並聯式混合動力汽車

概況

混合動力汽車是以先進控制技術為紐帶的傳統內燃機汽車與純電動汽車的結合,具有內燃機汽車和純電動汽車兩者的優點。其技術涵蓋面非常廣,涉及到機械、電子、控制等多個學科。混合動力汽車的關鍵技術大致包括動力電池及其管理系統、電驅動系統、動力系統參數匹配、能量管理策略等。

汽車結構

並聯式混合動力有內燃機和電機兩套驅動系統。它們可分開工作,也可一起協調工作,共同驅動。所以並聯式混合動力汽車可以在比較複雜的工況下使用,套用範圍比較廣。並聯式結構由於電機的數量種類,傳動系統的類型,部件的數量(如離合器的數量)和位置關係(如電機與離合器的位置關係)的差別,具有明顯的多樣性。結構上可分為兩種形式,即雙軸式和單軸式。

運行工況

並聯式混合動力汽車在實際的道路上運行十分複雜,主要包括:起步、加速、巡航、減速、制動、上坡、下坡、倒車、停車等。並聯式混合動力汽車由於發動機和電機的高效工作區域並不相同,為了發揮並聯式混合動力系統的優勢,汽車應根據不同運行工況,採取與之相適應的工作模式,以提高車輛整體動力性、經濟性及排放性。在圖1所示的並聯式混合動力汽車動力系統中,根據不同的工況要求和能量分配方案可將並聯式混合動力汽車工作模式分為為六種基本模式:怠速/停車模式、純電動模式、純發動機模式、混合驅動模式、行車充電模式和再生制動模式。

純電動模式

當並聯式混合動力汽車處於低速、輕載等工況且電池的SOC較高時,若以發動機作為驅動動力源,則發動機不僅燃油效率較低,並且排放性能很差。因此,在這種情況下,發動機停止工作,由電池提供能量驅動電機帶動整車運動。但當電池的SOC較低時,為了延長電池壽命,應當切換到行車充電模式。

純發動機模式

在車輛中高速行駛且中等負荷時,車輛克服行車阻力所需的動力並不是很大且電池的SOC並不是很低。在這種情況下主要由發動機提供動力。此時,發動機可工作於較高的效率區域且排放性也較好。

混合驅動模式

在急加速或爬坡等大負荷情況下,當車輛所需的動力超過發動機工作能力或不在發動機高效區時,這時驅動電機以電動機的形式工作對發動機進行助力。若此時電池的SOC值比較低,為了保護電池,只能由發動機單獨驅動。

行車充電模式

在車輛正常行駛等中低負荷時,若這時電池的SOC較低,發動機除了要提供驅動車輛所需的動力外,還要提供額外的功率對電池充電。

再生制動模式

當並聯式混合動力汽車減速/制動時,電機在保證制動安全的前提下儘可能多地回收再生制動能量,剩餘的能量由機械制動系統消耗掉。

怠速停車模式

在怠速/停車模式中,並聯式混合動力通常關閉發動機和電機,但如果這時電池SOC較低,需要開啟發動機和電機,控制發動機帶動電機為電池充電。