串联式混合动力电动汽车是指车辆行驶系统的驱动力只来源于电机,结构特点是发动机带动发电机发电,电能通过电机控制器输送给驱动电机,由电机驱动车辆行驶。另外,动力电池也可以单独向驱动电机提供电能驱动车辆行驶,如图4-63所示。
串联式混合动力电动汽车系统结构如图464所示,它主要由发动机、发电机、功率转换器、驱动电机及电机控制器、动力电池系统及车载充电机等部件组成。在串联式混合动力电动汽车上,由发动机带动发电机所产生的电能和动力电池输出的电能,共同输出到驱动电机来驱动汽车行驶,电力驱动是唯一的驱动模式。发动机与发电机直接连接产生电能,来驱动电机或者给动力电池充电。驱动电机直接与驱动桥相连,汽车行驶时的驱动力由驱动电机输出。当动力电池的荷电状态SOC值降到一个预定值时,发动机即开始对动力电池进行充电,来延长混合动力电动汽车的续航里程。另外,动力电池系统还可以单独向驱动电机提供电能来驱动电动汽车,使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶。发动机与驱动系统并没有机械地连接在一起,这种方式可以很大程度地减少发动机所受到的车辆瞬态响应。瞬态响应的减少可以使发动机进行最优的喷油和点火控制,使其在最佳工况点附近工作。
串联式混合动力系统的关键特征是在功率转换器中两个电功率被加在一起该功率转换器起电功率耦合器的作用,控制从动力电池和发电机到驱动电机的功率流,或反向控制从驱动电机到动力电池的功率流串联式混合动力电动汽车的发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态,使有害排放气体控制在最低范围。串联式混合动力电动汽车从总体结构上看,比较简单,易于控制,其特点更加趋近于纯电动汽车。发动机、发电机、驱动电机三大部件总成在电动汽车上布置起来,有较大的自由度,但各自的功率较大,外形较大,质量也较大,在中小型电动汽车上布置有一定的困难。另外在发动机→发电机→电机驱动系统中的热能→电能→机械能的能量转换过程中,能量损失较大。串联式混合动力电动汽车适用于大型汽车上,但小型汽车上也可应用。
串联式混合动力电动汽车动力流程图如图465所示串联式混合动力电动汽车具有以下优点。
①发动机独立于行驶工况,使发动机运转始终处于高效率区域,避免在低速和怠速区域所造成的能源浪费、排放差的情况,因此,提高了发动机经济性和排放性。
②串联式结构使混合动力系统只有单一的驱动路线,动力系统的控制策略较为简单。
③动力电池具有储能作用,能够根据驱动功率的需求对电机进行功率的补充,发动机用作储能作用,因此可以选择功率较小的发动机。
④发电机和电机之间采用电气连接,发动机只与发电机采用机械连接,使传动系统及底盘的布置具有较大的空间和灵活性,有利于整车传动系统的布置。
⑤由于发动机与车轮在机械上的解耦,发动机运转速度对整车运行速度没有关联,发动机选型范围较大。
⑥当发动机关闭时,可实现纯电动模式的行驶,发动机可以延长汽车的续航里程。
串联式混合动力电动汽车具有以下缺点:
①串联系统只能由电机驱动车轮,在化学能转化机械能、机械能转化电能电能再转化为机械能过程中,能量损失较大,降低能量利用率。
②动力蓄电池就像一个调节水库,除了要满足发电机的输出功率,还要使充放电水平处于合理的区间内,避免充电过渡和放电过渡,这就需要容量较大的动力电池,成本增加,质量增加。
③由于只有电机直接驱动,就需要较大功率的电机,增加了整车的质量,同时也增加了成本。
美国通用汽车的沃蓝达混合动力系统采用的是串联式结构,如图4-66所示沃蓝达混合动力系统采用1台发动机、1台发电机和1台电机对车辆进行综合驱动。
动力电池采用的是容量为16kW·h的360V锂电池组,电池组成T形布置,隐藏于后排座椅下及车身中部,纯电动最高行驶里程可达80km。沃蓝达混合动力系统包括汽油发动机、综合动力分配系统、高容量锂电池以及电力控制单元。
