混合动力电动汽车设计方案分析.pdf

第6期(总第163期)
机械工程与自动化
2010年12月
MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION
Dec
文章编号:1672-6413(2010)06-0214-03
混合动力电动汽车设计方案分析
邡君起,陶元芳
(太原科技大学机电工程学院,山西太原030024)
摘要:当今,能源与环境间題已成为人们关注的焦点,滉合动力电动汽车更加注重芍能环保。简单介绍了混合
动力电动汽车的发展现状,并对3款滉合动力电动汽车的设计方案做出了具体分析。
关键词:混合动力电动汽车;设计方案;节能环保
中图分类号:U469.72文献标识码:A
0引言
2.1.1BSG混合动力系统结构
汽车工业的迅猛发展不仅使全球能源危机不断深
奇瑞A5BSG( Belt Driven Starter Generator)混
化,而且还使环境污染目益加剧。面对石油危机和环合动力系统采用了具备怠速停机和启动功能(Stop
境污染的双重压力,各国政府和汽车行业普遍认识到 Start)的混合动力技术。BSG混合动力系统由发动机
节能、环保是未来汽车技术的主攻发展方向。由于以BSG电机、BSG蓄电池和控制装置等组成,如图1所
电能为新能源的纯电动汽车的发展受到电池技术的制示
约,混合动力电动汽车应运而生,并在节能减排方面
控制装置?BS6蓄电池
起到了一定的作用。它是一种介于传统燃油汽车和纯
电动汽车之间的过渡型车辆。如今,混合动力电动汽
BSG,电机
车已呈现出多样化,对其设计方案进行分析将有利于
混合动力电动汽车的进一步发展
带传动
混合动力电动汽车的现状
し发动机动力输出
混合动力电动汽车(简称HEV, Hybrid Electric
图1BSG混合动力系统结构示意图
Vehicle)是传统燃油汽车与纯电动汽车的有机组合,2.1.2BSG混合动力系统工作原理
既继承了燃油汽车比能量和比功率高的优点,又发挥
与传统燃油汽车相比、BSG混合动力系统去掉了
了电动汽车低排放、污染少的长处。在国外,自从1997原有的小型启动电机和发电机,加装了启动、发电
年丰田 Prius第一代混合动力电动汽车批量生产
体式的BSG大功率电机,发动机与电机之间采用皮带
来,至今已经发展到第三代,形成了特有的丰田混合传动方式进行动力传输。以发动机为整车的驱动动力
动力系统(THS)。在国内,奇瑞汽车公司在混合动力源,电机系统用于实现发动机的快速启动。在正常行
电动汽车技术方面已经开始了自己的尝试,2008年奥驶工况下,BSG电机和常规车载发电机一样,由发动
运期间推出了50辆奇瑞A5混合动力电动汽车,其中机驱动电机发电,给蓄电池充电;当要停车时,发动
40辆采用BSG混合动力系统,10辆采用ISG混合动机运转停止,取消怠速状态:再启动时,BSG电机快
力系统。此外,在2009年3月,比亚迪公司推出了速启动发动机进入正常行驶状态。
F3DM双模式电动汽车;在同年6月,长安汽车公司2.1.3BSG混合动力系统特点
推出了混合动力汽车长安杰勋。
BSG混合动力系统具有如下特点:①在动力性方
2泥合动力电动汽车设计方案分析
面,由于使用了BSG电机和高容量蓄电池,相比同级
2.1奇瑞A5BSG混合动力电动汽车
别燃油汽车,动力性稍有增加;②在节能减排方面,
收稿日期:2010-03-23;修回日期:2010-06-27
作者简介:郝君起(1983-)、男,河北内丘人,在读硕士研究生
2010年第6期
郏君起,等:混合动力电动汽车设计方案分析
BSG-系统消除了发动机怠速时的燃油消耗和尾气排节能减排方面,ISG系统消除了汽车的怠速工况,使电
放,可节油约10%,二氧化碳排放量减少12%左右。机起到“补峰平谷”作用,并且可以使汽车在纯电动
BSG系统结构简单、重量轻,成本低,但它驱动模式下工作,尤其在平均车速较低的市内行驶时,节
模式单一,只能进入短暂的混合状态。从严格意义上能减排效果更好;③ISG系统结构简单、紧凑、重量较
讲,BSG混合动力电动汽车并不属于真正的混合动力轻,对整车改动较小,成本较低
电动汽车。
ISG混合动力系统结构形式相对灵活,并不局限
2.2奇瑞A5ISG混合动力电动汽车
于一种形式。如本田公司推出的混合动力轿车 Insight
2.2.1ISG混合动力系统结构
的ISG系统就去掉了发动机与电机转子之间的离合
奇瑞A5ISG( Integrate Starter Generator)混合器,电机转子通过联轴器直接与发动机曲轴相连。
动力系统由发动机、ISG电机、镍氢电池组和控制装置2.3キ田 Prius混合动力电动汽车
等组成,见图2。与传统燃油汽车相比,该系统取消了2.3.1丰田 Prius混合动力系统结构
启动电机和发电机,盘式一体化的ISG电机取代原有
该系统采用了混联式结构,它综合了串联式和并
飞轮直接安装在发动机曲轴输出端,定子固定在发动联式的结构特点,由发动机、电动机和驱动电机3大
机机体上,转子一端与离合器1相连,另一端与离合动力总成组成,可以根据不同的路况,以串联或并联
器2相连。
模式工作。图3为 Prius混合动力系统示意图。
線氢电池组控制装置
电池组
油箱「发电机
逆变器
电机定子
离合器2
发动机
发动机
电机转子
动力输出
转矩合成器
电动机
行星轮系
离合器
电机定-子
图3 Prius混合动力系统示意图
图2ISG混合动力系统结构示意图
2.3.2动力分配器(行星轮系)分析
2,2.2ISG混合动力系統工作原理
动力分配器即行星轮系,是将发动机动力在转矩
SG混合动力系统采用了单轴转矩耦合方案,属合成器与发电机之间进行分配的装置。如图4所示,当
于并联式混合系统。简单来说,就是发动机与ISG电锁止器1处于锁止状态时,太阳轮固定,发动机通过
机共同提供车辆行驶所需的驱动力,即发动机通过电“行星架一行星齿轮一齿圈”,将动力传递给转矩合成
机转子将动力输出,而电机将电能转化为机械能通过器;当锁止器2处于锁止状态时,发动机通过“行星
转子输出,电机转子可看作是转矩耦合轴。该系统以架一行星齿轮一太阳轮”,将动力传递给发电机;当两
发动机为整车主要动力源,电机起到“补峰平谷”的锁止器都处于锁止状态时,发动机停止工作,由蓄电
作用。按照不同的行驶工况要求,发动机转矩与电机池向电机供电,电机驱动汽车行驶;当两锁止器都处
转矩在进入变速器之前进行多种形式的组合以实现最于非锁止状态时,发动机动力一分为二,一部分传递
优的驱动效率。在加速或爬坡时,电池组为电机供电,给发电机,一部分传递给转矩合成器。
通过电机助力来弥补发动机低速转矩低的不足;在减
转矩合成器
速或制动时,利用ISG电机的充电功能实现刹车能量
锁止器2
的部分回收,使电机发电并储存于电池组中;在停车
行星齿轮
时发动机关闭,消除怠速状态;启动时电机瞬时启动
发动机,并使其转速达到怠速转速以上,进入工作状
态。此外,在起步或低速行驶时,离合器1断开,发
动机停止工作,由电池组向ISG电机供电,车辆仅依