(1)按结构分类 目前世界各国研究开发的混合动力汽车有不同的结构形式,根据其动力传动系统的配置及组合方式不同,分为串联式、并联式、混联式及复合式4种形式。 ①串联式混合动力系统。图1-2所示为串联式混合动力系统的示意图。串联式混合动力系统的关键特征是在功率变换器中两个电功率被加在一起。该功率变换器起电耦合器的作用,控制从蓄电池组和发电机至电动机的功率流,或反向控制从电动机至蓄电池组的功率流。燃油箱、发动机和发电机组成基本能源,而蓄电池组则起到能量缓冲器的作用。
②并联式混合动力系统。图1-3所示为并联式混合动力系统的示意图。它的关键特征是在机械耦合器中两个机械功率被加在一起。发动机是基本能源设备,而蓄电池组与电动机驱动装置则组成能量缓冲器。这时,功率流仅受动力装置—发动机和电动机所控制。
③混联式混合动力系统。图1-4所示为混联式混合动力系统的示意图。这一构造的显著特征是使用了两个功率耦合器机械的和电气的耦合器。实际上,这一构造是串联式与并联式结构的组合,它具有两者的主要特性,而且相比于串联式或并联式的单一结构,拥有更多的运行模式。从另一方面而言,它的结构相对地更为复杂,且多半成本较高。
④复合式混合动力系统。图1-5所示为典型复合式混合动力系统的示意图。它具有和混联式相似的结构。唯一的差异在于电耦合功能由功率变换器转移至蓄电池组,并且在电动机/发电机组和蓄电池组之间加入了一个功率变换器。
上述分类在科学意义上并不是十分清晰,容易引起混淆。实际上,混合动力汽车中,在驱动系统内存在着两类能量流类为机械能量流;另一类为电能量流。在功率交汇点处,识始终以同一类功率形式,即机械的或电气的功率形式,而不是呈现着两个功率的相加或将个功率分解成两个功率。这样,或可由功率耦合或解耦特性来更准确地定义混合动力汽车电力驱动系统的构造,如机械耦合驱动系统、电气耦合驱动系统以及机械-电气耦合驱动系统。
(2)按混合程度分类根据在混合动力系统中,电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重,即混合度的不同,混合动力系统还可分为微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、全混合动力系统以及插电混合动力系统5种类型,它们的电力/燃油所占比例如图1-6所示。
①微混合动力系统(BSG系统)。该系统在传统发动机的起动机(通常为12V)上加装了带驱动起动机(BSG)。该电机是发电机起动机一体式电机,用来控制发动机的启动和停止,从而取消了发动机的怠速,降低了油耗与排放。从严格意义上说,微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车,由于它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里,电机的电压一般有两种—12V和42V,其中42V主要用于柴油混合动力系统。微混合动力系统的代表车型是PSA汽车公司的混合动力版C3与丰田汽车公司的混合动力版Vitz。
②轻混合动力系统(ISG系统)。该系统采用了电动机-发电机一体化(ISG)技术。与微混合动力系统相比,轻混合动力系统除了可以实现用发电机控制发动机的启动和停止外,还能够实现:在减速和制动工况下,对部分能量进行回收;在行驶过程中,发动机等速运转,发动机产生的能量能够在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度通常在20%以下。轻混合动力系统的代表车型是通用汽车公司的混合动力皮卡车。
③中混合动力系统。该系统同样采用了ISG系统,但和轻混合动力系统不同的是使用了高压电机。另外,中混合动力系统还增加了一个功能:在车辆处于加速或大负荷工况时,电动机可以辅助驱动车轮,从而补充发动机本身动力输出的不足,从而提高了整车的性能这种系统的混合程度能够达到30%左右,技术已经成熟,应用比较广泛。中混合动力系统的代表车型为本田汽车公司旗下混合动力的音赛特、雅阁和思域等车型。
④全混合动力系统。该系统采用了272~650V的高压起动机,混合程度更高。与中混合动力系统相比,全混合动力系统的混合度能够达到50%以上。技术的发展将使全混合动力系统慢慢成为混合动力技术的主要发展方向。全混合动力系统的代表车型为丰田汽车公司的普锐斯和未来的 Estima。
⑤插电混合动力系统。该系统是一种将纯电动系统与现有混合动力系统相结合的产物因为车辆带有外接插入式充电系统,车辆可以单独依靠电动机行驶较长的距离,将内燃机的工作比例进一步缩小,提供更好的节油比例,但可能消耗一定的电能。同时,又解决了目前纯电动汽车续驶里程短的问题。但随着电池技术的发展,插电式混合动力系统只是一种过渡方案。
