第五章混合动力汽车课件.ppt

1、LOGO 混合动力汽车具有油电混合、气电混合、电电混合等多种不同的形式，即使对应其中的一种混合形式，由于动力传动系统的组成不同，仍存在多种不同的结构，在详细分析各种不同结构的定义、特点和工作原理之前，给出如下几个基本概念。概述LOGO 动力传动系。这是汽车上用于存储、转化和传递能量并使汽车获得运动能力的所有部件的总称，具体包括车载能量源、动力装置、传动系和其他辅助系统四部分。车载能量源。用于能量存储或进行能量的初始转化以向动力装置直接供能的所有部件的总称，由能量直接存储装置或能量存储、调节和转化装置组成。例如，对传统内燃机汽车，车载能量源为油箱（能量直接存储）；对燃料电池电动汽车，车载能量源由

2、氢气罐或储氢金属（能量存储）和燃料电池电堆（能量转化）两部分组成。概述LOGO 动力装置。用于把其他形式的能量转化为机械动能（旋转动能）的装置，并直接作为传动系的输入，如常规汽车上的内燃机、纯电动汽车上的电机等。传动系。用于调节和传递动力装置输出的动力，使之与汽车行驶时驱动轮处要求的理想动力达到较好匹配的所有部件的总称，具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能。传动系与动力装置配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。概述LOGO 辅助系统。用于从动力装置中获取动力，区别于直接驱动车辆，主要用于维持汽车良好的操控特性、舒适性等的所有部件的总称，

3、如转向助力系统、制动助力系统、空调系统（动力装置直接拖动）、辅助电气系统（12/24V发电机系统）等。概述LOGO概述LOGO概述LOGO 混合动力汽车是指汽车动力传动系由两个或多个能同时运转的单个动力传动系联合组成的汽车，汽车的行驶功率依据实际的汽车行驶状态由单个动力传动系单独或多个动力传动系共同提供。相比常规内燃机汽车和纯电动汽车，下图所示的混合动力汽车动力传动系增加了整车能量管理和综合控制系统，其主要作用在于以优化发动机的工作效率为目标，协调发动机和驱动电机之间的动力分配，同时进行动力电池组的电量管理。概述LOGO 概述LOGO 依据组成混合动力汽车的两个或多个能同时运转的单个动力传动系

4、之间动力联合位置的不同，混合动力汽车还具有串联、并联和混联三种基本的类型。串联混合动力汽车的概念串联混合动力汽车的概念 串联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构，其单个动力传动系间的联合是车载能量源环节的联合，即非直接用于驱动汽车的能量的联合，并同时向动力装置供能。概述LOGO 串联混合动力汽车串联混合动力汽车概述LOGO 串联混合动力汽车具有如下特点：串联混合动力汽车具有如下特点：1、车载能量源环节的混合。2、单一的动力装置。3、车载能量源由两个以上的能量联合组成。概述LOGO 串联混合动力汽车串联混合动力汽车 串联混合动力汽车实现了车载能量源的多样化，可充分发挥各种能量源的优势，并通过

5、适当的控制实现它们的最佳组合，满足汽车行驶的各种特殊要求，例如，采用发动机-发电机和动力电池组两种车载能量源的串联混合动力汽车即可满足汽车一定的零排放行驶里程，同时通过发动机-发电机的工作为动力电池组进行补充充电，延长了汽车的有效续驶里程，为实现纯电动汽车的实用化提供了解决方案。概述LOGO 并联混合动力汽车的概念并联混合动力汽车的概念 并联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构，其单个动力传动系间的联合是汽车动力或传动系环节的联合，通过对不同动力装置输出的驱动动能的联合或耦合，并经过相应的传动系输出到驱动轮，满足汽车的行驶要求。典型的并联混合动力汽车动力传动系如下图所示。概述LOGO 并联

6、混合动力汽车的概念并联混合动力汽车的概念 概述LOGO 并联混合动力汽车具有如下特点：并联混合动力汽车具有如下特点：1、机械动能的混合。2、具有两个或多个动力装置。3、每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。概述LOGO 并联混合动力汽车并联混合动力汽车 依据动力耦合方式的不同，并联混合动力汽车具有单轴联合式、双轴联合式和驱动力联合式3种布置方案，单轴联合式机械动力的耦合是在动力装置输出轴处完成的，传动系的输入为单轴。双轴联合式机械动力的耦合是在传动系的某个环节中完成的，通常称位于传动系中的这种耦合部件为动力耦合装置，它具有两个或多个输入轴，而输出轴仅有一根并直接与驱动轴相连。概述LOGO 并

7、联混合动力汽车并联混合动力汽车 驱动力联合式机械动力的混合是在汽车驱动轮处通过路面实现的。由于具有两套独立的动力传动系直接驱动汽车，所以在充分利用地面附着力方面具有优势，通过合理的控制，可大大改善汽车的动力性能，但系统组成比较庞大，控制复杂。概述LOGO概述LOGO 混联式混合动力汽车的概念混联式混合动力汽车的概念 为优化动力传动系的综合效率，充分发挥汽车的节能、低排放潜力，在实际应用中，混合动力汽车动力传动系并非单纯是简单的串联式结构或并联式结构，而是由串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构，即所谓的混联式结构。典型的混联式混合动力汽车动力传动系如图所示。概述LOGO 混联式混合动

8、力汽车的概念混联式混合动力汽车的概念 概述LOGO 混联式混合动力汽车的概念混联式混合动力汽车的概念 混联式混合动力汽车动力传动系中具有两个电机系统，即发电机和电机驱动系统，兼备了串联混合动力车载能量源的混合以及并联混合动力机械动能的混合，在实际应用中主要有两种方案，即开关式和功率分流式。概述LOGO 开关式混联式混合动力汽车开关式混联式混合动力汽车概述LOGO 功率分流式混联式混合动力汽车功率分流式混联式混合动力汽车概述LOGO 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 串联混合动力汽车的结构简图如下图所示，汽车由电动机-发电机驱动行驶，电机控制器的供电来自于发动机-发电机-发电

9、机控制器（以下简称发动机-发电机组）与动力电池组组成的串联式结构。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 整车综合控制器、电机控制器、发动机控制器、发电机控制器、电池管理系统等通过通信线缆连接组成整车控制系统，依据控制系统的状态信息以及驾驶人操控指令、车速等整车反馈信息，由整车控制器实施预订的控制策略，并输出指令到电机控制器，实施电动机-发电机的电动、发电控制，输出指令到发动机控制器、发电机控制器，实施发动机-发电机组的开关控制以及输出功率控制，输出指令到电池管理系统，实施动力电池组的充电、放电能量管理。混合动力汽车结构与原理

10、混合动力汽车结构与原理LOGO 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 1、当动力电池组具有较高的电量且动力电池组输出功率满足整车行驶功率需求时，串联混合动力汽车以纯电池组驱动模式工作，此时发动机-发电机组处于关机状太 2、当汽车以纯电池组驱动行驶时，若汽车减速制动，电动机-发电机工作于再生制动状态，汽车制动能量通过再生发电回收到动力电池组中，即工作于再生制动充电模式。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO

11、 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 3、当汽车加速或爬坡需要更大的功率输出且超出了动力电池组的输出功率限制时，发动机发电机组起动发电，并同动力电池组一起输出电功率，实施混合动力驱动工作模式。4、当动力电池组的电量不足且发动机-发电机组输出功率在驱动车辆的同时有富裕时，实施动力电池组强制补充充电工作模式。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 5、当动力电池组的电量不足且发动机-发电机组处于发电状态时，若汽车减速制动，电动机-发电机工作于再生制动状态，汽车制动能量通过再生发电与发动机-发电机组输出功率一起为动

12、力电池组充电，实施动力电池组的混合补充充电。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 串联混合动力汽车结构与原理串联混合动力汽车结构与原理 6、当动力电池组的电量在目标范围内，且发动机-发电机组输出功率满足汽车行驶功率需求时，为提高串联混合动力系统的能量利用效率，采用纯发动机驱动工作模式，此时发动机-发电机组输出功率与汽车行驶功率需求相等。7、若动力电池组的电量过低，为保证整车行驶的综合性能，需要对动力电池组进行停车补充充电，此时发动机-发电机组输出的功率全部用于为动力电池组进行补充充电。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 并联混合动力汽车结构与原理并联混合动力汽

13、车结构与原理 汽车的行驶动力由发动机、电动机-发电机通过机电耦合装置单独或联合提供。整车综合控制器、电机控制器、发动机控制器、电池管理系统等通过通信线缆连接组成整车控制系统，依据控制系统的状态信息以及驾驶人操控信号、车速等整车反馈信息，由整车控制器实施既定的控制策略，并输出指令到电机控制器，实施电动机-发电机的电动、发电控制，输出指令到发动机控制器，实施发动机的开关控制以及输出功率控制，输出指令到电池管理系统，实施动力电池组的充电、放电能量管理。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 并联混合动力汽车结构与原理并联混合动力汽车结构与原理 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原

14、理LOGO混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 并联混合动力汽车结构与原理并联混合动力汽车结构与原理 1、当动力电池组具有较高的电量且动力电池组输出功率满足整车行驶功率需求或整车需求功率较小时，为避免发动机工作于低负荷和低效率区，并联混合动力汽车以纯电动机驱动模式工作，此时发动机处于关机状态。2、当汽车以纯电动机驱动行驶时，若汽车减速制动，电动机-发电机工作于再生制动状态，汽车制动能量通过再生发电回收到动力电池组中，即工作于再生制动充电模式。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 并联混合动力汽车结构与原理并联混合动力汽车结构与原理 3、当汽车加速或爬坡需要更大的

15、功率输出时，发动机起动工作，并同电动机一起输出机械功力，经机电耦合装置后联合驱动汽车行驶，实施混合动力驱动工作模式。4、当动力电池组的电量不足且发动机输出功率在驱动汽车的同时有富裕时，电动机-发电机工作于发电模式，实施动力电池组强制补充充电工作模式。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 并联混合动力汽车结构与原理并联混合动力汽车结构与原理 5、当动力电池组的电量在目标范围内，且发动机输出功率满足汽车行驶功率需求时，为提高并联混合动力系统的能量利用效率，采用纯发动机驱动工作模式，此时发动机输出功率与汽车行驶功率需求相等。6、若动力电池组的电量过低，为保证整车行驶的综合性能，需要对

16、动力电池组进行停车补充充电，此时发动机输出的电功率全部用于为动力电池组进行补充充电，电动机-发电机工作于发电模式。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原理混联混合动力汽车结构与原理 混联混合动力汽车同时具备了并联混合动力汽车机电耦合以及串联混合动力汽车电电耦合的特点。汽车的行驶动力由发动机、电动机-发电机通过机电耦合装置单独或联合提供。电机控制器的供电来自于发动机、发电机组与动力电池组组成的串联式结构。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原理混联混合动力汽车结构与原理 整车综合控制器、电机控制器、发动机控制器、发电

17、机控制器、电池管理系统等通过通信线缆连接组成整车控制系统，依据控制系统的状态信息以及驾驶人操控信号、车速等整车反馈信息，由整车控制器实施既定的控制策略，并输出指令到电机控制器，实施电动机-发电机的电动、发电控制；输出指令到发动机控制器，实施发动机的开关控制以及输出功率控制；输出指令到发电机控制器，实施发电机的工作状态控制；输出指令到电池管理系统，实施动力电池组的充电、放电能量管理。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原理混联混合动力汽车结构与原理 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原理混联混合动力汽车结构与原理

18、1、当动力电池组具有较高的电量且动力电池组输出功率满足整车行驶功率需求或整车需求功率较小时，为避免发动机工作于低负荷和低效率区，混联混合动力汽车以纯电动机驱动模式工作，此时发动机处于关机状态。2、当汽车以纯电动机驱动行驶时，若汽车减速制动，电动机-发电机工作于再生制动状态，汽车制动能量通过再生发电回收到动力电池组中，即工作于再生制动充电模式。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原理混联混合动力汽车结构与原理 3、当汽车需求功率增加或动力电池组电量偏低时，发动机起动工作，若发动机输出功率满足汽车行驶功率且动力电池组不需要充电时，整车以纯发动机驱动模式工作，

19、此时动力电池组既不充电也不放电，发动机输出的功率分两部分，一部分直接输出到驱动轮，一部分经过发电机、电动机转化后输出到驱动轮。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原理混联混合动力汽车结构与原理 4、当汽车急加速需要更大的功率输出时，整车以混合动力驱动模式工作，此时发动机工作，动力电池组放电，发动机输出的功率分两部分，一部分直接输出到驱动轮，一部分经过发电机、电动机转化后输出到驱动轮。另外，动力电池组放电输出额外的电功率到电机控制器，使得电动机输出更大的功率，满足汽车总功率需求。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混联混合动力汽车结构与原

20、理混联混合动力汽车结构与原理 5、当动力电池组的电量不足且发动机输出功率在驱动汽车的同时有富裕时，实施动力电池组强制补充充电工作模式。此时，发动机工作，发动机输出的功率分三部分，一部分直接输出到驱动轮，一部分经过发电机、电动机转化后输出到驱动轮，一部分经过发电机后为动力电池组进行充电。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 对于丰田普锐斯混联混合动力汽车，汽车以纯电动机驱动模式起步，当汽车需求功率达到发动机起动门限时，发动机起动，汽车进入正常工作模式，如下图所示。发动机输出动力经过行星轮系分成两条路径，一条为驱动发电机发电，产生的电功率又直接输出到电动机-发电机，电动机-发电机电

21、动运转并驱动车轮；另-条直接驱动车轮，整车综合控制器自动对两条路径的动力进行最佳分配，以最大可能地优化系统效率。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 当汽车高速行驶需要较高的动力输出时，动力电池组进行放电，额外增大了电动机-发电机的输出功率，整车获得的功率为发动机输出功率与动力电池组放电功率之和，如下图所示。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 当汽车减速制动时，混合动力系统自动实施再生制动能量回收，如下图所示。当汽车遇到红绿灯停车时，发动机自动熄火，避免了

22、发动机怠速运转引起的不必要的油耗和污染物排放。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 插电式混合动力汽车结构与原理插电式混合动力汽车结构与原理 插电式混合动力汽车本身是一种混合动力汽车，区别在于其车载的动力电池组可以利用电力网（包括家用电源插座）进行补充充电，具有较长的纯电动行驶里程，必要时仍然可以工作在混合动力模式。因此，一般与混合动力汽车相比，插电式混合动力汽车具有较大容量的动力电池组、较大功率的电机驱动系统以及较小排量的发动机。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 插电式混合动力汽车结构与原理插电式混合动

23、力汽车结构与原理 混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 插电式混合动力汽车结构与原理插电式混合动力汽车结构与原理 插电式混合动力汽车的工作原理如下：当动力电池组通过电力网充满电后，汽车优先以纯电池组驱动模式工作；直至动力电池组电量达到纯电池组驱动模式工作的下限时，发动机起动，整车自动切入常规混合动力汽车控制模式，动力电池组在满足混合动力行驶功率需求的前提下，维持在一个较低的电量状态，直至下一次通过电力网充满电。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 增程式电动汽车结构与原理增程式电动汽车结构与原理 增程式电动汽车本身是一种串联式混合动力汽车，其设计理念是在纯电动汽

24、车动力传动系的基础上，增加一个增程器（通常为小功率的发动机-发电机组或燃料电池发电系统等），延长动力电池组一次充电续驶里程，满足日常行驶的需要。相比纯电动汽车，增程式电动汽车可以采用较小容量的动力电池组，有利于降低动力电池组的成本。相比串联混合动力汽车，增程器功率偏小，动力电池组容量配置偏高。混合动力汽车结构与原理混合动力汽车结构与原理LOGO 发动机发动机 在混合动力汽车上，发动机作为唯一的一个耗油部件，其性能和控制特性的好坏直接决定了整车的燃油经济性。由于混合动力汽车上还具备电机驱动系统以及动力电池组等电能存储单元，发动机的工作过程和控制特性与常规汽车发动机有了明显的区别，这也为混合动力汽

25、车中发动机的优化奠定了基础。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 发动机发动机 1、具有怠速工作工况。2、采用奥托循环，部分负荷燃油消耗率高，泵气损失大，小膨胀比。3、传统奥托循环发动机通过加浓混合气满足输出功率增加的需要，浓混合气在发动机内并不能完全被利用，降低了燃油利用率。4、为满足整车动力性要求，发动机后备功率大，大部分工作于低负荷非经济区域混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 发动机发动机 在混合动力汽车中，由于电机驱动系统的参与，发动机的工作过程有了优化的基础。例如，可采用小径的曲轴，减小发动机相对运动体的摩擦；采用阿特金森循环，设计非常小的燃烧室，显

26、著地降低排气损失和节流损失。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 发动机发动机 阿特金森循环发动机混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 发动机发动机 阿特金森循环与奥托循环的对比混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 发动机发动机 阿特金森循环发动机是在奥托循环发动机的基础上增加了一个回流过程，即包括进气、回流、压缩、膨胀和排气5个过程。阿特金森循环利用进气门晚关而不是节气门来控制负荷。进气门晚关时刻是由气缸内充气量的多少来决定的。气门关闭后才是压缩冲程的实际开始点，而膨胀冲程还是和原奥托循环相似或稍长，这就减少了进气过程的泵气损失和压缩冲程压缩功

27、。膨胀比大于压缩比更利于将热能转换为机械能，提高发动机的指示热效率。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置 动力耦合装置是混合动力汽车实施两条或多条独立动力传动系，联合输出动力的所有部件的统称。具体到串联混合动力汽车为电电耦合装置，具体到并联混合动力汽车为机电耦合装置。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置 1、电电耦合装置、电电耦合装置 在串联混合动力汽车中，发动机-发电机组输出的直流电与动力电池组输出的直流电经过电电耦合装置的调整后，共同向电机控制器提供电能，在实际的应用中有下图5所示的几种典型方案。混合动力汽

28、车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 动力耦合装置动力耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 在并联混合动力汽车中，机电耦合装置负责将混合动力汽车的多个动力装置的输出机械动力组合在一起，实现多机械动力间合理的分配并传给驱动桥，实现各种

29、工作模式，在并联混合动力汽车开发中处于重要地位。混合动力汽车机电耦合装置应具有以下4个功能：1、动力合成功能，将来自不同动力装置的机械动力进行动力的合成，实现混合动力驱动工作模式。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 2、动力输出不干涉功能，机电耦合装置应保证来自不同动力装置的机械动力单独地输出或让多个动力装置共同输出以驱动汽车行驶，彼此之间不发生运动干涉，不影响传动效率。3、动力分解与能量回馈功能，机电耦合装置应允许将发动机动力的全部或一部分传递给电机，电机以发电模式工作，为动力电池组充电，还可以在整车制动时，实施再生制动，回收制动能量。混合动力汽车

30、的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 4、辅助功能，机电耦合装置最好能充分发挥电机低速大转矩的特点来实现整车起步，利用电机的反转来实现倒车，从而取消倒档机构。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 从机电耦合装置实现动力耦合的机理出发，具体可分为转矩耦合、转速耦合和功率耦合三大类。1、转矩耦合装置 转矩耦合装置定义为两个动力装置输出机械转矩的叠加，而工作转速之间为比例关系，数学表达式为混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 典型的转矩耦合装置有两大类，即传动系耦合和同轴电机耦合。混合动

31、力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 2、转速耦合装置 转速耦合装置定义为两个动力装置工作转速的叠加，而输出转矩之间为比例关系，数学表达式为：混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 典型的转速耦合装置有两大类，即行星排耦合和定子浮动式电机耦合。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 行星排是混合动力汽车机电耦合装置中经常使

32、用的机构，按照形式不同又可分为单行星排、双行星排和多行星排。单行星排耦合系统稳态下其输入输出之间存在如下关系：混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 单行星排耦合系统混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 定子浮动式电机耦合系统输入与输出之间的关系为：混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 3、功率耦合装置 功率耦合装置兼顾了转速耦合和转矩耦合的特点，其输出转矩为两个动力装置输出转矩的线性和，其工作转速为两个动力装置工作转速的线性和，即下面两个公式同时成立。混合动力汽车的关键

33、部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 3、功率耦合装置 功率耦合装置兼顾了转速耦合和转矩耦合的特点，其输出转矩为两个动力装置输出转矩的线性和，其工作转速为两个动力装置工作转速的线性和，即下面两个公式同时成立。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置 典型的功率耦合装置实施方案混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动

34、力汽车的关键部件LOGO 机电耦合装置机电耦合装置混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 整车综合控制器整车综合控制器 整车综合控制器是混合动力汽车的关键部件，它基于驾驶人的操控指令、车速等整车的状态信息、混合动力系统组成部件的状态信息等，实施驾驶人的指令解析、依据制定的控制策略进行动力分配控制、依据动力电池组等的能量状态进行能量管理、对混合动力系统组成部件进行信息监控和故障诊断等，并输出合理的指令到电机、发动机以及动力耦合装置等，满足汽车的行驶要求。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 整车综合控制器整车综合控制器 整车综合控制器硬件包括微处理器、电源及保护电路

35、模块、CAN通信模块、A/D模块、I/O接口、调试模块等。整车综合控制器软件包括四部分：芯片使用模块的初始化、信息采集和控制指令的发送、整车动力分配和能量管理策略、系统状态监控和故障诊断。混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 整车综合控制器整车综合控制器混合动力汽车的关键部件混合动力汽车的关键部件LOGO 丰田普锐斯混合动力汽车丰田普锐斯混合动力汽车 丰田公司于1997年开始销售普锐斯混合动力汽车，为5座小型轿车。它是世界上第一款大批量生产的商业用途的混合动力车型。丰田普锐斯混合动力系统由汽油发动机和电动机组成，采用丰田汽车公司自行开发的丰田混合动力系统（THS，Toyota

36、Hybrid System）。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田普锐斯混合动力汽车丰田普锐斯混合动力汽车 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统（丰田混合动力系统（THS）组成）组成 丰田混合动力系统（THS）使用汽油机和电动机两种动力，通过串联与并联相结合的方式进行工作，达到了低排放的效果。丰田混合动力系统的主要部件在车上的位置见下图。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统（丰田混合动力系统（THS）组成）组成 1、HV变速驱动桥。混合动力车辆（HV）变速驱

37、动桥由发电机（MG1）、电动机（MG2）和行星齿轮组组成。2、HV蓄电池。在起步、加速和上坡时，将制动时或制动踏板未被踩下时，再次充入的电能提供给电动机（MG2）。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统（丰田混合动力系统（THS）组成）组成 3、变频器总成。此设备用于将高压DC（HV蓄电池）转换为AC（发电机（MG1）和电动机（MG2），反之亦然（AC转为DC）。包括增压转换器、DC/DC转换器和空调变频器。4、HV ECU。接收每个传感器及ECU（发动机ECU、蓄电池ECU、制动防滑控制ECU和EPS ECU）的信息，根据此信息计算所需的扭矩和输出功率。混合动力汽车实例混

38、合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统（丰田混合动力系统（THS）组成）组成 5、发动机ECU。根据接收来自HV ECU的目标发动机转速和所需的发动机动力，进而起动ETCS-I（智能电子节气门控制系统）。6、蓄电池ECU。监控HV蓄电池的充电状态。7、制动防滑控制ECU。控制电动机（MG2）产生的再生制动以及控制液压制动，使总制动力等于仅配备液压制动的传统车辆。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统（丰田混合动力系统（THS）组成）组成 8、加速踏板位置传感器。将加速踏板角度转换为电信号并输出到HV ECU。9、档位传感器。将档位转换为电信号并输出到 HV ECU。10、

39、SMR（系统主继电器）。用来自HV ECU的信号连接或断开蓄电池和变频器总成间的高压电路。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统（丰田混合动力系统（THS）组成）组成 11、互锁开关（用于变频器盖和检修塞）。确认变频器盖和检修塞均已安装完毕。12、断路器传感器。如果检测到车辆发生碰撞，则切断高压电路。13、检修塞。在检查或维修车辆时，要拆下此塞，关闭HV蓄电池高压电路。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 汽车工作模式汽车工作模式 根据行驶条件的不同，汽车在稳定运行过程中，可能处于以下工作状态，最大限度地适应车辆的行驶状况。1、电动机（MG2）接收来自HV蓄电池的电能，

40、以驱动车辆。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 汽车工作模式汽车工作模式 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 汽车工作模式汽车工作模式 2、发动机通过行星齿轮驱动车辆时，发电机（MG1）由发动机通过行星齿轮带动旋转，为电动机（MG2）提供产生的电能。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 汽车工作模式汽车工作模式 3、发电机（MG1）由发动机通过行星齿轮带动旋转，为HV蓄电池充电。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 汽车工作模式汽车工作模式 4、车辆减速时，车轮的动能被回收并转化为电能，并通过电动机（MG2）为HV蓄电池再次充电。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰

41、田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 发电机（发电机（MG1）和电动机（）和电动机（MG2）发电机（MG1）和电动机（MG2）结构紧凑、重量轻、高效，为交流永磁铁同步型电动/发电机。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系

42、统的主要部件 发电机（发电机（MG1）和电动机（）和电动机（MG2）发电机（MG1）和电动机（MG2）为永磁电机。其三相交流电经过定子线圈的三相绕组时，电机内产生旋转磁场。通过以转子的旋转位置和转速控制旋转磁场从而使转子的永磁铁受到旋转磁场的吸引产生扭矩，产生的转矩可用于与电流相匹配的所有用途，而转速由交流电的频率控制。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成 变频器将HV蓄电池的高压直流电转换为三相交流电来驱动发电机（MG1）和电动机（MG2）。功率晶体管的启动由HV ECU控

43、制。此外，变频器将用于电流控制（如输出电流或电压）的信息传输到HV ECU。变频器和发电机（MG1）、电动机（MG2）一起，由发动机冷却系统分离的专用散热器冷却。如果车辆发生碰撞。则安装在变速器内部的断路会检测到碰撞信号来关停系统。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成 变频器总成中的增压转换器将HV蓄电池DC201.6V的额定电压提升到DC500V，提升电压后，变频器将直流电转换为交流电。发电机（MG

44、1）、电动机（MG2）桥电路和信号处理/保护功能处理器已集成在IPM（智能动力模块）中，变频器总成中的空调变频器为空调系统中的电动变频压缩机供电。将变频器散热器和发动机散热器集成为一体，更加合理地利用了发动机室内的空间。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成 1、增压转换器 增压转换器将HV蓄电池输出的额定电压DC 201.6V增压到DC 500V的最高电压。转换器包括增压IPM（集成功率模块），IGBT（绝缘栅双极性晶体管）。通过这些组件，转换器将电压升高。混合动力汽车实例混

45、合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成 2、DC/DC转换器 车辆的辅助设备，如车灯、音响系统、空调系统（除空调压缩机）和ECU，它们由DC 12V的供电系统供电。由于THS发电机输出额定电压为DC 201.6V，因此，需要转换器将这个电压降低到 DC 12V来为备用蓄电池充电。这个转换器安装于变频器的下部。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总

46、成混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成 3、空调变频器 变频器总成中的空调变频器为空调系统中电动变频压缩机供电。变频器将HV蓄电池的额定电压DC 201.6 V转换为AC 201.6V来为空调系统中的压缩机供电。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 变频器总成变频器总成 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 电池组件电池组件 普锐斯采用镍-氢（Ni-MH）蓄电池作为HV蓄电池。这种HV蓄电池具有高能、

47、重量轻，使用时间较长等特点。车辆正常工作时，由于THS通过充电/放电来保持HV蓄电池SOC（充电状态）为恒定数值。因此，车辆不用依赖外部设备来充电。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 丰田混合动力系统的主要部件丰田混合动力系统的主要部件 电池组件电池组件 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 1997年，本田公司开发出第一代混合动力系统（Integrated Motor Assist，IMA）。1999年12月，搭载IMA系统的Insight混合动力车在美国正式上市，本田成为第一个在北美销售混合动力车的公司。2003年，装

48、配第二代IMA系统的四门小型轿车Civic投放市场，深受消费者欢迎，它们均为并联式混合动力车。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 1、IMA混合动力系统和工作过程混合动力系统和工作过程 第四代IMA系统的主要部件包括一个1.3L、VTEC 4缸汽油机，一个高功率的超薄永磁同步电动机，一个无级变速器和一个智能动力单元。智能动力单元由一个动力控制单元、一组高性能镍氢电池和一个空调控制单元组成。汽油机和电动机布置在车的前部，智能动

49、力单元布置在车的后部。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 1、IMA混合动力系统和工作过程混合动力系统和工作过程 (1)启动加速发动机以低速配气正时状态运转，同时电动机提供辅助能量。(2)急加速状态发动机以高速配气正时状态运转，此时电池会提供额外的功率给电动机与发动机共同驱动车辆，改善整车的加速性能。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 1、IMA混合动力系统

50、和工作过程混合动力系统和工作过程 (3)低速巡航状态发动机的4个气缸阀门全部关闭，燃烧停止，车辆以纯电动状态驱动车辆。(4)一般加速或高速巡航发动机以低速配气正时状态运转单独驱动车辆。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合动力汽车混合动力汽车 1、IMA混合动力系统和工作过程混合动力系统和工作过程 (5)减速状态发动机关闭，电动机此时作为一个发电机。在电动机控制传输系统的帮助下将机械能最大限度地转化为电能，存储到电池组中。(6)停车状态发动机自动关闭，减少燃料损失和排放。混合动力汽车实例混合动力汽车实例LOGO 本田本田Insight和和Civic混