混合动力电动汽车动力传动系统的研究

维普资讯

Vo 8 No6 ll 2 QS 1 0 .2

机械研究与应用ME CHANI AL RE E C S ARC& AP H C TI H P A ON

第 l卷第 6 8期20 0 5年 1 2月

混合动力电动汽车动力传动系统的研究王世新徐，勇(. 1浙江宝业集团，安徽合肥 2 0 1; . 3 0 1 2江淮汽车有限公司， 安徽合肥 2 02 ) 30 2摘要：混合动力电动汽车( E ) H V是新型节能环保型车辆。阐述混合动力汽车各组成部件、布置方式及控制策略的不同结构型式： 串联式、并联式和混联式，对这 3种混合动力系统结构和特点进行了分析。

关键词：动力装置；混合混合动力汽车；动力传动系统中图分类号： il3 2 Tl 1. 文献标识码： B文章编号：0 7— 4 4 20 )6— 0 8— 2 10 4 1 (0 5 0 0 2 0

节能、环保、新能源越来越紧密地与汽车联系在一起。如何研制开发更节能、环保、更使用替代石油能源的新型汽车， 成为各大汽车公司的当务之急。纯电动汽车或低排放新燃料汽车是最终目标，目前电池技术问题阻碍了纯电动汽车的但

轮。这种系统使用一个较小的发动机在效率最高的转速范围内工作，因此，能够最大限度地改善燃油经济性和减少排放。 ( )并联式混合动力传动系统 ( 2在这种系统中发 2图 )动机和电动机既可联合驱动车轮，又可各自单独驱动车轮，并且允许发动机在驱动车轮的同时带动发电机给蓄电池充电。

发展和应用，专家估计，间内燃料电池技术很难有重大突短时破，燃料电池电动汽车暂时无法完全取代燃油发动机汽车。

这种情况下，种两全其美的方案应运而生，一即混合动力电动汽车 ( V)这种汽车既发挥了燃料发动机持续工作时间长、 HE, 动力性好的优点，又发挥纯电动汽车无污染、噪声的好处。低

二者“并肩战斗”取长补短，,汽车的热效率可提高 1%以上， 0 废气排放可降低 3%。 O

1动力传动系统在混合动力电动汽车中的重要地位动力传动系统在 HE V开发中与传统汽车及电动汽车最

图 l串联式混合动力系统

图 2并联式混合动力系统

大的差别是动力系统，动力传动系统是 H V开发工作的核心 E和难点。不同的 HE V最大的差别也

是动力系统， E H V正是根

( )混联式混合动力传动系统 ( 3其布置形式包含 3图 )串联式和并联式的特点，即功率流既可像串联式流动，可像又并联式流动。它的动力系统包括发动机、电机和电动机。发 根据助力装置不同，又可分为发动机为主和电机为主 2种。 以发动机为主的形式中，动机作为主动力源，发电机为辅助动力源， i a io V属于这种情况。以电机为主的形式中， Ns nTn s HE 发动机作为辅助动力源，电机为主动力源， oo mi H V T yt P s E a

据动力传动系统的结构进行类型划分。动力传动系统的结构决定着部件的数量、及系统的控制策略；种类动力系统结构上的差异导致不同 H V的适用条件和使用要求各不相同； E同样，开发工作的难度也相差很大。可以说，传动系统结构动力型式的选择决定 HE V研究开发的重点和方向，关系着开发的进度和产品的水平， HE是 V开发中首要和关键的一步。因此，研究开发时必须在深人调研、仔细分析和权衡利弊的基础上，对动力传动系统的结构类型作出慎重选择。

就属于这种情况。该结构的优点是控制灵活方便，其缺点是结构相对复杂。 22动力传动系统结构型式分析 . 22 1串联式动力传动系统 ..

2电动汽车动力传动系统结构型式及分析 2 1动力传动系统的结构类型 .

H V开发的实质是通过部件工况的改善和效率的提高 E实现整个系统性能的优化，是基于系统结构概念上的创新， 目前 H V主要指以蓄电池与辅助动力单元 ( P作为动力源 E A U)

由于串联式 H V动力传动系中的发动机与汽车驱动轮 E之间无机械连接，具有独立于汽车行驶工况对发动机进行控制的优点，用于常见的频繁起步、速和低速运行工况。适加可使发动机稳定于高效区或低排放区附近工作。串联式 H V E动力传动系理论上的综合效率较低，因为发动机输出的机是械能由发电机转化为电能，由电动机将电能转化为机械能再用以驱动汽车，途经 2次能量转换，中间必然会伴随着能量的损失。另外，它的 3个动力总成 (动机、电机、发发电动机 )也

的汽车。其中A U通常为一原动机或由原动机驱动的发电 P机组。根据部件种类、数量和连

接关系可将 HE V的动力系统分为 3种基本结构类型：串联型、联型和混联型。其中，并动

力源输出功率以电力形式进行复合的称之为串联式；以机械方式进行叠加的称之为并联式；两者兼有的称之为混联式。 混合动力传动系统有 3种布置方式：( )串联式混合动力传动系统 ( 1在这种系统中， 1图 )发

会给系统总布置带来困难并使成本增加。因此只有在 2种情况下，有可能选用串联式 H V动力传动系布置方案：发才 E①动机仅用于增加电动车辆的续驶里程，用于驱动汽车的绝而

动机驱动发电机产生电能，电能用于驱动电动机并借此转动车

收稿日期：0 5—0 20 5—1 5

作者简介：王世新 ( 94一)男， 17,安徽合肥人，助理工程师，从事机械设备安装工作。

2 8

维普资讯

第l卷 8

第6期

机械研究与应用 .ME CHANI AL RE E eH& lP L CⅡON C S AR A P I

Vo 8 No 6 ll

20 0 5年 l 2月

2 o 2 05

大部分能量来源于蓄电池，整个系统能量转化损失较小。使

②发电机和电动机的综合效率达到或超过传统车辆动力传动系的水平，研究人员希望能采用配备有磁能密度极高钓永久磁铁作为电极的高速同步发电机和电动机来达到这一水平。这种系统主要用于城市大客车。 2 2 2并联式 H V动力传动系统 .. E

在并联式 H V动力传动系统中， E发动机与电动机可分别独立地向汽车驱动轮提供动力，没有串联式 H V动力传动系 E中的发电机，因此更像传统的汽车动力传动系，有许多显并具著优点：由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，①中间没有能量的转换，串联式布置相比，与系统效率较高，油燃

图 3混联式混合动力系统

图4丰田 Pi车动力传 rs u

1发电 2电池 3电 .机 . .动机

动系统结构简图。

4变速器 5发动机 6动力分配装置 . . .

消耗也较少。②同时电动机又可作为发电机使用，系统仅有发动机和电动机 2个动力总成，车质量和成本大大减小。整 ③假定汽车所要求的最大功率为 P,每台动力总成的功率则总和往往在 P一 P之间， 2由于设备功率较小，所需设备费用也较小。但发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接，

发动机运行工况不可避免地受到汽车具体行驶工况的影响，维要

3结

论

混合动力系统能实现节能环保效果及保持燃油汽车的高

速性能，主要采用以下技术：发动机的优良配置。低排量带①

来低排放；保持最佳工况或尽量减少低速运行，实现安全燃烧或减少低速排放；②在城市中行驶主要以发动机驱动系统工作，动机在最佳工况下排放或停止工作“”放；发零排③再生能量的反馈回收是混合动力汽车的一大特点；能量转换技④

持发动机在最佳工作区工作，则控制系统和控制策略较复杂。2 2 3混联式 H V动力传动系统 .. E,

术使发动机、电动机驱动系统按路况要求，分别工作或同时合力完成车辆行驶要求，大大提高了车辆的机动性、速性和其加它综合性能。

混联式 H V布置方案综合了串、 E并联 2布置方案的优种缺点，具有最佳的综合性能，系统组成庞大，但传动系布置困难。另外，串、实现并联分支间合理的切换对控制系统和相关控制策略的设计也提出了更高的要求。综上所述，并联式 H V布置方案由于在传动系组成及控制方面更接近于传统 E车辆传动系，且所需的电机功率较小，电池组数量少，车的整价位也比较低。更可贵的是，并联式 r V可采用传统汽车用 I E

混合动力电动汽车既保持了电动汽车超低排放的优点， 又发挥了传统内燃机汽车高比能量的长处，电池技术瓶颈在未被突破的情况下，代表 2世纪初汽车发展的方向。 1

参考文献：[] D rasD N d nai,W l .A pr l yr【 r e a 1 a l, e ugd A a s di l M a l l bi d v ri ae h d i t n

内燃机，从而把传统车用内燃机的最新研究成果应用到混合动力车辆上，节省了研发资金目前这种结构的传动系应用比较广泛。并联式 H V动力传动系， E由于动力合成的实现方法具有多样性，相应地动力传动系结构也多种多样，通常可归类为：转速合成式、 I牵弓力合成式和扭矩合成式 3大类。图 4为

[] Sc to at ov nl e, 99 1: 2 . J . oiy fu m te g e s 19 ( )2 e o i e n r 9— 8 []孙逢春.勘汽车[ . 2屯 M]北京：北京理工大学出版社。 9 . 17 9[1王 3

I东。田光宇，陈全世.混合动力电动汽车动力系统选型策略 ‘分析[]汽车工业研究。 0 ( ) 1 . J. 2 12: 0 2(自然科学版) 2 0 .2 1:4,0 3 1 ( ) 2 .

丰田公司 Pi车的驱动系统结构示意图， rs u它的动力传动系统被公认为是目前最成功的结构。

[]钱立军. 4混合动力汽车传动系结构分析[]合肥工业大学学报 J.

[]徐宏佳. 5电动汽车混合动力系统的技术分析[]机电工程技 J.术，o 13 ( ) 1, 2 o。0 6: 6 . .

T e r s a c n n l ss o h o r rv y t m ft e h b i lc r c v h c e h e e r h a d a a y i n t e p we d i e s s e o y rd ee t e i l h iWa g S—xn n hi i .Xu Yo g n

(. h in a e ru, e i n u 3 0 1 C ia 2 as gr a s r cdm 皿， e i nu 2 0 2, hn ) 1 Z 4￣gB oy gop Hf A h i 0 1, n; .P s n e cree c aae y e 2 h e r ah Hf A h i 3o 2 C ia e A s at Tl hb de c i vhc H V)b cmea ou f e p ai bt c: l yr l tc eil E r e i e r e( eo cs wt esv g—ee y evrn et r et nvhc ew r . f on y n nr, n i m n o c o ei ei t o d g o pt i l nh l.

B c u e o i e e to o o i gc mp n n .L y u d,c n rls a e。t e h b d e c r e il a id f t cu r .S - e a s fdf r n fc mp sn o o e t a o t mo e o to t tg r y h y r l ti v hc e h s k n so r t r f ms e i e c su e o

r s p r l l c mb n d II h ssi a ay ig t e sr cu e a d c a a t r t f h b v h e i d o y r l cr e il . i、 aal、 o i e ., i t e i s n l z h tu tr n . h r ce i i o e a o e t re k n fh b d e e t c v h c e e e 1s n sc t i i Ke

r s:h b d p w ru i;h b d ee t c v hc e r er i y t m y wo d y r o e n t y r lc r e il;d i t n s se i i i v a

(上接第 2 7页)

出版社。04 20 .

参考文献：[]刘光富， 1李爱平.快速成型与快速制模技术[ . M]上海：同济大学

[]王润孝. 2先进制造技术导论[]北京：出版社， o . M.科学 2 4 o []杨继全， 3朱玉芳.先进制造技术[]北京： M.化学工业出版社， O . 24 O

Th p f a i n o lc r n b a ma h n n n r p d p o o y i g e a p c t fe e t o e m c i i g i a i r t t p n i o

LuQ—nn P gQ—sO。 i i a . a i hU n(inx nvrt o c le&t h o g, azo inx 3 10,hn ) J gi i sy fsit a u e i ec e nl y G n uJ g i 4 0 0 C ia c o h a A src:ntiat l,nr ue o s et nba ah i E M)i ta fa r em mahnn L M)i pdpo - bt t I s rc it d cshwt uee c o em m ci n a h ie o o l r n g( B n edo e a cii s l b s g( B nr i r o a t t i R )i re dc eporm ds nadipoemahnn rc in yn p g( P nodror uet rga ei n r ciigpeio . t e h g m v sKe r s lcr n b a c ii g a e e m c i ig;rp d p t t i g y wo d:ee t e o m ma h n n;l rb a ma hn n s a i r oy n o p

2 9