并联HEV的结构与运行模式分析Word文件下载.docx
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3.2并联式(PHEV,ParallelHybridElectricVehicle)-----------------------------------------------
3.3混联式(PSHEV,ParallelSeriesHybridElectricVehicle)-------------------------------------
二、并联式HEV的结构与运行模式分析-----------------------------------------------
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1、并联式混合动力系统PHEV(结构)-----------------------------------------------------------
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1.1、单轴式混合动力系统-------------------------------------------------------------------------------
1.2双轴式并联混合动力系统 6
1.3前后轴独立驱动的混合动力系统 8
2、驱动力在动力混合器中混合的PHEV运行模式 8
3、结论 10
参考文献 10
摘要
目前,世界上各种汽车的保有量超过7亿辆,每年新生产的各种汽车约5000万辆,按平均每辆汽车年消耗10~15桶石油制品计算,汽车的石油消耗量每年达到80~100亿桶,约占世界石油产量的一半以上。
按科学家预测,地球上的石油资源如果按目前的消耗水平,石油资源仅仅可以维持60~100年。
面对石油资源危机,各个国家正在采用开发出气体燃料
(天然气、液化石油气等)、醇类燃料、烃类燃料、植物燃料等作为汽油和柴油的代替燃料。
20世纪后期各种采用电能和氢气为能源的电动汽车、燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车和氢发动机汽车,正在不断地涌现和快速地进步。
1、绪论
1、引言
在国家科技部,国家高技术研究发展计划(“863”计划)中,设立电动汽车重大专项,提出“三纵、三横”的研究布局,这是我国第一次全面、完整地提出有关EV、FCEV和
HEV发展和产业化的宏伟纲领。
图1-1 电动汽车重大专项提出的“三纵、三横”布局及其组织管理模式
2、混合动力汽车(Hybrid-ElectricVehicle,缩写HEV)概况
20世纪90年代以来,世界各国对改善环保的呼声日益高涨,各种各样的电动汽车脱颖而出。
电池技术问题阻碍了电动汽车的应用,专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重大突破)。
HEV是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种独立车型。
所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力,辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。
混合动力装置发动机持续工作时间长,动力性好,电动机无污染、低噪声,热效率可提高10%以上,废气排放可改善30%以上。
要求HEV燃料消耗量接近
3L/100km左右,废气中所排放的有害气体达到“超低”的排放标准要求。
3、混合动力汽车的分类
HEV根据所采用的动力组合装置和不同的组合方法可分为:
(1)串联式
HEV;
(2)并联式HEV;
(3)混联式HEV。
3.1串联式(SHEV,SeriesHybridElectricVehicle)
SHEV以发动机是主要动力源,在发动机的动力输出轴上装置IGS,相当于发动机的
飞轮。
然后通过离合器与变速器来驱动车辆,与普通内燃机汽车基本相同。
IGS只是作为发动机的起动机和发电机,在有些SHEV上,IGS还参与发动机共同组成混合动力驱动系统来共同驱动车辆。
图1-2 SHEV的结构形式 图1-3 串联式SHEV的布置形式
3.2并联式(PHEV,ParallelHybridElectricVehicle)
PHEV以发动机和驱动电动机为主要动力总成。
发动机是主要动力源,驱动电动机是
辅助动力源。
PHEV可分为:
(1)发动机与驱动电动机并联,两者动力在动力混合器中组合;
(2)发动机与驱动电动机并联,两者动力分别带动前、后轮驱动,动力在驱动轮处组合。
图1-4并联式混合动力汽车结构形式
3.2混联式(PSHEV,ParallelSeriesHybridElectricVehicle)
PSHEV以发动机和驱动电动车为主要动力总成,另外在发动机输出轴上还串联或并联一个IGS。
发动机是主要动力源,驱动电动机和IGS是辅助动力源。
PSHEV分为:
(1)发动机(带IGS)与驱动电动机并联,两者动力在动力混合器中组合;
(2)发动机(带IGS)与驱动电动机并联,两者动力分别带动前、后轮驱动,动力在驱动轮处组合。
图1-7混联式混合动力汽车结构形式
二、并联式HEV的结构与运行模式分析
并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。
当汽车加速爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力,一旦汽车车速达到巡航速度,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。
电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。
由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,这种装置更接近传统的汽车驱动系统,机械效率损耗与普通汽车差不多,得到比较广泛的应用。
1、并联式混合动力系统PHEV(结构)
PHEV结构上可划分为两种形式,单轴式和双轴式。
1.1、单轴式混合动力系统
单轴式结构如图2-1所示,发动机通过主传动轴与变速器相联,电动机的转矩通过齿
轮与内燃机的转矩在变速器前进行复合,传到驱动轴上的功率是两者的和。
这种形式被称为转矩复合。
单轴式结构的速度、转矩关系如下:
n
í
ì
TS=(Te+K·
Tm)·
h
(1)
î
s=ne
=nm/K
式中,Te、Tm、TS分别为发动机、电动机和变速器输入转矩;
ns、ne、nm分别为变速
器输入轴转速、发动机转速和电动机转速;
h为传动效率;
K为传动比。
图2-1 单轴式结构
在单轴式结构中,发动机、电动机和变速器输入轴之间的转速成一定的比例关系。
在汽车运行中,随着路况和车速的变化,这些转速会随着变化。
输出转矩的变化,可以通过
公式
(1)中的转矩关系,在发动机转矩保持恒定的条件下,通过调节电动机的转矩而获得。
奥迪DUOIII
图2-2奥迪DUOIII型混合动力系统简图。
有两套系统驱动前轮:
其一是1.9L的TDI4缸涡轮增压直喷柴油机(额定功率66kW),在发动机和变速器之间有液力自动控制的离合器;
其二是三相永磁同步电机(额定功率21.6kW),通过速比2.3的减速器,与5挡手动变速器相连。
电动机还可以作为发电机在车辆制动时回收能量,或由柴油机驱动发电。
图2-2 奥迪DUOIII混合动力系统奥迪DUOIII有3种操作模式,可以通过开关来切换:
a.纯柴油机驱动模式,这种模式适用于恒速巡航行驶工况。
b.纯电动机驱动模式,适用于排放敏感区。
c.混合驱动模式,这是主要的工作模式。
车辆的控制系统根据加速踏板的位置和驾驶员希望得到的速度而自动在前面两种模式间切换。
在80km/h的速度以下由电机驱动,如果加速踏板的行程不超过某个设定的点,仍将保持在电动模式;
如果需要额外的动力,比如超车时,加速踏板行程超过设定点,柴油机自动起动,当转速增加到与所选挡位速度和目前车速相一致时,便可平稳地切换至柴油机驱动模式,而关闭电动机。
在所需动力变小时,例如在超车后正常行驶时,车辆控制系统使车辆重新切换到电动模式,然后关闭发动机。
在电动模式下,最高车速80km/h,0~50km/h加速需要10.5s;
电池的容量可以在欧洲城市循环工况(ECE)下行驶36km,以50km/h的恒速行驶50km。
实际上车辆在行驶过程中可以随时在电动和发动机驱动两种模式下切换,所以没有行驶里程的限制。
通常加油一次可以行驶700km。
最高车速170km/h,从静止加速到100km/h需要16s。
1.2双轴式并联混合动力系统
双轴式结构中(见图2-3),有两套机械变速器:
内燃机和电动机各自与一套变速机
构相联,然后通过齿轮系进行复合。
双轴式是目前最有生命力的结构,随着丰田Prius成功推向市场,采用行星差动系统的结构越来越流行。
图2-3 双轴式结构
行星齿轮动力复合机构,可以实现多个部件转速的复合,而各个部件间的转矩保持一定的比例关系,这种功率复合形式被称为速度复合。
行星机构有两个自由度,通过不同离合器和制动器的作用,可以实现单自由度、固定传动比的传动。
丰田Prius行星齿轮混合动力系统
图2-4为丰田公司Prius的驱动系统结构示意简图,在此结构中发动机与行星架相联,通过行星齿轮将动力传给外齿圈和太阳轮,齿圈轴与电动机和传动轴相联,太阳轮轴与发电机相联。
动力分配装置将发动机大部分转矩直接传递到驱动轴上,将另一小部分转矩传给发电机,发电机发出的电能将根据指令给电池充电,或用于驱动电动机以增加驱动力。
图2-4 Prius混合动力系统结构
通过对行星机构的变速比和受力分析可以得到公式
(2)。
(1+r)·
ne=r·
ng+nr
ï
h·
T=(1+1/r)·
T=(1+r)·
T
e g r
n=n
m r
T=T+T=T
+h·
T/(1+r)
m
r
W m [( ) ]
î
nw=nr/K=1+r·
ne-r·
ng/K
(2)
式中,r为太阳轮齿数与齿圈齿数之比(0<
r<
1);
ne、ng、nr、nm、nw分别为发动
机、发电机、齿圈、电机和驱动轴的转速;
Te、Tg、Tr、Tm、Tw分别为发动机、发电机、齿圈、电机和驱动轴的转矩;
K为齿圈与驱动轴间的传动比。
这种结构可以通过调节发电机转速使发动机转速变化。
此外发动机、发电机的转矩与作用在齿圈上转矩是成一定比例的,传到驱动轴上的转矩是从齿圈上得到的转矩和电动机发出的转矩(为负时代表制动能量回收)的和。
通过不同制动器和离合器的作用,这套行星差速机构可以实现下面的功能:
a.起动及低速时的电驱动模式;
b.正常行驶时的发动机驱动模式;
c.加速或爬坡时发动机和电动机混合驱动模式;
d.减速或制动时电机作为发电机发电的制动能量回收模式;
e.在电池SOC较
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