混合动力客车基本结构原理与恒通混合动力客车产品情况

封页恒通混合动力客车培训讲义

混合动力汽车根本结构原理及

恒通混合动力客车产品情况

提纲什么是新能源汽车?●新能源汽车包括◆混合动力汽车〔HEV〕、◆纯电动汽车〔BEV，包括太阳能汽车〕◆燃料电池电动汽车〔FCEV〕◆氢发动机汽车◆其他新能源〔如高效储能器、二甲醚〕汽车等各类别产品新能源汽车分类●混合动力汽车是将内燃机、电动机与动力蓄电池通过控制系统相组合，电动机可补充提供车辆爬坡、加速时所需转矩，又可以吸收并存储内燃机充裕的功率和车辆制动能量，从而可到达大幅度降低气〔油〕耗，减少污染物排放什么是混合动力汽车?●混合动力汽车组成主要包括◆发动机◆ISG电机〔电动机/发电机〕◆动力电池◆控制系统◆动力合成装置

混合动力汽车的组成◆混合动力汽车就是将传统的内燃机、电机和储能装置〔电池〕结合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，防止各自的缺乏，是目前最具实际推广应用的低排放和低能耗的新能源汽车

混合动力汽车的优点混合动力汽车的优点●与纯电动汽车相比◆可最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点◆由于有内燃机作为原动机，混合动力汽车较纯电动汽车电池的数量和重量及功率可减少◆原动机〔内燃机〕的选用使混合动力汽车的续驶里程和动力性较纯电动汽车得到大大提高，可到达并超过内燃机汽车水平◆借助原动机的动力，可带空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，不需要消耗动力电池有限的电能混合动力汽车的优点●混合动力汽车主要分为

◆串联式混合动力汽车(SHEV)

◆并联式混合动力汽车(PHEV)

◆混联式混合动力汽车(PSHEV)

混合动力汽车的分类◆工作模式

●发动机驱动发电机，发电机给动力电池组充电，电池组送电给ISG电机，电机驱动变速箱使车辆行驶

●当驱动电机高负荷运行时，发电机和电池组可同时向驱动电机提供电能串联式混合动力汽车●电池实际上起平衡发动机输出功率和电动机输入功率的作用●当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时〔如汽车滑行、低速行驶、短时间停车等工况〕，控制器控制发电机向电池充电●当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时〔如汽车起步、加速、高速行驶或爬坡等工况〕，控制器那么控制电池向电动机提供额外的电能，提高电动机的输出转矩串联式混合动力汽车●串联式结构的优点

串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响，始终在其最正确的工况区域稳定运行●串联式结构的缺乏

发动机的输出需全部转化为电能，再将电能转变为驱动汽车的机械能。由于机电能量转换和电池充放电的效率还有待提高，使其经济性较差串联式混合动力汽车●并联式混合动力汽车可由发动机和电机共同驱动或各自单独驱动汽车●发动机与电机之间可以通过一个动力合成装置实现两种动力装置的结合与别离并联式混合动力汽车

●动力合成装置有◆行星齿轮式◆链轮式◆同轴并联式

并联式混合动力汽车◆并联式结构的优点○发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，其能量的利用率相对较高，经济性较好

◆并联式结构的缺乏○传动机构中的动力复合装置较复杂，驾驶操作性能不及串联式结构的混合动力汽车

并联式混合动力汽车◆混联式混合动力系统是串联式与并联式的综合。发动机发出的功率一局部通过机械传动输送给驱动桥，另一方面那么驱动发电机发电混联式混合动力汽车●混联式系统充分发挥了串联式和并联式的优点，能够使发动机、发电机和电动机等部件进行更多的优化匹配，但结构复杂，现只在有的混合动力小轿车上得到应用，如丰田普锐斯混联式混合动力汽车

混联式混合动力汽车●三种混合动力模式优劣混联式混合动力汽车类型串联并联混联燃油经济性差好好排放性能好中中动力驱动系统结构简单较复杂复杂控制方式简单较复杂复杂制造技术容易较难难技术先进性低先进先进成本高较高高●混合动力汽车对电机特性要求

◆频繁切换性能要好

◆比功率密度高，体积小

◆抗震性，抗干扰性好

◆高效工作区范围要宽

◆容错能力要好，对电压波动的适应能力要强

混合动力汽车驱动电机●混合动力汽车对电机根本性能要求◆在允许的范围内，尽可能采用高电压◆高转速◆电机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能◆应具有最优化的能量利用◆电气系统应装备高压保护设备◆另外，电机还要求可靠性好，耐温和耐潮性能强，运行时噪音低，能够在较恶劣的环境下长时期工作

混合动力汽车驱动电机混合动力汽车驱动电机◆在普通汽车上，一般采用12V或24V蓄电池作为整车装备的电源。但是在混合动力汽车上，动力电池组必须具有强大能量的动力电源，作为车辆助力驱动动力能源或快速充电存储电能◆动力电池组一般是供给直流电，然后经过变频器或逆变器转换成频率和电压幅值可调的交流电，供给驱动电机来驱动车辆行驶。纯电动汽车所采用的动力电池组，要求有较大的比能量，而混合动力汽车所采用的动力电池组，那么要求有较大的比功率，两种电池在性能方面各有侧重

混合动力汽车动力电池●动力电池的充放电特性◆混合动力汽车动力蓄电池的作用是储蓄电能●电池在充电过程中，电能通过蓄电池内活性物质的化学变化转变为化学能储存在蓄电池内●电池在放电过程中，通过电池内活性物质的化学变化逆转，将化学能转变为电能由电池输出◆各种蓄电池的根本工作原理是电能化学能电能化学能的可逆变换过程，能够反复使用◆现动力电池都是使用高能蓄电池，使混合动力汽车的动力性能不断提高，一次充电后的续驶里程也不断地延长

混合动力汽车动力电池●动力电池种类◆铅酸蓄电池◆镍氢〔Ni-MH〕电池◆锂离子电池

混合动力汽车动力电池●动力电池性能比照混合动力汽车动力电池电池型号质量比能量（Wh/kg）质量比功率（W/kg）循环次数（次）铅酸电池33130400~500镍氢电池40~60550~1350＞1000锂离子电池100＞1300＞1000●混合动力汽车对动力电池的根本要求◆比能量要高◆充电时间要短◆连续放电率高，自放电率低

混合动力汽车动力电池●电压◆电动势电池正极与负极之间的电位差E◆开路电压◆额定电压电池在标准规定条件下工作时应到达的电压◆工作电压〔负载电压、放电电压〕◆终止电压混合动力汽车动力电池●电池容量〔A·h〕◆理论容量◆实际容量◆标称容量〔公称容量〕◆额定容量〔保证容量〕

●功率〔W、kW〕◆比功率〔W/kg〕◆功率密度〔W/L〕混合动力汽车动力电池●电池的内阻◆电子通过电池内部时受到的阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电池的内阻●放电速率〔放电率〕◆一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示◆时率◆倍率●自放电率◆自放电率是指电池在存放时间内，在没有负荷的条件下自身放电，使得电池容量损失的速度，自放电率用单位时间〔月/年〕内电池容量下降的百分数来表示混合动力汽车动力电池●循环次数◆按一定标准规律的放电，当电池的容量降到某一个规定值以前，就要停止继续放电，然后需要充电才能继续使用。〔锂离子动力电池充放电控制在40%--70%之间〕◆随着充放电次数的增加，电池中的化学活性物质会发生老化变质，逐渐削弱其化学功能，使得电池的充电和放电效率逐渐降低，最后电池丧失全部功能而报废◆蓄电池充电和放电的循环次数与电池的充电和放电形式，电池的温度和放电深度有关，放电深度“浅〞时，有利于延长电池的寿命

混合动力汽车动力电池典型并联混合动力系统

典型并联混合动力系统工作模式■有4种工况模式

◆纯电动模式

◆发动机和电机并联驱动模式

◆发动机单独驱动模式

◆再生制动模式典型并联混合动力系统

◆纯电动模式◆当车辆采用纯电动模式运行时，离合器别离，动力电池组释放电能，经逆变器将直流电转换为交流电，给动力电机供电，动力电机将扭矩输入变速箱、后桥，从而驱动车辆行驶典型并联混合动力系统

◆并联驱动模式(助力模式)

◆当车辆坡道、加速等工况行驶时，发动机运转，离合器闭合将扭矩输入变速箱，同时动力电池组释放电能，经逆变器将直流电转换为交流电，给动力电机供电，动力电机也将扭矩输入变速箱驱动电机转动，发动机和电机共同将动力输入变速箱、后桥从而驱动车辆加速行驶典型并联混合动力系统

◆发动机单独驱动模式

◆当车辆采用发动机单独驱动模式运行时，发动机运转，离合器闭合，将扭矩输入电机、变速箱、后桥，从而驱动车辆行驶。当发动机有富裕功率时候，电机转换为发电机工作状态，所发出的交流电经逆变器转换为直流电，对电池组进行充电典型并联混合动力系统

◆再生制动模式

◆当车辆制动、减速、停车时，驱动桥传来的惯性扭矩，经变速箱带动电机运转，电机转换为发电机工作状态，所发出的交流电经逆变器转换为直流电，对电池组进行充电典型并联混合动力系统

◆控制策略

发动机和混合动力系统都分别有各自的ECU和控制软件，将它们集成在混合动力车辆中后，利用CAN总线将它们连接起来，实现信息共享和统一指挥。实现了当混合动力系统工作时，发动机按混合动力系统的指令工作。当混合动力系统关闭或有故障时，发动机按油门踏板指令工作

恒通混合动力客车

◆产品情况

目前恒通公司取得了新能源汽车生产准入许可，是国内较早获得新能源汽车生产准入的客车企业之一

公司气电混合动力客车已获得新能源客车产品公告

公司已开发出了CKZ6116HENV3、CKZ6126HENV3两款气电混合动力客车及CKZ6116HEV3油电混合动力客车产品，并即将开发CKZ6126HEV3油电混合动力客车产品

恒通混合动力客车

◆产品情况

公司已完成两套混合动力系统开发及三种混合动力系统配置

两套混合动力系统

○伊顿混合动力系统

○玉柴混合动力系统

三种混合动力系统配置

○伊顿混合动力系统+进口电池及其管理系统

○伊顿混合动力系统+国产电池及其管理系统

○玉柴系统+国产电池及其管理系统

恒通混合动力客车恒通混合动力客车第三轮开发公司于2021年在伊顿系统的根底上，与北京交通大学、中信国安盟固利动力科技公司联合开发出了国产电池与电池管理系统伊顿混合动力系统加国产电池及其管理系统所匹配的CKZ6116HENV3气电混合动力客车已获得产品生产许可恒通混合动力客车产品根本情况恒通CKZ6116气电混合动力客车混合动力系统采用的是同轴并联混合动力系统系统原理图CKZ6116HENV3气电混合动力客车混合动力系统结构

结构原理图混合动力控制模块CKZ6116HENV3气电混合动力客车混合动力系统结构

气体发动机和电机既可分别单独驱动车辆，也可联合动作共同驱动车辆因此，在电机系统出现故障时，仍然可以像传统车一样运行，从而大大提高车辆的使用性能CKZ6116HENV3气电混合动力客车混合动力系统结构

恒通混合动力客车产品根本情况混合动力系统总成主要零部件有天然气发动机及其控制系统自动变速器及其控制系统交流永磁同步电动/发电机及其控制系统高压电及高压电管理系统锂离子动力电池组及其管理系统混合动力控制系统等恒通混合动力客车产品根本情况恒通混合动力客车产品根本情况CKZ6116HENV3气电混合动力客车根本参数车型恒通CKZ6116HENV3气电混合动力客车底盘由东风汽车客车底盘公司研发设计车身选择恒通纽曼车身造型6只80升CNG气瓶〔96立方米〕车顶部布置安装样车CKZ6116HENV3气电混合动力客车样车CKZ6116HENV3气电混合动力客车根本参数根本参数基础车型参数整车型号CKZ6116HENV3整车外部尺寸（长×宽×高，mm）11370×2500×3200轴距（mm）5600接近角/离去角(°)9/8质量参数整备质量（kg）11600整车允许最大总质量（kg）17500最大载客量（人）86CKZ6116HENV3气电混合动力客车根本参数根本参数动力系统形式混合动力形式同轴并联式发动机型号

YC6J210N-30ISG电机伊顿电机：最大功率/扭矩44kW/420Nm额定功率/扭矩26kW/252Nm动力电池组盟固利锂离子电池，额定电压346V，额定容量16Ah变速器AMT主减传动比

6.33驱动形式4×2，后驱整车动力性能参数最高车速（km/h）≥80最大爬坡度（%）≥200~50km/h加速时间(s)<27CKZ6116HENV3气电混合动力客车根本参数锂离子动力电池参数(盟固利)选择346V的电压平台电池单体容量8Ah每个电池模块由2个电池单体并联而成电池组由96个电池模块串联组成，共192个单体电池电池组规格为346V/16AhCKZ6116HENV3气电混合动力客车根本参数锂离子动力电池参数(日立电池)锂离子动力蓄电池结构及主要技术参数单体蓄电池型式锂离子蓄电池生产厂名称日立按伊顿公司要求制造电压3.6V容量5.5Ah型式锂离子动力电池生产厂名称伊顿公司每箱单体数48只连接方式各单体串联而成,两个箱体再串联构成电池组总电压340V总容量5.5Ah额定输出功率22.5kW@50%SOC额定输入功率30kW@50%SOCCKZ6116HENV3气电混合动力客车动力混合度

动力混合度一般分为功率混合度和扭矩混合度，它是表示电机功率〔扭矩〕占发动机及电机总功率〔扭矩〕的百分数功率混合度=电动机功率×1.7/(发动机功率×1.7+电动机功率)=［26×1.7/〔26×1.7+155〕］=22.2％扭矩混合度=电动机扭矩/(发动机扭矩+电动机扭矩)=［252×1.7/〔252×1.7+710〕］=37.6％CKZ6116HENV3气电混合动力客车动力混合度

CKZ6116HEV3油电混合动力客车

油电混合动力客车具有一样的结构和性能恒通CKZ6116HENV3气电混合动力客车CKZ6126HENV3气电混合动力客车HT-YCHPT混合动力系统采用同轴并联式结构方案，发动机与低速大扭矩永磁同步电机同轴布置，在离合器后端耦合高压配电箱预留接口可升级外接充电磷酸铁锂动力电池组离合器

系统组成图

HT-YCHPT混合动力系统组成系统组成整车控制系统HCUISG电机及其控制系统DMCM锂离子动力电池及其管理系统BPCM高压电管理系统ADM发动机及其管理单元ECU离合器及其控制系统CCU线束数字智能仪表IPCAN通讯HT-YCHPT混合动力系统组成整车控制系统HCU(HybridControlUnit)HCU承担对整个动力总成的管理功能，负责控制动力总成唤醒、电源(高压蓄电池组与24v普通蓄电池)、附件〔空调等〕、发动机起动或停机、扭矩分配、整车故障失效控制等主要功能HT-YCHPT中的HCU通过CAN通信无干扰地与发动机ECU进行信息交换，当HCU失效的情况下，ECU的油门信号自动切换到整车油门传感器，保证驾驶员能够正常操作车辆HT-YCHPT控制系统功能电机控制器DMCM(DriveMotorControlModule)DMCM接收到HCU的扭矩和使能指令以及电机转子相位信号，控制多路IGBT通断来控制电流方向和电流大小，发出指定的扭矩DMCM还采集绕组和冷却水温度，判断电机当前的故障情况，反响给HCUHT-YCHPT控制系统功能蓄电池管理系统BMS(BatteryManageSystem)监测蓄电池组的模块电压和温度等负责对蓄电池组进行管理，包括蓄电池平安剩余电量SOC(StateofCharge)计算充放电过程控制参数监测外接充电器过程控制HT-YCHPT控制系统功能高压电管理系统ADM(自动断路控制器AutomaticDisconnectingModule)系统负责动力总成的高压电平安通过接收HCU指令执行高压电接通、断开、预充电等控制功能ADM还负责监测高压系统的平安情况，并反响故障码给HCUADM与HCU的通信方式包括CAN总线通讯与模拟信号通讯HT-YCHPT控制系统功能发动机控制系统ECU(EngineControlUnit)负责天然气发动机〔或柴油机〕的运行控制接收HCU的指令控制发动机的工作模式〔起动、停机、运行工况〕、故障诊断与失效控制等HT-YCHPT控制系统功能离合器控制单元CCU(ClutchControlUnit)根据HCU的指令，自动控制离合器的别离与结合实现换档时的离合器半自动操作，减轻驾驶员操作负担HT-YCHPT控制系统功能CAN仪表

(IntelligentPenal)

数字仪表采用液晶数字显示相关参数，如电机扭矩、电压、SOC等通过动画显示混合动力系统的工作模式，给驾驶员直观的感受HT-YCHPT控制系统功能系统原理图HT-YCHPT混合动力系统工作原理高压配电箱预留接口可升级外接充电磷酸铁锂动力电池组离合器

HT-YCHPT混合动力系统工作原理系统工作原理发动机、离合器及变速箱都与原普通客车的结构形式一样。只是在离合器后端与变速器之间增加了一个ISG电机，电机与变速器一轴同轴布置在加速或助力工况，离合器呈结合状态，发动机将动力经变速器传递到驱动轴，同时，控制管理系统将控制动力电池组内的高压电经逆变器转换成三相交流电传输给ISG电机，电动机产生电磁驱动力加载到一轴上，增大了输出端的动力HT-YCHPT混合动力系统工作原理系统工作原理当制动减速时，控制系统控制离合器别离，使发动机与ISG电机呈别离状态，并控制电机产生强力磁阻并发电，经逆变速转换后给电池充电在纯电开工况下，控制系统控制离合器别离，使发动机与ISG电机呈别离状态，并控制动力电池组内的高压电经逆变器转换成三相交流电传输给ISG电机，电动机产生电磁驱动力加载到变速器一轴上，经变速器传输给驱动轴HT-YCHPT混合动力系统工作原理高压电系统高压管理系统由高压控制器〔ADM〕和高压配电箱、电池端高压接插件C1和电机端高压接插件C2组成HT-YCHPT混合动力高压管理系统C1C2ADM电机及电机控制器参数持续输出机械功率：50kW额定转速：1450rpm电机峰值功率：100kW最高转速：2500rpm电机及其控制系统峰值效率：>88%电机及其控制系统高效区〔效率80%〕：占电机整个运行区间50%以上电机控制器额定电压：358Vdc正常电压范围：300~400VdcISG电机及其控制系统锂离子动力电池恒通气电混合动力客车可配置咸阳威力克或北京盟固利磷酸铁锂动力电池组气电混合动力开发样车采用威力克电池。威力克动力电池组由4个电池箱组成，每箱由112串单体电池组成锂离子动力电池及其管理系统威力克锂离子动力电池参数锂离子动力电池及其管理系统电池类型方形磷酸铁锂电池容量40Ah额定电压358V电压工作范围280V-403V最大充电电流200A最大放电电流240A额定输出功率14.3kW推荐工作温度范围(-25℃——55℃)排列方式4并112串电池散热方式强制风冷电池组尺寸（mm）L:900╳W:370╳H:134蓄电池组总重量225Kg工作温度-20℃-+55℃贮存温度-20℃-+50℃相对湿度20%-80%CKZ6126HENV3气电混合动力客车CKZ6126HENV3气电混合动力客车恒通气电混合动力客车的性能特点经济性优势在公交工况下能耗比同型天然气客车降低约25%,每年节约燃气消耗约8000m3,节约燃气费用1.6万元以上排放优势气电混合动力客车，配备欧Ⅲ排放发动机可到达欧IV客车排放标准,单车每年可减少CO及NOX等尾气排放物约500kgC