1、LOGO1概概 述述2混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理第五章第五章 混合動力汽車混合動力汽車4混合動力汽車實例混合動力汽車實例3混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件5混合動力汽車維修混合動力汽車維修LOGO 混合動力汽車具有油電混合、氣電混合、電電混合等多種不同的形式，即使對應其中的一種混合形式，由于動力傳動系統的組成不同，仍存在多種不同的結構，在詳細分析各種不同結構的定義、特點和工作原理之前，給出如下幾個基本概念。概述LOGO 動力傳動系。這是汽車上用于存儲、轉化和傳遞能量并使汽車獲得運動能力的所有部件的總稱，具體包括車載能量源、動力裝置、傳動系和其他輔助系統四部分。 車

2、載能量源。用于能量存儲或進行能量的初始轉化以向動力裝置直接供能的所有部件的總稱，由能量直接存儲裝置或能量存儲、調節和轉化裝置組成。例如，對傳統內燃機汽車，車載能量源為油箱（能量直接存儲）；對燃料電池電動汽車，車載能量源由氫氣罐或儲氫金屬（能量存儲）和燃料電池電堆（能量轉化）兩部分組成。概述LOGO 動力裝置。用于把其他形式的能量轉化為機械動能（旋轉動能）的裝置，并直接作為傳動系的輸入，如常規汽車上的內燃機、純電動汽車上的電機等。 傳動系。用于調節和傳遞動力裝置輸出的動力，使之與汽車行駛時驅動輪處要求的理想動力達到較好匹配的所有部件的總稱，具有減速、變速、倒車、中斷動力、輪間差速和軸間差速等功能

3、。傳動系與動力裝置配合工作，能保證汽車在各種工況條件下的正常行駛，并具有良好的動力性和經濟性。概述LOGO 輔助系統。用于從動力裝置中獲取動力，區別于直接驅動車輛，主要用于維持汽車良好的操控特性、舒適性等的所有部件的總稱，如轉向助力系統、制動助力系統、空調系統（動力裝置直接拖動）、輔助電氣系統（12/24V發電機系統）等。概述LOGO概述LOGO概述LOGO 混合動力汽車是指汽車動力傳動系由兩個或多個能同時運轉的單個動力傳動系聯合組成的汽車，汽車的行駛功率依據實際的汽車行駛狀態由單個動力傳動系單獨或多個動力傳動系共同提供。相比常規內燃機汽車和純電動汽車，下圖所示的混合動力汽車動力傳動系增加了整

4、車能量管理和綜合控制系統，其主要作用在于以優化發動機的工作效率為目標，協調發動機和驅動電機之間的動力分配，同時進行動力電池組的電量管理。概述LOGO 概述LOGO 依據組成混合動力汽車的兩個或多個能同時運轉的單個動力傳動系之間動力聯合位置的不同，混合動力汽車還具有串聯、并聯和混聯三種基本的類型。 串聯混合動力汽車的概念串聯混合動力汽車的概念 串聯混合動力汽車是混合動力汽車的一種基本結構，其單個動力傳動系間的聯合是車載能量源環節的聯合，即非直接用于驅動汽車的能量的聯合，并同時向動力裝置供能。 概述LOGO 串聯混合動力汽車串聯混合動力汽車概述LOGO 串聯混合動力汽車具有如下特點：串聯混合動力汽

5、車具有如下特點： 1、車載能量源環節的混合。 2、單一的動力裝置。 3、車載能量源由兩個以上的能量聯合組成。概述LOGO 串聯混合動力汽車串聯混合動力汽車 串聯混合動力汽車實現了車載能量源的多樣化，可充分發揮各種能量源的優勢，并通過適當的控制實現它們的最佳組合，滿足汽車行駛的各種特殊要求，例如，采用發動機-發電機和動力電池組兩種車載能量源的串聯混合動力汽車即可滿足汽車一定的零排放行駛里程，同時通過發動機-發電機的工作為動力電池組進行補充充電，延長了汽車的有效續駛里程，為實現純電動汽車的實用化提供了解決方案。概述LOGO 并聯混合動力汽車的概念并聯混合動力汽車的概念 并聯混合動力汽車是混合動力汽

6、車的一種基本結構，其單個動力傳動系間的聯合是汽車動力或傳動系環節的聯合，通過對不同動力裝置輸出的驅動動能的聯合或耦合，并經過相應的傳動系輸出到驅動輪，滿足汽車的行駛要求。典型的并聯混合動力汽車動力傳動系如下圖所示。概述LOGO 并聯混合動力汽車的概念并聯混合動力汽車的概念 概述LOGO 并聯混合動力汽車具有如下特點：并聯混合動力汽車具有如下特點： 1、機械動能的混合。 2、具有兩個或多個動力裝置。 3、每一個動力裝置都有自己單獨的車載能量源。概述LOGO 并聯混合動力汽車并聯混合動力汽車 依據動力耦合方式的不同，并聯混合動力汽車具有單軸聯合式、雙軸聯合式和驅動力聯合式3種布置方案，單軸聯合式機

7、械動力的耦合是在動力裝置輸出軸處完成的，傳動系的輸入為單軸。 雙軸聯合式機械動力的耦合是在傳動系的某個環節中完成的，通常稱位于傳動系中的這種耦合部件為動力耦合裝置，它具有兩個或多個輸入軸，而輸出軸僅有一根并直接與驅動軸相連。概述LOGO 并聯混合動力汽車并聯混合動力汽車 驅動力聯合式機械動力的混合是在汽車驅動輪處通過路面實現的。由于具有兩套獨立的動力傳動系直接驅動汽車，所以在充分利用地面附著力方面具有優勢，通過合理的控制，可大大改善汽車的動力性能，但系統組成比較龐大，控制復雜。概述LOGO概述LOGO 混聯式混合動力汽車的概念混聯式混合動力汽車的概念 為優化動力傳動系的綜合效率，充分發揮汽車的

8、節能、低排放潛力，在實際應用中，混合動力汽車動力傳動系并非單純是簡單的串聯式結構或并聯式結構，而是由串聯式結構和并聯式結構復合組成的串并聯綜合式結構，即所謂的混聯式結構。典型的混聯式混合動力汽車動力傳動系如圖所示。概述LOGO 混聯式混合動力汽車的概念混聯式混合動力汽車的概念 概述LOGO 混聯式混合動力汽車的概念混聯式混合動力汽車的概念 混聯式混合動力汽車動力傳動系中具有兩個電機系統，即發電機和電機驅動系統，兼備了串聯混合動力車載能量源的混合以及并聯混合動力機械動能的混合，在實際應用中主要有兩種方案，即開關式和功率分流式。 概述LOGO 開關式混聯式混合動力汽車開關式混聯式混合動力汽車概述L

9、OGO 功率分流式混聯式混合動力汽車功率分流式混聯式混合動力汽車概述LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 串聯混合動力汽車的結構簡圖如下圖所示，汽車由電動機-發電機驅動行駛，電機控制器的供電來自于發動機-發電機-發電機控制器（以下簡稱發動機-發電機組）與動力電池組組成的串聯式結構。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 整車綜合控制器、電機控制器、發動機控制器、發電機控制器、電池管理系統等通過通信線纜連接組成整車控制系統，依據控制系統的狀態信息以及駕駛人操控指令、車速等整車反饋信息，由整車控制器實施預

10、訂的控制策略，并輸出指令到電機控制器，實施電動機-發電機的電動、發電控制，輸出指令到發動機控制器、發電機控制器，實施發動機-發電機組的開關控制以及輸出功率控制，輸出指令到電池管理系統，實施動力電池組的充電、放電能量管理。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 1、當動力電池組具有較高的電量且動力電池組輸出功率滿足整車行駛功率需求時，串聯混合動力汽車以純電池組驅動模式工

11、作，此時發動機-發電機組處于關機狀太 2、當汽車以純電池組驅動行駛時，若汽車減速制動，電動機-發電機工作于再生制動狀態，汽車制動能量通過再生發電回收到動力電池組中，即工作于再生制動充電模式。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 3、當汽車加速或爬坡需要更大的功率輸出且超出了動力電池組的輸出功率限制時，發動機發電機組起動發電，并同動力電池組一起輸出電功率，實施混合動力驅動工作模式。 4、當動力電池組的電量不足且發動機-發電機組輸出功率在驅動車輛的同時有富裕時，實施動力電池組強制補充充電工作模式。 混合動力汽車結構與原理混合動

12、力汽車結構與原理LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 5、當動力電池組的電量不足且發動機-發電機組處于發電狀態時，若汽車減速制動，電動機-發電機工作于再生制動狀態，汽車制動能量通過再生發電與發動機-發電機組輸出功率一起為動力電池組充電，實施動力電池組的混合補充充電。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 串聯混合動力汽車結構與原理串聯混合動力汽車結構與原理 6、當動力電池組的電量在目標范圍內，且發動機-發電機組輸出功率滿足汽車行駛功率需求時，為提高串聯混合動力系統的能量利用效率，采用純發動機驅動工作模式，此時發動機-發電機組輸出功率與汽車行駛功率需求相

13、等。 7、若動力電池組的電量過低，為保證整車行駛的綜合性能，需要對動力電池組進行停車補充充電，此時發動機-發電機組輸出的功率全部用于為動力電池組進行補充充電。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 并聯混合動力汽車結構與原理并聯混合動力汽車結構與原理 汽車的行駛動力由發動機、電動機-發電機通過機電耦合裝置單獨或聯合提供。整車綜合控制器、電機控制器、發動機控制器、電池管理系統等通過通信線纜連接組成整車控制系統，依據控制系統的狀態信息以及駕駛人操控信號、車速等整車反饋信息，由整車控制器實施既定的控制策略，并輸出指令到電機控制器，實施電動機-發電機的電動、發電控制，輸出指令到發動機控

14、制器，實施發動機的開關控制以及輸出功率控制，輸出指令到電池管理系統，實施動力電池組的充電、放電能量管理。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 并聯混合動力汽車結構與原理并聯混合動力汽車結構與原理 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 并聯混合動力汽車結構與原理并聯混合動力汽車結構與原理 1、當動力電池組具有較高的電量且動力電池組輸出功率滿足整車行駛功率需求或整車需求功率較小時，為避免發動機工作于低負荷和低效率區，并聯混合動力汽車以純電動機驅動模式工作，此時發動機處于關機狀態。 2、當汽車以純電動機驅動行駛時，若

15、汽車減速制動，電動機-發電機工作于再生制動狀態，汽車制動能量通過再生發電回收到動力電池組中，即工作于再生制動充電模式。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 并聯混合動力汽車結構與原理并聯混合動力汽車結構與原理 3、當汽車加速或爬坡需要更大的功率輸出時，發動機起動工作，并同電動機一起輸出機械功力，經機電耦合裝置后聯合驅動汽車行駛，實施混合動力驅動工作模式。 4、當動力電池組的電量不足且發動機輸出功率在驅動汽車的同時有富裕時，電動機-發電機工作于發電模式，實施動力電池組強制補充充電工作模式。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 并聯混合動力汽車結構與原理并聯混合動力

16、汽車結構與原理 5、當動力電池組的電量在目標范圍內，且發動機輸出功率滿足汽車行駛功率需求時，為提高并聯混合動力系統的能量利用效率，采用純發動機驅動工作模式，此時發動機輸出功率與汽車行駛功率需求相等。 6、若動力電池組的電量過低，為保證整車行駛的綜合性能，需要對動力電池組進行停車補充充電，此時發動機輸出的電功率全部用于為動力電池組進行補充充電，電動機-發電機工作于發電模式。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 混聯混合動力汽車同時具備了并聯混合動力汽車機電耦合以及串聯混合動力汽車電電耦合的特點。汽車的行駛動力由發動機、電動機-

17、發電機通過機電耦合裝置單獨或聯合提供。電機控制器的供電來自于發動機、發電機組與動力電池組組成的串聯式結構。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 整車綜合控制器、電機控制器、發動機控制器、發電機控制器、電池管理系統等通過通信線纜連接組成整車控制系統，依據控制系統的狀態信息以及駕駛人操控信號、車速等整車反饋信息，由整車控制器實施既定的控制策略，并輸出指令到電機控制器，實施電動機-發電機的電動、發電控制；輸出指令到發動機控制器，實施發動機的開關控制以及輸出功率控制；輸出指令到發電機控制器，實施發電機的工作狀態控制；輸出指令到電池管

18、理系統，實施動力電池組的充電、放電能量管理。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 1、當動力電池組具有較高的電量且動力電池組輸出功率滿足整車行駛功率需求或整車需求功率較小時，為避免發動機工作于低負荷和低效率區，混聯混合動力汽車以純電動機驅動模式工作，此時發動機處于關機狀態。 2、當汽車以純電動機驅動行駛時，若汽車減速制動，電動機-發電機工作于再生制動狀態，汽車制動能量通過再生發電回收到動力電池組中，即工作于再生制動充電

19、模式。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 3、當汽車需求功率增加或動力電池組電量偏低時，發動機起動工作，若發動機輸出功率滿足汽車行駛功率且動力電池組不需要充電時，整車以純發動機驅動模式工作，此時動力電池組既不充電也不放電，發動機輸出的功率分兩部分，一部分直接輸出到驅動輪，一部分經過發電機、電動機轉化后輸出到驅動輪。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 4、當汽車急加速需要更大的功率輸出時，整車以混合動力驅動模式工作，此時發動機工作，動力電池組放電，發動機

20、輸出的功率分兩部分，一部分直接輸出到驅動輪，一部分經過發電機、電動機轉化后輸出到驅動輪。另外，動力電池組放電輸出額外的電功率到電機控制器，使得電動機輸出更大的功率，滿足汽車總功率需求。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混聯混合動力汽車結構與原理混聯混合動力汽車結構與原理 5、當動力電池組的電量不足且發動機輸出功率在驅動汽車的同時有富裕時，實施動力電池組強制補充充電工作模式。此時，發動機工作，發動機輸出的功率分三部分，一部分直接輸出到驅動輪，一部分經過發電機、電動機轉化后輸出到驅動輪，一部分經過發電機后為動力電池組進行充電。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOG

21、O 對于豐田普銳斯混聯混合動力汽車，汽車以純電動機驅動模式起步，當汽車需求功率達到發動機起動門限時，發動機起動，汽車進入正常工作模式，如下圖所示。發動機輸出動力經過行星輪系分成兩條路徑，一條為驅動發電機發電，產生的電功率又直接輸出到電動機-發電機，電動機-發電機電動運轉并驅動車輪；另-條直接驅動車輪，整車綜合控制器自動對兩條路徑的動力進行最佳分配，以最大可能地優化系統效率。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 當汽車高速行駛需要較高的動力輸出時，動力電池組進行放電，額外增大了電動機-發電機的輸出功率，整車獲得的功率為發動機輸出

22、功率與動力電池組放電功率之和，如下圖所示。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 當汽車減速制動時，混合動力系統自動實施再生制動能量回收，如下圖所示。當汽車遇到紅綠燈停車時，發動機自動熄火，避免了發動機怠速運轉引起的不必要的油耗和污染物排放。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 插電式混合動力汽車結構與原理插電式混合動力汽車結構與原理 插電式混合動力汽車本身是一種混合動力汽車，區別在于其車載的動力電池組可以利用電力網（包括家用電源插座）進行補充充電，具有較

23、長的純電動行駛里程，必要時仍然可以工作在混合動力模式。因此，一般與混合動力汽車相比，插電式混合動力汽車具有較大容量的動力電池組、較大功率的電機驅動系統以及較小排量的發動機。混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 插電式混合動力汽車結構與原理插電式混合動力汽車結構與原理 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 插電式混合動力汽車結構與原理插電式混合動力汽車結構與原理 插電式混合動力汽車的工作原理如下：當動力電池組通過電力網充滿電后，汽車優先以純電池組驅動模式工作；直至動力電池組電量達到純電池組驅動模式工作的下限時，發動機起動，整車自動切入常規混合動力汽車控制模式，動力

24、電池組在滿足混合動力行駛功率需求的前提下，維持在一個較低的電量狀態，直至下一次通過電力網充滿電。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結構與原理LOGO 增程式電動汽車結構與原理增程式電動汽車結構與原理 增程式電動汽車本身是一種串聯式混合動力汽車，其設計理念是在純電動汽車動力傳動系的基礎上，增加一個增程器（通常為小功率的發動機-發電機組或燃料電池發電系統等），延長動力電池組一次充電續駛里程，滿足日常行駛的需要。相比純電動汽車，增程式電動汽車可以采用較小容量的動力電池組，有利于降低動力電池組的成本。相比串聯混合動力汽車，增程器功率偏小，動力電池組容量配置偏高。 混合動力汽車結構與原理混合動力汽車結

25、構與原理LOGO 發動機發動機 在混合動力汽車上，發動機作為唯一的一個耗油部件，其性能和控制特性的好壞直接決定了整車的燃油經濟性。由于混合動力汽車上還具備電機驅動系統以及動力電池組等電能存儲單元，發動機的工作過程和控制特性與常規汽車發動機有了明顯的區別，這也為混合動力汽車中發動機的優化奠定了基礎。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 發動機發動機 1、具有怠速工作工況。 2、采用奧托循環，部分負荷燃油消耗率高，泵氣損失大，小膨脹比。 3、傳統奧托循環發動機通過加濃混合氣滿足輸出功率增加的需要，濃混合氣在發動機內并不能完全被利用，降低了燃油利用率。 4、為滿足整車動力性要求，發動

26、機后備功率大，大部分工作于低負荷非經濟區域混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 發動機發動機 在混合動力汽車中，由于電機驅動系統的參與，發動機的工作過程有了優化的基礎。例如，可采用小徑的曲軸，減小發動機相對運動體的摩擦；采用阿特金森循環，設計非常小的燃燒室，顯著地降低排氣損失和節流損失。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 發動機發動機 阿特金森循環發動機混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 發動機發動機 阿特金森循環與奧托循環的對比混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 發動機發動機 阿特金森循環發動機是在奧托循環發動機的基礎上增

27、加了一個回流過程，即包括進氣、回流、壓縮、膨脹和排氣5個過程。阿特金森循環利用進氣門晚關而不是節氣門來控制負荷。進氣門晚關時刻是由氣缸內充氣量的多少來決定的。氣門關閉后才是壓縮沖程的實際開始點，而膨脹沖程還是和原奧托循環相似或稍長，這就減少了進氣過程的泵氣損失和壓縮沖程壓縮功。膨脹比大于壓縮比更利于將熱能轉換為機械能，提高發動機的指示熱效率。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置 動力耦合裝置是混合動力汽車實施兩條或多條獨立動力傳動系，聯合輸出動力的所有部件的統稱。具體到串聯混合動力汽車為電電耦合裝置，具體到并聯混合動力汽車為機電耦合裝置。混合動力汽車的

28、關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置 1、電電耦合裝置、電電耦合裝置 在串聯混合動力汽車中，發動機-發電機組輸出的直流電與動力電池組輸出的直流電經過電電耦合裝置的調整后，共同向電機控制器提供電能，在實際的應用中有下圖5所示的幾種典型方案。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件

29、混合動力汽車的關鍵部件LOGO 動力耦合裝置動力耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 在并聯混合動力汽車中，機電耦合裝置負責將混合動力汽車的多個動力裝置的輸出機械動力組合在一起，實現多機械動力間合理的分配并傳給驅動橋，實現各種工作模式，在并聯混合動力汽車開發中處于重要地位。 混合動力汽車機電耦合裝置應具有以下4個功能： 1、動力合成功能，將來自不同動力裝置的機械動力進行動力的合成，實現混合動力驅動工作模式。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 2、動力輸出不干涉功能，機電耦合裝置應保證來自不同動力裝置的

30、機械動力單獨地輸出或讓多個動力裝置共同輸出以驅動汽車行駛，彼此之間不發生運動干涉，不影響傳動效率。 3、動力分解與能量回饋功能，機電耦合裝置應允許將發動機動力的全部或一部分傳遞給電機，電機以發電模式工作，為動力電池組充電，還可以在整車制動時，實施再生制動，回收制動能量。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 4、輔助功能，機電耦合裝置最好能充分發揮電機低速大轉矩的特點來實現整車起步，利用電機的反轉來實現倒車，從而取消倒檔機構。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 從機電耦合裝置實現動力耦合的機理出發，具體可分為轉

31、矩耦合、轉速耦合和功率耦合三大類。 1、轉矩耦合裝置 轉矩耦合裝置定義為兩個動力裝置輸出機械轉矩的疊加，而工作轉速之間為比例關系，數學表達式為混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 典型的轉矩耦合裝置有兩大類，即傳動系耦合和同軸電機耦合。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 2、轉速耦合裝置 轉速耦合裝置定義為兩個動力裝置工作轉速的疊加，而輸出轉矩之間為比

32、例關系，數學表達式為：混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 典型的轉速耦合裝置有兩大類，即行星排耦合和定子浮動式電機耦合。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 行星排是混合動力汽車機電耦合裝置中經常使用的機構，按照形式不同又可分為單行星排、雙行星排和多行星排。單行星排耦合系統穩態下其輸入輸出之間存在如下關系：混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 單行星排耦合系統混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 定子浮動式電機耦合系統輸入與輸

33、出之間的關系為：混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 3、功率耦合裝置 功率耦合裝置兼顧了轉速耦合和轉矩耦合的特點，其輸出轉矩為兩個動力裝置輸出轉矩的線性和，其工作轉速為兩個動力裝置工作轉速的線性和，即下面兩個公式同時成立。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 3、功率耦合裝置 功率耦合裝置兼顧了轉速耦合和轉矩耦合的特點，其輸出轉矩為兩個動力裝置輸出轉矩的線性和，其工作轉速為兩個動力裝置工作轉速的線性和，即下面兩個公式同時成立。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置 典型

34、的功率耦合裝置實施方案混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 機電耦合裝置機電耦合裝置混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 整車綜合控制器整車綜合控制器 整車綜合控制器是混合動力汽車的關鍵部件，它基于駕駛人的操控指令、車速等整車的狀態信息、混合動力系統組成部件的狀態信息等，實施駕駛人的指令解析、依據制定的控制策略進行動力分配控制、依據

35、動力電池組等的能量狀態進行能量管理、對混合動力系統組成部件進行信息監控和故障診斷等，并輸出合理的指令到電機、發動機以及動力耦合裝置等，滿足汽車的行駛要求。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 整車綜合控制器整車綜合控制器 整車綜合控制器硬件包括微處理器、電源及保護電路模塊、CAN通信模塊、A/D模塊、I/O接口、調試模塊等。 整車綜合控制器軟件包括四部分：芯片使用模塊的初始化、信息采集和控制指令的發送、整車動力分配和能量管理策略、系統狀態監控和故障診斷。混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件LOGO 整車綜合控制器整車綜合控制器混合動力汽車的關鍵部件混合動力汽車的關鍵部件

36、LOGO 豐田普銳斯混合動力汽車豐田普銳斯混合動力汽車 豐田公司于1997年開始銷售普銳斯混合動力汽車，為5座小型轎車。它是世界上第一款大批量生產的商業用途的混合動力車型。豐田普銳斯混合動力系統由汽油發動機和電動機組成，采用豐田汽車公司自行開發的豐田混合動力系統（THS，Toyota Hybrid System）。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田普銳斯混合動力汽車豐田普銳斯混合動力汽車 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統（豐田混合動力系統（THS）組成）組成 豐田混合動力系統（THS）使用汽油機和電動機兩種動力，通過串聯與并聯相結合的方式進行工作，達到了低

37、排放的效果。豐田混合動力系統的主要部件在車上的位置見下圖。 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統（豐田混合動力系統（THS）組成）組成 1、HV變速驅動橋。混合動力車輛（HV）變速驅動橋由發電機（MG1）、電動機（MG2）和行星齒輪組組成。 2、HV蓄電池。在起步、加速和上坡時，將制動時或制動踏板未被踩下時，再次充入的電能提供給電動機（MG2）。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統（豐田混合動力系統（THS）組成）組成 3、變頻器總成。此設備用于將高壓DC（HV蓄電池

38、）轉換為AC（發電機（MG1）和電動機（MG2），反之亦然（AC轉為DC）。包括增壓轉換器、DC/DC轉換器和空調變頻器。 4、HV ECU。接收每個傳感器及ECU（發動機ECU、蓄電池ECU、制動防滑控制ECU和EPS ECU）的信息，根據此信息計算所需的扭矩和輸出功率。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統（豐田混合動力系統（THS）組成）組成 5、發動機ECU。根據接收來自HV ECU的目標發動機轉速和所需的發動機動力，進而起動ETCS-I（智能電子節氣門控制系統）。 6、蓄電池ECU。監控HV蓄電池的充電狀態。 7、制動防滑控制ECU。控制電動機（MG2）產生的再生

39、制動以及控制液壓制動，使總制動力等于僅配備液壓制動的傳統車輛。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統（豐田混合動力系統（THS）組成）組成 8、加速踏板位置傳感器。將加速踏板角度轉換為電信號并輸出到HV ECU。 9、檔位傳感器。將檔位轉換為電信號并輸出到 HV ECU。 10、SMR（系統主繼電器）。用來自HV ECU的信號連接或斷開蓄電池和變頻器總成間的高壓電路。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統（豐田混合動力系統（THS）組成）組成 11、互鎖開關（用于變頻器蓋和檢修塞）。確認變頻器蓋和檢修塞均已安裝完畢。 12、斷路器傳感器。如果檢測到車輛發

40、生碰撞，則切斷高壓電路。 13、檢修塞。在檢查或維修車輛時，要拆下此塞，關閉HV蓄電池高壓電路。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 汽車工作模式汽車工作模式 根據行駛條件的不同，汽車在穩定運行過程中，可能處于以下工作狀態，最大限度地適應車輛的行駛狀況。 1、電動機（MG2）接收來自HV蓄電池的電能，以驅動車輛。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 汽車工作模式汽車工作模式 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 汽車工作模式汽車工作模式 2、發動機通過行星齒輪驅動車輛時，發電機（MG1）由發動機通過行星齒輪帶動旋轉，為電動機（MG2）提供產生的電能。混合動力汽車實例混合動力汽車實例

41、LOGO 汽車工作模式汽車工作模式 3、發電機（MG1）由發動機通過行星齒輪帶動旋轉，為HV蓄電池充電。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 汽車工作模式汽車工作模式 4、車輛減速時，車輪的動能被回收并轉化為電能，并通過電動機（MG2）為HV蓄電池再次充電。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 發電機（發電機（MG1）和電動機（）和電動機（MG2） 發電機（MG1）和電動機（MG2）結構緊湊、重量輕、高效，為交流永磁鐵同步型電動/發電機。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件混

42、合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 發電機（發電機（MG1）和電動機（）和電動機（MG2） 發電機（MG1）和電動機（MG2）為永磁電機。其三相交流電經過定子線圈的三相繞組時，電機內產生旋轉磁場。通過以轉子的旋轉位置和轉速控制旋轉磁場從而使轉子的永磁鐵受到旋轉磁場的吸引產生扭矩，產生的轉矩可用于與電流相匹配的所有

43、用途，而轉速由交流電的頻率控制。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成 變頻器將HV蓄電池的高壓直流電轉換為三相交流電來驅動發電機（MG1）和電動機（MG2）。功率晶體管的啟動由HV ECU控制。此外，變頻器將用于電流控制（如輸出電流或電壓）的信息傳輸到HV ECU。變頻器和發電機（MG1）、電動機（MG2）一起，由發動機冷卻系統分離的專用散熱器冷卻。如果車輛發生碰撞。則安裝在變速器內部的斷路會檢測到碰撞信號來關停系統。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統

44、的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成 變頻器總成中的增壓轉換器將HV蓄電池DC201.6V的額定電壓提升到DC500V，提升電壓后，變頻器將直流電轉換為交流電。發電機（MG1）、電動機（MG2）橋電路和信號處理/保護功能處理器已集成在IPM（智能動力模塊）中，變頻器總成中的空調變頻器為空調系統中的電動變頻壓縮機供電。將變頻器散熱器和發動機散熱器集成為一體，更加合理地利用了發動機室內的空間。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO混合動力汽車實例混合動力汽車實

45、例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成 1、增壓轉換器 增壓轉換器將HV蓄電池輸出的額定電壓DC 201.6V增壓到DC 500V的最高電壓。轉換器包括增壓IPM（集成功率模塊），IGBT（絕緣柵雙極性晶體管）。通過這些組件，轉換器將電壓升高。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成 2、DC/DC轉換器 車輛的輔助設備，如車燈、音響系統、空調系統（除空調壓

46、縮機）和ECU，它們由DC 12V的供電系統供電。由于THS發電機輸出額定電壓為DC 201.6V，因此，需要轉換器將這個電壓降低到 DC 12V來為備用蓄電池充電。這個轉換器安裝于變頻器的下部。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成 3、空調變頻器 變頻器總成中的空調變頻器為空調系統中電動變頻壓縮機供電。變頻器將HV蓄電池的額定電壓DC 201.6 V轉換為AC 201.6V來為空調系統中的壓縮機供電

47、。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 變頻器總成變頻器總成 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 電池組件電池組件 普銳斯采用鎳-氫（Ni-MH）蓄電池作為HV蓄電池。這種HV蓄電池具有高能、重量輕，使用時間較長等特點。車輛正常工作時，由于THS通過充電/放電來保持HV蓄電池SOC（充電狀態）為恒定數值。因此，車輛不用依賴外部設備來充電。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 豐田混合動力系統的主要部件豐田混合動力系統的主要部件 電池組件電池組件 混合動力汽車實例混合動力汽車

48、實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 1997年，本田公司開發出第一代混合動力系統（Integrated Motor Assist，IMA）。1999年12月，搭載IMA系統的Insight混合動力車在美國正式上市，本田成為第一個在北美銷售混合動力車的公司。2003年，裝配第二代IMA系統的四門小型轎車Civic投放市場，深受消費者歡迎，它們均為并聯式混合動力車。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混

49、合動力汽車 1、IMA混合動力系統和工作過程混合動力系統和工作過程 第四代IMA系統的主要部件包括一個1.3L、VTEC 4缸汽油機，一個高功率的超薄永磁同步電動機，一個無級變速器和一個智能動力單元。智能動力單元由一個動力控制單元、一組高性能鎳氫電池和一個空調控制單元組成。汽油機和電動機布置在車的前部，智能動力單元布置在車的后部。 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 1、IMA混合動力系統和工作過程混合動力系統和工作過程 (

50、1) 啟動加速發動機以低速配氣正時狀態運轉，同時電動機提供輔助能量。 (2) 急加速狀態發動機以高速配氣正時狀態運轉，此時電池會提供額外的功率給電動機與發動機共同驅動車輛，改善整車的加速性能。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 1、IMA混合動力系統和工作過程混合動力系統和工作過程 (3) 低速巡航狀態發動機的4個氣缸閥門全部關閉，燃燒停止，車輛以純電動狀態驅動車輛。 (4) 一般加速或高速巡航發動機以低速配氣正時狀態運轉單獨驅動車輛。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混

51、合動力汽車 1、IMA混合動力系統和工作過程混合動力系統和工作過程 (5) 減速狀態發動機關閉，電動機此時作為一個發電機。在電動機控制傳輸系統的幫助下將機械能最大限度地轉化為電能，存儲到電池組中。 (6) 停車狀態發動機自動關閉，減少燃料損失和排放。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 2、發動機、發動機 2006款Civic混合動力1.3L發動機以2005款1.32L傳統發動機為基礎，對部件進行了改進。主要采用了可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制和智能化雙火花塞順序點火技術以及可變氣缸管理技術，實現了超低油耗，提高燃油經濟性。

52、新系統提供了低速、高速及間歇3種模式的配氣正時狀態，通過4個氣缸全部間歇，可以提高減速時的能量回收效率，是目前最為先進的氣門控制技術。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 3、電動機、電動機 IMA電動機是一個三相超薄永磁同步電動機，安裝在發動機和CTV之間，最大能夠提供15kW的功率和139Nm的輔助力矩。電動機提供輔助推動力給發動機或在低速行駛狀態下提供動力，也作為發電機在減速和制動時回收動能給電池充電。電動機的輔助使整車的動力性得到了很大的提高。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic

53、混合動力汽車混合動力汽車混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 4、電池、電池 電池是混合動力系統的一個重要環節，存儲電力的多少直接關系到汽車的續航里程。新的混合動力系統采用最新研制的高效鎳-氫電池，它比上代提升了30%的蓄電能力，電池電壓由144V升高到了158V，專門設計的電池箱外形緊湊，冷卻性和減振性也更好，為電池長期穩定地工作提供了保證。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 5、混合式空調壓縮機、混合式空調壓縮機 Civic的車內空調可以由發動機或電動機驅動

54、，還可以由兩者一起驅動。當發動機不工作時，電動機就可以驅動這個小巧的空氣壓縮機繼續工作，保證車內的溫度。如果外面溫度特別高，需要高速制冷，單靠電動機驅動已經不行，發動機系統會自動啟動，將冷氣源源不斷地供到車內。當車內溫度已經穩定到最佳水平時，發動機又會自動關閉，從而節約油耗。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 6、 再生制動系統再生制動系統 IMA電動機能夠在制動、穩定行駛、緩慢減速或滑行時作為一個發電機，通過再生制動回收動能和以電能的形式將這些能量存入電池中。當制動時，制動踏板傳感器給汽車IMA計算機IPU一個信號。計算機激

55、活了剎車系統的制動主缸中的伺服單元，使機械制動和電動機能量回饋之間制動力均衡，得到最大的能量回饋。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 7、系統控制、系統控制 IMA系統的功率是通過智能動力單元（IPU）控制的，其安裝位置在后輪座下，IPU由動力控制單元、一個可再充鎳氫電池模塊和一個制冷單元組成，具體外觀結構如圖所示。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 動力控制

56、單元作為IPU的核心部分控制著電動機輔助功能，制動回饋和電池（包括IMA電池包和12V電池）充放電。動力控制單元通過節氣門開度、發動機參數和電池包的荷電狀態，來決定電能輔助的多少。其主要組成部分有電池監控模塊（Battery Condition Monitor，BCM）、電動機控制模塊（Motor Control Module，MCM）和電動機驅動模塊（Motor Drive Module，MDM）。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 電池監控模塊。電池監控模塊（BCM）監控的電池信息主要有SOC、電池保護需求信息、電池溫度等

57、。通過溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器監控主體電池，測定充放電比率，且將信息提供給MCM。BCM控制IMA電池在理想的狀態（20%80%）下工作，同時防止額外的電量消耗和電池過充。電池監控模塊同時控制著電池制冷風扇的運行。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 電動機控制模塊。電動機控制模塊（MCM）控制著電動機的各種行為，是一個低壓的計算機，主要功能有： 1）與發動機控制模塊通信，決定車輛的運行狀態，同時將系統中檢測到的問題，傳輸給ECM。 2）與電池監控模塊通信，獲得電池模塊的荷電狀態。這個信息用于保護電池模塊和保持適當的充

58、電平衡。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 3）與儀表盤連接，始終顯示IMA系統條件和運行狀態的信息。 4）電動機驅動模塊連接來接收電動機的整流信息，通過電壓轉換模塊控制電動機功率逆變器。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 本田本田Insight和和Civic混合動力汽車混合動力汽車 電動機驅動模塊。電動機驅動模塊（MDM）控制電動機輔助發動機并給電池充電，可實現電流在電動機和電池之間的雙向傳遞。其內部主要為一個逆變器和電壓控制單元。在電動機處于輔助狀態時，能量從電池模塊通過逆變器轉換由直流變為三相交流電傳給電動機。同時

59、MCM收到3個電動機整流傳感器反饋的信息，得到電動機的狀態信息，通過在準確的時間控制三相電流的相位來確保電動機的正確運行。混合動力汽車實例混合動力汽車實例LOGO 混合動力控制系統維修注意事項混合動力控制系統維修注意事項 1、對高壓系統進行操作時斷開電源、對高壓系統進行操作時斷開電源 （1）確保電源開關關閉。 （2）從輔助蓄電池上斷開負極端子電纜。 （3）一定要戴絕緣手套。 （4） 拆下檢修塞。 （5）放置車輛5分鐘。混合動力汽車維修混合動力汽車維修LOGO 混合動力控制系統維修注意事項混合動力控制系統維修注意事項混合動力汽車維修混合動力汽車維修LOGO 混合動力控制系統維修注意事項混合動力控

60、制系統維修注意事項 2、使用絕緣手套的注意事項、使用絕緣手套的注意事項 （1）戴絕緣手套之前，確保絕緣手套沒有破損、破洞或裂紋等。 （2）不要戴濕手套。混合動力汽車維修混合動力汽車維修LOGO 混合動力控制系統維修注意事項混合動力控制系統維修注意事項 3、線束和連接器的注意事項、線束和連接器的注意事項 高壓電路的線束和連接器都是橙色。另外，HV蓄電池等的高壓零件都貼有“高壓”警示小心，不要觸碰到這些配線。混合動力汽車維修混合動力汽車維修LOGO 混合動力控制系統維修注意事項混合動力控制系統維修注意事項 4、進行維修或檢查時的注意事項、進行維修或檢查時的注意事項 （1）開始工作前，一定要斷開電源