发动机快速起动，发动机起动时间很短。任务1混合动力汽车动力系统基本组成与原理（2）驱动电机驱动控制驱动电机驱动的混联式混合动力汽车，当汽车在城市中或低速行驶时，发动机关闭，驱动电机通过动力复合装置驱动，充分发挥电机低