串聯式混合動力汽車SHEV

Series Hybrid Electric Vehicle

串聯式混合動力系統由發動機、發電機、電機控制器、電動機和動力電池組成。

發電機在發動機帶動下轉動産生電能，電能經過電機控制器的調節提供給驅動電機，驅動電機驅動車輛行駛，整個過程中進行了機械能與電能的多次轉換。

在串聯式混合動力系統中，由于動力電池和發電機是通過控制器串聯在回路中的，動力的流動方向為串聯，所以稱為串聯式混合動力系統，結構如圖所示：

▲串聯型Plug-in HEV動力系統簡圖

串聯式混合動力的工作原理

蓄電池組處于電量飽和狀态，輔助動力系統不需要工作，蓄電池輸出的直流電經控制器變為交流電後供入驅動電動機，驅動電動機輸出的轉矩經變速器、傳動軸及驅動橋驅動車輪。

當蓄電池組電量低于60%時，這時輔助動力系統起動，為驅動系統和蓄電池組提供能量：當車輛能量需求較大時，輔助動力系統與蓄電池組同時為驅動系統提供能量。

發動機在蓄電池組的協助作用下可始終工作在一個相對穩定的工況下，所以其排放得到有效控制。

串聯式混合動力的結構特點

1. 發動機和發電機組成的輔助動力單元一起工作提供車輛行駛所需的能量。
2. 發電機産生的電能既用于給電池充電又用于驅動車輛。
3. 有兩個電機，一個電機用于驅動和能量回饋，另一個電機專門用于發電。
4. 屬于内燃機輔助型的電動汽車可以增加電動汽車的續駛裡程。

串聯式混合動力的性能特點

1. 由于有輔助動力系統的協助發動機工作狀态不受汽車行駛工況的影響，始終在最佳的工作區域内穩定運行，因此發動機具有良好的經濟性和低的排放指标。
2. 由于有電池進行驅動功率“調峰”和輔助動力系統的協助，所以隻需較小功率的發動機來滿足汽車在某一速度下穩定運行工況所需的功率即可。
3. 發動機與驅動橋之間無機械連接，不直接驅動車輛，因此，對發動機的轉速無任何要求，發動機的選擇範圍較大。
4. 發動機與電動機之間無機械連接，整車的結構布置相對自由、靈活一些。
5. 發動機的功率輸出需全部轉化為電能再經驅動電機變為驅動汽車的機械能，因此需要功率足夠大的發電機和電動機。
6. 為了使發動機輸出功率平衡、防止電池出現過充電或過放電現象，必須使用容量較大的電池。
7. 由于機械能和電能之間多次的能量轉換以及電池充放電過程中都有能量的損失，因此能量的利用率較低。

根據串聯式混合動力系統的結構特點，該系統可以實現以下幾種工作模式：

1. 純電驅動模式：發動機關閉，由驅動電機驅動車輛行駛。
2. 純發動機驅動模式：發動機隻提供電動機驅動車輛所需的能量，該模式主要用于車輛中速和高速行駛工況。
3. 混合驅動模式：驅動功率由發動機-發電機組和蓄電池共同提供，該模式主要用于車輛加速和爬坡工況。
4. 發動機驅動和電池充電模式：發動機工作帶動發電機發電，産生的電能由電機控制器分配能量，一部分輸送給電動機用于驅動車輛，另一部分向動力電池充電，該模式主要用于車輛低負荷行駛且電池SOC較低的工況。
5. 回饋制動模式：該模式下發動機不工作，電動機以發電形式工作，把來自車輪的動能轉化為電能，通過電機控制器給動力電池充電，該模式主要用于車輛制動和下坡工況。
6. 電池充電模式：電動機不工作，通過發電機實現機械能與電能之間的轉換，把來自發動機的機械能全部以電能的形式通過電機控制器給動力電池充電，該模式主要用于車輛靜止且電池SOC較低的工況。

在以低負荷行駛時，串聯式混合動力汽車可采用純粹的電驅動模式或純粹的發動機驅動模式。

在以高負荷行駛時（如超車或滿載爬坡時），串聯式混合動力汽車則采用混合驅動模式，電能來自于發動機-發電機組和蓄電池組。

在正常行駛時，串聯式混合動力汽車則一般采用發動機驅動和蓄電池充電模式運行。此時，發動機可以始終工作在效率較高、排放較低的單一工況，并帶動發電機發電。

并聯式混合動力系統PHEV

Parallel Hybrid Electric Vehicle

并聯式混合動力系統由發動機、變速器、電機、電機控制器和動力電池組成，其中電機可作為電動機使用，也可作為發電機使用，根據工況要求實現電能和機械能之間的相互轉換。

并聯式混合動力系統的汽車有傳統的發動機驅動系統和電機驅動系統兩大驅動系統，這兩個動力系統既可以同時協調工作，也可以各自單獨工作來驅動汽車。當兩個動力系統同時工作時，動力的流動方向為并聯，所以稱為并聯式混合動力系統。

并聯式混合動力系統與驅動系統之間有以下三種結合方式：

1. 在發動機輸出軸處進行組合；
2. 在變速器（包括驅動橋）處進行組合；
3. 在驅動橋處進行組合；

并聯式混合動力的工作原理

此種結構的動力系統驅動模式分為兩種：

1. 發動機作為基本的驅動模式，獨立驅動後驅動輪；
2. 輔助驅動系統模式也能獨立驅動前驅動輪；

在混合驅動時，發動機驅動後輪轉動而電機驅動前輪轉動，此時車輛成為混合四驅動模式。

并聯式混合動力的結構特點

1. 該系統可通過内燃機和電動機各自的驅動線路驅動車輛行駛。
2. 該系統具有發動機單獨驅動、電動機單獨驅動、發動機和電動機混合驅動三種驅動模式，可以實現不同路況下的行駛。
3. 屬于電力輔助型的燃油汽車，可以降低排放和燃油消耗。
4. 電動機可以工作在發電機狀态，将來自發動機多餘的能量和制動回收的能量轉換成電能充入蓄電池。

▲并聯型Plug-in HEV動力系統簡圖

并聯式混合動力汽車根據驅動系統的特點存在以下幾種工作模式：

1. 純粹的電驅動模式：該模式下離合器是分離的，發動機不工作，電動機産生的機械能經耦合器傳動驅動汽車行駛。
2. 純粹的發動機驅動模式：該模式下電動機是關閉的，僅由發動機提供驅動能量，而蓄電池組既不供電也不獲取任何能量。
3. 混合驅動模式：該模式下由發動機和蓄電池組共同提供車輛行駛所需能量。
4. 發動機驅動和蓄電池充電模式：來自發動機的功率分為兩部分，一部分用于驅動車輛行駛，另一部風向蓄電池組提供充電功率。
5. 再生制動模式：該模式下發動機關閉，而牽引電動機運行在發電機狀态，把來自車輛本身的動能轉換為電能向蓄電池組充電。
6. 停車充電模式：車輛停駛，發動機運轉帶動電機發電，向蓄電池組充電。

在以低負荷行駛時，并聯式混合動力汽車可采用純粹的電驅動模式或純粹的發動機驅動模式。

純粹的電驅動模式主要用于對排放要去較高的市區道路環境。

在以高負荷行駛時（如超車或滿載爬坡時），并聯式混合動力汽車則采用混合驅動模式。

在正常行駛時，并聯式混合動力汽車一般采用發動機驅動和蓄電池充電模式運行。此時，發動機的工作效率與工作區間随着負荷的變化而不斷變化，不能像串聯式混合動力汽車那樣工作在單一工況。當發動機輸出的功率有多餘時，可以同時向蓄電池組充電。

并聯式混合動力的性能特點

汽車在低速或變速工況行駛時，可以通過控制發動機的功率輸出以滿足該工況的動力需求；在汽車高速行駛，發動機的輸出功率低于汽車行駛所需的功率時，在控制器的作用下電動機工作協助驅動。這樣的結構形式和驅動方式，使并聯式混合動力汽車具有如下的性能特點：

1. 發動機的動力無需經過機械能與電能之間的轉換可直接作用于驅動輪，因此發動機輸出能量的利用率相對較高，當發動機在其最佳工作範圍内運行時，并聯式的HEV燃油經濟性比串聯式的高。
2. 在驅動總成中，電動機起“調峰”作用，因此可選用較小功率的發動機。
3. 在驅動總成中，如果電動機隻是作為輔助驅動可選功率較小的電動機。
4. 驅動系統中的發電機也可選用較小功率。
5. 由于有發電機補充電能，比較小的電池容量即可滿足使用要求。
6. 由于發動機運行工況要受汽車行駛工況的影響，因此汽車在行駛工況變化較多、較大時，發動機多在不良工況下運行，其排污比串聯式高。

混聯式混合動力系統

Series/Parallel Hybrid Electric Vehicle

混聯式混合動力系統由發動機、動力分配機構、發電機、電機控制器、電動機和動力電池組成。由于該混合動力系統的動力流向既有串聯又有并聯，所以稱為混聯式混合動力系統。

圖 2-3 混聯型Plug-in HEV動力系統簡圖

混聯式混合動力汽車的結構

PSHEV是綜合SHEV和PHEV結構特點組成的，由發動機、電動機或發動機和驅動電機三大動力總成組成。

混聯式混合動力汽車的工作原理

驅動模式為：

1. 以發動機驅動為基本驅動模式，并獨立驅動後驅動輪。
2. 以驅動電動機為輔助驅動模式，電動機可獨立驅動前驅動輪。

在混合驅動時，發動機驅動的後輪動力與電動機驅動的前輪動力通過耦合器結合，此時，汽車為四輪驅動。

混聯式混合動力汽車的結構特點

與串聯式和并聯式混合動力汽車比較，混聯式混合動力汽車的機構特點如下：

1. 結合了串聯式和并聯式混合系統的優點。
2. 相對于串聯式混合動力汽車相比，其增加了機械動力的傳遞路線。
3. 相對于并聯式混合動力汽車相比，其增加了電能的傳輸路線。

混聯式混合動力汽車根據行駛負荷和動力系統的特點主要有以下幾種工作模式：

1. 純粹的電驅動模式：該模式下僅由電動機驅動車輛行駛，而發動機、發電機是關閉的。
2. 純粹的發動機驅動模式：車輛驅動功率僅源于發動機，而發電機關閉，蓄電池組既不供電也不獲取任何能量。
3. 混合驅動模式：該模式下由發動機和蓄電池組共同提供車輛行駛所需的能量。
4. 發動機驅動和蓄電池充電模式：發動機的功率既用于驅動車輛又用于給蓄電池充電。
5. 再生制動模式：該模式下通過牽引電動機把來自車輛的動能轉換為電能，用于向蓄電池組充電。
6. 停車充電模式：車輛停駛，發動機功率僅提供電池充電能量。

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