混合動(dòng)力汽車HEV系統(tǒng)的應(yīng)用原理分析

HEV系統(tǒng)有兩種基本幾何形狀：并行和串聯(lián)。

并聯(lián)系統(tǒng)示意圖

串聯(lián)系統(tǒng)示意圖

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在高速公路上行駛時(shí)效率最高，因此僅在高速公路行駛中使用。但是，這在停走交通方面效率很低。電動(dòng)機(jī)很快會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間的高速公路行駛中耗盡其電池，但是可以通過城市交通高效駕駛車輛，而不會(huì)排放到城市大氣中。當(dāng)然，當(dāng)ICE和電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作時(shí)（如車輛在加速時(shí)），這兩者之間會(huì)有一些駕駛模式。

通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力流取決于系統(tǒng)的布置和幾個(gè)離合器，這些離合器使組件與組件脫離接合。在下圖中：

動(dòng)力從內(nèi)燃機(jī)通過輔助驅(qū)動(dòng)軸流到變速器。然后，它從變速箱流到主驅(qū)動(dòng)軸，然后流到車輪。超越離合器3和5接合，所有其他離合器分離。

功率從兩個(gè)電動(dòng)機(jī)流經(jīng)變速箱，流向驅(qū)動(dòng)軸和輪胎。超越離合器4和5接合，所有其他離合器分離。

動(dòng)力從內(nèi)燃機(jī)流經(jīng)輔助驅(qū)動(dòng)軸，變速器，然后流至主驅(qū)動(dòng)軸，再流至輪胎。功率也從兩個(gè)電動(dòng)機(jī)流向變速器，然后流向主驅(qū)動(dòng)軸和輪胎。超越離合器3、4和5接合，電磁離合器2接合。

動(dòng)力從車輪流到主驅(qū)動(dòng)軸，然后通過變速箱，再通過輔助驅(qū)動(dòng)軸，流到發(fā)電機(jī)，最后流到電池。這在再生制動(dòng)期間發(fā)生。電磁離合器1和2已接合，所有其他離合器均已分離。

動(dòng)力從內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)軸2流到變速箱，再到驅(qū)動(dòng)軸1和輪胎。動(dòng)力也從ICE穿過驅(qū)動(dòng)軸2流向發(fā)電機(jī)。超越離合器3和電磁離合器1接合，所有其他離合器分離。

動(dòng)力從內(nèi)燃機(jī)流經(jīng)輔助驅(qū)動(dòng)軸，到達(dá)變速器，然后流經(jīng)主驅(qū)動(dòng)軸和輪胎。ICE還通過電磁離合器1為發(fā)電機(jī)供電，然后再為電池供電。而且，電動(dòng)機(jī)通過變速器向主驅(qū)動(dòng)軸提供動(dòng)力。所有離合器均已接合。

許多混合動(dòng)力汽車和其他非混合動(dòng)力汽車也使用再生制動(dòng)。該系統(tǒng)吸收了一些通常在汽車制動(dòng)時(shí)通過摩擦耗散的能量，并將其轉(zhuǎn)換回可用的能量。

如果：T（t）=扭矩

W（t）=車輪速度（轉(zhuǎn)數(shù)/時(shí)間）

P（t）=功率= T * W

輪軸以速度= W旋轉(zhuǎn)且扭矩= T旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生動(dòng)力P，具有所有時(shí)間功能。從車輪獲取動(dòng)力會(huì)使汽車減速，這通常是不希望的，除了制動(dòng)。施加制動(dòng)器時(shí)，發(fā)電機(jī)的軸連接到車輪軸，因此可以通過車輪的動(dòng)力使其旋轉(zhuǎn)。然后，發(fā)電機(jī)將這種機(jī)械/旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電能：

對(duì)于直流發(fā)電機(jī)：

a = a（N，B，l，r）=一個(gè)常數(shù)（對(duì)于特定的生成器）

V（t）=電壓

I（t）=電流= a * T，并且

P（電氣）= I * V = T * W = P（機(jī)械）

然后：I =（W / V）* T，然后

V = I / a * W

因此，假設(shè)摩擦損耗可忽略不計(jì)，則電功率輸出為P = V * I = T *W 。然后，該電能用于為車輛的電池充電，以保存電池以備將來使用。

車輛行駛時(shí)，HEV也會(huì)通過ICE通過相同的過程為電池充電。控制器監(jiān)視電池的狀態(tài)和ICE的速度。當(dāng)電池電量低且ICE速度高時(shí)，它將發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接至發(fā)電機(jī)，從ICE汲取功率為電池充電。由于此控制器就位，因此在加速，爬坡或需要全功率時(shí)，車輛不會(huì)失去動(dòng)力。

極限物理

混合動(dòng)力汽車的性能受到其效率和運(yùn)載自己燃料的能力的限制。電池容量和燃料能量密度都限制了車輛可維持的電量。

電池的三種主要類型是鉛酸（最常見的汽車電池），NiCd（鎳鎘）和較新的NiMH（鎳氫金屬）。電池的比能量，比功率，成本和壽命是選擇電池的最重要因素。

單位：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的比能量或功率。這很重要，因?yàn)橹灰凶銐虻碾姵兀魏坞姵亟M件都可以提供足夠的能量，但是HEV的體積和承載能力有限，因此需要使用高能量/功率密度的電池。

Wh / kg =瓦時(shí)/千克-1kg電池可以提供一定瓦數(shù)功率的小時(shí)數(shù)。

W / kg =瓦特/ kg-1kg電池可提供的瓦數(shù)。

$ / kW-h =美元/千千瓦小時(shí)-每小時(shí)電力成本，以千瓦數(shù)為單位的電量。

循環(huán)至80％DOD（放電深度）-電池通過化學(xué)反應(yīng)循環(huán)（取決于其類型）以提供電能。該單位是每個(gè)電池在放電至80％以內(nèi)之前所能提供的循環(huán)數(shù)（這種狀態(tài)下電池兩端沒有壓降，因此它無法提供電力）。

審核編輯：郭婷