- 新能源汽車結構與原理
- 瑞佩爾主編
- 4236字
- 2019-12-20 15:38:10
項目2 油電混動車型運行原理
2.2.1 串聯式混合動力系統結構原理
在串聯式混合動力系統中，電動機轉動車輪，發動機利用發電機作為電動機的電源，以奧迪A1 e-tron車型為例，該車型是配備增程器的車輛之一（RXBEV）。它由一個發動機和兩個電動機驅動，發動機未配備至驅動橋的機械連接。該車輛僅配備電動驅動。
發動機僅驅動電動機1，其作為發電機使用，并在車輛行駛時對高壓蓄電池充電。在該供能下，發動機以高輸出和低油耗高效運作。該構造使得車輛行程增加。該高壓蓄電池主要由外部充電。
當發動機和電動機1作為交流發電機對車輛進行再充電時，其可被視作備用發電機。除了高壓系統，車輛還帶有12V車載供電轉換器和12V車載供電蓄電池。其組成部件見圖2-9。串聯式混合動力系統工作模式及運行原理見表2-1。
圖2-9 串聯式混合動力系統結構
表2-1 串聯式混合動力系統工作模式及運行原理
奧迪A1 e-tron車型高壓系統部件分布如圖2-10所示、奧迪A3 e-tron車型高壓系統部件分布如圖2-11所示。
圖2-10 奧迪A1 e-tron增程型電動汽車高壓系統部件分布
圖2-11 奧迪A3 e-tron車型高壓系統部件分布
2.2.2 并聯式混合動力系統結構原理
在并聯式混合動力系統中，發動機和電動機/發電機均直接轉動車輪。在車輛行駛過程中，除了補充發動機的動力外，電動機/發電機還可作為發電機為HV蓄電池充電，也可僅使用電動機/發電機驅動車輛，其組成部件見圖2-12。并聯式混合動力系統工作模式及運行原理見表2-2。
圖2-12 并聯式混合動力系統結構
表2-2 并聯式混合動力系統工作模式及運行原理
本田IMA系統是非常典型的并聯式混合動力系統，至今已發展到第六代并應用在本田最新的CR-Z、思域、飛度等車型上。以思域為例，IMA并聯式混合動力系統如圖2-13所示。
圖2-13 本田IMA并聯式混合動力系統
IMA系統由四個主要部件構成，即發動機、電動機、CVT變速箱以及IPU智能動力單元，如圖2-14所示。電動機取代了傳統的飛輪用于保持曲軸的運轉慣性。
圖2-14 思域混合汽車IMA系統組成
IMA系統的IPU智能動力單元是由PCU動力控制單元和電池組成。其中PCU又包括BCM電池監控模塊、MCM電機控制模塊以及MDM電機驅動模塊組成，如圖2-15所示。
圖2-15 本田思域混合動力汽車IPU模塊
GLE 500 e 4MATIC的混合動力變速箱是所謂的P2混合動力系統，系統主要部件如圖2-16所示。在P2混合動力系統中，內燃機通過NAK驅動電動機的轉子。這種布置可將電動機轉數與內燃機的轉數分開。除了傳統的驅動模式，還提供以下功能或運行模式：發動機啟動/停止、能量回收、助力（內燃機的電支持）、純電動行駛。
圖2-16
圖2-16 奔馳GLE 500 e 4MATIC車型P2混合動力系統部件
1—充電裝置供電插座與充電裝置之間的線束（可單獨更換）；2—充電器和高電壓蓄電池之間的線束；3—DC/DC轉換器和高電壓蓄電池之間的線束；4—高電壓蓄電池和電力電子裝置控制單元高電壓配電板之間的線束（可單獨更換）；5—電力電子裝置控制單元高電壓配電板；6—電力電子裝置控制單元高電壓配電板和電動機之間的線束（僅可連同線束8一起更換）；7—電力電子裝置控制單元高電壓配電板和高電壓PTC加熱器（N33/5）之間的線束（可單獨更換）；8—電力電子裝置控制單元高電壓配電板和電動制冷劑壓縮機之間的線束（僅可連同線束6一起更換）；9—低溫回路2膨脹容器；10—熱交換器；11—低溫回路2散熱器；12—低溫回路1散熱器；A79/1—電動機；A79/1b1—電動機溫度傳感器；A100—高電壓蓄電池模塊；A100b1—高電壓蓄電池冷卻液入口的溫度傳感器；A100b2—高電壓蓄電池單元的溫度傳感器；A100g1—高電壓蓄電池；A100s1—接觸器；G1—車載電氣系統蓄電池；L20—電動機轉子位置傳感器；M42—電動變速箱油泵；M43/6—低溫回路循環泵1；M43/7—低溫回路循環泵2；N33/5—高電壓PTC加熱器；N82/2—蓄電池管理系統控制單元；N83/1—DC/DC轉換器控制單元；N83/5—車載充電裝置；N129/1—電力電子裝置控制單元；X58/23—充電裝置供電插座；Y73/2—低溫回路轉換閥2；Y110—高電壓蓄電池冷卻裝置膨脹閥；Y140—高電壓蓄電池冷卻裝置轉換閥
純電動行駛的最高速度可達130km/h。電能儲存在一個能源容量為8.8kW·h的鋰離子蓄電池中，該蓄電池可外接公共充電站、家里的壁掛式充電盒或普通的220V插座進行充電。
如圖2-17所示為奔馳新款C級插電式混合動力（PLUG-IN HYBRID）C350車型混合動力部件。該系列混合動力驅動采用P2混合動力系統模式。
圖2-17 奔馳C350 PHEV（W205）車型混合動力部件位置
1—高電壓電纜；2—冷卻液管路；3—熱交換器；4—再生制動系統［制動助力器和電控車輛穩定行駛系統（ESP）控制單元］；A79/1—電動機；A100—高電壓蓄電池模塊（蓄電池、接觸器、冷卻液入口的溫度傳感器、高電壓蓄電池單元溫度傳感器）；G1—車載電網蓄電池；M43/7—低溫回路循環泵2；N33/5—高電壓正溫度系數（PTC）輔助加熱器；N82/2—蓄電池管理控制單元；N83/5—充電器（車載充電器）；N129/1—電力電子裝置控制單元；X58/23—充電裝置供電插座；Y32/2—低溫回路轉換閥2；Y140—高電壓蓄電池冷卻轉換閥；B10/13—低溫回路溫度傳感器；M43/6—低溫回路循環泵1
表2-3為該系統的相關技術參數。
表2-3 奔馳C350 PHEV車型混合動力系統的相關技術參數
路虎Land Rover混合動力電動汽車（HEV）是配備單軸并聯式驅動系統的全混合動力車輛，兩個動力源串聯布置到一個單軸內。軸在旋轉時向變速器提供驅動。系統主要部件分布如圖2-18所示。
圖2-18 路虎攬勝HEV系統主要部件分布圖
1—全地形反饋適應系統開關組；2—高壓線纜；3—電動—發電機（MG）；4—ECM—包含車輛監控控制器（VSC）；5—電動真空泵（EVP）；6—電動水泵；7—中間溫度冷卻電路冷卻器；8—空調電壓縮機（eAC）；9—帶位置傳感器的制動踏板；10—儀表盤；11—電力變頻轉換器（EPIC）；12—高壓蓄電池（HVB）；13—蓄電池冷卻電路脫氣罐
英菲尼迪混合動力車型使用直接響應混合動力系統。該系統是由一個電動機、兩個離合器組成的并聯混合動力系統。以QX60車型為例，系統主要組成部件如圖2-19所示。
圖2-19 英菲尼迪QX60混合動力系統主要部件位置
2.2.3 混聯式混合動力系統結構原理
以大眾混合動力驅動系統為例，圖2-20所示為高爾夫6雙驅PHEV插電式混合動力車型結構示意圖。驅動系統主要由發動機、混合動力車輛傳動橋總成、帶轉換器的逆變器總成和HV蓄電池組成，采用混聯式混合動力系統。載有兩個電動機。其中一個電動機專門用作交流發電機或啟動電動機，另一個電動機用作電動機和交流發電機。兩個電動機和發動機通過離合器相互連接。
圖2-20 高爾夫6雙驅PHEV插電式混合動力車型結構示意圖
串聯式混合動力系統的工作模式及運行原理如表2-4所示。
表2-4 串聯式混合動力系統的工作模式及運行原理
奧迪Q7 e-tron車型便是一款混聯式混動汽車，該車主要部件組成如圖2-21所示。
圖2-21 奧迪Q7 e-tron柴油插電式混合動力車型主要部件組成
通用雪佛蘭邁銳寶XL、君越30H這兩款全混車型采用了相同的動力總成。通用智能電驅系統是它們的核心部件，見圖2-22。
圖2-22 通用用于全混車型的智能電驅系統拆解零件
采用單電動機方案，意味著發動機和電動機之間要么是串聯，要么是并聯，只能二選一，混動系統的工作模式比較少。采用雙電動機方案，則發動機和電動機之間是混聯，既可以串聯，又可以并聯。通用的智能電驅系統采用的是雙電動機方案。以雪佛蘭邁銳寶XL車型為例，該車混動系統主要部件組成如圖2-23所示。雪佛蘭沃藍達PHEV車型混動部件如圖2-24所示。
圖2-23 雪佛蘭邁銳寶XL全混動車型主要部件組成
圖2-24 雪佛蘭沃藍達PHEV車型混動部件
寶馬X1 xDrive 25Le（開發代碼：F49 PHEV）是一款第3代寶馬混動汽車。F49 PHEV是一款我國本土生產并配備鋰離子蓄電池的插電式混動汽車。寶馬X1 xDrive 25Le在純電力驅動條件可以行駛60km左右。寶馬X1 xDrive 25Le的驅動系統包括雙排氣渦輪增壓技術（B38A15M0）3缸汽油發動機、前驅動輪上的6速自動換擋裝置（AISIN F21 250FT）以及驅動后驅動齒輪的電動機。寶馬X1 xDrive 25Le是一款全混動汽車，配備鋰離子高壓蓄電池單元，該裝置可以通過家用插座進行充電。該車混動系統主要部件組成如圖2-25、圖2-26所示。
圖2-25 F49 PHEV驅動系統主要部件
1—3缸汽油發動機；2—6速自動變速箱；3—高壓啟動器電動發電機；4—高壓蓄電池單元；5—加壓油箱（35L）；6—電動機；7—電機電子裝置（EME）；8—減速裝置；9—便捷充電電子裝置KLE
圖2-26 F49 PHEV高壓組件的安裝位置
1—電動空調壓縮機（EKK）；2—高壓啟動電動發電機（HV—SGR）；3—電氣加熱裝置EH；4—充電插座；5—高壓蓄電池單元；6—電動機（EM）；7—電動機電子裝置（EME）；8—便捷充電電子裝置KLE
豐田混合動力系統英文縮寫為THS（Toyota Hybrid System）。豐田三代THS系統發展歷程如下。
1997年豐田公司開發出一代豐田混合動力系統，并安裝使用在豐田普銳斯車型。當時的電動機使用電壓為274V。
2003年4月，豐田公司開發出第二代混合動力系統即THS-Ⅱ，該系統使用在豐田普銳斯車型上，該系統組成部件如圖2-27所示。2005年12月普銳斯在我國長春下線，此時的電動機工作電壓達到了500V，并裝備1.5L的1NZ-FXE發動機配合電動機工作。第二代豐田混合動力系統比第一代在汽車的提速方面有明顯的改進。
圖2-27 普銳斯（THS-Ⅱ）混合動力系統組成部件
2009年4月，豐田在普銳斯車型上安裝了第三代混合動力系統。發動機排量改進為1.8L。在我國國內裝備5ZR-FXE發動機，國外裝備2ZR-FXE發動機，并將電動機工作電壓進一步提升到650V。同時采用電子水泵，空調壓縮機電壓提升到244.8V，并增加ECO和POWER模式以改善二代混合動力系統的提速性。
2.2.4 車橋獨立式混合動力系統
寶馬i8（研發代碼I12）采用了全新開發的驅動裝置。這種創新型驅動方案在車上組合使用了兩種高效的驅動裝置。由一個高效的3缸汽油發動機配合一個6擋自動變速箱進行后橋驅動，由一個電動機配合一個2擋手動變速箱進行前橋驅動，驅動部件分布如圖2-28所示。兩個驅動裝置的巧妙配合使得I12同時兼具了跑車的動力性能和緊湊型轎車的效率。
這種在寶馬上首次采用的車橋混合動力形式在沒有附加組件的情況下實現了可獨立調節的四輪驅動系統。前部和后部驅動力矩相互協調可確保傳動系統的高效性能，可根據不同行駛情況進行具體調節。
圖2-28 寶馬i8全驅電動汽車驅動部件分布
1—電動機；2—電機電子裝置EME；3—2擋手動變速箱；4—右側前橋半軸；5—發動機；6—右側后橋半軸；7—自動變速箱
采用車橋混合動力時，對車輛各車橋進行獨立驅動。路面是兩車橋間唯一的聯系。驅動車輛時，不僅可以單獨，而且也可以同時使用兩種傳動系統。高壓電池電量充足時可通過電動驅動裝置以零排放和低噪聲方式行駛較長距離。采取相應設計的發動機在配合電動驅動裝置使用的情況下也可實現較長可達里程并可在低油耗的情況下實現運動型駕駛方式。寶馬i8高壓系統部件分布如圖2-29所示，前后驅動系統傳動機構部件如圖2-30所示。
圖2-29 寶馬i8高壓系統部件分布
1—高電壓蓄電池；2—供電電子裝置；3—增程電動機或高電壓啟動發電機；4—電動機；5—發動機；6—變速箱；7—燃油箱；8—電源插頭
圖2-30 i8前后驅動系統傳動機構部件