优能工程师:并联式混合动力电动汽车驱动系统有哪些特点?
时间: 2024-06-19 13:26:25 | 作者: 按动力品牌
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并联式混合动力电动汽车(PHEIV)保留了与传统内燃机汽车相同的发动机及其传动系统,并联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电/电动机和动力蓄电池组等部件组成。由动力电池组一电动机所提供的动力在原车传动系统的某一处与发动机物理运动混合,或者发动机和电动机产生的力完全分开用以驱动不同的驱动桥并联式驱动系统能单独使用发动机或电动机作为动力源,也可以同时使用电动机与发动机作为动力源来驱动汽车。并联式混合电动汽车的结构形呵以看成传统的内燃机汽车附加了一个电力驱动系统。并联式混合动力电动汽车如图7—5所示。
并联式混合动力电动汽车的混合动力驱动系统完成发动机和驱动电动机的机械耦合,机械耦合可以是转矩耦合、转速耦合或转矩耦合和转速耦合的组合。所谓转矩耦合是把发动机和驱动电动机的转矩一起相加,用于车辆驱动,此时混合动力驱动系统的输出转矩是发动机输出转矩和驱动电动机输出转矩的叠加,而发动机和电动机的转速必须相同或成比例。转矩耦合也表述为把发动机转矩分解为两部分:分别用于驱动车辆和蓄电池组充电。所谓转速耦合是把发动机和驱动电动机的转速叠加输出,此时混合动力驱动系统的输出转速是发动机输出转速和驱动电动机输出转速的叠加,而发动机和电动机的转矩必须相同或成比例。
实现转矩耦合的装置能是相啮合的齿轮(如变速器)、皮带传动、传动轴等物理运动装置。转矩耦合的并联式混合动力驱动系统存在着多种结构及形式,这里按照发动机动力输出轴与电动机输出轴的关系将转矩耦合驱动系统分为两轴形式、单轴形式和分离轴形式。
①两轴形式 一种两轴式的转矩耦合驱动系统如图7-6所示,发动机动力经过传动装置(一般为变速器)传至转矩耦合器,电动机动力经过另一传动装置传至转矩耦合器,经过转矩耦合器输出转矩叠加传至车辆驱动桥或驱动轮。
②单轴形式 单轴形式的转矩耦合并联式混合动力驱动系统如图7—7所示,构造简单且紧凑,电动机转子起着转矩耦合装置的作用。图中,电动机转子轴成为发动机动力传统装置的一部分,发动机动力经过传动装置传至车辆驱动桥或驱动轮;电动机也通过动力经过传动装置传至车辆驱动桥或驱动轮;发动机、电动机同时工作是转矩在电动机转子轴上直接叠加,再经过传动装置传至车辆驱动桥或驱动轮。这种布置形式传动装置能布置在电动机的后端,电动机通过离合器与发动机相连;电动机也可以布置在传动装置之后。
③分离轴形式 分离轴形式的转矩耦合并联式混合动力驱动系统如图7-8所示,在这种形式中发动机驱动转矩通过传动系统传至一组驱动轮,电动机驱动转矩通过传动装置传至另一组驱动轮,来自发动机、电力驱动系统的驱动转矩通过车辆底盘和行车道路相叠加,在混合驱动模式时发动机与驱动电动机共同组成四轮驱动型式。
分离轴形式特别的一点是,当车辆处于停止状态时,动力蓄电池组不可能由发动机动力变换充电。
①装有行星齿轮机构的转速耦合并联式混合动力驱动系统 图7-9是一种装有行星齿轮机构的转速耦合并联式混合动力驱动系统,行星齿轮机构由太阳轮、行星架、齿圈组成,发动机通过离合器和传动装置(变速器)传递动力至行星齿轮机构中的太阳轮,制动器2用于制动太阳轮,驱动电动机通过一对齿轮将动力传至齿圈,制动器2用于制动齿圈;行星架输出动力,与车辆驱动桥相连。这种转速耦合的并联式混合动力驱动系统各种运行模式的工作情况如下。
a.发动机单独驱动车辆:制动器1不工作、制动器2工作,行星齿轮机构中齿圈固定,发动杌驱动动力传至太阳轮,行星架输出动力。
b.驱动电机单独驱动车辆:制动器1工作、制动器2不工作,行星齿轮机构中太阳轮固定,驱动电动机驱动动力传至齿圈,行星架输出动力。
c.发动机一驱动电机混合驱动:制动器1不工作、制动器2不工作,发动机驱动动力传至太阳轮,驱动电动机驱动动力传至齿圈,行星齿轮机构中的行星架输出动力;输入转速为行星架转速,是发动机和驱动电机转速的叠加。
d.再生制动:制动器1工作(发动机后传动系统分离离合器或变速器空挡)、制动器2不工作,驱动轮经行星齿轮机构中的行星架输入动力,传至电动机(运行在发电机状态),车辆行驶的动能转化为电能向动力电池充电。
e.发动机充电:其工作情况同驱动电机单独驱动车辆的情况,混合动力控制器或驱动电机控制器控制电动机运转在发电机状态,发动机驱动动力部分由发电机转化为电能,向动力电池组充电。
②装有浮动转子电机的转速耦合并联式混合动力驱动系统 图7-10是装有浮动转子电机的转速耦合并联式混合动力驱动系统,这种形式中的电动机转子位于发动机传动系统输出轴上,电动机定子或用制动器1连接车架(或承载式车身)或离合器锁定在转子轴(输出轴)上。
(3)转矩耦合一转速耦合组合形式的并联式混合动力驱动系统这种混合驱动系统行驶能轻松实现转矩耦合或转速耦合,即控制系统能在转矩耦合、转速耦合中进行选取其一,这为动力装置的运行方式和运行区域优化提供了更多可能。例如,在低速时,选取转矩耦合形式,适应高加速性能和爬坡能力的需求;在高速时,选取转速耦合形式,有利于保持发动机转速处于最佳运行区。图7-11是一种转矩耦合一转速耦合组合形式的并联式混合动力驱动系统,可以将这种驱动系统看成是图7-6表示的转矩耦合形式的驱动系统和图7-9表示的转速耦合形式的驱动系统的组合。在图7-11中,制动器1、制动器2与图7_g中的制动器1、制动器2作用一致,离合器1为发动机传统系统主离合器,离合器2、3用于对转矩耦合、转速耦合形式进行选取。当离合器3工作、离合器2不工作、电力驱动系统工作在转矩耦合形式时,行星齿轮传统机构不参作;当离合器3不工作、离合器2工作、电力驱动系统工作在转矩耦合形式时,行星齿轮传统机构参与工作。
并联式混合动力驱动系统形式繁多,各种驱动系统的形式及其耦合方式不同时,其特点亦有所差异,篇幅所限,在此不多叙述。
①由于发动机保持了与机械驱动系统的机械连接,与串联驱动系统相比,并联式驱动系统的发动机通过物理运动机构直接驱动汽车,没有SHEV在热能一电能一机械能的转换过程中的能量损耗。其能量的利用率相比来说较高,这使得并联式的燃油经济性一般比串联的要高。
②发动机与驱动电机两个动力总成的功率可以互相叠加起来满足汽车行驶的上限功率需求,系统可采用较小功率的发动机与电动机,电池总容量能比SHEV小,使得整车动力总成尺寸小,质量也较轻。
③以发动机驱动模式为主要驱动模式,其动力特性更加趋近于内燃机汽车;可利用现存技术,通用性好。与串联式相对比,并联式混合动力驱动系统具有如下缺点。
①发动机与驱动系统之间的机械连接,使得发动机的运行工况要受到汽车行驶工况的影响,当汽车行驶工况复杂时,发动机可能较多地在不良工况下运行,因此,并联驱动的排放比串联驱动的要差。
②PHEV增加了变速装置及动力复合装置,使物理运动装置变复杂,增加了整车布置的难度。
④PHEV的发动机与电力驱动系统两套系统协调工作需要较为复杂的控制管理系统。
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