串联式混合动力汽车系统结构如图2-1所示。串联式混合动力系统结构由发动机、发电机和电动机三大部件组成。发动机仅仅用于发电,发电机发出的电能通过控制器直接输送到电动机,由电动机
产生的电磁力矩驱动汽车行走。发电机发出的部分电能向电池充电来延续混合动力汽车的行驶里程。另外,电池还可以单独向电动机提供电能来驱动电动汽车,使混合动力汽车在零污染状态下行驶。
下面以通用汽车公司的 Series-SHEV汽车和丰田考斯特( coaster)SHEV客车为例介绍串联式混合动力汽车的结构。
(1)通用汽车公司的 Series-SHEV汽车通用汽车公司研制和开发的 Series- SheV(图2-2),是一种串联式混合动力汽车。
① Series-SHEV的组成结构如图2-3所示。
a.柴油机发电机组( SeriesSHEV) 采用一台小型涡轮增压直喷式柴油机,功率为40kW。
柴油机保持在高效率状态下平稳运转,带动发电机发电,向镍氢动力电池组充电。
b.动力电池组( Series-SHEV) 采用镍-氢电池组作为动力电池组,动力电池组分别布置在座位下面。在SHEV驱动时提供电能,在SHEV再生制动时储存回收的电能。
c.驱动电动机( Series-SHEV) 采用交流感应电动机作为驱动电动机,功率为100kW,通过减速器独立地带动汽车前轮行驶。
② Series- SHeV的管理系统 Series-SHEV的多能源动力总成管理模块,对动力电池组的充、放电及动力电池组中每个电池状进行监控和检查。镍氢电池组由中央控制器中的电池管理模块控制,当动力电池组的电能下降到40%时,立即自动启动柴油机发电机组进行发电,并使动力电池组恢复到50%的充电状态。发动机采取启动关闭的控制方式控制柴油机-发电机组发电,发动机保持在最佳效率范围内运转。
③ Series-SHEV的特点a. Series-SHEV是以通用汽车公司电动汽车EV1为基础,增加了台先进的超节能的小型涡轮增压直喷式柴油机,该柴油机装在行李厢的前部,是同类产品中尺寸最小、重量最轻和最省油的涡轮增压直喷式柴油机。由于柴油机的燃油经济性好,可以保持柴油机在最佳经济性和有害气体最低排放的条件下稳定地运转和发电,不断地向动力电池组充电,还可以通过电流转换器直接向驱动电动机提供电能,可以延长 Series-SHEV的续驶里程,实现“没有里程限制”的运行。
b. SerieS-SHEV是以电动汽车EV-1为基础来开发的,将轴距增加了482.6mm,加大了后座的空间,车速和底盘没有大的改动。电力驱动系统均采用EV上的标准设计,有较好的通用性和互换性。
(2)丰田考斯特(coaster)SHEV客车丰田汽车公司用 Coaster中型客车改装成 Coaster SHEV,已经批量生产和投入营运。 Coaster SHEV可以装载21~24名乘客,次加油的续驶里程达到400~500km,所排放的碳氢化合物和NOx比汽油机或柴油机汽车低90%,CO比汽油机或柴油机汽车低66%。Coaster SHEV的技术性能见表2-1。
① Coaster SHEV结构和驱动模式如图2-4所示, CoasterSHEV的发动机发电机组装在汽车的前部,发动机与发电机用一个增速器互相连接。发动机为D-4型1.5L直喷式汽油发动机。发动机保持在最佳状态下运转,由于转速比较低,而且是平稳地连续运转,在排气系统中采用了三元催化转换器,因此动力性能好,有害废气排放量大大减少,噪声也有所降低。
Coaster SHEV采用了密封式铅酸电池组,以交流感应电动机作为驱动电动机。驱动电动机的功率为70kW,驱动电动机经过减速器来驱动SHEV的后轮行驶。
Coaster SHEV动力电池组的电能,可以经过变换器供给驱动电动机。发动机-发电机组所发出的电能,可以经过变频器输送到驱动电动机,也可以输送到动力电池组中。驱动电动机通过机械式整体后桥来驱动车辆行驶,在市郊行驶时,发动机发电机组发电并向动力电池组充电,增加车辆的续驶里程。在城市行驶时,发动机发电机组停止工作,依靠动力电池组的电能驱动,实现“无污染”的行驶。 Coaster shev在制动时,能够实现再生制动能量回收。
② Coaster SHEV的特点 Coaster SHEV采用D-4型1.5L直喷式汽油发动机,应用三元催化转换器对排放气体进行净化处理,具有高效率、低油耗、低污染的特性。在自动控制系统控制下,当车辆停车时,发动机自动关闭,在动力电池组电压下降到下限时,发动机立即自动启动带动发电机发电,向动力电池组补充电能。在车辆制动时,电动机转换为发电机,回收再生制动反馈的能量。
Coaster SHEV充分利用现成的 Coaster汽油车的车身和底盘来改装,发动机、发电机和驱动电动机在总体布置上与原来的汽油车基本相同,保留了原车的大部分总成,但取消了变速器、传动轴等总成,这样有利于实现通用化和系列化,并且可以大大降低成本。
