模块2 混合动力汽车初探
项目1 混合动力汽车的分类
2.1.1 混合动力技术定义
Hybrid表示混合动力系统或混合动力技术。Hybrid一词来源于拉丁语“Hybrida”,含义指交叉或混合的事物。在技术上,Hybrid是指一套将两种互不相同的技术融合在一起的系统。当它应用于驱动方案时,Hybrid一词则被用于两种场合:双燃料驱动(在后文提到,参见本模块项目3油气混合车型)和混合动力技术。混合动力车型一般在车身上会标识“HYBRID”表明其身份。
混合动力指两种不同的动力系统的组合,它们以不同的工作原理工作。目前大家对混合动力技术的理解是一个发动机和一个电动机的组合。电动机可以用作产生电能的发电机、驱动车辆的电动机或发动机的起动机。其组成形式如图2-1所示。
图2-1 混合动力组成形式
2.1.2 根据混动程度分类
根据混动程度不同,混合动力系统可以分为以下三类。
(1)微混合动力系统
在这种动力方案中,电气组件(起动机/发电机)仅用于启动、停止功能。在制动时,部分动能可以转化为电能以重新利用(能量再生)。车辆无法通过纯电力驱动行驶。因发动机需要频繁启动,故对12V玻璃纤维蓄电池进行了升级改造。微混合动力系统组成形式如图2-2所示。
图2-2 微混合动力系统组成形式
(2)中度混合动力系统
电力驱动用来辅助发动机驱动车辆。车辆无法通过纯电力驱动行驶。利用中度混合动力系统可以在制动时回收更多的动能,并以电能的形式储存在高压蓄电池中。高压蓄电池及电气组件的额定电压和额定功率更高。由于电动机的辅助,发动机可以在最佳的效率范围内启动。这被称为负载点推移。中度混合动力系统组成形式如图2-3所示。
图2-3 中度混合动力系统
(3)全混合动力系统
这种系统将功率更强的电动机和发动机相结合,可以实现纯电力驱动。一旦达到规定条件,电动机即可辅助发动机的运行。低速行驶时,完全由电力驱动。发动机具备启动、停止功能。回收的制动能量可为高压蓄电池充电。发动机和电动机之间的离合器可以断开这两个系统之间的连接。发动机仅在需要时介入。该种混合动力系统组成形式如图2-4所示。
图2-4 全混合动力系统组成形式
2.1.3 根据混动模式分类
根据混合动力驱动模式,混合动力系统又可以分为以下四类。
(1)串联式混合动力系统
串联式混合动力系统由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间用串联方式组成串联式混合动力汽车动力单元系统,发动机驱动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车。该种驱动结构组成形式如图2-5所示。
图2-5 串联式混合动力系统组成形式
(2)并联式混合动力系统
并联式设计的特点是结构简单。这种技术通常用于对已有车辆进行“混合动力化”。发动机、电动机和变速箱安装于一根轴上。并联式混合动力系统通常配有一台电机。发动机和电动机各自输出功率的总和等于总输出功率。这种方案可以保留车辆上大部分的原有零部件。在四轮驱动车辆的并联混合动力设计中,四个车轮的驱动力由托森差速器和分动器传送。该种混动模式组成形式如图2-6所示。
图2-6 并联式混合动力系统组成形式
(3)混联式混合动力系统
混联式混合动力系统除配有发动机外,还配有一台电动机,二者均安装于前桥上。
驱动力由发动机和电动机共同提供,通过行星齿轮组传递给变速箱。与并联式混合动力系统设计不同,两种形式的动力输出并不能全部传递给车轮。其中一部分动力输出用于驱动车辆,而另一部分则以电能的形式储存在高压蓄电池中。这种混动模式组成形式如图2-7所示。
图2-7 混联式混合动力系统组成形式
(4)混串联式混合动力系统
混串联式混合动力系统是串联与混联两种混合动力系统的结合。车辆拥有一台发动机和两台电动机。发动机和电动机1安装于前桥上,电动机2则安装于后桥上。
这种方案适用于四轮驱动车辆。发动机和电动机1通过行星齿轮组连接至车辆变速箱。同样,在这种情况下,各动力源输出的动力并不全部传递给车轮。后桥上的电动机2会在需要时启动。由于这样的设计,高压蓄电池安装在车辆前、后桥之间。这种混动模式的组成形式如图2-8所示。
图2-8 混串联式混合动力系统组成形式