串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)對比分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u15627串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)對比分析綜述 1274051.1串聯(lián)式混合動力汽車 179931.2并聯(lián)式混合動力汽車 248121.3混聯(lián)式混合動力汽車 51.1串聯(lián)式混合動力汽車串聯(lián)式混合動力汽車結(jié)構(gòu)較為簡單，結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。其動力系統(tǒng)由電動機、發(fā)電機和發(fā)動機構(gòu)成，主要特點是發(fā)電機由發(fā)動機直接驅(qū)動發(fā)電，發(fā)出的電能一部分通過控制器給電池充電，一部分傳給電機，電機通過變速器驅(qū)汽車。該結(jié)構(gòu)中電機是唯一的驅(qū)動源，發(fā)動機僅驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。此種形式中，發(fā)動機能一直穩(wěn)定運行在高效區(qū)間，不會受到汽車行駛工況的影響。根據(jù)輔助動力單元的功率大小，串聯(lián)混合動力汽車可分為兩類:(1)電量維持型串聯(lián)混合動力汽車。發(fā)動機功率占動力系統(tǒng)總功率的很大比例，動力電池只提供汽車行駛所需的最大功率。車輛行駛前后，動力電池的荷電狀態(tài)（SOC）基本保持不變，可相應(yīng)選擇較小的車輛電池容量。(2)電量消耗型串聯(lián)混合動力汽車。輔助動力單元(或發(fā)動機)的功率占電力系統(tǒng)總功率的百分比不足以平衡蓄電池SOC。車輛行駛后，蓄電池SOC小于初始值，需要用外部能量充電。串聯(lián)混合動力汽車有以下運行模式:(1)純電動模式，輔助動力單元關(guān)閉，動力電池發(fā)電使電機運行。(2)混合模式。輔助動力單元和電池共同為驅(qū)動電機供電。(3)發(fā)動機牽引和電池組充電模式，輔助動力單元為電機提供車輛驅(qū)動所需的電力的同時，還為電池組供電。(4)再生制動模式。輔助動力單元關(guān)閉，電機以發(fā)電模式運行，產(chǎn)生的電力用于給電池組充電。(5)混合式電池組充電模式。電動機從車輛中回收一部分動能來給電池充電，與此同時，輔助動力單元也給電池充電。(6)電池組充電模式。電動機不接收功率，輔助動力單元僅給電池組充電[3]。串聯(lián)混合動力汽車的優(yōu)點有：1.整車結(jié)構(gòu)簡單，布置較為靈活，具有較大自由度。2.發(fā)動機工作效率較高。發(fā)動機和發(fā)電機組成的輔助動力單元與電動機之間無機械連接，因此，發(fā)動機的工作狀態(tài)可不受到汽車行駛工況的影響，發(fā)動機可一直工作在高效率區(qū)間，使汽車具有良好的燃油經(jīng)濟性和排放性能。3.可以達到零排放的標(biāo)準(zhǔn)。汽車在環(huán)保要求高的市區(qū)行駛時，可關(guān)閉發(fā)動機，由電池供電驅(qū)動電機運行。串聯(lián)混合動力汽車的缺點有：1.系統(tǒng)的整體效率較低。該結(jié)構(gòu)中，能量需經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)化，分別是由發(fā)動機機械能轉(zhuǎn)化為電池的電能，再由電池的電能驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)化為機械能，能量轉(zhuǎn)化次數(shù)較多，能量損失也較多，能量利用率相比傳統(tǒng)汽車較低。2.動力總成尺寸較大。因為電機是整車唯一的驅(qū)動源，為滿足汽車的驅(qū)動要求，電機的質(zhì)量、外形和功率都較大，且相應(yīng)輔助動力單元的質(zhì)量、外形和功率也較大。因此在中小型汽車上布置該結(jié)構(gòu)較困難。圖1.1串聯(lián)式混合動力汽車結(jié)構(gòu)原理圖1.2并聯(lián)式混合動力汽車并聯(lián)式混合動力汽車具有電動機和發(fā)電機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)，它們既可以各自單獨輸出驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，也可以聯(lián)合輸出。電動機既可以作為發(fā)電機由發(fā)動機驅(qū)動向電池充電，又可以作為電動機輸出轉(zhuǎn)矩。其機構(gòu)如圖1.2所示。圖1.2并聯(lián)式混合動力汽車結(jié)構(gòu)原理圖并聯(lián)混合動力汽車發(fā)動機和電機有三種動力耦合方式，分別是轉(zhuǎn)矩耦合式、轉(zhuǎn)速耦合式和功率耦合式。轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)工作原理圖如圖1.3，如果不考慮傳動效率，發(fā)動機和電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系如式(1.1)，式(1.2)所示：圖1.3轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)工作原理圖Toutnout式中，Te，Tout，Tm分別表示發(fā)動機。轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)和電機輸出軸的轉(zhuǎn)矩。ne，nout，nm分別表示、轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)和電機輸出軸的轉(zhuǎn)速。k1，k2分別是和實際的轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的常數(shù)。由式可知，轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機和發(fā)動機轉(zhuǎn)矩成正比，輸出轉(zhuǎn)速為電機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的線性組合。因此，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩不受控制，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)整電機轉(zhuǎn)速來控制。轉(zhuǎn)矩耦合式并聯(lián)混合動力汽車的動力耦合裝置為轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)，圖1.4為其工作原理圖。若不考慮傳動效率，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速關(guān)系如式（1.3），式（1.4）所示:圖1.4轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)工作原理圖Toutnout式中，k3，k4分別是和實際的轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的常數(shù)。由式可知，轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩為發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)矩的線性組合，而耦合系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速與發(fā)動機和電機轉(zhuǎn)速之間有著固定比例關(guān)系。因此，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不能控制，轉(zhuǎn)矩可通過調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)矩來控制。功率耦合式并聯(lián)混合動力汽車的動力耦合裝置為功率耦合系統(tǒng)，圖1.5為其工作原理圖。若不考慮傳動效率，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速關(guān)系如式（1.5），式（1.6）所示:Toutnout式中，k5,k6,k7,k8為和實際的功率耦合系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的常數(shù)。由式可知，功率耦合系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別是發(fā)動機和電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的線性組合。因此，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可以通過電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制來得到控制。圖1.5功率耦合系統(tǒng)工作原理圖并聯(lián)混合動力汽車典型的工作模式如下：（1）混合驅(qū)動模式。發(fā)動機和電機同時提供驅(qū)動車輛的動力。（2）發(fā)動機單獨驅(qū)動模式。發(fā)動機單獨驅(qū)動車輛，電機不提供動力，不消耗動力電池的電能。（3）純電動模式。發(fā)動機關(guān)閉，動力電池向電機供電，電機驅(qū)動車輛運行。（4）再生制動模式。發(fā)動機處于關(guān)閉或減速狀態(tài)，制動力矩驅(qū)動發(fā)電機為電池充電，部分汽車動能被回收。（5）發(fā)動機工作、電池組充電模式。發(fā)動機驅(qū)動汽車行駛的同時，驅(qū)動電機給電池組充電。（6）電池充電模式。發(fā)動機只驅(qū)動電機給電池組充電。并聯(lián)混合動力汽車的優(yōu)點有：1.發(fā)動機和電動機質(zhì)量、體積和功率比串聯(lián)混合動力汽車要小。2.發(fā)動機通過機械結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動車輛，無能量轉(zhuǎn)化，能量利用率較高。3.并聯(lián)混合動力汽車應(yīng)用范圍較廣，可以在復(fù)雜的工況中運行，且可以充分發(fā)揮電動機低速大轉(zhuǎn)矩的特點。并聯(lián)混合動力汽車的缺點有：1.發(fā)動機和車輪通過機械直接連接，發(fā)動機的運行狀態(tài)時刻受到汽車行駛工況的影響，因此發(fā)動機不能一直在高效率區(qū)間運行，汽車的燃油經(jīng)濟性和排放性能較差。2.并聯(lián)混合動力汽車具有兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)，因此整車的控制技術(shù)較復(fù)雜。1.3混聯(lián)式混合動力汽車混聯(lián)式動力系統(tǒng)是串聯(lián)式和并聯(lián)式動力系統(tǒng)的組合，包括電機、發(fā)動機、發(fā)電機、控制器、動力電池、動力耦合系統(tǒng)等部件，如圖1.6所示。動力耦合系統(tǒng)控制著電機、發(fā)動機、發(fā)電機三者之間的動力傳輸。在該動力系統(tǒng)中，發(fā)動機可通過動力耦合系統(tǒng)驅(qū)動車輛；動力電池給電機供電，并通過動力耦合裝置驅(qū)動車輛；通過動力耦合裝置，發(fā)動機可以驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過控制器傳輸給電機，然后電機通過動力耦合裝置驅(qū)動車輛。所以混聯(lián)動力系統(tǒng)包括三條能量傳輸路徑：（1）發(fā)動機→動力耦合系統(tǒng)→驅(qū)動輪。（2）動力電池→電機→驅(qū)動輪。（3）發(fā)動機→動力耦合系統(tǒng)→發(fā)電機→電機→動力耦合系統(tǒng)→驅(qū)動輪。圖1.6混聯(lián)式混合動力汽車結(jié)構(gòu)原理圖混聯(lián)式動力系統(tǒng)是串聯(lián)式和并聯(lián)式動力系統(tǒng)的組合，它的運行方式包括了串聯(lián)和并聯(lián)動力系統(tǒng)的運行模式，在此不再討論?；炻?lián)式動力系統(tǒng)