混合动力汽车HEV系统的应用原理分析

HEV系统有两种基本几何形状：并行和串联。

并联系统示意图

串联系统示意图

内燃发动机在高速公路上行驶时效率最高，因此仅在高速公路行驶中使用。但是，这在停走交通方面效率很低。电动机很快会在长时间的高速公路行驶中耗尽其电池，但是可以通过城市交通高效驾驶车辆，而不会排放到城市大气中。当然，当ICE和电动机同时工作时（如车辆在加速时），这两者之间会有一些驾驶模式。

       通过驱动机构的动力流取决于系统的布置和几个离合器，这些离合器使组件与组件脱离接合。在下图中：

 

电磁离合器＃1	控制ICE和发生器之间的连接。
电磁离合器＃2	控制ICE和变速箱之间的连接。
超越离合器＃3	控制ICE与系统之间的连接。
超越离合器＃4＆5	控制电动机和系统之间的连接。

 

动力从内燃机通过辅助驱动轴流到变速器。然后，它从变速箱流到主驱动轴，然后流到车轮。超越离合器3和5接合，所有其他离合器分离。

功率从两个电动机流经变速箱，流向驱动轴和轮胎。超越离合器4和5接合，所有其他离合器分离。

动力从内燃机流经辅助驱动轴，变速器，然后流至主驱动轴，再流至轮胎。功率也从两个电动机流向变速器，然后流向主驱动轴和轮胎。超越离合器3、4和5接合，电磁离合器2接合。

动力从车轮流到主驱动轴，然后通过变速箱，再通过辅助驱动轴，流到发电机，最后流到电池。这在再生制动期间发生。电磁离合器1和2已接合，所有其他离合器均已分离。

动力从内燃机经过驱动轴2流到变速箱，再到驱动轴1和轮胎。动力也从ICE穿过驱动轴2流向发电机。超越离合器3和电磁离合器1接合，所有其他离合器分离。

动力从内燃机流经辅助驱动轴，到达变速器，然后流经主驱动轴和轮胎。ICE还通过电磁离合器1为发电机供电，然后再为电池供电。而且，电动机通过变速器向主驱动轴提供动力。所有离合器均已接合。

许多混合动力汽车和其他非混合动力汽车也使用再生制动。该系统吸收了一些通常在汽车制动时通过摩擦耗散的能量，并将其转换回可用的能量。

如果：T（t）=扭矩

W（t）=车轮速度（转数/时间）

P（t）=功率= T * W

轮轴以速度= W旋转且扭矩= T旋转，产生动力P，具有所有时间功能。从车轮获取动力会使汽车减速，这通常是不希望的，除了制动。施加制动器时，发电机的轴连接到车轮轴，因此可以通过车轮的动力使其旋转。然后，发电机将这种机械/旋转动力转换为电能：

对于直流发电机：

a = a（N，B，l，r）=一个常数（对于特定的生成器）

V（t）=电压

I（t）=电流= a * T，并且

P（电气）= I * V = T * W = P（机械）

然后：I =（W / V）* T，然后

V = I / a * W

因此，假设摩擦损耗可忽略不计，则电功率输出为P = V * I = T *W 。然后，该电能用于为车辆的电池充电，以保存电池以备将来使用。

车辆行驶时，HEV也会通过ICE通过相同的过程为电池充电。控制器监视电池的状态和ICE的速度。当电池电量低且ICE速度高时，它将发动机的驱动轴连接至发电机，从ICE汲取功率为电池充电。由于此控制器就位，因此在加速，爬坡或需要全功率时，车辆不会失去动力。

极限物理

混合动力汽车的性能受到其效率和运载自己燃料的能力的限制。电池容量和燃料能量密度都限制了车辆可维持的电量。

电池的三种主要类型是铅酸（最常见的汽车电池），NiCd（镍镉）和较新的NiMH（镍氢金属）。电池的比能量，比功率，成本和寿命是选择电池的最重要因素。

	比能量（Wh / kg）	比功率（W / kg）	大约费用（美元/千瓦时）	近似寿命（循环放电至80％）
铅酸	35	200	125	450
镍镉	40	175	600	1250
镍氢电池	70	150	540	1500

单位：单位质量的比能量或功率。这很重要，因为只要有足够的电池，任何电池组件都可以提供足够的能量，但是HEV的体积和承载能力有限，因此需要使用高能量/功率密度的电池。

Wh / kg =瓦时/千克-1kg电池可以提供一定瓦数功率的小时数。

W / kg =瓦特/ kg-1kg电池可提供的瓦数。

$ / kW-h =美元/千千瓦小时-每小时电力成本，以千瓦数为单位的电量。

循环至80％DOD（放电深度）-电池通过化学反应循环（取决于其类型）以提供电能。该单位是每个电池在放电至80％以内之前所能提供的循环数（这种状态下电池两端没有压降，因此它无法提供电力）。

审核编辑：郭婷