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标题: 混合动力汽车架构介绍 [打印本页]

作者: 三尺非寒 时间: 昨天 11:05
标题: 混合动力汽车架构介绍
2.1 混合动力电动汽车

2.1.1 串联混合动力车

在串联混合动力车（S-HEV）拓扑中，内燃机驱动发电机，其电力输出与来自电力存储的电力相结合，并通过电动直流总线传输到驱动车轮的电动机（EM）（见图3）。因为内燃机与车轮自由解耦，它可以通过根据负载分布选择内燃机速率以最佳效率运行。为了实现走走停停驾驶的高性能，S-HEV拓扑主要被考虑用于公共汽车和城市车辆，但由于较高的转换损耗和高速行驶时必要大型EM，因此不适合高速公路或城际行驶[14]。

图3.基于ICE的串联-HEV设置
2.1.2 并联混合动力车

在并联HEV（P-HEV）拓扑中，组合动力是机械的而不是电气的，此中ICE和EM毗连到扭矩耦合器，如许它们的扭矩就被组合起来，然后利用传统的传动轴和大概的差动齿轮传递给车轮（见图4）。P-HEV动力总成体系可以大致分为后传动和预传动设置。P-HEV的另一个改进是贯穿道路（TtR）HEV，它通过对前轮应用ICE和对后轮应用EM（通常是轮内电机）来结合两个“穿越道路”的牵引力泉源。
由于机械毗连，P-HEV的能量损失比S-HEV小。然而，P-HEV中利用的内燃机通常更大，而EM相对较小，功率也低于S-HEV中利用的相应EM。P-HEV也不太适合在典型城市驾驶条件下发生的频繁走走停停的交通。

图4.基于ICE的并行HEV设置。
2.1.3 串并联混合动力车

串并联混合动力车（SP-HEV），也称为功率分流混合动力车（见图5），结合了串联和并联混合动力车的互补上风。首先，与S-HEV相比，SP-HEV拓扑可以减小储能体系（ESS）和EM的尺寸，而且与P-HEV相比可以减小ICE的尺寸。其次，因为S-HEV在较低的车速下效率更高，而P-HEV在高速下效率更高，所以SP-HEV可以得到速率上风。
然而，SP-HEV动力体系是复杂的结构，必要两个电机作为发电机和一个驱动电机毗连到行星齿轮组，行星齿轮组代替了传统的变速箱，充当无级变速器（CVT）。因此，功率分配体系的潮水控制是SP-HEV面对的关键挑衅之一，因为它包括串联和并联混合动力汽车的正常/标准运行模式以及其他模式，如发动机重型和电力重型模式

图5 基于ICE的串并联HEV（复合型）设置
动力体系上风劣势应用领域串联 (Series)优化的高效牵引驱动体系（发动机小型化）较大的牵引驱动体系适用于较大的车辆，如重型巴士、卡车和机车。模块化电厂设置大概性（空间布局上风）多次能源转换长的利用寿命优秀的瞬态相应可实现零排放操作并联 (Parallel)高成本下的经济收益高电压要求以进步效率适用于城市乘用车。可实现零排放操作复杂的空间布局串并联 (Series-parallel)可实现零排放操作体系非常昂贵适用于乘用车和轻型商用车。控制复杂性复杂的空间布局 P0架构

P0架构中电机位于发动机的前端，也就是在原逆变器的位置，是利用皮带传动兼顾启动和发电的一体机，能够控制发动机的启停，而且还能接纳发动机多余的热量。

优点为P0架构中还可以调控发动机的转速，从而使得车辆在启停、怠速、换挡、加速等方面平顺性得到极大的改善。缺点是因为P0电机不能脱离发动机单独驱动车辆，因此通常担当辅助角色。另外，因为P0架构中电机不与发动机直接相连，因此给发动机加力和接纳动能功率的效率较低。
P0架构一样寻常匹配48V弱混体系，目前P0架构体系有奥迪SQ7 TDI和马自达i-Eloop弱混体系。
P1架构

P1架构中，电机位于发动机的曲轴后端，直接与发动机毗连，位于在K0聚散器之前。电机中的定子（电机的固定部门）直接放在了发动机的缸体上，电机的转子（电机的旋转部门）代替了传统的飞轮，发动机曲轴则充当了电机的转子。

与P0结构相比，P1结构与P0架构同样可以控制发动机的启停，接纳多余的动能。由于直接与发动机相连，效率会更高，但是这也会导致该架构中电机无法单独驱动车轮，没有纯电行驶的能力，同时由于很难解决散热问题，因此P1电机无法负担长时间高功率、高负荷的工作。
除了可以运用在微混和弱混体系中，还可以应用在100-200V电压的中混体系中，目前P1架构体系有本田INSIGHT、奔驰的S400混动体系等。
P2架构

P2架构可谓是分水岭，从P2架构开始，之后的架构都能够单独驱动车辆工作。由于P2架构的布局，车辆可以形成纯电、混动、纯由这三种工作模式。P2架构中的电机位于变速器和发动机之间，共3种位置分布，功能各不雷同分别为聚散器之前、聚散器之后和聚散器之间，布局如下图所示。

由于P2架构可以通过聚散器的分合来实现单独驱动车辆，布局，车辆可以形成纯电、混动、纯由这三种工作模式。
从布局就能明显来看出，P2架构的结构更为简朴，不必要对发动机和变速器进行更爱，因此造价也比P1便宜。除此之外，P2架构的效率会有更高的效率和更高的燃油经济性。
P2架构一样寻常情况下会与P0架构一起，通常不会单独存在。很多欧洲车企喜好用P2架构，如沃尔沃等。
P3架构

P3架构中电机位于变速器之后，通常用在后驱的车上，比亚迪第二代DM体系就是采用了P3架构。
相比于P2架构，P3直接与传动轴相连，因此其纯电驱动/起步效率和动能接纳效率更高。由于位于变速器之后，因此低落低落了对变速器承扭能力的要求。

缺点是它必要单独的空间放置，另外该电机无法用于启动发动机，因此必要额外的P0大概P1电机弥补这一功能，最后在纯电驱动下，电机会带动前方的变速箱从而导致能量损失。
P4架构

P4架构是这几种架构中最奇葩的架构，它相称于一个独立的存在，与发动机没有任何的联系，一样寻常不但独出现，通常会与P0和P1电机搭配出现，搭配差别的架构会出现差别的新能。

优点该架构不消传动就能够实现四轮驱动、与发动机的动力可以兼容，另外后排地面没有凸起，能够带来较好的乘坐体验。缺点就是在没电时，P4电机的架构会增加油耗。
Tran D D, Vafaeipour M, El Baghdadi M, et al. Thorough state-of-the-art analysis of electric and hybrid vehicle powertrains: Topologies and integrated energy management strategies[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2020, 119.

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