[發明專利]串聯式混合動力車輛的動力系統

有效

• 申請號: 201310467918.2
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103552459A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 李書福
• 申請（專利權）人: 浙江吉利控股集團有限公司
• 主分類號: B60K6/24
• 分類號: B60K6/24;B60K6/46
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 薛峰;范曉斌

技術領域

本發明涉及混合動力車輛，特別是涉及一種串聯式混合動力車輛的動力系統。

背景技術

20世紀90年代以來，世界范圍內的能源危機和環境污染問題日趨嚴重。石油在世界總能源消費中占比40％以上，按目前的探明儲量和消耗速度估計，地球上的石油資源可能在未來幾十年內消耗殆盡。

機動車輛是石油的主要消耗者和大氣污染的主要制造者。機動車輛尾氣中的CO₂是地球溫室效應的主要來源之一，而尾氣中的其它成分也是重要的城市大氣污染物。

多年來的實踐證明，使用新型燃料和新型動力系統是解決車輛能源瓶頸與尾氣污染的一個重要途徑。在新型燃料方面，實踐證明，使用較汽油、柴油更清潔的代用燃料是解決能源危機和排放污染問題的可行方案。在新型動力系統方面，盡管使用鉛酸、鎳氫或鋰等動力蓄電池的純電動車輛具有零排放、低噪音和高效率的優點，但由于電能存儲技術的制約，導致純電動車輛不但制造成本高，而且續航里程短和充電時間長，目前以及未來相當長的一段時間內尚不能真正滿足人們的使用需求，沒有足夠的市場競爭力。混合動力車輛是一種介于傳統車輛和純電動車輛之間的過渡型車輛，兼有兩者的一些優點，如超低排放、高效率和續航里程長等，只是成本較采用傳統動力系統的車輛稍高。

混合動力車輛的動力系統包括串聯式、并聯式和混聯式等多種類型，其中串聯式混合動力系統結構設計相對簡單、穩定性好，能有效地實現各種能源的分配和合成，是混合動力車輛動力系統目前研究開發的熱點技術路線之一。

串聯混合電動車輛（SHEV）一般把動力蓄電池和燃料發電機組作為兩種基本的能量存儲轉換裝置，其中燃料發電機組（發動機＋發電機）也稱為輔助動力單元（APU）。在現有技術的串聯式混合動力車輛中，一般僅僅設置一個輔助動力單元，在這個輔助動力單元中主要包含僅僅一個燃油發動機（汽油發動機或柴油發動機）作為發動機以及僅僅一個將發動機輸出的動能轉變為電能的發電機，燃油發動機與驅動車輛運行的牽引電機之間沒有機械連接。然而，這種現有技術的串聯式混合動力車輛雖然能夠較好地降低車輛的尾氣排放，獲得較好的燃油經濟性，但是其仍然是以汽油或柴油作為燃料，并未解決石油資源緊缺枯竭的問題。究其原因，這是因為目前的代用燃料例如天然氣、甲烷等能量密度普遍較低，而串聯式混合動力車輛的動力系統中一般存在三次能量轉換過程（化學能—>機械能—>電能—>機械能），能量轉換效率相對并聯式混合動力系統低，因而本領域技術人員一般認為不宜在串聯式混合動力車輛中使用能量密度較低的代用燃料。

串聯式混合動力車輛輔助動力單元的功能包括直接輸出電能并通過牽引電機驅動車輛運行、輸出電能為高壓動力電池充電、以及通過DC/DC為車輛低壓蓄電池充電等。輔助動力單元的基本工作機制為：在控制系統的作用下，發動機通過機械連接帶動發電機轉子轉動，同時通過控制發電機轉子上線圈中的電流強度在發電機內部得到適當磁場強度，發電機定子上的線圈在形成的交變磁場作用下產生電能。在應用于車輛驅動之前，這樣的中小型燃料發電機組多被作為移動式臨時供電系統使用，其特點為工作狀態相對穩定、轉速波動較小、起停不頻繁。然而，串聯式混合動力車輛中使用的輔助動力單元在電路上同動力電池并聯，通過電機驅動車輛運轉，這就要求燃料發電機組具有運行工況覆蓋范圍大、響應迅速、過渡過程平順等特點，其控制水平直接影響整個動力系統的動力性、安全性及壽命。也就是說，傳統上作為移動式臨時供電系統使用的燃料發電機組與串聯式混合動力車輛中燃料發電機組性能要求完全不同，因而其結構設計、系統連接以及控制策略上均不相同，其在技術上不能顯而易見地進行換用。

如本領域技術人員已知的，兼顧排放和燃油消耗這兩方面的因素，串聯式混合動力車輛輔助動力單元的基本工作方式目前一般有如下兩種：第一種是單點恒功率工作方式（亦被稱為開關模式），第二種是沿最低燃料消耗曲線工作方式。

采用單點恒功率工作方式的輔助動力單元只有穩定工作在某油耗同排放都很低的工況點和停機兩種狀態，車輛的動態負載完全由動力電池來平衡。這樣，輔助動力單元的排放和油耗都很低，但對動力電池的損害較大。

采用沿最低燃料消耗線工作方式的輔助動力單元可以跟蹤車輛實際負荷的變化，有效降低了車輛行駛對動力電池輸出容量和功率的要求，動力電池可以較小的功率循環工作，有利于延長動力電池的使用壽命和選擇較小功率的動力電池。但輔助動力單元必須跟隨車輛功率要求而做出快速響應，因此會影響發動機的效率和排放特性，而且準確預測車輛未來行駛階段的功率需求也是比較困難的。