根据所使用电机的功率可将混合动力车辆分为以下三类:微混合动力车辆;部分混合动力车辆;全混合动力车辆。表12-1列出了各类混合动力车辆的主要特性。
根据传动装置的布置方案可将混合动力车辆分为以下四类:串联式混合动力车辆;并联式混合动力车辆;功率分支式混合动力车辆;插电式混合动力车辆。
串联式混合动力车辆包括一个电机和一个发动机。其特点是仅由电机直接对驱动轮产生影响。因为所有组件必须依次安装,所以这种结构被称为串联式。由发动机驱动一个可以为电动行驶传动装置和电存储器提供能量的发电机。通过供电电子装置控制电能量流。根据蓄电池和充电策略、作用范围以及动力性确定发电机与电存储器的大小。由于附加发电机的结构非常复杂,因此取消了手动变速器。可以对串联式混合动力车辆中的组件进行非常灵活的布置。串联式混合动力车辆的最大缺点是需要进行两次能量转换,因此导致效率下降。必须按照最大驱动功率设计发动机和发电机。与并联式混合动力车辆相比,在发动机效率相同的情况下会产生更大的排放量,并造成油耗量增大。串联式混合动力系统如图12-2所示。
与串联式混合动力系统不同,在并联式混合动力系统中发动机和电机都要与驱动轮进行机械连接。驱动车辆时不仅可以单独而且也可以同时使用两种动力传动系统。因为可以同时将作用力输送至传动系统,所以将该系统称为并联式混合动力系统。
由于可以将两个驱动机的功率进行叠加,所以这两个驱动机可以采用更小和更轻的设计,同时可以减小油耗量和CO2排放量。设计时可以通过其他方法获得最大的行驶动力性,当发动机功率相同时,通过电机提高功率。电机也可以发电,在滑行阶段或制动时电机会产生电能。并联式混合动力系统如图12-3所示。
功率分支式混合动力系统的传动装置中可以用串联和并联的方式传递作用力,所以该系统也被称为串并联式混合动力系统。针对不同行驶状态提供以下运行模式:由发动机驱动发电机(电机1)以便为高压电池充电;由发动机驱动发电机(电机1),使用其所产生的电能驱动电机2(串联式混合动力);与电机一样,发动机以机械方式与驱动轴相连,由两个传
动装置同时驱动车辆(并联式混合动力)。
在这种组合式混合动力传动装置中只需使用一个离合器就可以完成两种运行模式的切换。车辆可以在某一特定速度下以纯电动方式行驶,通过两种传动装置良好的组合可以使发动机始终在其最佳运行范围内工作。功率分支式混合动力传动装置的缺点是传动控制复杂且成本较高。通常只有在全混合动力中才会使用功率分支式混合动力系统。串并联式混合动力系统如图12-4所示。
混合动力技术的一种扩展被称为插电式混合动力。使用插电式混合动力可以进一步降低油耗量,为高压电池充电时不再使用发动机,可以通过附加的供电系统为其充电。高压电池有足够电量时可以在短距离内实现无排放且安静的电动驱动,当行驶距离较长或高压电池没有电量时将再次启用发动机。为了能够存储更多来自供电系统的电能,在插电式混合动力系统中使用了尺寸较大的高压电池,以便可以增加电动驱动的比例。插电式混合动力系统如图12-5所示。
自2014年底起宝马公司专门为中国市场生产第一款第3.0代混合动力汽车宝马530Le[开发序列代号为F18PHEV—PHEV代表 Plug-in Hybrid Electric Vehicle(插电式混合动力汽车)]。高压电池使用锂离子电池。
宝马530Le的电驱动装置可以进行纯电动行驶,因此能实现零排放,最高车速为120km/h,最大电动续驶里程为58公里。此外,在交通信号灯前停车或堵车时,混合动力汽车专用的发动机自动启停功能可以关闭发动机,从而进一步减少能耗。
F18PHEV中的混合动力系统是并联式混合动力系统。发动机和电机均与驱动轮机械连接。车辆驱动时,两个驱动系统既能单独使用也能同时使用。该车型高压系统如图12-6所示。
F18PHEV中的电机是一台永久励磁的同步电机。它能将高压电池的电能转换成动能,由此驱动车辆,既可以使车辆在电动模式中以不超过120km/h的速度行驶,也能对发动机提供支持,例如在超车过程中(加速功能),或者在换挡时主动支持发动机的转矩。相反在制动时和滑行模式中电机将动能转化成电能并提供给高压电池(能量回收)。
