第三章--插电式混合动力(增程式)电动汽车51页

新能源汽车概论第三章插电式混合动力（增程式）电动汽车河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.4增程式电动汽车系统及典型案例河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述插电式混合动力（增程式）电动汽车续驶里程则不受限制，对电池的性能要求不高。混合动力系统中，通常采用电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重来表示不同程度的混合动力系。，式中，Pelec为电机输出功率；Ptotal为动力源总功率。100%electotalpHp河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述根据混合度的不同，可分为：①弱混合动力系统，也称微混合动力系统H＜10%②轻度混合动力系统，H20%③中度混合动力系统，H30%④重度混合动力系统，也称全混合动力系统、强混合动力系统，H一般在50%⑤插电式混合动力系统包括增程式电动汽车动力系统，H＞50%100%electotalpHp河南科技大学类型功能要求弱混合动力发动机自动起停轻度混合动力发动机自动起停+回馈制动中度混合动力发动机自动起停+回馈制动+电动辅助重度混合动力发动机自动起停+回馈制动+电动辅助+纯电驱动插电式混合动力（包含增程式）发动机自动起停+回馈制动+电动辅助+纯电驱动+电网充电3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述不同混合度类型及功能列表河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述按照混合度分类的车型不同混合度系统对应的功能及按混合度分类的车型。河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述插电式混合动力（增程式）电动汽车弱混合（弱混）动力系统搭载的电机功率小，仅靠电机无法使车辆起步，起步过程需要发动机介入，是一种初级的混合动力系统。油率一般为5%～10%。轻度混合动力系统采用了起动发电一体机（ISG），除了能够实现用电机控制发动机的起停外，还能实现对部分能量进行回收；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。插电式混合动力系统是在以上三种混合动力系统的基础上发展起来的一种动力系统，可以使用家用电源在夜间用电低谷时为电池充电，有效平稳电网波动，也可以利用外接充电机充电，续驶里程较大。重度混合动力系统采用了272～650V的高压电机，动力系统以发动机为基础动力，动力电池为辅助动力。节油率可以达到30%-50%。中度混合（中混）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的不同之处在采用的是高压电机，节油率可以达到20%～30%。河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述3.1.1插电式混合动力电动汽车的概念和特点插电式混合动力汽车（Plug−inHybridElectricVehicle，PHEV）是指可使用电力网（包括家用电源插座）对车载可充电动力电池进行充电的混合动力汽车。纯电动行驶里程更长，也可以以普通的混合动力汽车方式工作。1将纯电动驱动系统和混合动力驱动系统相结合，减少有害气体、温室气体的排放，大大降低整车的燃油消耗，提高燃油经济性。2无须配备大容量的动力电池，可以大幅降低制造成本有效延长了电池寿命；降低了成本。3可利用外部公用电网对车载动力电池进行均衡充电，减少对石油的依赖，同时又能改善电厂发电机组效率、削峰填谷，缓解供电压力。插电式混合动力电动汽车特点河南科技大学3.1插电式混合动力（增程式）电动汽车的概述3.1.2增程式电动汽车的概念和特点增程式电动汽车的概念:是以电能为主要驱动能源、发动机为辅助动力源的一种兼有外接电源充电和车载自供电功能的电动汽车。增程式电动汽车的特点：1、可以缩小动力电池的容量，降低成本，且增大了续驶里程2、可外接充电，进能源利用率高，结构简单采取电池扩容的方式，增加续驶里程3、电能充足的条件下行驶时，发动机不参与工作，采用电机直驱，结构简单河南科技大学3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.1串联式结构根据混合动力系统的混合方式，PHEV的混合动力系统主要分为串联式、并联式和混联式三种类型。右图系统中有两个电源，即动力电池和发电机。这两个电源通过逆变器串联在回路中，动力的流向为串联，所以称为串联式混合动力系统。串联式混合动力系统河南科技大学3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.1串联式结构串联插电式混合动力系统在早期的城市公交车上应用，该系统可以实现以下工作模式：发动机关闭，车辆驱动能量完全来自动力电池1、电池供电模式当动力电池荷电状态小于目标SOC值后，动力电池不再向电动机供电。2、发动机/发电机供电模式车辆驱动能量同时来自发动机和动力电池用于车辆加速和爬坡行驶工况。3、混合供电模式发动机的机械能转化成电能分配给电机和动力电池4、发动机/发电机供电并给电池充电模式把来自车轮的动能转化为电能，给动力电池充电。5、回馈制动模式发电机把来自发动机的机械能转化为电能给动力电池充电6、电池充电模式河南科技大学3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.1串联式结构串联式结构的PHEV的优缺点是：优点①可控制发动机可以工作在其速度−转矩图的任何点上②可控制发动机总是工作在最低油耗区③在电量充足时，能够完全实现零排放④动力总成的控制策略简单缺点①为满足汽车动力性需要匹配较大功率的电动机②在车辆需求功率较大的工况行驶时，动力电池需要高电流放电，电能损耗大③在电量低需要充电时，能量总体损失比较大，转化效率低河南科技大学3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.2并联式结构并联式混合系统节油率高于串联式系统，一般在25%左右，在一定程度上取代了串联式系统，目前在公交车辆上还有一定应用。并联式混合动力系统并联式混合动力系统其中电机既可作为电动机使用，也可作为发电机使用。采用并联式混合动力系统的汽车有两个独立的驱动系统，即传统的发动机驱动系统和电机驱动系统。河南科技大学3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.2并联式结构并联式插电式混合动力系统主要有以下五种运行模式：1、单电机驱动模式：当动力电池SOC较大且汽车需求功率较小时，车辆由动力电池单独提供电能，驱动电动机从而驱动汽车2、单发动机驱动模式：当动力电池SOC下降到一定目标值且车辆需求功率不大时，车辆由发动机单独驱动。此时，电机处于关闭状态3、混合驱动模式：当车辆需求功率较大，发动机或电机单独驱动无法满足车辆需求功率时，车辆由发动机和电机共同牵引驱动4、行车充电模式：当发动机提供的功率大于驱动车辆所需的功率时，一部分功率直接驱动车辆，另一部分供给电机使其工作在发电机状态，将多余的功率充入电池5、再生制动模式：在汽车制动过程中，将一部分制动能量转化为电能并存储在动力电池中，此时电机充当发电机使用。河南科技大学并联式结构的PHEV的优缺点是：优点①发动机和电机都可以直接向传动系统提供转矩，不存在多次能量形式的转换，因而能量损失较小②并联式结构存在两个动力源，因此可以匹配额定功率较小的电机、发动机，制造成本较低缺点①发动机和驱动轮间还是机械连接，因此发动机的工作点不可能总处于最佳区域，发动机效率得不到充分发挥②需要搭载变速器，且适合搭载自动变速器3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.2并联式结构河南科技大学3.2插电式混合动力（增程式）电动汽车的结构3.2.3混联式结构混联式混合系统节油率普遍高于串联式和并联式的系统，一般在40%左右，在乘用车和城市公交车上都有普遍的应用。混联式混合动力系统混联插电式混合动力系统无论汽车的运行工况多么复杂、多变，都能使动力系统工作在最优状态，实现较好的燃油经济性和排放性，在NEDC循环工况下，采用该方式汽车的节油率可达40%。河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车PHEV在乘用车和商用车领域都有商业化的示范：在乘用车领域以丰田的插电式普锐斯为代表采用并联式以比亚迪F3DM为代表在客车领域以宇通新能源客车为代表普锐斯PHEV透视图丰田普锐斯汽车插电式车由动力电池、发动机、混合动力总成（电机MG1、电机MG2、动力分配机构及电机减速机构）、车载充电器、充电用电线、燃油箱等组成。河南科技大学普锐斯车载电源系统采用额定电压为345.6V、电量为5.2kW·h的锰酸锂电池。通过逆变器供电时，直流电压为345.6V升压到650V，充电式从650V的交流电降压为345.6V的直流电。普锐斯混合动力系统采用的混联结构，在此动力系统中，可以同时使用双擎动力驱动汽车行驶，同时产生剩余电力还可以再回收。普锐斯插电式构型3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车普锐斯动力总成和传递机构主要由电机MGI、电机MG2、动力分配行星排、减速行星排、过渡齿轮、主减速器和差速器（未画出）等组成。普锐斯插电式混合动力总成机构组件在减速行星排中，行星架固定，太阳轮与MG2相连，齿圈与动力分配行星排的齿圈相连。MG2的动力经过减速行星排减速增矩后，也通过过渡齿轮向主减速器输出。河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车发动机停车起动模式下总成组件工作情况和行星排转速杠杆模拟图停车状态下，驱动轮停止转动，动力分配行星排的齿圈也停止转动。MG1以电动方式工作，带动太阳轮旋转，并通过行星架起动发动机。发动机停车起动模式河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车停车充电模式下总成组件工作情况和行星排转速杠杆模拟图车辆在停车状态下，如果电池SOC处于正常值范围内，则发动机、MG1和MG2都停止工作。如果SOC下降到设定值，则控制系统起动发动机，通过动力分配行星排把发动机动力传递给MG1发电，为电池充电。停车充电模式河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车起步和低负荷模式1下总成组件工作情况和行星排转速杠杆模拟图在电池SOC处于正常范围时，系统只靠MG2输出驱动力使车辆起步和低负荷行驶。此时发动机停止工作，MG1空转不发电。起步和低负荷模式1（SOC正常）河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车起步和低负荷模式2下总成组件工作情况和行星排转速杠杆模拟图在SOC下降到设定值时，发动机起动，其输出动力被分成两部分：一部分直接流向主减速器驱动车辆；另一部分驱动MG1发电。MG1发出的电能又被分成两部分：一部分供给MG2驱动车辆；另一部分为电池充电。起步和低负荷模式2（SOC低）河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车巡航模式下总成组件的工作情况和行星排转速杠杆模拟图车辆在巡航模式下，发动机运转在高效区域，主要以发动机的动力驱动车辆，发动机动力被动力分配机构分为两路：一路作为驱动力传递给驱动轮；另一路驱动MG1发电，并用该电力驱动MG2，辅助驱动车辆。巡航模式河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车加速模式下总成组件的工作情况和行星排转速杠杆模拟图车辆从定速行驶开始实施加速，在提高发动机功率和MG1发电量的同时，电池也向MG2提供电能，增大驱动转矩，提升整车驱动能力。加速模式河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车制动能量回馈模式下总成组件的工作情况和行星排转速杠杆模拟图车辆减速或制动时，在电池的SOC允许的情况下，车辆动能通过驱动轮驱动MG2以发电机方式工作，将动能转换为电能，给电池充电。制动能量回馈模式河南科技大学3.3插电式混合动力电动汽车的典型案例3.3.1丰田插电式普锐斯混合动力轿车倒车模式下总成组件的工作情况和行星排转速杠杆模拟图在电池SOC处于