新能源汽车概论课件：混合动力汽车

新能源汽车概论

混合动力汽车1.按动力系统结构分类（1）串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车（SeriesHybridVehicle），车辆行驶系统的驱动力只来源于电机。其结构特点是发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电机，由电机驱动车辆行驶。另外，动力蓄电池可以单独向电机提供电能驱动车辆行驶。混合动力汽车的分类串联式混合动力电动汽车原理图1.按动力系统结构分类（2）并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车（ParallelHybridElectricVehicle），车辆行驶系统的驱动力由电机及发动机同时或单独供给。特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电机作为动力源，也可以同时使用电机和发动机作为动力源驱动车辆行驶。混合动力汽车的分类并联式混合动力电动汽车原理图1.按动力系统结构分类（3）混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车(CombinedHybridElectricVehicle)，具备串联式和并联式两种混合动力系统。混联式混合动力电动汽车的结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式混合动力电动汽车的特点。混合动力汽车的分类混联式混合动力电动汽车原理图2.按混合程度分类混合度（Hybridization）是混合动力汽车中搭载的电动机与发动机所占比例的大小，即电动机功率与电动机与发动机功率之和的比：混合动力汽车的分类式中：R——混合度；Pm——电动机的功率，kW；Pe——发动机的功率，kW。根据混合度的大小可将混合动力汽车分为微混合动力、轻度混合动力和重度混合动力三种类型。（一）动力电池系统混合动力的动力电池系统基本上由5部分组成。①电池模组。电池模组是将若干单体电池通过导电连接件先并联再串联形成一个模组，协同发挥电能充放存储的功能。②电池箱。电池箱是动力电池系统的动力电池的结构系统，主要由电池包上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。③电气系统。电气系统主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束将动力电池的能量不断输送到各个需要的部件中；低压线束时传输检测信号和控制信号。④热管理系统。热管理系统主要有风冷和水冷两类。⑤电源管理系统。它由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成。主要负责测量电池的电压、电流和温度等参数，如果数据异常，则对电池进行保护，发出降低电流的要求，或者切断充放电通路，以避免电池超出许可的使用条件，对电池的电量、温度进行管理，同时还有均衡单体电池电压等功能。混合动力汽车的动力系统（一）动力电池系统丰田普锐斯混合动力系统采用镍氢蓄电池组作为动力电源，称为HV蓄电池，该蓄电池组安装于后备箱内后排座椅下。HV蓄电池由28个模块组成，各模块包括六个串联的1.2V镍氢电池格，每个电池格由13个正负极板并联组成，每个模块满电电压为7.2V。28个模块总共能够提供201.6V的输出电压。。混合动力汽车的动力系统丰田普锐斯HV蓄电池安装位置（一）动力电池系统混合动力汽车的动力系统HV蓄电池单体模块（一）动力电池系统混合动力汽车的动力系统HV蓄电池内部图（一）动力电池系统HV蓄电池组受蓄电池ECU监控，该ECU监测HV蓄电池的电压，放电电流，进气温度和蓄电池温度，并根据蓄电池温度对蓄电池组进行风冷降温控制，同时还将监测到的信息通过CAN总线与HVECU通讯，由HVECU控制蓄电池的三个主继电器，接通或切断电源混合动力汽车的动力系统蓄电池ECU工作原理图（一）动力电池系统电池组的充放电是由HVECU（混合动力汽车电控单元）控制3个继电器来控制的，其中SMR1为预充继电器，与之串联的是预充电阻，SMR2为主正继电器，SMR3为主负继电器。混合动力汽车的动力系统系统主继电器示意图（一）动力电池系统电源对外放电。电路连接SMR1和SMR3闭合；而后，SMR2闭合，然后SMR1断开。这种方式可以控制流过电阻器的电流，保护电路中的触电，避免其受到强电流造成的损害。。混合动力汽车的动力系统电源对外放电原理图（一）动力电池系统电源断电。电路断开时，先断开SMR2，随后再断开SMR3，然后HVECU确认各个继电器是否已经断开，由此HVECU可确定SMR2是否卡住。混合动力汽车的动力系统电源断电原理图（一）动力电池系统HV蓄电池重复充、放电时会产生热量，为确保其正常工作，车辆为HV蓄电池配备了专用的风冷冷却系统。行李箱右侧的冷却风扇可以通过后排座椅右侧的进气口吸入车内空气，而后，从蓄电池顶部右侧进入的空气从上到下流经蓄电池模块并将其冷却。然后，空气流经排气管和车内，最终排到车外。混合动力汽车的动力系统HV蓄电池风冷示意图（一）动力电池系统蓄电池ECU根据电池温度传感器、进气温度传感器以及网关ECU传来的车内温度信号，来对蓄电池及车内温度进行控制，防止蓄电池温度过高导致的危险事故的发生。蓄电池ECU通过鼓风机电动机控制器和蓄电池风扇继电器控制鼓风机电动机工作，向电池组内部注入空气进行强制通风降温。混合动力汽车的动力系统HV蓄电池风冷原理图（二）混合动力传动桥混合动力汽车采用发动机驱动和电动机驱动，发动机和电动机的输出动力共用一套传动装置，这样此类车型的动力传动桥就需要一套结构复杂的动力耦合装置来实现两个驱动力的串联、并联和混联，这种集成了动力耦合装置的驱动桥就是混合动力传动桥。混合动力传动桥一般采用行星齿轮和液压离合器来实现动力耦合。丰田第二代混合动力系统(THS-Ⅱ)可以根据车辆行驶状态灵活地使用发动机和电动机两种动力源，并且弥补两种动力源之间不足。在电动机和发电机之间采用高压电路传输，可以极大地降低动力传输中电能损耗。采用大功率电机输出，提高电机的利用率。混合动力汽车的动力系统（二）混合动力传动桥混丰田普锐斯混合动力变速驱动桥由电动/发电机MG1、电动/发电机MG2和行星齿轮组成。MG1转子连接行星齿轮的太阳轮，MG2转子连接行星齿轮的环齿圈,发动机曲轴连接行星齿轮的行星架。混合动力汽车的动力系统混合动力变速驱动桥（二）混合动力传动桥混合动力汽车的动力系统（二）混合动力传动桥丰田普锐斯的动力耦合装置由一组行星齿轮机构组成，MG1转子连接行星齿轮的太阳轮，MG2转子连接行星齿轮的环齿圈，发动机曲轴连接行星齿轮的行星架。混合动力汽车的动力系统普锐斯行星齿轮组（二）混合动力传动桥发动机和电动机的动力经过行星齿轮机构的耦合后通过环齿圈经过链传动将动力传递给主减速器和差速器。混合动力汽车的动力系统行星齿轮组与发动机、MG1和MG2连接关系图（二）混合动力传动桥①启动发动机。HV蓄电池放电，经过变频器升压逆变后驱动MG1，MG1驱动耦合装置的太阳轮旋转，带动行星轮和行星支架旋转，最终驱动曲轴旋转启动发动机。混合动力汽车的动力系统（二）混合动力传动桥②蓄电池充电。发动机曲轴驱动耦合装置的行星轮和行星支架旋转，带动太阳轮旋转，驱动MG1发电，经过变频器调压整流稳压后给HV蓄电池充电。混合动力汽车的动力系统（二）混合动力传动桥③起步。HV蓄电池放电，经过变频器升压逆变后驱动MG2，MG2驱动耦合装置的环齿轮（齿圈），环齿轮直接经过减速器和差速器驱动半轴旋转，最终驱动车轮旋转。混合动力汽车的动力系统（二）混合动力传动桥④“D”挡减速工况（制动能量回收）。车轮经过半轴、差速器和减速器带动耦合装置的环齿轮旋转，环齿轮带动MG2旋转发电，经过变频器调压整流稳压后给HV蓄电池充电。混合动力汽车的动力系统（二）动力系统控制单元混合动力汽车的动力控制单元一般指的是混合动力汽车电控单元（HVECU）。HVECU采集与汽车行驶有关的各个单元的信息来控制变频器驱动电机。变频器通过改变电机工作电源的电压和频率来控制交流电动机的扭矩和转速。。混合动力汽车的动力系统（二）动力系统控制单元丰田普锐斯第二代动力控制单元（HVECU）利用逆变变频技术驱动电动发电机MG1和电动发电机MG2。变频器总成配有增压转换器，将HV蓄电池DC201.6V的额定电压提升到DC500V。电压提升后，变频器再将直流电转换为三相交流电来驱动电机。变频器总成中还集成了空调变频器来驱动空调系统中的电动变频压缩机。变频器和MG1、MG2一起，由专用水冷散热系统冷却。混合动力汽车的动力系统变频器总成实物图（二）动力系统控制单元当驾驶员踩下加速踏板时，HVECU根据加速踏板位置传感器的信号检测加速踏板上所施加力的大小。另一方面，HVECU接收MG1和MG2中转速传感器发出的车速信号，并根据挡位传感器的信号检测挡位。HVECU根据这些信息来确定车辆的行驶状态，以便对MG1、MG2和发动机的动力进行最优控制。HVECU储存的电机MG速度指令与电机MG转角传感器的速度反馈信号进行比较，直接驱动变频器逆变电路中的6个IGBT快速导通与关断，实现变频器输出电流的逆变和磁场旋转方向的控制。此外，HVECU对动力的扭矩和输出进行最优控制，以实现低油耗和更清洁的排放目标。混合动力汽车的动力系统（二）动力系统控制单元混合动力汽车的动力系统驱动控制电路1.换挡控制系统换挡系统的作用是操纵驻车机构和选择前进挡、倒挡和空挡。从传统意义来讲，多数换挡系统由驾驶室内的换挡杆和变速器内的换挡机构组成。这种类型的换挡装置限制了换挡杆的结构形式、换挡操作力、换挡模式等，也限制换挡操作性。对于传统换挡机构，为减小驾驶员的误换挡操作，采用复杂的硬件结构，不利于简化换挡操作。为从根本上解决上述问题，丰田公司开发了线控换挡系统，消除换挡杆与变速器之间的机械连接。线控换挡系统不受传统机械换挡拉杆空间位置的限制，可以自由地设计换挡界面，使换挡更加轻便容易。线控换挡系统的换挡杆紧凑，可安装在仪表板上。本系统适用于混合动力汽车，通过电控方式选择前进挡、倒挡和空挡，采用电动开关来啮合或断开驻车机构，混合动力汽车其他总成系统1.换挡控制系统混合动力汽车其他总成系统线控换挡系统结构1.换挡控制系统驻车装置应满足能提供适当力矩，确保在坡道上能分离驻车机构；具有很高的响应度，确保驾驶员可舒适地操纵驻车机构；具有高可靠性，与汽车使用寿命一致。驻车执行器的组成见图。开关磁阻电机用作驱动力，摆线减速器放大力矩，转角传感器检测电机转角。混合动力汽车其他总成系统2.电子制动控制系统丰田普锐斯混合动力系统的制动控制系统采用了（ElectricControlBrakingSystem