混合动力汽车动力系统概述Ningbo Tuopu Vibro-acoustics Technology Co.,Ltd Ningbo T op Vibro aco stics Technolog Co Ltd段小成Mar 14, 2009目录2009-3-142¾混合动力汽车结构形式分类¾混合动力汽车动力传动关键部件—ISG与蓄电池¾混合动力汽车常见运行工况混合动力汽车先驱丰田P i¾混合动力汽车先驱—丰田Prius¾混合动力汽车激励与NVH挑战3¾混合动力汽车产生背景：能源危机与环境污染，而混合动力汽车（HEV）由于油耗低、污染小，应用前景乐观。
¾根据电力驱动系统和内燃机动力总成的布置形式的不同，混合动力汽车可以分为三类：(Series Hybrid Electronic Vehicle--SHEV)•串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electronic Vehicle(Parallel Hybrid Electronic Vehicle--PHEV)•并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electronic Vehicle混合式混合动力汽车(Parallel/Series Hybrid Electronic Vehicle PSHEV)(Parallel/Series Hybrid Electronic Vehicle--•Vehicle¾根据电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：•微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统4串联式混合动力汽车是由发动机、发电机和驱动电机三大动力总成组成发动机发电机和动电机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动电机采用"串联"的方式组成驱动系统。
工作方式：发动机带动发电机发电，其电能通过电机控制器直接输送到电机，再由电机产生电磁力矩动汽车在发动机与动桥之间通电磁力矩驱动汽车。
在发动机与驱动桥之间通过电实现动力传递。
动力蓄电池通过控制器串接在发电机和电机之间，当发电机的发电功率大于电机所需的功率时，控制器控制发电机向电池充电；而当发电机发出的功率低于电机所需的功率时，电池则向电机提供额外的电能。
上汽即将开发的混合动力汽车即为串联型5优点¾SHEV优点：•发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响：始终在其最佳的工作区域内稳定运行，因此，发动机具有良好的经济性和低的排放指标；•由于有电池进行驱动功率“调峰”，发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳定运行工况所需的功率，因此可选择功率较小的发动机；•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。
¾SHEV缺点：•发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能，需要功率足够大的发电机和电机；•要起到良好的发电机输出功率平衡作用，又要避免电池出现过充电或过放电，就需要较大的电池容量；•发电机将机械能量转变为电能、电机将电能转变为机械能、电池的充电和放电都6并联式混合动力电动汽车是由发动机、电动/发电机或驱动电机两大动力总成组成发动机电机或驱动电机两大动力总成组成，发动机、电动/发电机或驱动电机采用"并联"的方式组成驱动系统，控制系统可以根据条件，确定由谁驱动，是发动机和电机一起驱动，或是发动机驱动，还是电机单独驱动。
工作方式：发动机通过主传动轴与变速器相联，电机的转矩通过齿轮与内燃机的转矩在变速器前进行复合，传到驱动轴上的功率是两者的和。
这种形式被称为转矩复合。
在刹车和给电池充电时，电机可以反转作为发电机。
7¾PHEV优点：•发动机的功率与电机的功率之和为汽车需求的最大功率，发动机的功率可以小许多，并且可以运行在功率较高的区域。
多并且可以运行在功率较高的区域¾PHEV缺点：•只有一个电动马达，在马达作为发电机给电池充电时，不能作为电机驱动车轮；•发动机的转速像传统汽车一样随车速的变化而变化，从而不能稳定地工作在高效率区；•当车辆在变工况时，性能较差。
8混联式（串、并联式）混合动力电动汽车是综合串联式和并联式混合动力电动汽车结构特点组成的PSHEV，由发动机、电动/发电机和驱动电机三大动力总成组成。
工作方式：由于混联式混合动力汽车既有发电机又有电机，因此同时具有串联系统和并联系机有电机因此同时具有串联系统和并联系统的特性。
它有两个电机，为了获得最高的效率，根据实际工况决定是由单纯由电机、还是率，根据实际工况决定是由单纯由电机还是由发动机和电机联合驱动车轮。
当发动机驱动汽车时，同时还可以通过发电机给电池充电，让SOC较快回到平衡位置。
SOC：State of charge，蓄电池荷电评价指标State of charge9¾PHEV优点：•可以根据功率需求自由确定发动机输出功率，并让发动机工作在高效区；•发动机较多地运行在相对稳定的转速；发动机较多地运行在相对稳定的转速•发动机的功率和电动机功率都较小。
缺点¾PHEV缺点：•控制系统复杂；•系统多带来可靠性要求的相对提高。
系统多带来可靠性要求的相对提高混合动力汽车结构形式对比2009-3-1410混合动力汽车结构形式对比2009-3-1411¾串联式、并联式、混联式混合动力汽车性能比较12¾微混合动力系统：•这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动Belt--alternator Starter Generator, 简称BSG系统）。
启动电机（也就是常说的Beltalternator Starter Generator系统）(Stop--Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，该电机为发电启动(Stop从而取消了发动机的怠速降低了油耗和排放从严格意义上来讲这种微混从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。
从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。
在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v 和42v。
提供持续的动力在微混合动力系统里电机的电压通常12v其中42v主要用于柴油混合动力系统。
¾代表车型：•PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz；13¾轻混合动力系统：•该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统）。
与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能简称系统）与微混合动力系统相比轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（1）在减速和制动工况下对部分能量进行吸收（）在行驶过程中发动机等速运转发动机产况下，对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。
轻混合动力系统的混合度般在20％以下。
力系统的混合度一般在％以下¾代表车型：•通用的混合动力皮卡车14¾中混合动力系统：•该混合动力系统同样采用了ISG系统。
与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。
另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加统采用的是高压电机另外中混合动力系统还增加了一个功能在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。
这种系统的混合程度较高，可以达到出的不足从而更好的提高整车的性能这种系统的混合程度较高可以达到30％左右，目前技术已经成熟，应用广泛。
¾代表车型：•本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统15¾完全混合动力系统：272--650v的高压启动电机，混合程度更高。
与中混合动力系统相•该系统采用了272比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50％。
技术的发展将使得完比完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过％技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
¾代表车型：•丰田的Prius和未来的Estima属于完全混合动力系统。
16¾转矩复合：•转矩复合式结构的特点是发动机通过主传动轴与变速器相联,电机的转矩与发动机的转矩在变速器前或变速器后进行复合,传到驱动轴上的转矩是两者的和。
在传到驱动轴上的转矩是两者的和在这种结构中,发动机与主传动轴之间通过机械联接。
随着行驶工况的变化,发动机的转速必然会随车速变化这就使发动机运行区域的选择受到了限制的转速必然会随车速变化。
这就使发动机运行区域的选择受到了限制,为选择控制策略增加了困难。
为了调节发动机的输出转矩,根据需求转矩,调节电动机的转矩,使得发动机转矩输出保持恒定或调整到其设定值。
使得发动机转矩输出保持恒定或调整到其设定值¾典型代表：•本田Insight17¾转速复合：•速度复合结构型式通过行星机构可以实现多个部件转速的复合,而各个部件间的转矩保持一定的比例关系。
这种行星机构有两个自由度,但通过不同离合器和制转矩保持一定的比例关系这种行星机构有两个自由度动器的作用,可以实现单自由度、固定传动比的传动。
采用行星差速机构的混联式混合动力汽车中在驱动轴转速不变时式混合动力汽车中，在驱动轴转速不变时,通过调节发电机,使发动机转速可以变化。
此外发动机、发电机的转矩与作用在齿圈上转矩是成一定比例的,传到驱动轴上的转矩是从齿圈上得到的转矩和电动机发出的转矩的矢量和。
这种结构可以轴上的转矩是从齿圈上得到的转矩和电动机发出的转矩的矢量和这种结构可以有非常灵活的控制策略,因此可以实现对混合动力能量流的最优控制。
¾典型代表：•丰田Prius18¾Integrated Starter/Generator (ISG) :Integrated Starter/Generator(ISG)•These systems automatically turn the engine off when the vehicle comes to a stopand restart it instantaneously when the accelerator is pressed so that fuel isn t and restart it instantaneously when the accelerator is pressed so that fuel isn'twasted for idling. In addition, regenerative braking is often used to convertmechanical energy lost in braking into electricity,which is stored in a battery and mechanical energy lost in braking into electricity, which is stored in a battery and used to power the automatic starter.19¾Integrated Starter/Generator (ISG)，Integrated Starter/Alternator (ISA) Integrated Starter/Generator(ISG)Integrated Starter/Alternator(ISA)•起动/发电一体机(Integrated Starter Generator，简称ISG)，也有称ISA (Integrated Starter Alternator)，是用个电机代替发动机上传统的起动机和发电机，具有起动和Starter Alternator)，是用一个电机代替发动机上传统的起动机和发电机，具有起动和发电两种基本功能。