项目2　油电混动车型运行原理

2.2.1　串联式混合动力系统结构原理

在串联式混合动力系统中，电动机转动车轮，发动机利用发电机作为电动机的电源，以奥迪A1 e-tron车型为例，该车型是配备增程器的车辆之一（RXBEV）。它由一个发动机和两个电动机驱动，发动机未配备至驱动桥的机械连接。该车辆仅配备电动驱动。

发动机仅驱动电动机1，其作为发电机使用，并在车辆行驶时对高压蓄电池充电。在该供能下，发动机以高输出和低油耗高效运作。该构造使得车辆行程增加。该高压蓄电池主要由外部充电。

当发动机和电动机1作为交流发电机对车辆进行再充电时，其可被视作备用发电机。除了高压系统，车辆还带有12V车载供电转换器和12V车载供电蓄电池。其组成部件见图2-9。串联式混合动力系统工作模式及运行原理见表2-1。

图2-9　串联式混合动力系统结构

表2-1　串联式混合动力系统工作模式及运行原理

奥迪A1 e-tron车型高压系统部件分布如图2-10所示、奥迪A3 e-tron车型高压系统部件分布如图2-11所示。

图2-10　奥迪A1 e-tron增程型电动汽车高压系统部件分布

图2-11　奥迪A3 e-tron车型高压系统部件分布

2.2.2　并联式混合动力系统结构原理

在并联式混合动力系统中，发动机和电动机/发电机均直接转动车轮。在车辆行驶过程中，除了补充发动机的动力外，电动机/发电机还可作为发电机为HV蓄电池充电，也可仅使用电动机/发电机驱动车辆，其组成部件见图2-12。并联式混合动力系统工作模式及运行原理见表2-2。

图2-12　并联式混合动力系统结构

表2-2　并联式混合动力系统工作模式及运行原理

本田IMA系统是非常典型的并联式混合动力系统，至今已发展到第六代并应用在本田最新的CR-Z、思域、飞度等车型上。以思域为例，IMA并联式混合动力系统如图2-13所示。

图2-13　本田IMA并联式混合动力系统

IMA系统由四个主要部件构成，即发动机、电动机、CVT变速箱以及IPU智能动力单元，如图2-14所示。电动机取代了传统的飞轮用于保持曲轴的运转惯性。

图2-14　思域混合汽车IMA系统组成

IMA系统的IPU智能动力单元是由PCU动力控制单元和电池组成。其中PCU又包括BCM电池监控模块、MCM电机控制模块以及MDM电机驱动模块组成，如图2-15所示。

图2-15　本田思域混合动力汽车IPU模块

GLE 500 e 4MATIC的混合动力变速箱是所谓的P2混合动力系统，系统主要部件如图2-16所示。在P2混合动力系统中，内燃机通过NAK驱动电动机的转子。这种布置可将电动机转数与内燃机的转数分开。除了传统的驱动模式，还提供以下功能或运行模式：发动机启动/停止、能量回收、助力（内燃机的电支持）、纯电动行驶。

图2-16　

图2-16　奔驰GLE 500 e 4MATIC车型P2混合动力系统部件

1—充电装置供电插座与充电装置之间的线束（可单独更换）；2—充电器和高电压蓄电池之间的线束；3—DC/DC转换器和高电压蓄电池之间的线束；4—高电压蓄电池和电力电子装置控制单元高电压配电板之间的线束（可单独更换）；5—电力电子装置控制单元高电压配电板；6—电力电子装置控制单元高电压配电板和电动机之间的线束（仅可连同线束8一起更换）；7—电力电子装置控制单元高电压配电板和高电压PTC加热器（N33/5）之间的线束（可单独更换）；8—电力电子装置控制单元高电压配电板和电动制冷剂压缩机之间的线束（仅可连同线束6一起更换）；9—低温回路2膨胀容器；10—热交换器；11—低温回路2散热器；12—低温回路1散热器；A79/1—电动机；A79/1b1—电动机温度传感器；A100—高电压蓄电池模块；A100b1—高电压蓄电池冷却液入口的温度传感器；A100b2—高电压蓄电池单元的温度传感器；A100g1—高电压蓄电池；A100s1—接触器；G1—车载电气系统蓄电池；L20—电动机转子位置传感器；M42—电动变速箱油泵；M43/6—低温回路循环泵1；M43/7—低温回路循环泵2；N33/5—高电压PTC加热器；N82/2—蓄电池管理系统控制单元；N83/1—DC/DC转换器控制单元；N83/5—车载充电装置；N129/1—电力电子装置控制单元；X58/23—充电装置供电插座；Y73/2—低温回路转换阀2；Y110—高电压蓄电池冷却装置膨胀阀；Y140—高电压蓄电池冷却装置转换阀

纯电动行驶的最高速度可达130km/h。电能储存在一个能源容量为8.8kW·h的锂离子蓄电池中，该蓄电池可外接公共充电站、家里的壁挂式充电盒或普通的220V插座进行充电。

如图2-17所示为奔驰新款C级插电式混合动力（PLUG-IN HYBRID）C350车型混合动力部件。该系列混合动力驱动采用P2混合动力系统模式。

图2-17　奔驰C350 PHEV（W205）车型混合动力部件位置

1—高电压电缆；2—冷却液管路；3—热交换器；4—再生制动系统［制动助力器和电控车辆稳定行驶系统（ESP）控制单元］；A79/1—电动机；A100—高电压蓄电池模块（蓄电池、接触器、冷却液入口的温度传感器、高电压蓄电池单元温度传感器）；G1—车载电网蓄电池；M43/7—低温回路循环泵2；N33/5—高电压正温度系数（PTC）辅助加热器；N82/2—蓄电池管理控制单元；N83/5—充电器（车载充电器）；N129/1—电力电子装置控制单元；X58/23—充电装置供电插座；Y32/2—低温回路转换阀2；Y140—高电压蓄电池冷却转换阀；B10/13—低温回路温度传感器；M43/6—低温回路循环泵1

表2-3为该系统的相关技术参数。

表2-3　奔驰C350 PHEV车型混合动力系统的相关技术参数

路虎Land Rover混合动力电动汽车（HEV）是配备单轴并联式驱动系统的全混合动力车辆，两个动力源串联布置到一个单轴内。轴在旋转时向变速器提供驱动。系统主要部件分布如图2-18所示。

图2-18　路虎揽胜HEV系统主要部件分布图

1—全地形反馈适应系统开关组；2—高压线缆；3—电动—发电机（MG）；4—ECM—包含车辆监控控制器（VSC）；5—电动真空泵（EVP）；6—电动水泵；7—中间温度冷却电路冷却器；8—空调电压缩机（eAC）；9—带位置传感器的制动踏板；10—仪表盘；11—电力变频转换器（EPIC）；12—高压蓄电池（HVB）；13—蓄电池冷却电路脱气罐

英菲尼迪混合动力车型使用直接响应混合动力系统。该系统是由一个电动机、两个离合器组成的并联混合动力系统。以QX60车型为例，系统主要组成部件如图2-19所示。

图2-19　英菲尼迪QX60混合动力系统主要部件位置

2.2.3　混联式混合动力系统结构原理

以大众混合动力驱动系统为例，图2-20所示为高尔夫6双驱PHEV插电式混合动力车型结构示意图。驱动系统主要由发动机、混合动力车辆传动桥总成、带转换器的逆变器总成和HV蓄电池组成，采用混联式混合动力系统。载有两个电动机。其中一个电动机专门用作交流发电机或启动电动机，另一个电动机用作电动机和交流发电机。两个电动机和发动机通过离合器相互连接。

图2-20　高尔夫6双驱PHEV插电式混合动力车型结构示意图

串联式混合动力系统的工作模式及运行原理如表2-4所示。

表2-4　串联式混合动力系统的工作模式及运行原理

奥迪Q7 e-tron车型便是一款混联式混动汽车，该车主要部件组成如图2-21所示。

图2-21　奥迪Q7 e-tron柴油插电式混合动力车型主要部件组成

通用雪佛兰迈锐宝XL、君越30H这两款全混车型采用了相同的动力总成。通用智能电驱系统是它们的核心部件，见图2-22。

图2-22　通用用于全混车型的智能电驱系统拆解零件

采用单电动机方案，意味着发动机和电动机之间要么是串联，要么是并联，只能二选一，混动系统的工作模式比较少。采用双电动机方案，则发动机和电动机之间是混联，既可以串联，又可以并联。通用的智能电驱系统采用的是双电动机方案。以雪佛兰迈锐宝XL车型为例，该车混动系统主要部件组成如图2-23所示。雪佛兰沃蓝达PHEV车型混动部件如图2-24所示。

图2-23　雪佛兰迈锐宝XL全混动车型主要部件组成

图2-24　雪佛兰沃蓝达PHEV车型混动部件

宝马X1 xDrive 25Le（开发代码：F49 PHEV）是一款第3代宝马混动汽车。F49 PHEV是一款我国本土生产并配备锂离子蓄电池的插电式混动汽车。宝马X1 xDrive 25Le在纯电力驱动条件可以行驶60km左右。宝马X1 xDrive 25Le的驱动系统包括双排气涡轮增压技术（B38A15M0）3缸汽油发动机、前驱动轮上的6速自动换挡装置（AISIN F21 250FT）以及驱动后驱动齿轮的电动机。宝马X1 xDrive 25Le是一款全混动汽车，配备锂离子高压蓄电池单元，该装置可以通过家用插座进行充电。该车混动系统主要部件组成如图2-25、图2-26所示。

图2-25　F49 PHEV驱动系统主要部件

1—3缸汽油发动机；2—6速自动变速箱；3—高压启动器电动发电机；4—高压蓄电池单元；5—加压油箱（35L）；6—电动机；7—电机电子装置（EME）；8—减速装置；9—便捷充电电子装置KLE

图2-26　F49 PHEV高压组件的安装位置

1—电动空调压缩机（EKK）；2—高压启动电动发电机（HV—SGR）；3—电气加热装置EH；4—充电插座；5—高压蓄电池单元；6—电动机（EM）；7—电动机电子装置（EME）；8—便捷充电电子装置KLE

丰田混合动力系统英文缩写为THS（Toyota Hybrid System）。丰田三代THS系统发展历程如下。

1997年丰田公司开发出一代丰田混合动力系统，并安装使用在丰田普锐斯车型。当时的电动机使用电压为274V。

2003年4月，丰田公司开发出第二代混合动力系统即THS-Ⅱ，该系统使用在丰田普锐斯车型上，该系统组成部件如图2-27所示。2005年12月普锐斯在我国长春下线，此时的电动机工作电压达到了500V，并装备1.5L的1NZ-FXE发动机配合电动机工作。第二代丰田混合动力系统比第一代在汽车的提速方面有明显的改进。

图2-27　普锐斯（THS-Ⅱ）混合动力系统组成部件

2009年4月，丰田在普锐斯车型上安装了第三代混合动力系统。发动机排量改进为1.8L。在我国国内装备5ZR-FXE发动机，国外装备2ZR-FXE发动机，并将电动机工作电压进一步提升到650V。同时采用电子水泵，空调压缩机电压提升到244.8V，并增加ECO和POWER模式以改善二代混合动力系统的提速性。

2.2.4　车桥独立式混合动力系统

宝马i8（研发代码I12）采用了全新开发的驱动装置。这种创新型驱动方案在车上组合使用了两种高效的驱动装置。由一个高效的3缸汽油发动机配合一个6挡自动变速箱进行后桥驱动，由一个电动机配合一个2挡手动变速箱进行前桥驱动，驱动部件分布如图2-28所示。两个驱动装置的巧妙配合使得I12同时兼具了跑车的动力性能和紧凑型轿车的效率。

这种在宝马上首次采用的车桥混合动力形式在没有附加组件的情况下实现了可独立调节的四轮驱动系统。前部和后部驱动力矩相互协调可确保传动系统的高效性能，可根据不同行驶情况进行具体调节。

图2-28　宝马i8全驱电动汽车驱动部件分布

1—电动机；2—电机电子装置EME；3—2挡手动变速箱；4—右侧前桥半轴；5—发动机；6—右侧后桥半轴；7—自动变速箱

采用车桥混合动力时，对车辆各车桥进行独立驱动。路面是两车桥间唯一的联系。驱动车辆时，不仅可以单独，而且也可以同时使用两种传动系统。高压电池电量充足时可通过电动驱动装置以零排放和低噪声方式行驶较长距离。采取相应设计的发动机在配合电动驱动装置使用的情况下也可实现较长可达里程并可在低油耗的情况下实现运动型驾驶方式。宝马i8高压系统部件分布如图2-29所示，前后驱动系统传动机构部件如图2-30所示。

图2-29　宝马i8高压系统部件分布

1—高电压蓄电池；2—供电电子装置；3—增程电动机或高电压启动发电机；4—电动机；5—发动机；6—变速箱；7—燃油箱；8—电源插头

图2-30　i8前后驱动系统传动机构部件

上一章目录下一章