混合動力系統的案例
混合動力汽車動力系統概述（上)
一、增程式混合動力系統原理
增程式混合動力汽車是在純電動車的基礎上，增加一臺增程器
增程式混合動力由發動機、發電機和驅電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯 方式組成動力單元系統。增程式混合動力系統主要運行模式：純電驅動、串聯增程。
PN：發動機輸出功率；PO：增程器輸出的電功率; PI：車輛驅動電機需求功率；PB：電池組充放電功率，設充電為正，放電為負；系統根據PI的需求，控制發動機的扭矩（N）及轉速（n）PI=PO+PB;當負載PI=0時，增程器輸出全部向電池組充電；當負載需求PI＜PO時，增程器提供驅動器電源的同時，向電池組充電；當負載需求PI＞PO時，電池組放電（-PB），滿足PI的需求；
提高系統效率
提高發電機組的效率：
發電機與發動機的優化匹配，發電機高效區與發動機高效區的重合；控制發動機始終工作在低燃油消耗率區內；發揮發電機通過逆變器能快速穩定工況的特點，保證發動機始終工作為最佳點火 角；發電功率與驅動功率需求的跟隨：在油模式下，電池的主要作用是平衡電量（削 峰填谷），電池的充電-放電循環，將損耗7-10%（0.96*0.96），盡量減少電池的 充放電；電機驅動系統的效率：提高電機及驅動器的效率；動力系統的匹配優化，采用兩 擋變速箱；
該增程器由一款直列三缸汽油機、ISG發電機、發電機控制器、以及集成增程器控制功能
的ECU組成。最大功率可達40Kw，可基本滿足純電動輕型客車、物流車增程式電動汽車的需求。
展開 混合動力系統主流動力構型方案對比研究
混合動力系統就是使用了汽油、柴油、氫氣或甲醇的內燃機和電力2種驅動方式的系統。其優勢在于車輛起步用電機實現驅動，發動機可以完全不用工作，處于停機狀態，當車速達到一定值后，發動機再進行接入。這樣的好處是：
（1）發動機省去了怠速工況；
（2）發動機一旦運行，就會在運行在最高效的區域。混合動力車輛起步動力性良好，可以達到節能減排的目的。
客車是公共交通領域的重要組成部分，該細分市場的特點是對安全性要求較高，且產量不大，因此針對客車混合動力系統與乘用車構型的思路不完全一樣。混合動力客車經過十多年的發展，動力系統構型也是呈現多樣性，但每種構型都有其自身的優點和缺點。
本文總結了現有客車市場比較主流的串聯式、并聯式和混聯式動力構型方案，分析了這3種構型的控制原理和優、缺點，提出了不同系統構型產品市場路線，為混合力客車推廣提供了思路。
2 混合動力客車構型分類
混合動力動力系統構型有2 種不同的分類方法，即按連接方式和按混合程度，本文重點按連接方式的分類方法進行詳細闡述。
2.1 按混合程度劃分
該種分類方法按電能與傳統能源的混合程度，即驅動電機輸出功率占整個動力系統功率的比例來進行劃分，具體見表1。
表1 混合動力構型按混合程度分類
2.2 按連接方式劃分
該種方法按動力系統的連接方式和結構類型進行劃分[2]，具體如表2。
表2 混合動力構型按聯接方式分類
串聯式系統：有發電和驅動2個電機，其中發電機不做驅動使用，僅用來發電，發出的電能可存儲在動力電池中或供驅動電機直接使用。
增程式系統：與串聯式系統類似，通過將電機集成在發動機飛輪上，形成發動機和電機總成，這種總成稱為增程器；其中，增程器不直接連接傳動系統，與串聯式系統類似，其主要功能就是在動力電池電量不足時給其充電，從而延長續駛里程。
并聯式系統：發動機為主要動力源，電機作為輔助動力源。
展開 混合動力系統仍將是城市空中交通飛行器的首選？
霍尼韋爾公司就在今年的美國直升機展上發布了一款基于渦軸發動機的混合動力裝置。該裝置由HTS900 發動機驅動兩臺高功率密度的發電機，每臺發電機功率達200kW。
霍尼韋爾基于HTS900發動機的混合動力系統。
霍尼韋爾表示，采用了電池的混合動力裝置將比傳統的HTS900發動機減少30％~50％的碳排放，十分有利于VTOL飛行器在城市上空的飛行。除HTS900以外，相同的發電機也可以用于霍尼韋爾其他渦軸發動機產品。
據介紹，XTI公司的TriFan 600是首款選用這型混合動力裝置并投入使用的飛行器。
XTI公司的TriFan 600飛行器。
行業有力競爭者
除霍尼韋爾公司以外，其他公司也在這個領域進行投入。
貝爾公司在今年發布了eVTOL飛行器Nexus，該機采用了賽峰開發的混合動力系統（HEPS），裝有6個傾轉式涵道風扇，功率可達600kW，其渦輪發動機和電池系統安裝在后機身上部，為飛機提供混合動力。
貝爾公司Nexus飛行器及采用的賽峰的混合動力系統。
在2018年年中，賽峰開始測試100kW級的混合動力分布式推進系統，最近還公布了500kW級的電動機；并提供了一款基于改進型“阿蒂丹”3（Ardiden 3）渦軸發動機的混合動力系統，為Zunum公司的12座ZA10混合動力飛機提供動力。
賽峰的100kW級混合動力系統在進行地面測試。
在2018年英國范堡羅航展上，羅羅公司推出一種電動垂直起降（eVTOL）飛機，并為其配備基于M250發動機的混合動力系統。
展開 霍尼韋爾和賽峰各自推出飛機混合動力系統和純電動力系統演示硬件
尋求飛機能源系統和推進系統的替代解決方案目前已成為行業最新熱點，近期兩家發動機企業霍尼韋爾和賽峰分別首次展示了其實用性較高的混合動力和純電動力飛機大尺寸測試硬件。
盡管電推進興起于電動垂直起降（eVTOL）城市空中交通，但電機制造企業已在此基礎上謀劃了長期發展路線圖，從而滿足軍用航空、通用航空和支線運輸機對動力系統提出的較高用電需求。
傳統燃氣輪機制造企業開始涉足正在成形的電推進市場，通過企業內部創新或外部合作等方式，同電力系統、電機和電池供應商建立合作關系。
近期，霍尼韋爾公司正在研發基于HTS900的混合電推進系統，其兆瓦級發電機設計已完成90%，賽峰集團推出的ENGINeUS45電動機額定功率達到45千瓦。
一、霍尼韋爾公司針對小型固定翼和垂直起降飛行器開發從60千瓦到1000千瓦級別的各類發電機
霍尼韋爾公司混合/電推進部門高級總監布萊恩·伍德（Bryan Wood）表示：飛機混合動力系統和純電動力系統將具有廣闊的市場前景，目前可能應用在軍事、小型固定翼和垂直起降等領域。為滿足潛在應用需求，公司正在持續研發兆瓦級發電機，其潛在應用對象已從年初極光飛行科學公司的XV-24A改為DARPA的X-plane。
電機目前正在佛羅里達州立大學進行測試，此前曾在佛羅里達州奧蘭多舉行的全國公務航空協會（NBAA）會議上進行展示了混合電推進發動機，包括兩臺200千伏安電機和HTS900渦軸發動機。霍尼韋爾公司發動機和動力系統總裁布萊恩·希爾（BrianSill）表示：“公司正在開發多個功率等級的發電機，覆蓋從60千伏安到1兆瓦各類電機。”
研究中的一部分內容就是選擇技術應用領域。希爾表示：“目前可選的方向有HTS900發動機和131-9（輔助動力裝置）”。
展開 
主流雙電機混合動力系統對比分析
一、主流雙電機混動系統對比分析
自1997年日本豐田汽車公司推出第一代雙電機混合動力系統的普銳斯以后，其新穎的構思、不俗的動力、超低的油耗、優越的駕駛感受引起了世界同行的關注， 同時也掀起了汽車行業開發雙電機混合動力汽車的浪潮。
之后，通用 Volt、本田 i-MMD、上汽 EDU 等雙電機混動系統相繼問世， 現就市場上幾款主流雙電機混合動力車型參數（表 1 信息源于網絡公告）及其搭載的雙電機混合動力系統（表 2 圖片源于網絡）做簡要的統計對比及優缺點分析。
展開 主流雙電機混合動力系統對比分析
之后，通用 Volt、本田 i-MMD、上汽 EDU 等雙電機混動系統相繼問世， 現就市場上幾款主流雙電機混合動力車型參數（表 1 信息源于網絡公告）及其搭載的雙電機混合動力系統（表 2 圖片源于網絡）做簡要的統計對比及優缺點分析。
表 1 主流混合動力車型參數對比
表 2 主流混合動力系統及功能對比
對比整車參數來看， 這幾款雙電機混合動力車均為中型車，綜合 油 耗 在 4.1～5.88L/100km，比 同 級 別 燃油車節油率均在 30%以上（綜合油耗），燃油經濟性十分亮眼；百公里加速時間在 8.13～9S 之間，相較于同級別燃油車動力性也均有不同程度的提高。
從這四款車型搭載的雙電機混合動力系統 （表 2）來看，四種構型都有各自的優點及不足：
1.
展開 干貨附下載丨凱美瑞、雅閣及君威混合動力系統的技術分析
與凱美瑞、雅閣混合動力車類似，君威30H混合動力車的每個電機內部也安裝1個電機轉速位置傳感器，其結構、原理基本相同。
圖11 輸出行星齒輪組
圖12 電機及PIM模塊
(5)電源轉換器模塊PIM
君威30H混合動力汽車的電源轉換模塊PIM的安裝位置與凱美瑞、雅閣混合動力汽車不同，它集成在變速器的內部，為兩個電機的主控模塊。PIM模塊同樣采用獨立的水冷方式，使用專用的冷卻循環系統，與發動機冷卻系統分離。
(6)液壓油泵
君威30H混合動力車變速器的液壓油泵采用電驅動的方式，為3組離合器提供液壓供應及變速器內部的潤滑、冷卻循環。油泵電機為三相交流電機，由PIM模塊直接驅動，電機及油泵總成安裝在變速器的下方。
四、混合動力系統及工作模式
轎車混合動力系統主要分為串聯、并聯及混聯三種類型。2018款凱美瑞(THS-Ⅱ系統)、2017款君威30H車的混合動力系統均為混聯式，而2016款雅閣車混合動系統(i-MMD系統)在串聯式基礎上同時具備發動機直接驅動車輪的特殊混合動力模式。上述凱美瑞、君威車的混合動力系統類似，均采用雙行星齒輪結構作為發動機與雙電機的動力耦合裝置，不同之處在于凱美瑞車的雙行星齒輪結構的齒圈為復合式(位于復合齒輪上)且對外輸出動力，而君威車的雙行星齒輪結構的行星架為組合整體式且對外輸出動力。雅閣車的混合動力系統結構簡單、特殊，通過設置超越離合器來改變動力傳遞路徑，從而實現在驅動發電機或驅動車輪之間切換發動機的動力輸出。上述三種車型混合動力系統的主要參數對比列于表4。
表4 三款車混合動力動力系統的主要參數對比
對比上述三款車型的混合動力系統的主要參數，可以看出凱美瑞與雅閣車的混合動力系統的最大功率相近，但是，凱美瑞車的發動機功率大而驅動電機的功率小，這與上述兩款車型的混合動力系統設計理念不同有關。
展開 日野汽車混合動力技術
如果全周期運營成本削減效果顯著的話，可以預見，日本國內的日野大型卡車將全部切換為混合動力系統。
4 結論
日野商用車的混動技術是一種較為成熟的方案，本文介紹了日野汽車在輕卡上開發的Hino Dutro Hybrid混合動力系統和重卡上開發的Profia Hybrid混合動力系統。無論是輕卡上的混動形式，還是重卡上的坡度信息識別和減速能量回收系統，都在節能方面發揮了顯著的效果，可以作為開發商用車混合動力車型的典范。日野公司技術的先進之處和實踐樣例，為商用車混合動力技術的發展開辟了前進方向。
EDC電驅未來
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展開 油電混合動力汽車及其關鍵技術
在串聯式混合動力系統的實際運行過程當中，能量產生環節可以通過逆變器對產生的電能進行轉化，并向電動機提供，使其開展相應的工作，而對于多余電能則可在蓄電池當中儲存。在發電機停止工作或者電功率不足的情況下，蓄電池可以為電動機提供電能。在此結構當中，電機和發動機之間的控制保持獨立狀態，在較優工況下燃油發動機可開展相關工作，但由于能量的轉換需要具體經過機械能到電能，再到機械能這一過程，因此降低了其整體效率。對于串聯式混合動力系統而言，其主要對公交等大型車輛比較適用，而在車速較高以及功率較大的工況下，則無法起到良好效果。
其次，并聯式混合動力汽車。對于并聯式混合動力系統而言，其一般在插電式的混合動力車輛當中進行應用，需要同時將發電機、電動機連接減速機構，以此來有效驅動車輛，使其保持正常行駛。現如今，多數油電混合動力車輛都對此種結構進行采用，而該結構不僅相對簡單，還具有良好的動力性能與油耗水平。但該系統在發揮動力輔助作用時，往往需要受到蓄電池容量的限制。
最后，混聯式混合動力汽車。在油電混合動力汽車的三種結構當中，混聯式混合動力系統相對比較復雜，其對串聯式與并聯式結構的優勢進行了結合。在混聯式混合動力系統的實際運行過程當中，應對功率耦合裝置進行有效配備，從而實現發動機功率的分流處理，使其具體分為機械功率與電功率兩項組成部分，這樣可以使發動機功率得到合理利用，從而使其工作效率得到提高[3]，其動力傳動系統如圖2 所示。與此同時，該系統還可結合傳動裝置與發動機之間的連接方式，將其具體分為輸入、輸出以及復合等分流式類型。其中輸入分流式系統在運行時，其行星傳動機構當中的兩部分構件需要分別連接電機與發動機，而第三構件則需要與另一電機和輸出端進行有效連接。
展開 新型P2構型混合動力系統分析
圖19 發動機輔助制動模式受力分析
3 小結
本文介紹的新型P2構型混合動系統有7種模式，能覆蓋混合動力系統的主要工作模式，可實現e-CVT+CVT模擬7擋，保證了整車動力性和經濟性，模式切換平順，且能應對不同的工況使用需求。
深度解讀混合動力汽車雙電機驅動系統
本文以混合動力雙電機系統構型為切入點，對本田i-MMD系統和榮威 EDU系統進行了方案描述，重點分析了雙電機系統的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統起步控制和換擋協調控制過程進行了說明。
1. 本田i-MMD雙電機系統構型
本田雅閣i-MMD（Intelligent Multi-Mode Drive）系統技術方案結構如圖1所示，其動力驅動系統主要包括2.0 L發動機、驅動電機、發電機、離合器以及傳動機構等。其中，驅動電機、發電機以及離合器集成形成了電動耦合 e-CVT，取代了傳統的變速箱，發電機始終與發動機相連，主要用于發電，驅動電機與驅動車輪相連，主要用于驅動車輛行駛，在制動的時候，電機可以回收能量對電池進行充電。
圖一
雅閣混合動力汽車搭載了 i-MMD 雙電機系統，整車動力來源采用了以驅動電機為主，發動機為輔的設計，可以實現純電動、混合動力以及發動機直驅的模式功能。純電動模式下利用驅動電機驅動車輪；混動模式下發動機啟動通過發電機給驅動電機充電，再讓驅動電機驅動車輪；發動機直驅模式下離合器閉合，發動機作為動力源與傳動系相連驅動車輪。通過三種模式有效切換，使得車輛表現出了更為出色的動力與節油優勢。
2. 本田i-MMD雙電機系統工作模式
（1）純電動模式驅動
在純電動模式下，動力系統能量傳遞如圖2中所示的箭頭方向。在這種模式下，發動機不工作，動力分離裝置離合器斷開，驅動車輛行駛的能量直接來源于動力電池，動力電池儲存的電能經由逆變器提供給驅動電機，驅動電機驅動車輛前進或者后退。在車輛制動時，所產生的能量將被回收充入動力電池內進行儲存。
圖2
（2）混合動力模式驅動
在混合動力模式下，動力系統能量傳遞如圖3中所示的箭頭方向。
展開 
深度解讀混合動力汽車雙電機驅動系統
本文以混合動力雙電機系統構型為切入點，對本田i-MMD系統和榮威 EDU系統進行了方案描述，重點分析了雙電機系統的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統起步控制和換擋協調控制過程進行了說明。
1. 本田i-MMD雙電機系統構型
本田雅閣i-MMD（Intelligent Multi-Mode Drive）系統技術方案結構如圖1所示，其動力驅動系統主要包括2.0 L發動機、驅動電機、發電機、離合器以及傳動機構等。其中，驅動電機、發電機以及離合器集成形成了電動耦合 e-CVT，取代了傳統的變速箱，發電機始終與發動機相連，主要用于發電，驅動電機與驅動車輪相連，主要用于驅動車輛行駛，在制動的時候，電機可以回收能量對電池進行充電。
圖一
雅閣混合動力汽車搭載了 i-MMD 雙電機系統，整車動力來源采用了以驅動電機為主，發動機為輔的設計，可以實現純電動、混合動力以及發動機直驅的模式功能。純電動模式下利用驅動電機驅動車輪；混動模式下發動機啟動通過發電機給驅動電機充電，再讓驅動電機驅動車輪；發動機直驅模式下離合器閉合，發動機作為動力源與傳動系相連驅動車輪。通過三種模式有效切換，使得車輛表現出了更為出色的動力與節油優勢。
2. 本田i-MMD雙電機系統工作模式
（1）純電動模式驅動
在純電動模式下，動力系統能量傳遞如圖2中所示的箭頭方向。在這種模式下，發動機不工作，動力分離裝置離合器斷開，驅動車輛行駛的能量直接來源于動力電池，動力電池儲存的電能經由逆變器提供給驅動電機，驅動電機驅動車輛前進或者后退。在車輛制動時，所產生的能量將被回收充入動力電池內進行儲存。
圖2
（2）混合動力模式驅動
在混合動力模式下，動力系統能量傳遞如圖3中所示的箭頭方向。
展開 深度解讀混合動力汽車雙電機驅動系統
本文以混合動力雙電機系統構型為切入點，對本田i-MMD系統和榮威 EDU系統進行了方案描述，重點分析了雙電機系統的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統起步控制和換擋協調控制過程進行了說明。
1. 本田i-MMD雙電機系統構型
本田雅閣i-MMD（Intelligent Multi-Mode Drive）系統技術方案結構如圖1所示，其動力驅動系統主要包括2.0 L發動機、驅動電機、發電機、離合器以及傳動機構等。其中，驅動電機、發電機以及離合器集成形成了電動耦合 e-CVT，取代了傳統的變速箱，發電機始終與發動機相連，主要用于發電，驅動電機與驅動車輪相連，主要用于驅動車輛行駛，在制動的時候，電機可以回收能量對電池進行充電。
圖一
雅閣混合動力汽車搭載了 i-MMD 雙電機系統，整車動力來源采用了以驅動電機為主，發動機為輔的設計，可以實現純電動、混合動力以及發動機直驅的模式功能。純電動模式下利用驅動電機驅動車輪；混動模式下發動機啟動通過發電機給驅動電機充電，再讓驅動電機驅動車輪；發動機直驅模式下離合器閉合，發動機作為動力源與傳動系相連驅動車輪。通過三種模式有效切換，使得車輛表現出了更為出色的動力與節油優勢。
2. 本田i-MMD雙電機系統工作模式
（1）純電動模式驅動
在純電動模式下，動力系統能量傳遞如圖2中所示的箭頭方向。在這種模式下，發動機不工作，動力分離裝置離合器斷開，驅動車輛行駛的能量直接來源于動力電池，動力電池儲存的電能經由逆變器提供給驅動電機，驅動電機驅動車輛前進或者后退。在車輛制動時，所產生的能量將被回收充入動力電池內進行儲存。
圖2
（2）混合動力模式驅動
在混合動力模式下，動力系統能量傳遞如圖3中所示的箭頭方向。
展開 深度解讀混合動力汽車雙電機驅動系統
本文以混合動力雙電機系統構型為切入點，對本田i-MMD系統和榮威 EDU系統進行了方案描述，重點分析了雙電機系統的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統起步控制和換擋協調控制過程進行了說明。
1. 本田i-MMD雙電機系統構型
本田雅閣i-MMD（Intelligent Multi-Mode Drive）系統技術方案結構如圖1所示，其動力驅動系統主要包括2.0 L發動機、驅動電機、發電機、離合器以及傳動機構等。其中，驅動電機、發電機以及離合器集成形成了電動耦合 e-CVT，取代了傳統的變速箱，發電機始終與發動機相連，主要用于發電，驅動電機與驅動車輪相連，主要用于驅動車輛行駛，在制動的時候，電機可以回收能量對電池進行充電。
圖一
雅閣混合動力汽車搭載了 i-MMD 雙電機系統，整車動力來源采用了以驅動電機為主，發動機為輔的設計，可以實現純電動、混合動力以及發動機直驅的模式功能。純電動模式下利用驅動電機驅動車輪；混動模式下發動機啟動通過發電機給驅動電機充電，再讓驅動電機驅動車輪；發動機直驅模式下離合器閉合，發動機作為動力源與傳動系相連驅動車輪。通過三種模式有效切換，使得車輛表現出了更為出色的動力與節油優勢。
2. 本田i-MMD雙電機系統工作模式
（1）純電動模式驅動
在純電動模式下，動力系統能量傳遞如圖2中所示的箭頭方向。在這種模式下，發動機不工作，動力分離裝置離合器斷開，驅動車輛行駛的能量直接來源于動力電池，動力電池儲存的電能經由逆變器提供給驅動電機，驅動電機驅動車輛前進或者后退。在車輛制動時，所產生的能量將被回收充入動力電池內進行儲存。
圖2
（2）混合動力模式驅動
在混合動力模式下，動力系統能量傳遞如圖3中所示的箭頭方向。
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圖19 發動機輔助制動模式受力分析
3 小結
本文介紹的新型P2構型混合動系統有7種模式，能覆蓋混合動力系統的主要工作模式，可實現e-CVT+CVT模擬7擋，保證了整車動力性和經濟性，模式切換平順，且能應對不同的工況使用需求。
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