作者：許永紅， 章國光

1 前言

插電式混合動力汽車（Plug-in hybrid electric vehicle，簡稱PHEV），是介于純電動汽車與燃油汽車兩者之間的一種新能源汽車，兼顧了純電動車和燃油車的優(yōu)勢，既可實現(xiàn)純電動零排放行駛，也能通過混動模式增加車輛的續(xù)駛里程，是解決排放問題的一個重要手段。

目前已量產的插電式混合動力汽車有豐田PRIUS PHEV、通用VOLT、三菱歐藍德PHEV、比亞迪唐等。東風也開發(fā)了插電式SUV車型。本文對東風某插電式SUV車型混合動力總成結構、控制策略等進行分析討論。

2 東風PHEV混合動力系統(tǒng)構成

混合動力系統(tǒng)將發(fā)動機動力和電機動力通過電氣線路和耦合器耦合，并向車輪傳遞，是PHEV車型核心的關鍵技術。

東風某插電式SUV車型配置的HP2多模混合動力系統(tǒng)結構如圖1所示，由電驅動系統(tǒng)、高壓供電系統(tǒng)兩部分構成。電驅動系統(tǒng)由驅動電機、發(fā)電機、雙電機控制器、集成的DCDC、多模變速箱構成。高壓供電系統(tǒng)由動力電池包構成。其中，發(fā)動機、發(fā)電機、驅動電機分別與減速箱的3個輸入軸連接。在不同工況下，發(fā)動機、驅動電機、電動機的動力在減速箱耦合后，輸出到差速器，驅動車輪。

HP2多模混合動力系統(tǒng)結構簡單，擯棄了結構復雜的動力分配裝置及機電耦合系統(tǒng)，采用兩個小型電機分別驅動，可有效減少單電機驅動時電機功率及電機體積，占用空間小，傳動效率高。

圖1 多模混合動力系統(tǒng)

2.1 電機系統(tǒng)

電機系統(tǒng)包括驅動電機總成、發(fā)電機總成、集成DCDC的雙電機控制器總成。

驅動電機總成和發(fā)電機總成均采用永磁同步電機方案，雙電機控制器可以同時控制發(fā)電機、驅動電機按整車策略工作，滿足整車驅動與發(fā)電功能需求。東風某插電式SUV發(fā)動機取消了啟動機配置，車輛啟動時，發(fā)電機通過減速箱里的齒輪副，帶動發(fā)動機飛輪旋轉，啟動發(fā)動機，實現(xiàn)發(fā)動機啟停功能。在車輛電池電量低于某值時，發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，給驅動電機及動力電池供電，實現(xiàn)發(fā)電及串聯(lián)驅動功能。表1列出了電機總成主要性能參數(shù)。

表1 電機總成技術參數(shù)

DCDC總成集成在控制器中，替代了發(fā)動機上的發(fā)電機功能，將動力電池350V高壓電轉化為12V低壓電，保證整車儀表、燈具、各類控制器等低壓用電設備正常工作。表2列出了電機控制器及DCDC總成主要技術參數(shù)。

表2 電機控制器集成DCDC總成技術參數(shù)

2.2 機電耦合系統(tǒng)

HP2多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)機電耦合器采用了固定速比式多模變速器方案，結構簡單，成熟可靠。圖2展示了多模變速器工作原理。在整車中低速運行時，變速器內部離合器分離，整車進入EV模式（電池電量充足，由驅動電機驅動車輛）、RE-EV模式（電池電量不足，發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，由驅動電機驅動車輛）；在整車高速運行時，變速器內部離合器結合，整車進入HEV模式（發(fā)動機、驅動電機可同時驅動車輛）。多模變速器技術參數(shù)表見表3。

圖2 多模變速器工作原理

表3 多模變速器主要技術參數(shù)

2.3 動力電池

圖3所示為HP2多模動力系統(tǒng)動力電池包，采用三元動力電池組，電池組與電池管理系統(tǒng)、檢修開關、快速連接器集成、高壓配電系統(tǒng)、電池箱體設計為一體，通過箱體6個懸置點安裝固定在車身地板下方?？梢詽M足電機峰值工作充、放電性能要求、充電時間要求，及強電安全、整車碰撞安全要求。動力電池包技術參數(shù)表見表4。

3 多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)控制策略

3.1 多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)功能

通過離合器的結合和分離，HP2多模混合動力系統(tǒng)可以實現(xiàn)純電驅動模式、串聯(lián)驅動模式、并聯(lián)驅動模式、發(fā)動機驅動模式、行車發(fā)電模式、駐車發(fā)電模式、制動能量回收模式、混聯(lián)驅動8種行駛模式。圖4展示了并聯(lián)驅動模式下能量流示意，發(fā)動機動力和驅動電機動力，在多模減速箱內耦合，通過差速器傳遞到驅動輪。

不同行駛模式時，各部件工作狀態(tài)見表5。

3.2 多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)控制策略

3.2.1 驅動力分配與能量管理原則

PHEV多模混動系統(tǒng)驅動力分配，需要綜合考慮整車動力性和經濟性的要求（表6）。

圖3 PHEV動力電池包

表4 PHEV動力電池包技術參數(shù)

圖4 并聯(lián)驅動能量流示意圖

表5 不同驅動模式下驅動系統(tǒng)部件工作狀態(tài)

表6 PHEV動力總成參數(shù)匹配影響要素

通過分析整車性能需求，同時兼顧整車性能和電池壽命，確定了不同車速/電量下驅動力分配原則：純電動行駛應能提供日常使用，混合動力使用時較好動力性。具體方案如下。

1） 電量充足時，純電動行駛優(yōu)先使用。

2） 電池消耗到一定時（SOC＜30%），作為混合動力車使用。

3） 中低速或中低負荷，驅動由電機完成，要保證日常純電動。

4） 中高速或中高負荷，驅動由發(fā)動機單獨完成。

5） 急加速或超速時，電機跟進助力，實現(xiàn)動力從低速到高速有效過渡。

3.2.2 工作模式切換方案

依照上述能量管理原則，HP2多模動力系統(tǒng)在行駛過程中可根據(jù)電池SOC、加速踏板深度和車速的變化，在不同的行駛模式間進行切換。圖5展示了PHEV車型行駛模式切換方案。

當SOC值較高時，車輛以EV模式起步，在較低的車速且較小的油門開度條件下，車輛可保持在EV模式；當加速踏板開度加大時，車輛進入并聯(lián)驅動模式，發(fā)動機與電機同時參與驅動；隨著車速增高，車輛進入發(fā)動機驅動模式，并能根據(jù)電池SOC狀態(tài)，對電池進行行車發(fā)電。

如電池SOC值較低，車輛只能以串聯(lián)驅動模式起步，并根據(jù)油門開度的變化，在串聯(lián)驅動-發(fā)動機驅動模式間切換。

圖5 PHEV車型行駛模式切換方案

4 多模混合動力模塊應用

HP2多模動力系統(tǒng)首款搭載車型為東風某插電式SUV，已完成整車搭載試驗。整車試驗結果表明，對比搭載同型號發(fā)動機的傳統(tǒng)車型，搭載HP2模塊時整車車重增加了約190kg，但整車總體性能明顯優(yōu)于基礎車型。

1） 整車百公里加速時間由12s提高到10.5s，提升率＞12%。

2） NEDC純電里程＞60km。

3） NEDC 綜 合 油 耗 由7.4L/100km 減 少 到5.5L/100km（HEV模式），HEV模式下節(jié)油率＞25%。

東風某插電式SUV車通過以下方法達到了動力性、燃油經濟性的提升。

1） 整車及混合動力系統(tǒng)控制：高效的能量分配管理；實現(xiàn)EV驅動、外接充電、停車發(fā)電、串聯(lián)行駛、停車停機、滑行能量回收、制動能量回收等多種工況；優(yōu)化的發(fā)動機控制/標定。

2） 動力總成更改：發(fā)動機輪系及進排氣系統(tǒng)全新設計，滿足PHEV車型使用要求。

3） 基準車輛參數(shù)控制：低滾阻輪胎、輕量化等。

5 結語

本文從關鍵部件方案、控制策略等方面對HP2多模混合動力系統(tǒng)技術方案進行分析。模塊搭載整車后，整車性能優(yōu)于對比車型，有較強的競爭力。隨著HP2多模混合動力系統(tǒng)不斷完善和提高，最終可以以不同的混合動力方案搭載在多個車型上，如HEV車型、RE-EV增程式混合動力車型、PHEV插電式混合動力車型。

審核編輯：湯梓紅