并联式混合动力电动汽车有发动机和电机两套驱动系统,它们可以分开工作,也可以一起协调工作,共同驱动。因此,并联式混合动力电动汽车可以在比较复杂的工况下使用,应用范围较广。并联式混合动力电动汽车由于电机的数量和种类、传动系统的类型、部件的数量和位置关系的差别,具有明显的多样性。
并联式混合动力电动汽车系统结构如图3-10所示,它主要由发动机、驱动电机、电机控制器、动力电池系统、车载充电机、动力耦合器等部件组成,有多种组合形式,可以根据使用要求进行设计。并联式混合动力系统采用发动机和驱动电机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和驱动电机通过动力耦合器、减速机构来驱动车轮,可以采用发动机单独驱动、驱动电机单独驱动或者发动机和驱动电机混合驱动3种工作模式。当发动机提供的功率大于车辆所需驱动功率时或者当车辆制动时,电机工作于发电机状态,给动力电池充电。发动机和电机的功率可以互相叠加,发动机功率和电机/发电机功率为电动汽车所需最大驱动功率的0.5~1倍,因此,可以采用小功率的发动机与电机/发电机,使得整个动力系统的装配尺寸和重量都较小,造价也更低,行程也可以比串联式混合动力电动汽车长,其特点更加趋近于内燃机汽车。并联式混合动力驱动系统通常被应用在小型混合动力电动汽车上。
发动机和驱动电机通过动力耦合器、减速机构同时与驱动桥直接相连接。驱动电机可以用来平衡发动机所受的载荷,使其能在高效率区域工作,因为通常发动机工作在满负荷(中等转速)下燃料经济性最好。当车辆在较小的路面载荷下工作时,内燃机车辆的发动机燃料经济性比较差,而并联式混合动力电动汽车的发动机此时可以被关闭而只用驱动电机来驱动汽车,或者增加发动机的负荷使电机作为发电机,给动力电池充电以备后用(即一边驱动汽车,一边充电)。由于并联式混合动力电动汽车在稳定的高速下发动机具有比较高的效率和相对较轻的重量,所以它在高速公路上行驶具有比较好的燃料经济性。
并联式混合驱动系统有两条能量传输路线,可以同时使用电机和发动机作为动力源来驱动汽车,这种设计方式可以使其以纯电动汽车或低排放汽车的状态运行,但是此时不能提供全部的动力能源。
本田IMA系统是非常典型的并联式混合动力系统,它是由4个主要部件构成,即发动机、驱动电机、CVT变速器以及IPU智能动力单元组成,如图3-11所示。驱动电机取代了传统的飞轮用于保持曲轴的运转惯性。整套系统的结构非常紧凑,与传统汽车相比仅是IPU模块占用了额外的空间。
本田IMA系统动力总成如图3-12所示,发动机通过搭载本田的 i-VTEC(气门正时可变技术)、i-DSI(双火花塞顺序点火技术)以及VCM(可变气缸技术)来实现降低油耗的目的。发动机最大功率为83kW,最大转矩为145N·m,实测油耗约5.4L/100km。IMA系统中的发动机和传统车型中的发动机并没有太大区别,只是在调校上更偏向于节省燃料。
IMA系统的电机安装在发动机与变速
器之间,由于电机较薄且结构紧凑,俗称“薄片电机”。薄片电机峰值功率为10kW,峰值转矩为78N·m。显然,这样的电机只能起到辅助的作用。由于IMA系统能够在特定情况下(如低速巡航)单独驱动汽车,而被划分到轻型混合动力汽车行列。
IMA系统的变速器采用的是7速CVT变速器,以获得平顺的换挡体验及较高的换挡效率。
本田IMA系统的IPU智能动力单元如图3-13所示,它由PCU动力电控单元和镍氢电池组成。其中PCU又包括BCM电池监控模块、MCM电机控制模块以及MDM电机驱动模块。
IMA系统的工作逻辑包括起步加速、急加速、低速巡航、轻加速和高速巡航、减速或制动。
(1)起步加速：起步加速时,发动机以低速配气正时状态运转,同时电机提供辅助动力,以实现快速加速性能,同时达到节油的目的。
(2)急加速：急加速时,发动机以高速配气正时状态运转,此时电池给电机供电,电机与发动机共同驱动车辆,提高整车的加速性能。
(3)低速巡航：低速巡航时,发动机的4个气缸的进排气阀全部关闭,发动机停止工作,车辆以纯电动方式驱动车辆。
(4)轻加速和高速巡航：轻加速和高速巡航时,发动机以低速配气正时状态运转,此时发动机工作效率较高,单独驱动车辆,驱动电机不工作。
(5)减速或制动：减速或制动时,发动机关闭,电机此时以发电机方式工作,将机械能最大限度地转化为电能,储存到动力电池中。车辆制动时,制动踏板传感器给IPU一个信号,计算机控制制动系统,使机械制动和电机能量回馈之间制动力协调,以得到最大程度的能量回馈。
