新能源汽车技术 第八章

本章要求:1.知道混合动力汽车的含义及控制策略；2.了解混合动力汽车分类和怠速起停功能；3.了解BSG(BAS)和ISG混合动力系统4.了解混合动力驱动系统的基本结构形式分析；5.了解丰田混合动力普锐斯。第八章混合动力电动汽车第一节混合动力定义和控制策略一、混合动力定义混合动力电动汽车的确切定义，根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议，混合动力电动汽车是指由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。二、混合动力汽车的节油控制策略三、总体控制方案混合动力汽车总体控制方案基本上分为两大类，即分布式和集成式。所谓分布式是指设置独立的整车控制单元，同时整车控制单元和各总成控制单元之间相互独立(至少在逻辑上)，混合动力系统属于多能源动力系统，各个子系统之间需要协调工作才能实现混合动力系统在各个工况下的功能，从而体现混合动力系统在提高燃油经济性和排放性能方面的优势。整个系统的控制策略主要由主控制器来完成。四、整车控制策略1.起动工况控制策略从发动机和电动机的转速—转矩特性图可知，初始起动阶段，发动机的转速和转矩成正比趋势，在转速较低时，发动机输出转矩较小，而电动机的转速、转矩成反比，在低转速下具有良好的转矩特性，为了克服传统轿车起动时，发动机在较大负荷下由静止达到稳定转速的过程中燃油经济性和排放都较差的问题。一般情况下都有电动机起动整车进入纯电动驱动工况，而当电池SOC低于设定的下限值时，由发动机起动整车。2.驱动行驶工况控制策略１)低速小负荷行驶工况。通过设定合理的发动机最小工作转矩和发动机最低工作转速，可在满足驾驶员行驶意图的同时，避免发动机工作于怠速与低转矩运行工况，从而大大改善了整车燃油经济性能和排放性能。２)中速中负荷行驶工况中速中负荷行驶工况(即巡航工况)是行驶的主要工况，该工况汽车的行驶功率全部由发动机提供。2.驱动行驶工况控制策略３)加速和高速行驶工况在加速和高速行驶工况，发动机和电动机必须联合协调工作，才能让汽车获得良好的动力性能。当电池SOC大于下限值SOC-low时，电动机和发动机共同工作驱动汽车行驶。４)减速制动工况控制策略在减速制动工况下，根据电池SOC和整车制动转矩需求，电机再生制动系统和机械制动系统可单独工作或同时工作。５)纯电动驱动工况当油箱燃油量小于一定值，或者为了满足周围环保需要，纯电动按钮被按下时，整车进入纯电动驱动工况。３.辅助驱动１)满足动力性需求的辅助驱动当驾驶员请求的转矩超过发动机的最大转矩时，HCU将控制电动机参与辅助驱动，满足整车的动力性需求。２)满足经济性的辅助驱动将发动机的工作区域稳定在经济的区域，ISG电动机参与的辅助驱动部分满足驾驶员的动力需求。4.发电功能１)一般行驶情况下发电转矩的计算公式:发电转矩＝发电请求转矩－驾驶员请求转矩，其中，发电请求转矩是根据高压电池SOC决定的，SOC越低则请求转矩越大，SOC越低则请求转矩越小。２)怠速情况下的发电公式:怠速时发电，主要是用来维持全车用电，如果高压电池SOC过低，同样需要发电来维持高压电池电量的平衡。5.再生制动功能(１)再生制动第一阶段，混合动力汽车在制动过程中可以通过ISG电动机实现能量回收的作用。再生制动可以分为两个阶段，再生制动第一阶段和再生制动第二阶段，汽车运行中，当离合完全结合，挡位在挡时，驾驶员未踩制动踏板，且松开油门踏板，进入再生制动第一阶段，制动力矩主要根据车速而来，车速越高，制动力矩越大。(２)再生力矩第二阶段，在再生制动第一阶段条件下，踩下制动踏板，进入再生制动第二阶段，制动力矩主要根据车速而来，车速越高，制动力矩越大。第二节混合动力汽车分类和怠速起停功能一、油电混合动力汽车分类

１.按串并联分类

2.按混合度分类

目前,按照混合度的分类说法也比较流行，按照我国汽车行业标准中对混合动力汽车的分类和定义，从电动机功率占发动机功率百分比多少分为:微混----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比小于等于5%。轻度混合----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比在5%~15%。中度混合----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比在15%~40%。重度混合-----电动机的峰值功率和发动机的额定功率比在40%以上。3.按能否外接电源进行充电

按能否外接电源进行充电，分为插电式混合动力(Plug-inHybridElectricVehicle)和非插电式混合动力。如图所示，插电式混合动力的特征是可由电能单独驱动，并配备一个大容量的可外部充电的蓄电池组，显著的特性是可通过外部电源进行充电，充电后可续航一定的里程。

二、混合动力起停(Stop-Start)系统

所谓的起停系统，其实就是一套可以在车辆怠速状态下自动关闭发动机从而起到降低油耗作用的系统，它可以在车辆怠速等待状态下(脚踩制动踏板后)关闭发动机，转由电动机驱动车内电器，而在驾驶员再次发动车辆的0.1~0.3s之内迅速作出反应，起动发动机。

第三节BSG(BAS)和ISG混合动力系统

1、BSG混合动力系统，即驱动皮带--发电机--起动机(BeltStarterGenerator或BeltAlternatorStarter)系统，也叫BASHybrid系统，。2、ISG(IntegratedStarterGenerator)是集成的具有起动机功能的发电机的缩写。BAS和ISG这两种动力系统目前只给发动机起助力作用，无法实现纯电驱动。一、BAS混合动力系统结构

君越BAS混合动力系统结构

二、BAS混合动力系统主要部件君越BAS混合动力主要零部件（一）

君越BAS混合动力主要零部件（二）

三、君越ECO-Hybrid油电混合动力车与传统汽车主要区别1.区别于传统发动机的仪表标志区别于传统内燃机的仪表标志有智能停机(Auto-Stop)标识，ECO指示灯(瞬时油耗<4L/100km时，电池充电状态(SOC指示表)。

2.Hybrid车型的制动系统。SGCM对HHV电磁阀进行PWM控制,在车辆从自动停止到发动机重新起动的过程中，SGCM控制坡路保持阀打开的速率，以缓慢降低制动压力的泄放，这样可以避免车辆起步前溜车的危险和车辆起步后制动拖滞的发生。3.ECO空调模式空调有三个模式:OFF，ECO和Normal，OFF:空调关闭，允许智能停机，ECO:即经济模式，空调运行，允许智能停机，Normal:即A/C模式，空调运行，不允许智能停机，按下ECO键，即可进入ECO经济模式。

4.BAS系统工作模式--自动停机模式如图所示，智能停机指发动机不供油，但电动机待命，踩下制动踏板至车辆停止，发动机自动停转。5.BAS系统工作模式--减速模式当加速踏板被释放后，燃油供应停止，车辆进入减速断油状态。

6.ECO指示灯点亮条件如图所示，当电池充电时，电池充电状态SOC指示表指针从L向H慢慢移动，起动机/发电机控制模块SGCM(Starter/GeneratorControlModule)控制智能充电。7.电控车速感应转向助力系统采用电动液压助力转向系统EHPS，有故障时仪表故障灯点亮，如图所示，此系统当高速行驶时，转向盘助力作用减小或者消失，路感增强，保障操控稳定，当速度降低，如转弯、倒车时，转向盘助力作用增大，操控轻盈，一个手指头都能拨得动转向盘。四、ISG混合动力系统ISG混合动力系统的车辆主要功能有怠速起停、再生制动、辅助驱动、发电功能、HCU(HybridControlUnit)混合动力控制单元会根据驾驶员请求(加速踏板踏下深度)、电池箱能量存储单元的状态(能允许放出的电量)、电驱动系统状态(停车、行车)以及整车车辆状态等控制ISG电动机的工作模式，自动实现以上功能。

1、奔驰400的混合动力系统结构2、奔驰ISG混合动力系统主要零部件3、奔驰400混合动力汽车电动机结构组合图4、奔驰400混合动力汽车电动机结构分解图第四节新能源客车结构形式和设计方案一、混合动力驱动系统的基本结构形式分析1.串联式的特点分析串联式是混合动力电动汽车中最简单的一种，发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，转换后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。2.并联式的特点分析与串联式混合动力电动汽车不同的是，并联式混合动力电动汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常通过采用不同的离合器来驱动车轮，可以采用发动机单独驱动、电力单独驱动或者发动机和发电机混合驱动三种工作模式驱动。

二、控制策略

控制策略是混合动力汽车的核心，它根据驾驶员意图和行驶工况，协调各动力部件间的能量流动，合理进行动力分配，优化车载能源，提高整车经济性，适当降低排放。１)当车速较低时，离合器分离，车辆由大功率电动机单独驱动，以纯电动方式运行。２)当车速较高时，当整车需求扭矩在发动机优化工作区间内，发动机单独工作，提供驱动转矩。３)当车辆加速行驶或负荷增大时，发动机与电动机同时提供驱动转矩。

三、混合动力客车系统结构(１)发动机+ISG电动机+离合器+主驱动电动机的动力；(２)发电机+发动机+主电动机+变速器；(３)发动机+离合器+主电动机+变速器；(４)发动机+液压电动机(压缩空气驱动)；(５)发电机+主电动机+发动机+离合器+变速器；(６)发动机+自动离合器+ISG电动机+离合器+变速器；(７)发动机+离合器+变速器+驱动桥+液压电动机+压缩空气；

第五节丰田混合动力普锐斯第二代丰田普锐斯(PRIUS)混合动力系统ꎬ搭载的混联式混合动力系统，如图所示，集合了各式混合动力系统的优势，普锐斯混联混合动力系统结构使用，停驶时自动停止发动机，减少能量浪费，更有效地控制发动机和电动机，加速反应快。

一、THS-Ⅱ电动机及驱动控制系统的特点在电动机和发电机之间采用AC500V高压电路传输，可以极大地降低动力传输中电能损耗ꎬ高效地传输动力，采用大功率电动机输出，提高电动机的利用率。当发动机工作效率低时，此系统可以将发动机停机，车辆依靠电机动力行驶，极大地增加了减速和制动过程中的能量回收，提高能量的利用率。

二、THS-Ⅱ电动机及驱动系统基本组成和工作原理1.电池舱内部件

2.电池箱内通风系统

3.高压系统主继电器