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1、项目1项目1 混合动力汽车的总体认知4 课时4 实训1234目 录混合动力汽车的定义与分类串联式混合动力汽车并联式混合动力汽车混联式混合动力汽车混合动力汽车的定义与分类新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）、节能与新能源技术路线图2.0已经颁布，提出到2035年，我国汽车要全面实现电驱动化，其中传统能源汽车将全部转为混合动力汽车，且混合动力汽车与新能源汽车将各占汽车总产量的50%，全面电动化已经成为我国汽车发展的主要方向，混合动力汽车将进入快速发展期。本书介绍的混合动力汽车，既包括属于节能汽车的传统混合动力汽车，也包括属于新能源汽车的插电式混合动力汽车。1.混合动力汽车的定义与分类1.
2、1 混合动力汽车的定义混合动力汽车的原理和双人自行车类似，两个人既可以同时出力，也可以各自单独出力，如图1-2所示。1.1 混合动力汽车的定义混合动力汽车的原理和双人自行车类似，两个人既可以同时出力，也可以各自单独出力，如图1-2所示。混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是指能够至少从两类车载储存的能量（可消耗的燃料、可再充电能/能量储存装置）中获得动力的汽车。混合动力汽车的动力一般采用发动机和驱动电机，能量储存装置一般采用锂离子动力蓄电池或金属氢化物镍蓄电池。动力蓄电池又分为不可外接充电和可外接充电二类，在我国，动力蓄电池不可外接充电的混合动力汽车属于节能汽
3、车；动力蓄电池可外接充电的混合动力汽车属于新能源汽车。图1-2 双人自行车1.1 混合动力汽车的定义图1-3所示为东风标致4008插电式四驱混合动力汽车，其外形尺寸为451018501662mm，轴距为2730mm；整备质量为1881kg；发动机为直列四缸、涡轮增压、连续可变正时（CVVT）系统、双顶置凸轮轴16气阀、缸内直喷发动机，排量为1598cm3，额定功率为147kW，最大转矩为300Nm；驱动电机采用永磁同步电机，前驱动电机为爱信永磁同步电机，其峰值功率为81.2kW，峰值转矩为320Nm；后驱动电机为法雷奥西门子永磁同步电机，其峰值功率为83kW，峰值转矩为166Nm；综合功率为2
4、21kW，综合转矩为520Nm；变速器采用爱信电动8速手自一体变速器，与前驱动电机集成为一体；动力蓄电池采用三元锂电池，其能量为13kWh，纯电续驶里程为59km；最高车速为220km/h，混合模式下百公里加速时间为7.1s，综合油耗为1.7L/100km。图1-3 东风标致4008插电式四驱混合动力汽车1.1 混合动力汽车的定义图1-4所示为东风标致4008插电式四驱混合动力系统，主要包括发动机、前驱动电机+变速器、后驱动电机和动力蓄电池。图1-4 东风标致4008插电式四驱混合动力系统1.2 混合动力汽车的工作模式混合动力汽车提供的双动力，既可以各自单独驱动，也可以联合驱动，这主要根据混合
5、动力汽车的工作模式来确定。混合动力汽车一般由二个驱动系统组成，其动力源分别为发动机和驱动电机，发动机提供的动力是单向的，驱动电机提供的动力是双向的；它们既可以各自单独驱动，也可以联合驱动，这主要根据混合动力汽车的工作模式来确定。混合动力系统示意图如图1-5所示，主要由发动机、驱动电机、动力耦合器和动力蓄电池组成。图1-5 混合动力系统示意图1.2 混合动力汽车的工作模式在有发动机和驱动电机二种动力的情况下，混合动力汽车的混合动力系统能够产生以下工作模式。1.发动机单独驱动车路该模式是发动机单独驱动模式，可应用于动力蓄电池近乎完全放电，而发动机没有剩余功率给动力蓄电池充电的情况；或可应用于动力蓄
6、电池已经完全放电，而发动机能提供足够的动力去满足车辆动力需求的情况。2驱动电机单独驱动车流该模式是纯电驱动模式，此时发动机关闭，可应用于发动机不能有效运行的情况，例如，极低速状态或在严禁排放的区域内行驶。3发动机和驱动电机同时驱动车辆该模式是混合驱动模式，可用于需要较大动力供给的场合，例如，急剧加速或爬陡坡。4.发动机既驱动车辆又给动力蓄电池充电发动机向驱动车轮提供动力，同时向动力蓄电池补充能量。该模式是发动机驱动车辆和向动力蓄电池充电同时存在的模式。1.2 混合动力汽车的工作模式5.发动机驱动车辆同时车辆给动力蓄电池充电发动机向驱动车轮提供动力，同时驱动车轮向动力蓄电池补充能量。该模式是发动
7、机驱动车辆，同时借助于车辆的质量，给动力蓄电池充电。6.发动机给动力蓄电池充电同时驱动电机驱动车辆发动机向动力蓄电池提供能量，同时驱动电机向驱动车轮提供动力。该模式是发动机向动力蓄电池充电，同时驱动电机向驱动车轮提供动力。7动力蓄电池从驱动车轮获取能量（再生制动）该模式是再生制动模式，由此借助于电机运行在发电机状态，车辆的动能或势能得以回收。回收的能量储存于动力蓄电池中，并在以后重复利用。8动力蓄电池从发动机获取能量该模式是发动机向动力蓄电池充电的模式，此时车辆处于停止、惯性滑行或小坡度下坡运行状态，没有动力应用于驱动车轮或来自驱动车轮。1.2 混合动力汽车的工作模式9动力蓄电池同时从发动机和
8、驱动车轮获取能量该模式是同时存在再生制动和发动机向动力蓄电池充电的模式。对于一辆具体的混合动力汽车，究竟采用哪些工作模式，取决于许多因素，例如，驱动系统的实际结构、动力系统的效率特性、驱动车轮的负载特性等。不同厂家的混合动力汽车，其工作模式是有差别的，并不是以上9种模式都存在。东风标致4008插电式四驱混合动力汽车主要有4种工作模式，即混合驱动工作模式、纯电驱动工作模式、运动驱动工作模式和四驱工作模式。（1）混合驱动工作模式。在混合驱动工作模式下，整套动力系统会优先选择电机作为驱动源，并通过控制驱动力、油门踏板灵敏度以及电量消耗，来实现更低的油耗表现。（2）纯电驱动工作模式。在纯电驱动工作模式
9、下，发动机是完全不参与工作的，此时所有驱动力均来自于前、后两台电机，值得注意的是，由于后电机的工作效率更高，因此，电机负载的优先级也是先后再前，从而保证了更佳合理、高效的纯电体验。在纯电模式下，车辆支持最高130km/h的行驶车速，其纯电续驶里程为59km。（3）运动驱动工作模式。对于运动驱动工作模式，在油门踏板开度完全相同（与其他驾驶模式相比）时，发动机的介入时机会提早到来，并且爱信E-ATN8 8速手自一体变速器的换挡逻辑也会更加积极，与此同时，前、后双电机均会同步进入工作状态。此时，三套动力系统都处于完全启动且为相互配合的状态，从而实现更加强劲的动力输出表现。（4）四驱工作模式。在四驱工
10、作模式下，后电机会持续处于工作状态中，但前电机与发动机将会分情况进行介入，如果驾驶员对动力输出的要求并不是很高，油门踏板的开合角度并不算大的时候，车辆将会以电动四驱形式进行驱动，也就是前电机开始介入，但如果系统识别到驾驶员需要更大转矩或更强的动力输出时，发动机就会立刻启动工作状态，介入到驱动力的输出，以满足脱困时的需要。1.2 混合动力汽车的工作模式（3）运动驱动工作模式。对于运动驱动工作模式，在油门踏板开度完全相同（与其他驾驶模式相比）时，发动机的介入时机会提早到来，并且爱信E-ATN8 8速手自一体变速器的换挡逻辑也会更加积极，与此同时，前、后双电机均会同步进入工作状态。此时，三套动力系统
11、都处于完全启动且为相互配合的状态，从而实现更加强劲的动力输出表现。（4）四驱工作模式。在四驱工作模式下，后电机会持续处于工作状态中，但前电机与发动机将会分情况进行介入，如果驾驶员对动力输出的要求并不是很高，油门踏板的开合角度并不算大的时候，车辆将会以电动四驱形式进行驱动，也就是前电机开始介入，但如果系统识别到驾驶员需要更大转矩或更强的动力输出时，发动机就会立刻启动工作状态，介入到驱动力的输出，以满足脱困时的需要。1.3 混合动力汽车的分类混合动力汽车可以按动力系统结构形式、油电混合度、外接充电能力等进行分类。1.按动力系统结构形式划分按动力系统结构形式划分，混合动力汽车分为串联式混合动力汽车、
12、并联式混合动力汽车及混联式混合动力汽车。（1）串联式混合动力汽车。串联式混合动力汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）是指车辆行驶系的驱动力只来源于驱动电机，如图1-6所示。典型的结构特点是发动机带动发电机发电，动力耦合器（包括功率变换器）控制从蓄电池组和发电机到驱动电机的功率流，或反向控制从驱动电机到蓄电池组的功率流。发动机通过发电机产生的电能通过控制器输送给驱动电机或动力蓄电池，由驱动电机驱动车辆，发动机不直接参与驱动车辆。串联式混合动力汽车车型主要有雪佛兰沃蓝达、宝马i3、广汽传祺GA5等。图1-6 串联式混合动力汽车1.3 混合动力汽车的分类（2
13、）并联式混合动力汽车。并联式混合动力汽车是指车辆行驶系的驱动力由驱动电机及发动机同时或单独提供，如图1-7所示。典型的结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或驱动电机作为动力源，也可以同时使用发动机和驱动电机作为动力源驱动车辆行驶。电机驱动时，动力蓄电池经过DC/DC转换器，给驱动电机提供合适的电压。并联式混合动力汽车车型主要有奔驰S400L、比亚迪秦、本田CR-Z等。并联式混合动力汽车相比于串联式混合动力汽车，应用较多，配置也各不相同。图1-7 并联式混合动力汽车1.3 混合动力汽车的分类（3）混联式混合动力汽车。混联式混合动力汽车具备串联式和并联式两种混合动力系统结构，如图1-8所示。
14、典型的结构特点是既可以在串联模式下工作，也可以在并联模式下工作，兼顾了串联式和并联式混合动力汽车的特点。值得注意的是，三种形式的动力耦合器结构是不一样的。混联式混合动力汽车以丰田系列为主，如普锐斯混合动力汽车、卡罗拉混合动力汽车、雷克萨斯混合动力汽车等。图1-8 混联式混合动力汽车1.3 混合动力汽车的分类2.按油电混合度划分混合度是指混合动力汽车中的电机峰值功率占动力源总功率（电机峰值功率+发动机峰值功率）的百分比。目前，按照混合度划分没有统一的标准。按照混合度数值的大小，可以将混合动力汽车分为微混合型混合动力汽车、轻度混合型混合动力汽车和重度混合型混合动力汽车。（1）微混合型混合动力汽车。
15、微混合型混合动力汽车是以发动机为主要动力源，电机作为起动电机的混合动力汽车。微混合型混合动力汽车的混合度小于10%。仅具有停车怠速停机功能的汽车也可称为微混合型混合动力汽车。微混合型混合动力汽车功能示意图如图1-9所示，它是在传统汽车基础上增加怠速停机功能。图1-9 微混合型混合动力汽车功能示意图1.3 混合动力汽车的分类微混合型混合动力系统是对传统发动机的起动机进行了改造，形成由带传动的启动发电一体式电机（Belt-Driven Starter Generator，BSG）。该电机用来控制发动机快速起停，因此可以取消发动机的怠速过程，降低了油耗和排放。微混合型混合动力系统搭载的电机功率比较小
16、，仅靠电机无法使车辆起步，起步过程仍需要发动机介入，是一种初级的混合动力系统。在微混合型混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12V和42V，其中42V主要用于柴油混合动力系统。在城市循环工况下节油率一般为5%10%。（2）轻度混合型混合动力汽车。轻度混合型混合动力汽车是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的混合动力汽车。轻度混合型混合动力汽车的混合度大于10%，可以达到30%左右。轻度混合型混合动力汽车功能示意图如图1-10所示，它是在传统汽车基础上增加怠速起停、加速助力、制动能量回收和行驶（巡航）充电功能。图1-10 轻度混合型混合动力汽车功能示意图1.3 混合动力汽车的分类轻度混合型混合动力系统采用了集成式启动发电一体式电机（Integrated Starter and Generator，ISG）。与微混型混合动力系统相比，轻度混合动力系统除了能够实现用电机控制发动机的起停外，还能够在混合动力汽车制动和下坡工况下，实现对部分能量进行回收；在行驶过程中，发动机的动力可以在车轮的驱动需求和发电机发电需求之间进行调节。当混合度
