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混合动力汽车HEV系统的应用原理分析

jf_IvoARX3P 来源:EDC电驱未来 作者:EDC电驱未来 2022-11-25 10:42 次阅读

HEV系统有两种基本几何形状:并行和串联。

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并联系统示意图

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串联系统示意图

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内燃发动机在高速公路上行驶时效率最高,因此仅在高速公路行驶中使用。但是,这在停走交通方面效率很低。电动机很快会在长时间的高速公路行驶中耗尽其电池,但是可以通过城市交通高效驾驶车辆,而不会排放到城市大气中。当然,当ICE和电动机同时工作时(如车辆在加速时),这两者之间会有一些驾驶模式。

通过驱动机构的动力流取决于系统的布置和几个离合器,这些离合器使组件与组件脱离接合。在下图中:

电磁离合器#1 控制ICE和发生器之间的连接。
电磁离合器#2 控制ICE和变速箱之间的连接。
超越离合器#3 控制ICE与系统之间的连接。
超越离合器#4&5 控制电动机和系统之间的连接。

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动力从内燃机通过辅助驱动轴流到变速器。然后,它从变速箱流到主驱动轴,然后流到车轮。超越离合器3和5接合,所有其他离合器分离。

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功率从两个电动机流经变速箱,流向驱动轴和轮胎。超越离合器4和5接合,所有其他离合器分离。

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动力从内燃机流经辅助驱动轴,变速器,然后流至主驱动轴,再流至轮胎。功率也从两个电动机流向变速器,然后流向主驱动轴和轮胎。超越离合器3、4和5接合,电磁离合器2接合。

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动力从车轮流到主驱动轴,然后通过变速箱,再通过辅助驱动轴,流到发电机,最后流到电池。这在再生制动期间发生。电磁离合器1和2已接合,所有其他离合器均已分离。

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动力从内燃机经过驱动轴2流到变速箱,再到驱动轴1和轮胎。动力也从ICE穿过驱动轴2流向发电机。超越离合器3和电磁离合器1接合,所有其他离合器分离。

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动力从内燃机流经辅助驱动轴,到达变速器,然后流经主驱动轴和轮胎。ICE还通过电磁离合器1为发电机供电,然后再为电池供电。而且,电动机通过变速器向主驱动轴提供动力。所有离合器均已接合。

许多混合动力汽车和其他非混合动力汽车也使用再生制动。该系统吸收了一些通常在汽车制动时通过摩擦耗散的能量,并将其转换回可用的能量。

如果:T(t)=扭矩

W(t)=车轮速度(转数/时间)

P(t)=功率= T * W

轮轴以速度= W旋转且扭矩= T旋转,产生动力P,具有所有时间功能。从车轮获取动力会使汽车减速,这通常是不希望的,除了制动。施加制动器时,发电机的轴连接到车轮轴,因此可以通过车轮的动力使其旋转。然后,发电机将这种机械/旋转动力转换为电能:

对于直流发电机:

a = a(N,B,l,r)=一个常数(对于特定的生成器)

V(t)=电压

I(t)=电流= a * T,并且

P(电气)= I * V = T * W = P(机械)

然后:I =(W / V)* T,然后

V = I / a * W

因此,假设摩擦损耗可忽略不计,则电功率输出为P = V * I = T *W 。然后,该电能用于为车辆的电池充电,以保存电池以备将来使用。

车辆行驶时,HEV也会通过ICE通过相同的过程为电池充电。控制器监视电池的状态和ICE的速度。当电池电量低且ICE速度高时,它将发动机的驱动轴连接至发电机,从ICE汲取功率为电池充电。由于此控制器就位,因此在加速,爬坡或需要全功率时,车辆不会失去动力。

极限物理

混合动力汽车的性能受到其效率和运载自己燃料的能力的限制。电池容量和燃料能量密度都限制了车辆可维持的电量。

电池的三种主要类型是铅酸(最常见的汽车电池),NiCd(镍镉)和较新的NiMH(镍氢金属)。电池的比能量,比功率,成本和寿命是选择电池的最重要因素。

比能量(Wh / kg) 比功率(W / kg) 大约费用(美元/千瓦时) 近似寿命(循环放电至80%)
铅酸 35 200 125 450
镍镉 40 175 600 1250
镍氢电池 70 150 540 1500

单位:单位质量的比能量或功率。这很重要,因为只要有足够的电池,任何电池组件都可以提供足够的能量,但是HEV的体积和承载能力有限,因此需要使用高能量/功率密度的电池。

Wh / kg =瓦时/千克-1kg电池可以提供一定瓦数功率的小时数。

W / kg =瓦特/ kg-1kg电池可提供的瓦数。

$ / kW-h =美元/千千瓦小时-每小时电力成本,以千瓦数为单位的电量。

循环至80%DOD(放电深度)-电池通过化学反应循环(取决于其类型)以提供电能。该单位是每个电池在放电至80%以内之前所能提供的循环数(这种状态下电池两端没有压降,因此它无法提供电力)。

审核编辑:郭婷

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原文标题:高清图解-美国某HEV车型专利原理大图

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