新能源汽车技术（微课版） 课件 项目五 混合动力电动汽车

新能源汽车技术项目五混合动力电动汽车任务一认知混合动力电动汽车任务一认知混合动力电动汽车一、混合动力电动汽车基本概念混合动力电动汽车具有油电混合、气电混合、电电混合等多种不同的形式，即使对应其中的一种混合形式，由于动力传动系统的组成不同，仍存在多种不同的结构，在详细分析各种不同结构的定义、特点和工作原理之前，给出如下几个基本概念。（1）动力传动系这是汽车上用于存储、转化和传递能量并使汽车获得运动能力的所有部件的总称，具体包括车载能量源、动力装置、传动系和其他辅助系统四部分。（2）车载能量源用于能量存储或进行能量的初始转化以向动力装置直接供能的所有部件的总称，由能量直接存储装置或能量存储、调节和转化装置组成。例如，对传统内燃机汽车，车载能量源为油箱（能量直接存储）；对燃料电池电动汽车，车载能量源由氢气罐或储氢金属（能量存储）和燃料电池电堆（能量转化）两部分组成。（3）动力装置用于把其他形式的能量转化为机械动能（旋转动能）的装置，并直接作为传动系的输入，如常规汽车上的内燃机、纯电动汽车上的电机等。任务一认知混合动力电动汽车一、混合动力电动汽车基本概念（4）传动系用于调节和传递动力装置输出的动力，使之与汽车行驶时驱动轮处要求的理想动力达到较好匹配的所有部件的总称，具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能。传动系与动力装置配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。传动系一般由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。（5）辅助系统用于从动力装置中获取动力，区别于直接驱动车辆，主要用于维持汽车良好的操控特性、舒适性等的所有部件的总称，如转向助力系统、制动助力系统、空调系统（动力装置直接拖动）、辅助电气系统（12/24V发电机系统）等。任务一认知混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车分类混合动力电动汽车可以按照动力系统的结构形式、混合度或外接充电能力进行分类。（一）按照动力系统的结构特征分类根据混合动力汽车的结构，可分为串联式混合动力、并联式混合动力和混联式混合动力。1.串联混合动力电动汽车串联混合动力电动汽车是混合动力电动汽车的一种基本结构，其单个动力传动系间的联合是车载能量源环节的联合，即非直接用于驱动汽车的能量的联合，并同时向动力装置供能。典型的串联混合动力电动汽车动力传动系组成如图5-3所示。图5-3典型的串联混合动力电动汽车动力传动系组成任务一认知混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车分类2.并联混合动力电动汽车并联混合动力电动汽车是混合动力电动汽车的一种基本结构，其单个动力传动系间的联合是汽车动力或传动系环节的联合，通过对不同动力装置输出的驱动动能的联合或耦合，并经过相应的传动系输出到驱动轮，满足汽车的行驶要求。典型的并联混合动力电动汽车动力传动系如图5-4所示。图5-4典型的并联混合动力电动汽车动力传动系任务一认知混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车分类3混联式混合动力电动汽车为优化动力传动系的综合效率，充分发挥汽车的节能、低排放潜力，在实际应用中，混合动力电动汽车动力传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。典型的混联式混合动力电动汽车动力传动系如图5-7所示。图5-7典型的混联式混合动力电动汽车动力传动系任务一认知混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车分类（二）按照混合度分类根据在混合动力系统中混合度的不同，混合动力系统还可以分为微混合动力系统、中度混合动力系统、重度混合动力系统：混合度是指混合动力电动汽车中的电机峰值功率占动力源总功率（电机峰值功率+发动机最大功率）的百分比。（1）微混合动力系统以发动机为主要动力源，点击作为辅助动力，具备制动能量回收功能的混合动力电动汽车。微混动力的混合度小于10%。比如别克君越eAssist就是微混驱动的。（2）中度混合动力系统以发动机为主要动力源，电机作为辅助动力，在车辆加速和爬坡时，电机可向车辆行驶系统提供辅助驱动力矩，补充发动机本身动力输出的不足，但不能单独驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。轻度混合型混合动力电动汽车的混合度值大于10％，可以达到30％左右，在城市循环工况下节油率可以达到20％～30％，目前技术比较成熟，应用广泛。例如，本田的IMA混合动力系统是一种并联结构的中型混合动力驱动系统。任务一认知混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车分类（3）重度混合动力系统以发动机和/或电机为动力源，且电机可以独立驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。重度混合动力系统一般采用200V以上的高压电机，混合度大于30％，可以达到50％以上，在城市循环工况下节油率可以达到30％～50％。重度混合的特点是：动力系统以发动机为基础动力，动力电池为辅助动力。采用更大功率的电机，起步和低速时依靠动力电池，而急加速和爬坡运行则电机和发动机共同对车辆提供动力。例如，丰田的THS混合动力系统是一个重度混合动力驱动系统，采用串并联结构。任务一认知混合动力电动汽车二、混合动力电动汽车分类（三）按照外接充电能力分类可分为外接充电型混合动力汽车和非外接充电型混合动力汽车。（1）外接充电型混合动力电动汽车外接充电型混合动力电动汽车是一种被设计成在正常使用情况下从非车载装置中获取电能量的混合动力电动汽车。插电式混合动力电动汽车属于此类型。（2）非外接充电型混合动力电动汽车非外接充电型混合动力电动汽车是一种被设计成在正常使用情况下从车载燃料中获取全部能量的混合动力电动汽车。常规混合动力电动汽车属于此类型。新能源汽车技术项目五混合动力电动汽车任务二认知混合动力电动汽车结构与原理任务二认知混合动力电动汽车结构与原理一、串联混合动力电动汽车结构与原理汽车的行驶动力由发动机、电动机-发电机通过机电耦合装置单独或联合提供。整车综合控制器、电机控制器、发动机控制器、电池管理系统等通过通信线缆连接组成整车控制系统，依据控制系统的状态信息以及驾驶人操控信号、车速等整车反馈信息，由整车控制器实施既定的控制策略，并输出指令到电机控制器，实施电动机-发电机的电动（驱动汽车行驶）、发电（再生制动能量回收）控制，输出指令到发动机控制器，实施发动机的开关控制以及输出功率控制，输出指令到电池管理系统，实施动力电池组的充电、放电能量管理。任务二认知混合动力电动汽车结构与原理二、并联混合动力电动汽车结构与原理串联混合动力电动汽车的结构简图如图5-10所示，汽车由电动机-发电机驱动行驶，电机控制器的供电来自于发动机-发电机-发电机控制器（以下简称发动机-发电机组）与动力电池组组成的串联式结构。整车综合控制器、电机控制器、发动机控制器、发电机控制器、电池管理系统等通过通信线缆连接组成整车控制系统，依据控制系统的状态信息以及驾驶人操控指令、车速等整车反馈信息，由整车控制器实施预订的控制策略，并输出指令到电机控制器，实施电动机-发电机的电动（驱动汽车行驶）、发电（再生制动能量回收）控制，输出指令到发动机控制器、发电机控制器，实施发动机-发电机组的开关控制以及输出功率控制，输出指令到电池管理系统，实施动力电池组的充电、放电能量管理。任务二认知混合动力电动汽车结构与原理三、混联混合动力电动汽车结构与原理混联混合动力电动汽车同时具备了并联混合动力电动汽车机电耦合以及串联混合动力电动汽车电电耦合的特点。汽车的行驶动力由发动机、电动机-发电机通过机电耦合装置单独或联合提供。电机控制器的供电来自于发动机、发电机组与动力电池组组成的串联式结构。整车综合控制器、电机控制器、发动机控制器、发电机控制器、电池管理系统等通过通信线缆连接组成整车控制系统，依据控制系统的状态信息以及驾驶人操控信号、车速等整车反馈信息，由整车控制器实施既定的控制策略，并输出指令到电机控制器，实施电动机-发电机的电动（驱动汽车行驶）、发电（再生制动能量回收）控制；输出指令到发动机控制器，实施发动机的开关控制以及输出功率控制；输出指令到发电机控制器，实施发电机的工作状态控制（工作转速或发电功率）；输出指令到电池管理系统，实施动力电池组的充电、放电能量管理。任务二认知混合动力电动汽车结构与原理四、插电式混合动力电动汽车结构与原理插电式混合动力电动汽车本身是一种混合动力电动汽车，区别在于其车载的动力电池组可以利用电力网（包括家用电源插座）进行补充充电，具有较长的纯电动行驶里程，必要时仍然可以工作在混合动力模式。因此，一般与混合动力电动汽车相比，插电式混合动力电动汽车具有较大容量的动力电池组、较大功率的电机驱动系统以及较小排量的发动机。为满足纯电动行驶的需要，插电式混合动力电动汽车的辅助系统均为电动化的辅助系统，如电动助力转向、电动真空助力、电动空调等，而且还额外增加了车载充电器。图5-14所示为某插电式混合动力电动汽车的结构简图。任务二认知混合动力电动汽车结构与原理五、增程式电动汽车结构与原理增程式电动汽车本身是一种串联式混合动力电动汽车，其设计理念是在纯电动汽车动力传动系的基础上，增加一个增程器（通常为小功率的发动机-发电机组或燃料电池发电系统等），延长动力电池组一次充电续驶里程，满足日常行驶的需要。相比纯电动汽车，增程式电动汽车可以采用较小容量的动力电池组，有利于降低动力电池组的成本。相比串联混合动力电动汽车，增程器功率偏小，动力电池组容量配置偏高。新能源汽车技术项目五混合动力电动汽车任务三分析典型混合动力电动汽车任务三分析典型混合动力电动汽车一、吉利雷神智擎Hi·X混动系统（一）DHE15混动专用发动机DHE15（1.5TD）混动专用发动机（DelicatedHybridEngine），其中，1.5代表发动机排量，T是指涡轮增压（Turbo）技术，D是指缸内直喷（GDI）技术，TD是指涡轮增压缸内直喷技术。DHE15采用高压直喷、增压中冷、米勒循环、低压EGR四大先进技术，最高热效率43.32%。DHE15在5500rpm达到最高功率110kW，在2500～4000rpm转速区间可持续达到225N·m的峰值转矩。采用13：1的高压缩比，实现“深度米勒循环”（见图5-15）。此外，DHE系列还采用17L电控可变排量机油泵、电子水泵，电子真空泵等电气化附件，相比传统复杂迟缓的机械附件，在混合系统中可以进行全面升级，无论在响应速度、控制精度上和热管理上进一步优化，提升燃烧系统效率和控制环境。任务三分析典型混合动力电动汽车一、吉利雷神智擎Hi·X混动系统（二）DHTPro混动专用变速器DHTPro混动专用变速器（DedicatedHybridTransmission）（以下简称DHTPro）通过三档速比，能够更多地利用直接驱动的模式将能量直接传递到车轮，不需要中间的能量转换，实现转换能量零损耗。DHTPro轴向长度仅有354毫米，是目前全球轴向长度最小的混动专用变速器；电机内部双行星排传动机构和换挡执行机构均集成在电机转子内部，能够超高效利用轴向空间。DHTPro外形结构如图5-16所示。图5-16DHTPro混动专用变速器任务三分析典型混合动力电动汽车一、吉利雷神智擎Hi·X混动系统1.DHTPro结构DHTPro属于混联式中的串并联式混动架构，有1个主要用于发电和调速的P1电机和主要用于驱动的P2电机构成电驱系统，并通过2组行星齿轮组实现3挡变速；P1电机集成离合器组件，P2电机内套行星齿轮机构；DHTPro变速原理与自动变速器（AT）类似，后排太阳齿轮是输入端，前排齿圈是输出端，通过离合器和两组制动器进行行星齿轮机构的组件制动，实现变速（见图5-17）。图5-17DHTPro混动专用变速器分解图任务三分析典型混合动力电动汽车一、吉利雷神智擎Hi·X混动系统2.DHTPro组件连接DHTPro采用P12的混动构型，发动机与P1电机通过花键刚性连接，作为前端动力源。P2电机作为另一个驱动源。两驱动源相互配合，通过双行星排及双离合、双制动器系统，实现模式切换及挡位切换（见图5-18）。图5-18雷神DHTPro的组件连接示意图任务三分析典型混合动力电动汽车一、吉利雷神智擎Hi·X混动系统3.DHTPro动力输入与输出若转动输入1轴，就会带动后排太阳齿轮转，再带动后排行星齿轮转动，此后带动后行星排行星架，而后排行星架与前排（外）齿圈相连，最后从前排（外）齿圈走向输出端。这样找到了动力输入和输出的两个端点，即·输入端：后排行星齿轮组的太阳齿轮；·输出端：前排行星齿轮组的（外）齿圈（见图5-19）图5-19动力输入端与输出端新能源汽车技术项目五混合动力电动汽车任务四维护混合动力电动汽车任务四维护混合动力电动汽车一、作业安全1）进行高压电路维护时，工作区域应用隔离栏隔离，并悬挂警示牌。2）进行高压电路维护的人员应经专业培训合格。3）进行高压电路维护时，应佩戴符合技术要求的绝缘手套、绝缘鞋，使用绝缘工具。4）进行高压电路维护时，应断开高压电路，直到整车维护作业完成后才能接通。5）进行动力蓄电池组(超级电容组)维护时，应先断开低压电源。6）禁止同时接触动力蓄电池组(超级电容组)的正负极。7）禁止用水直接清洗电气系统部件。8）进行高压系统绝缘检测时，应断开高压电路和重要总成。任务四维护混合动力电动汽车二、技术要求1.电动系统专用装置维护（1）日常维护1）电动系统专用装置。日常维护应在出车前、行车中和收车后进行。2