新能源汽车技术（第二版）：第九章典型混合动力汽车

新能源汽车技术（第二版）

高等职业教育“十三五”规划教材新能源汽车发展史新能源汽车现状储能装置电力电子变换电动汽车电动机第一章第二章第三章第四章第五章电动汽车变频器第六章电动汽车传动系统典型纯电动汽车典型混合动力汽车氢燃料电池汽车其他新能源汽车第七章第八章第九章第十章第十一章蓄电池管理系统第十二章直流—直流转换器电动助力转向系统电动汽车制动系统电动汽车仪表电动汽车空调系统第十三章第十四章第十五章第十六章第十七章电动汽车充电第十八章电动汽车高压安全技术第十九章

第九章活塞连杆组故障诊断与修复

典型混合动力汽车

第一节

活塞连杆组故障诊断与修复混合动力汽车为什么会省油

1、小排量发动机小排量发动机也称降排量（DOWNSIZE）发动机，以提高发动机的负荷率，达到省油，说到降排量可对比一下传统发动机的断缸控制，断缸控制就是利用小负荷工况使少数汽缸工作，提高发动机负荷以达到省油，如果能用电动机在急、大转矩助力，小排量发动机足够汽车使用，主要原因是汽车行驶时发动机的功率实际很低，一般不足发动机最大功率的1/3。2、怠速起停技术消除怠速工况，对省油和降低排放非常有利。1、发动机省油四原则

3、工作在经济区调节发动机载荷使发动机多数工作在经济区，发动机负荷小时让发动机发电以提高负荷率，这时多余机械能量转化为电能，发动机负荷大时为降低负荷率这时由电动机助力。4、制动能量回馈制动时充分回馈制动时的能量，因此汽车制动系统要有较大改进，比如ABS/ESP开发商要开发与电动汽车相适应的制动系统电控单元和液压调节器。1、发动机省油四原则

混合动力汽车的节油控制策略见表9-1。2、节油贡献率

1、起动纯电动行驶工况从发动机和电动机的转速—转矩特性图可知，初始起动阶段，发动机的转速和转矩成正比趋势，在转速较低时，发动机输出转矩较小；而电动机的转速和转矩成反比，在低转速下具有良好的转矩特性。为了克服传统轿车起动时，发动机在较大负荷下由静止达到稳定转速的过程中燃油经济性和排放都较差的问题，一般情况下都有电动机起动整车进入纯电动驱动工况；而当电池SOC低于设定的下限值时，由发动机起动整车。3、混合动力汽车工况控制

2、低速小负荷行驶工况在轻载或低速行驶工况，若电池SOC低于设定下限值SOC-low，发动机起动工作，并恒定工作在设定的某一转矩，在驱动汽车行驶的同时，驱动电动机给电池组充电直到SOC达到设定下限值SOC-low与上限值SOC-hi的平均值SOC-ave；若SOC不低于设定下限值SOC-low，发动机处于关闭状态，电动机单独立工作驱动汽车行驶工况。通过设定合理的发动机最小工作转矩和发动机最低工作转速，可在满足驾驶人行驶意图的同时，避免发动机工作于怠速与低转矩运行工况,从而大大改善了整车燃油经济性能和排放性能。3、混合动力汽车工况控制

3、中速中负荷行驶工况中速中负荷行驶工况(即巡航工况，是行驶的主要工况，该工况汽车的行驶功率全部由发动机提供。若电池SOC低于设定下限值SOC-ave，发动机在驱动汽车行驶的同时，驱动电动机给电池组充电；若SOC不低于设定的平均值SOC-ave，电动机处于关闭状态，发动机单独工作驱动汽车行驶。4、加速和高速行驶工况在加速和高速行驶工况，发动机和电动机必须联合协调工作，才能让汽车获得良好的动力性能。当电池SOC小于下限值SOC-low时，发动机功率仅用于驱动汽车行驶；当电池SOC大于下限值SOC-low时，电动机和发动机共同工作驱动汽车行驶。3、混合动力汽车工况控制

5、减速制动行驶工况在减速制动工况下，根据电池SOC和整车制动转矩需求，电动机再生制动系统和机械制动系统可单独工作或同时工作。6、人为纯电驱行驶工况为了节油，纯电动行驶模式按钮被按下时，整车进入纯电动驱动工况，尽最大努力以纯电动行驶。或当油箱燃油量无法供应时（比如油箱无油），为了满足移动车辆，使用最后的能量进行纯电动行驶。3、混合动力汽车工况控制

第二节

活塞连杆组故障诊断与修复

混合动力汽车分类

混合动力汽车通常按串并联、混合度和是否能充电进行分类。

传统的混合动力电动汽车分为串联式和并联式。近年来出现了一种同时具有串并联特征的混合动力电动汽车，因而其分类延伸为三种：串联型、并联型和混联型三种，2000年混合动力电动汽车的类型进一步延伸增加了复合式电动车，至今共有四种。1、按串并联分类

1、串联式串联式混合动力又称“增程式”电动汽车。图9-1所示为串联式混合动力汽车基本结构和简化结构示意图，串联就是与车轮直接机械连接的仅是电动机。串联式混合动力汽车的工作方式就是用传统发动机直接通过发电机为电池充电，然后完全由电动机提供的动力驱动汽车。其目的在于使发动机长时间保持在最佳工作状态，进而达到减排的效果。具体说发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。和燃油车比较，它是一种发动机辅助型的电动车，主要是为了增加车辆的行驶里程。由于在发动机和发电机之间的机械连接装置中没有离合器，因而它有一定的灵活性。尽管其传动结构简单，但它需要三个驱动装置：发动机、发电机和电动机。1、按串并联分类

1、串联式如果串联混合型电动车设计时考虑爬长坡，为提供最大功率三个驱动装置的尺寸就会较大，如果用作短途运行如当通勤车用或只是用于购物，相应的发动机/发电机装置应采用低功率的。这种形式的好处是发动机可以不受行驶状态的影响，一直处于最佳工作状态，对于改善排放大有好处，但转换效率偏低。丰田曾经将这种串联形式应用在考斯特上，并进行了批量生产。1、按串并联分类图9-1串联混合动力汽车基本结构和简化结构示意图

1、串联式串联式结构特点：（1）车载电能源环节的混合。（2）单一动力生成装置。（3）发动机转速解耦。（4）结构简单，布置方便。（5）控制策略简单。（6）效率低，造价高。串联混合动力汽车其驱动系间的联合是车载电能源环节的联合。1、按串并联分类

2、并联式图9-2所示为并联式混合动力汽车示意图和简化结构，所谓并联式混合动力，就是说电动机和发动机并行排布，动力可以由两者单独提供或是共同提供。在并联混合动力系统中，电动机同时也是发电机，其作用是让发动机尽量靠近最有效率状态，进而达到节油的效果。并联混合动力汽车受电动机和电池能力的限制，仍然要以发动机为主要动力。但由于保留了常规汽车的动力传递形式，在效率上更高。1、按串并联分类图9-2并联式混合动力汽车示意图和简化结构

2、并联式具体说与串联式混合动力电动汽车不同的是，并联式混合动力电动汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮，可以采用发动机单独驱动，电力单独驱动或者发动机和发电机混合驱动三种工作模式驱动。从概念上讲，它是电力辅助型的燃油车，目的是为了降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动电动车所需的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入电池。与串联式混合动力电动汽车比较，它只需两个驱动装置发动机和电动机，而且，在蓄电池放完电之前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式混合动力电动汽车的发动机和电动机的体积要小。即使在长途行驶时，发动机的功率可以达到最大，而电动机的功率只需发出50%即可。1、按串并联分类

2、并联式并联式结构特点：（1）机械动力的混合。（2）两个或两个以上动力生成装置。（3）每个动力系统都有独立的车载能源。（4）动力系统效率高。并联混合动力汽车其驱动系之间的联合是车辆动力传递系环节的联合，通过对不同的动力生成装置输出的动能的联合或耦合，满足车辆行驶要求。1、按串并联分类

3、混联式图9-3所示为混联式混合动力汽车示意图和简化结构，混联式又称功率分流式，混联形式顾名思义就是结合了并联和串联两种形式的优点。其在并联的基础上，将发电机和电动机分离开，这样电动机在运转过程中也能进行充电，使车辆能以串联和并联两种形式工作。目前的混合动力汽车基本属于这种模式。具体说：混联式混合动力电动汽车在结构上综合了串联式和并联式的特点，与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线，与并联式相比，它增加了电能的传输路线。尽管混联式混合动力电动汽车同时具有串联式和并联式的优点，但其结构复杂，成本高，不过，随着控制技术和制造技术的发展，现代混合动力电动汽车更倾向于选择这种结构。1、按串并联分类

3、混联式为优化驱动系的综合效率和充分发挥车辆的节能、低排放潜力，在实际应用中，混合动力汽车驱动系并非单纯是简单的串联式结构或并联式结构，而是由串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构，即所谓的混联式结构。1、按串并联分类图9-3混联式混合动力汽车示意图和简化结构

3、混联式功率分流式混联结构特点：（1）转速与转矩混合耦合方式。（2）发动机转速解耦工作平稳。（3）实现ECVT功能结构紧凑。开关式混联结构特点：（1）转矩耦合方式。（2）工况适应性强。（3）节能潜力大。（4）技术难度小。1、按串并联分类

4、复合式图9-4所示为复合式混合动力汽车简化结构图，复合式混合动力汽车结构更复杂，难以把它归于上述三种中的哪一种。其结构似乎与混联式混合动力汽车相似，因为它们都有起发电机和电动机作用的电动机，两者的主要区别在于复合式中的电动机允许功率流双向流动，而混联式混合型中的发电机只允许功率流单向流动。双向流动的功率流可以有更多的运行模式，这对于采用三个驱动动力装置的混合式混合动力汽车而言是不可能达到的。复合式混合动力汽车同样具有结构复杂、成本高的缺点，不过，现在有些新型的混合动力汽车也采用这种双轴驱动的复合式系统。1、按串并联分类图9-4复合式混合动力汽车简化结构图（两个虚线箭头在实车中只能选用1种）

4、复合式为了实现混联式以及复合式的混合驾驶模式，发动机与发电机／电动机之间以及电动机与变速器之间必须进行机械连接，其中机械连接装置可以选择行星齿轮机构。复合式结构特点：（1）地面附着性能好。（2）具有两套或两套以上独立驱动系统。（3）整车布置方便。复合式结构的机械动力的混合是在车辆驱动轮处通过路面实现的，由于具有两套独立的驱动系直接驱动车辆，在充分利用地面附着力方面具有优势，通过合理的控制，可大大改善车辆的动力性能。1、按串并联分类

4、复合式复合结构车辆拥有一台发动机和两台电动机。发动机和电动机1安装于前桥上。电动机2则安装于后桥上。这种方案适用于四轮驱动车辆。发动机和电动机1通过行星齿轮组连接至车辆变速器。同样，在这种情况下，各动力源输出的动力并不全部传递给车轮。后桥上的电动机2会在需要时起动。由于这样的设计，高压蓄电池通常安装在车辆前、后桥之间。1、按串并联分类

混合度指电动机功率占动力系统总功率的百分比（动力系统总功率为蓄电池给电动机的功率和发动机的功率和），分为微混合、轻度混、中度混合、重度混合四种。1、微混合混合度小于或等于5%的称为微混合动力，微混合又称停启（Stop-Start）式。在交通拥堵的城市，可以实现节油率5%~10%。微混合动力车型的电动机基本不具备驱动车辆的功能，一般是用作迅速起动发动机，实现停启功能，例如Smartfortwomhd（双人迷你型混合动力汽车）就属于这种类型。优点是汽车结构改变很小，成本增加很少，易于实现；有可能成为乘用车的标准设置；主要缺点是：当停车需要空调时，不起作用；推广“停启式”结构，需要提高公众的节能意识；学术界有人认为“停启式”算不上混合动力系统。2、按照混合度分类

2、轻混合混合度在5%~15%的为轻度混合动力。在这种类型中，发动机依然是主要动力，电动机不能单独驱动汽车，只是在爬坡或加速时辅助驱动，平时主要使用发动机动力，电池电动机在汽车加速爬坡时提供辅助动力，同时具有制动能量回收和“停启”功能；发动机排量可减少10%~20%，节油率可达到10%~15%；技术难度相对小，成本增加不很多。别克君越ECO-Hybrid属于这种轻混合类型。轻混合动力汽车的特性：车辆停止时，关闭发动机。起步和加速时电动机起辅助发动机作用。减速/制动时，发动机依据传统电控发动机系统控制而执行断油模式，并将获得的再生制动能量充入蓄电池。有技术结构较简单、成本低、应用广泛的优势。2、按照混合度分类

3、中混合混合度在15%~40%的为中度混合动力。4、重混合混合度在40%以上的为重混合动力。中混合和重混合这两类车型可由电动机或发动机单独驱动，丰田普锐斯就属此类。重混合动力汽车的电动机和发动机可以分别独立或联合驱动车辆，低速起步、倒车和低速行驶时可以纯电动驱动，同时具有制动能量回收和“停启”功能；电动机的功率约为发动机功率50%，节油率可达到30%~50%；技术难度较大，成本增加多；典型的例子是丰田普锐斯（Prius）。2、按照混合度分类

按能否外接电源进行充电，分为混合动力HEV（HybridElectricVehicle）和插电式混合动力PHEV(Plug—inHybridElectricVehicle）两种，如图9-5所示。3、按能否外接电源进行充电图9-5插电式混合动力示意图

1、混合动力系统（HEV）混合动力系统（HEV）不能外接充电，蓄电池的电能在下降一定数值（比如60%）时，由发动机工作带动高压发电机给蓄电池充电，大多数这种充电是在发动机处于高效率工况时。2、插电式混合动力系统（PHEV）插电式混合动力系统是根据欧美驾车习惯而来，能外接充电更有利于节能减排。国外研究机构根据资料统计得出结论，法国城镇居民80%以上日均驾车里程少于50km，美国汽车驾驶者也有60%以上日均行驶里程少于50km，80%以上日均行驶里程少于90km。因此，在车辆上安装一套巨大的电池组，使其电量足以撑过这一历程，就可以在大部分日常行驶中达到零排放。3、按能否外接电源进行充电

2、插电式混合动力系统（PHEV）插电式混合动力的特征是可由电能单独驱动，并配备一个大容量的可外部充电的蓄电池组，显著的特性是可通过停车场的380V或家庭220V交流电源进行充电，也可通过充电站的直流充电桩进行快速充电。插电式混合动力汽车电动机的功率接近发动机，可实现较长距离的纯电动行驶，电池容量依纯电动行驶里程来选定，电池成本增加很多，节油率在不计电能时最大可达到100%。比亚迪F3DM和雪佛兰VOLT，以及长春一汽新能源汽车公司下线并投入市场的奔腾B50插电式混合动力轿车都属于这种类型。3、按能否外接电源进行充电

第三节

活塞连杆组故障诊断与修复

微混型混合动力系统

1、怠速停起功能STOP-STOP为停车怠速停机功能。在交通拥堵的城市，停车怠速时间超过总行驶时间的30%以上，消耗能量较多，停车停机功能可节省燃油。操作上是驾驶人不关点火开关，将变速器换为空挡，实现发动机真正怠速一定时间，若停车条件满足，发动机自动熄灭。当然，限制发动机停机也有很多条件，比如制动系统真空度不足、电池容量不足和空调打开等是不允许停机的。STOP-START为停机的再起动功能。操作上是驾驶人将变速器换行驶挡，实现发动机变为非怠速工况，发动机自动起动。1、停起功能

2、传统汽车停起操作因停起功能操作方式与普通电喷控制汽油机有一定的差异，请用户在仔细阅读完本说明书中关于停起功能操作注意事项后再使用该功能。（1）停起模式开启。在驾驶室操作面板上有停起功能开关，当起动车辆后，按下该开关，功能开关上的指示灯SS常亮，表示停起模式开启。（2）停起系统出现故障：当SS闪烁时，表示停起系统出现故障。（3）停起模式关闭：若再次按下开关指示灯SS熄灭，表示停起模式关闭。（4）车辆行驶中，在组合仪表SS常亮情况下，用户只需将车速降至系统限定的安全车速，将挡位挂到空挡并完全松开加速踏板或离合器踏板，发动机便自动熄火。当发动机自动熄火后，用户若要起动发动机，只需轻踏加速踏板或离合器踏板，发动机将自动起动。1、停起功能

传统燃油汽车的怠速停起功能有强化起动机起动和强化电动机/发电机（ISG）起动两种方式，但只有强化电动机/发电机起动这种类型才为微混型。采用36V（又称42V系统）或更高电压的ISG（Integratedstarter&generator集成起动/发电）电动机，如图9-6皮带式怠速停起系统，也称BSG(beltstarter&generator皮带传动起动/发电技术）电动机，是一种采用皮带传动方式进行油电混合，具备怠速停机和起动的弱（微）混合动力技术，若此电动机有辅助加速功能就称为混合动力，若仅有起动和能量回收则不称为微混。2、微混型图9-6皮带式怠速停起系统

ISG（IntegratedStarter&Generator）是集成的具有起动机功能的发电机的缩写，将ISG电动机放在传统汽车发电机的位置，通过ISG电动机驱动皮带来驱动发动机曲轴帮助发动机实现停起或加速助力，也可利用此ISG电动机在发动机小负荷时发电，无法实现纯电驱动。上面的这种结构也通常被称为BeltAlternatorStarter或BeltStarterGenerator系统，即BAS或BSG混合动力系统，注意这个电动机的功率较大时才能成为轻混。3、皮带式起动/发电机

君越混合动力系统结构如图9-7所示，起动机/发电机总成MGU(Motor/GeneratorUnit）、起动机/发电机功率控制模块SGCM（Starter/GeneratorControlModule），也称变频器、36V电池镍氢电池组（Ni-MH）、12V铅酸电池。3、皮带式起动/发电机图9-7君越BAS混合动力系统结构

（1）燃油供给阶段。指发动机正常工作，消耗燃油。（2）加速电动机助力。当驾驶人踩下加速踏板比较深时，通过电动机对车辆进行电动助力。（3）智能充电阶段。指电动机由发动机带动旋转，电池组尽可能地从发动机小负荷工作过程中通过发电增加发动机负荷而发电。（4）减速断油阶段。指当车辆进入滑行阶段或停下来后，发动机被切断燃油供应，在某些滑行期间，为了保证转矩的平顺性，电动机也将转动。（5）再生制动阶段。指当车辆减速时，发动机停止供油，变矩器锁止，车辆带动发动机转动，电动机此时作为发电机进行发电，发电机相当于车辆的负载，对车辆有制动作用（类似于发动机制动），系统进入再生制动阶段。4、工作过程

第四节

活塞连杆组故障诊断与修复

轻混型混合动力汽车

轻混型混合动力系统的车辆主要功能有怠速停起、再生制动、辅助驱动、发电四种功能。HCU（HybridControlUnit）混合动力控制单元会根据驾驶人请求（加速踏板踏下深度）、电池箱能量存储单元的状态、电驱动系统状态（停车、行车）以及整车车辆状态等控制ISG电动机的工作模式，自动实现以上四种功能。1、轻混功能简介

奔驰400代表了轻混合动力的高端水平，其主要零部件如图9-8所示。由高压锂离子电池模块、电动机功率模块、电动机组成的电动助力系统；DC/DC转换器为直流电压转换系统；转向系统采用了HEPS液压电动转向系统；功率控制器如电动机控制器和DC/DC采用了双电动冷却循环泵的设计；制动系统采用了电动真空泵、真空助力器、ABS控制单元配合电动机实现再生制动；空调采用电控电动压缩机。2、典型轻混结构图9-8奔驰ISG混合动力系统主要零部件

其动力系统结构如图9-9所示，由六缸发动机、电动机、七速自动变速器、锂离子蓄电池、功率控制模块、12V交流发电机、DC/DC转换器组成。2、典型轻混结构图9-9奔驰400的混合动力系统结构

如图9-10、图9-11所示，发动机的曲轴转速和位置信号采用与发动机曲轴相连的电动机外转子作为信号轮，电动机的定子和转子采用内定子线圈和外转子永磁的方式，内定子线圈由定子支架支撑，外永磁转子和曲轴位置/转速信号轮相连，信号轮内毂上通孔连接在发动机的曲轴后端。高档轿车中如奔驰和宝马等轻混型混合动力汽车仍采用原车液力自动变速器，为防止变速器内离合器油压过低，在液力自动变速器基础上增加了电动ATF油泵。2、典型轻混结构图9-10奔驰400混合动力汽车电动机结构组合图图9-11奔驰400混合动力汽车电动机结构分解图

第五节

活塞连杆组故障诊断与修复

比亚迪F3双模式

图9-12所示为比亚迪F3DM模式切换按钮。比亚迪F3DM中的DM（DualMode）是双模式的意思，意味着该车有两种主要的工作模式：分别是电动车模式（EV）和混合动力模式（HEV）。比亚迪F3DM的动力由一台与排量1.0L的F0发动机型号相同的371QA全铝汽油机发动机和主副两台稀土永磁同步电机（电动机/发电机）M1和M2（额定功率37kW）组成，主电机M2峰值功率50kW、副电机M1峰值功率25kW，三者的功率总和达125kW。从数据上看，F3DM的动力堪比传统2.4L自然吸气发动机。F3DM的最高时速为150km/h，纯电动模式的续航里程达到60km，这样的距离已经足以满足日常城市生活的需要。1、比亚迪F3DM简介图9-12F3DM换挡按钮

比亚迪F3DM的混合动力模式，有四种工作状态，如图9-13、图9-14所示。2、比亚迪F3DM工作过程图9-13比亚迪F3DM纯电动工况和减速工况图9-14比亚迪F3DM串联工况和加速工况

1、纯电动驱动方式在中短途、中低速行驶的路况下，主要采用纯电动驱动方式，仅仅靠电池供电，电动机M2提供动力。如果电量充足的话，也可以纯电动方式高速行驶一段时间。2、减速模式带挡滑行或者制动等减速工况下，电动机M2不再消耗电能，提供动力，相反，电动机反转，回收一部分损失的动能，为电池充电。在温柔驾驶，反复停起的城市路况中，大约可以降低1/8的能量消耗。2、比亚迪F3DM工作过程

3、混动模式在纯电动模式，电池接近耗尽，为保护电池，放电到20%发电机自动起动。发动机起动，带动M1发电机为电池充电。然后通过IGBT逆变器，为M2电动机供电，驱动F3行驶。如果跑长途，长期处于混合动力模式，M1发电机在电池电量只剩50%的时候就将起动发电，充电到70%停止工作。在电量充足，超高速行驶或者急加速的情况下，发电机M1、电动机M2协同发动机工作，提供加速动力。2、比亚迪F3DM工作过程

4、加速模式在节气门全开加速时，发动机、发电机M1和电动机M2三者同时发力，汽车加速能力达到最大。F3DM的动力蓄电池采用比亚迪生产的磷酸铁钴锂电池，电池单体标称电压为3.3V，容量45A·h、由100块串联而成的电池组标称电压330V，最大的蓄电量不到15kW·h(度)。在北方低温条件下，性能会大大下降，极端条件下，甚至接近50%。北方冬季室外的低温是个难以克服的障碍。此电池经过2000个充放电周期后，锂电池的有效容量会降到80%以下。2、比亚迪F3DM工作过程

4、加速模式行驶里程：F3DM标称的百公里耗电是15kW·h(度)，50km/h纯电动工况等速的巡航里程为100km。充满电和加满油后，综合行驶里程达到580km。炎热的夏季开启空调，寒冷的冬季热风加温座舱，对本车电能损耗很大。比亚迪在充电站只需10min可以充满50%，我国多地充电站基础设施建设尚未开展。家用充电桩需要有固定的专用车位或者车库，充电桩为2000元左右，220V慢充，需要9h。纯电动模式，只能支持城市短途使用，中长途时大部分时间工作在混合动力模式下。2、比亚迪F3DM工作过程

第六节

活塞连杆组故障诊断与修复

通用VOLT串联型混合动力汽车

雪佛兰VOLT是通用汽车雪佛兰品牌的增程式电动汽车，它是目前世界最有影响力的串联型混合动力车型。在我国称为沃蓝达，技术先进。增程式纯电驱动汽车（E-REV，Extended-RangeElectricVehicle），也就是串联式混合动力汽车，因其只有电动机驱动，有时有人也称为纯电动汽车。

串联式混合动力汽车的化学能、电能、机械能传递示意图如图9-15所示。1、串联混合动力基本结构图9-15串联式混合动力化学能、电能、机械能传递示意图

美国通用公司的VOLT增程式电动汽车于2010年7月在北美上市，是世界首款量产增程式汽车，其结构示意图如图9-16所示。增程器由1.4L汽油发动机和永磁直流发电机组成。在VOLT中，主驱动电动机和发电机与行星齿轮机构集成设计，称之为Voltec系统。两台电动机之间通过行星齿轮机构驱动车辆。与前述基本结构不同的是，VOLT还包括两个离合器C1、C2和一个制动器B。根据车辆不同的行驶模式，通过控制这些离合器和制动器使得发电机处于不同的工作状态。2、VOLT动力系统结构图9-15通用雪佛兰VOLT沃蓝达的化学能、电能、机械能传递过程

通用雪佛兰VOLT（沃蓝达）的化学能、电能、机械能传递过程参考图9-16所示。1、模式1(低速纯电力驱动)在该模式下，齿圈被制动器B锁止，而离合器C1与离合器C2均处于脱开状态。故而发电机与发动机以及行星齿轮均无接触，两者都不工作。太阳轮通过行星齿轮减速后将动力传输给行星齿轮架和输出轴驱动车轮，因而车辆仅由主驱动电机驱动。3、工作模式

2、模式2(高速纯电力驱动)随着车速提升，主驱动电动机的转速也随之加快。考虑到保护主驱动电动机MG2为降低转速，就不适合再仅仅由单电机驱动。因此，这一模式被设计成离合器C1分离，离合器C2接合，发电机与齿圈连接，电动机MG1和电动机MG2合力驱动车辆。此时电机MG1从动力电池中获取能量以输出动力。而双电动机驱动，使得电动机转速从6500r/min降低至3250r/min。但是，请注意，内燃机没有参与到提供动力的进程中来。3、工作模式

3、模式3(低速增程)当VOLT的电池组达到其设定的电量剩余临界点时，第三种模式将启动。离合器C1和制动器B工作，此时内燃机就会直接去驱动电机MG1进行发电，而由于齿圈固定不转，车辆仍然是由主驱动电机MG2驱动。主驱动电机从电池以及由发动机带动发电机产生的电力组合中获取电能，从而驱动车辆。4、模式4(高速增程)与模式2一样，双电机驱动模式将再次启用。制动器B脱开，离合器C1、C2同时接合。车辆的驱动力来自电动机和发动机的动力耦合。3、工作模式

通用雪佛兰VOLT（沃蓝达）的动力总成如图9-17所示，四汽缸内燃机带动发电机可输出53kW的充电功率，为蓄电池充电和行驶时提供能量。4、发动机图9-17通用雪佛兰VOLT（沃蓝达）的动力总成

VOLT的T型电池箱（图9-18）内部有超过288包电池（96组），电压386.6V，总重大约170kg，可提供16kW·h电量，不过电池实际可放能量约为8.8kW·h。VOLT内含16kW·h锂电池和车载充电机，控制器显示电池电量充到85％的SOC时认为电池饱和，随车会配置120~240V住宅式的交流插头和电缆。这样设计是为了防止电池过充和过放，而在SOC=85％荷电状态认为电池已充满，在SOC=30％荷电状态认为电量放光。汽油发动机监测到电量低于30％这个水平的时候会自动起动发动机拖动发电机发电，将电量维持在SOC=30％以上，即不再允许电池放电，适时可以给电池充电或等待回家充电。5、T型电池箱图9-18VOLT的T型电池箱

VOLT最终上市的电池包质量应该在375Ib，电池运行的最低温度在0~10℃的范围内，当VOLT在寒带地区使用的时候，会考虑在插电充电时候，先加热电池然后再进行充电和工作。（锂电池低温充电易损坏，也很难充入电能）。电子控制单元（ECU）依靠电池电量表（SOC）的存量来控制何时起动汽油发动机，加一次油发出的电能加充在蓄电池中的能量和可让这台电动机在纯电动状态下行驶1000km。通用将VOLT定位为增程式电动汽车（E-REV），如图9-19所示，它由车载充电机、锂电池组、汽油发动机带动的发电机、电动机。5、T型电池箱图9-19通用VOLT增程式电动汽车

第七节

活塞连杆组故障诊断与修复

丰田普锐斯混联型

丰田普锐斯是汽车史上第一款量产的混合动力汽车，1997年量产上市，不过中国区域普锐斯是在2001年上市第一代，到2004年推出第二代，2009年4月丰田第三代普锐斯上市。丰田普锐斯是汽车史上第一款销售量超100万辆的混合动力汽车，自1997年量产上市以来，10年在全球40多个国家的销售数量接近120万辆，其中美国、日本分别超过70万辆、30万辆，美国市场的月销量都接近于1.5万辆，占美国同期混合动力汽车市场半壁江山，也是丰田混合动力车的主力车型，为丰田集团贡献7成以上的混合动力车销量，而丰田系的凯美瑞、汉兰达、雷克萨斯RX400h、LS600hl、GS450h五个混合动力车型的总销量也不及普锐斯的一半。1、丰田普锐斯品牌简介

1、HV蓄电池第二代普锐斯的HV蓄电池有168个蓄电池(1.2V×6单体×28组)，额定电压为DC201.6V。通过这些内部改进，蓄电池具有紧凑、质量轻的特点。蓄电池和蓄电池间为双点连接，这样的改进使蓄电池的内部电阻得以降低。变频器总成中配有增压转换器。它可以将HV蓄电池输出的额定电压DC201.6V增压到最大值DC500V。MG1、MG2桥电路和信号处理器／保护功能处理器已集成在IPM(集成动力模块.中以提高车辆性能。集成在变频器总成中的空调变频器为空调系统中的电动变频压缩机提供电能。将变频器散热器和发动机散热器整合为一，更加合理地利用了空间资源。2、丰田普锐斯部件

2、电动机通过提高MG1转子的强度，使其最大可输出转速为10000r／min，从而提高了充电能力。MG2转子内的永磁铁变为V形结构，使转矩和输出功率增大。对于MG2控制，在MG2的中速范围内引入了新研制的过调控制系统。3、控制系统HVECU中的CPU由16位变为32位，提高了处理信号的速度。发动机ECU中的CPU由16位变为32位，提高了处理信号的速度。蓄电池ECU优化结构后，蓄电池ECU更加紧凑。蓄电池ECU中的CPU由16位变为32位，提高了处理信号的速度。制动防滑控制ECU中的CPU由16位变为32位，提高了处理信号的速度。通信上与THSII控制系统相连的主要的ECU(HVECU、蓄电池ECU、发动机ECU和制动防滑控制ECU）间采用了CAN(控制器局域网）通信网络来建立通信。2、丰田普锐斯部件

4、发动机第二代丰田普锐斯采用1.5L小型发动机，集合了各式混合动力系统的优势，发动机和发电机可根据行驶状况共同驱动或分开单独使用；停驶时自动停止发动机，减少能量浪费；更有效地控制发动机和电动机，加速反应快。5、电力无级变速驱动桥混合动力变速驱动桥由电动机MG1、驱动电动机MG2和行星齿轮组成。普锐斯混联混合动力系统结构如图9-20所示，混联式是串并联相结合的系统，这种混合动力系统是由点燃式发动机和两台采用永久磁铁的三相交流异步电机组成。三相交流异步电机也可以作为发电机运行(电动机/发电机MG1和MG2）。发动机与两台电机通过行星齿轮机构相互连接。MG2和驱动轮的差速器通过传动链条和齿轮连接在一起。行星齿轮组通过行星齿轮组传输的发动机输出功率分为两部分，太阳齿→MG1、环齿轮→MG2、行星齿轮架→发动机输出轴。2、丰田普锐斯部件

5、电力无级变速驱动桥变速驱动桥主要包括变速驱动桥阻尼器（带扭转减振的飞轮）、MG1、MG2和减速装置(包括链、中间轴主动齿轮、中间轴从动齿轮、主减速器小齿轮和主减速器环齿轮），行星齿轮组、MG1、MG2、变速驱动桥阻尼器和主动链轮都安装在同心轴上，动力从主动链轮传输到减速装置。2、丰田普锐斯部件图9-20通用VOLT增程式电动汽车

动力系统工作切换过程如下。1、MG1作电动机时的发动机起动和MG1的发电工况HV-ECU起动MG1从而起动发动机。运行期间，为了防止环齿轮转动并驱动车轮，MG2处于电动状态以施加制动，这个功能称为“反作用控制”或称“起动控制”，图9-21所示为起动控制行星齿轮速度图。起动控制时行星齿轮中太阳轮、内齿圈、行星架三者的速度关系如图9-21所示，三者的速度关系永远满足n1+αn2=(1+α)n3,α=z2/z1，n1为太阳轮转速，n2为行星架转速，n3为内齿圈转速，z2/z1为内齿圈齿数和太阳轮的齿数比，通常用α表示，是一个大于1的数。图9-22所示为发动机拖动MG1发电时的行星齿轮速度图。在行驶中发动机转动带动太阳轮转动，此时MG1作发电机为HV蓄电池充电。3、工作模式

3、工作模式图9-21起动控制行星齿轮速度图注：图中行星排的运动状态是从MG2向MG1方向看的运动状态。

3、工作模式图9-22发动机拖动MG1发电时的行星齿轮速度图

2、MG2电动时的纯电工况起动图9-23所示为纯电动工况起动时的行星齿轮速度图。MG2驱动车辆起步后，车辆仅由MG2驱动。这时发动机保持停止状态，MG1以反方向旋转而不发电。3、工作模式图9-23纯电动工况起动时的行星齿轮速度图

3、纯电动转混合动力时的发动机起动控制图9-24所示为纯电动转混合动力时的发动机起动控制行星齿轮速度图。纯电动工况只有MG2工作时，如果增加所需驱动转矩，MG1将被起动，此时MG1和MG2共同拖动发动机起动。在纯电动工况不需增加转矩时，但HVECU监视的项目如SOC状态、蓄电池温度、冷却液温度和电载荷状态与规定值有偏差，MG1也将被起动，进而起动发动机。3、工作模式图9-24纯电动转混合动力时的发动机起动控制行星齿轮速度图

4、MG1发电和微加速模式图9-25所示为MG1在小负荷作发电机用时的行星齿轮速度图。小负荷时已经起动的发动机将使MG1作为发电机为HV蓄电池充电，并向MG2供电。但出现需要增加驱动转矩时，发动机将起动作为发电机的MG1并转变为电动机，这种工况又称“发动机微加速时”模式。3、工作模式图9-25MG1在小负荷作发电机用时的行星齿轮速度图

4、MG1发电和微加速模式图9-26所示为MG1在微加速模式时作电动机时的行星齿轮速度图。发动机微加速时，发动机的动力由行星齿轮分配。其中一部分动力直接输出，剩余动力用于MG1发电。通过变频器的电动传输，电力输送到MG2用于作为MG2的输出动力。3、工作模式图9-26MG1在微加速模式时作电动机时的行星齿轮速度图

4、MG1发电和微加速模式图9-26所示为MG1在微加速模式时作电动机时的行星齿轮速度图。发动机微加速时，发动机的动力由行星齿轮分配。其中一部分动力直接输出，剩余动力用于MG1发电。通过变频器的电动传输，电力输送到MG2用于作为MG2的输出动力。3、工作模式图9-26MG1在微加速模式时作电动机时的行星齿轮速度图

5、低载荷巡航时图9