新能源汽车结构与原理(【原创首发】新能源汽车结构和工作原理知识分享)
序言:在未来的十年里,全球动力总成电动化的比例将大幅上升。
到2025年,纯内燃机汽车的比例将为34%左右,而到2030年将降至18%左右。
预计到2025年,中国市场上轻混、插电式和高压混动及纯电动汽车的比例将为60%,欧洲市场将达到80%,动力总成架构的电动化程度至少为12V轻混,纯内燃机将在欧洲和中国退出市场,基于此背景,现分享新能源汽车知识。
一、新能源汽车类别定义
纯电动:BEV(battery electric vehicle) 由电动机驱动汽车,电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或者其他能量储存装置。
混合动力:HEV(hybrid electric vehicle) 能至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车:
--可消耗的燃料;
--可再充电能/能量储存装置。
插电式:PHEV(Plug-in hybrid electric vehicle) 指车辆驱动系统由电驱动和另外一个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆。车辆行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或者共同提供。电池容量很大,可外接充电。
燃料电池汽车:FCEV(fuel cell electric vehicle) 以燃料电池作为动力源的汽车。
小结:1.插电式混合动力技术架构仍以P2结构为主,共15款车型,丰田以eCVT架构为主,同时沃尔沃、大众、标致、丰田均开始推出电四驱架构车型,共9款;
2.纯电动车型中单电机仍是主流动力,但是更多车企已经开始为实现超级性能推出多电机。
技术架构
目前行业内对混合动力技术路线的最主流的定义方法是由欧洲博世、大陆、HOFER等工程公司推广,主要是根据电机在传动系统的布置位置,分为P0、P1、P2、P3、P4。
二、分类汇总分析
三、THS系统技术解析
1、THS基本组成
2、THS动力总成基本组成
凯美瑞双擎搭载的是3AZ-FXE发动机,该发动机是1款直列式4缸2.4 L自然吸气发动机。混合动力传动桥,包括行星齿轮组、 MG1(驱动电机/发电机)和MG2(驱动电机/发电机) 。变频器总成包括增压转换器、 DC/DC 转换器、变频器。
3、THS工作模式
丰田混合动力系统(THS-II)构成原理如图1 所示。
根据驾驶条件,丰田混合动力系统(THS-II)结合发动机、MG1(驱动电机/发电机)和MG2(驱动电机/发电机)产生原动力。
车辆起动时,从HV 蓄电池至MG2 的电力提供驱动前轮的动力。发动机加速时,发动机通过行星齿轮驱动前轮时,还通过行星齿轮驱动MG1,以产生电力并向MG2 供电,协助发动机提供动力输出。如果HV 蓄电池需要充电,发动机通过行星齿轮驱动MG1 旋转,以对HV 蓄电池充电。同时,车辆在减速或制动时,前轮的动能被回收并转换为电能,通过MG2 对HV 蓄电池再充电。
4、混合动力传动桥
5、混合动力桥传动链
6、组合齿轮单元-结构
7、组合齿轮单元-齿轮传动链
8、节能工作原理
车辆起动时,从HV 蓄电池至MG2 的电力提供驱动前轮的动力。发动机加速时,发动机通过行星齿轮驱动前轮时,还通过行星齿轮驱动MG1,以产生电力并向MG2 供电,协助发动机提供动力输出。如果HV 蓄电池需要充电,发动机通过行星齿轮驱动MG1 旋转,以对HV 蓄电池充电。同时,车辆在减速或制动时,前轮的动能被回收并转换为电能,通过MG2 对HV 蓄电池再充电。
9、工况模式及传动过程-启动
发动机启动时,电流流进MG2通过电磁力固定行星齿轮的齿圈,MG1作为启动机转动太阳轮,太阳轮带动行星架转动,与行星架连接的发动机曲轴转动,发动机启动。 怠速时,电流流进MG2固定行星齿轮的齿圈,发动机带动行星架转动,行星架带动太阳轮转动,与太阳轮连接的MG1发电给电池充电。 车辆起步时,发动机停转,行星架被固定。MG2驱动行星齿轮齿圈,推动车辆前进。此时,MG1处于空转状态。
10、工况模式及传动过程-中/低速行驶
11、工况模式及传动过程-中/高速行驶
12、工况模式及传动过程-全速/大扭矩
如果需要更多动力(驾驶员深踩油门或检测到负载过大),MG1转动启动发动机,由发动机和MG2共同驱动。
13、工况模式及传动过程-减速/制动/下坡
减速/踩刹车时,MG2产生的电能供给MG1,MG1驱动发动机。此时发动机断油空转。MG1输出的动力成为发动机制动力。
14、工况模式及传动过程-倒车
倒车时,只使用MG2作为倒车动力。与MG1连接的太阳轮空转,与发动机曲轴连接的行星架停转,与MG2连接的齿圈实现倒车。
四、新技术分析
1、新技术/新概念的展示
2、雷克萨斯LC500h多级混合动力系统(Multi Stage Hybrid)
LC 500h所搭载的全新雷克萨斯多级混合动力系统,其结构为ECVT加4AT的形式,新一代全混动系统的重量没有任何增加,同时0-100km/h的加速时间小于5.0秒,获得更高的纯电动车速。
1.发动机与行星齿轮架相连,驱动电机2与太阳轮相连;驱动电机1与齿圈及变速器输入轴相连。行星齿轮机构实现发动机和两个电机的动力耦合(ECVT)。
2. 电机2主要用于调节发动机工作点,驱动电机1主要用于纯电动;
3.4AT与行星齿轮机构配合,当选择低档时,起步加速更快更直接。选择高挡时,能够获得更高车速。
3、铃木双12V动力系统结构分析
双电池系统是指基于12V铅酸电池增加高容量的锂电池,两个电池实现放电互补保证整车的高功率用电需求,同时锂电池实现更多电能的存储功能。其中锂电池采用三元锂电池或钛酸锂电池,功率性能和充放电倍率高,-30℃冷启动性能良好。
目前双12V电池技术主要在日本微型车上得到广泛应用,同时法雷奥、三星等车企开发相应的电机、电池产品。
4、EP Tender(电动汽车充电宝)
工作原理:采用小型发动机带动单独的发电机进行发电,其它附件(进排气、油箱、蓄电池等)整合为一个紧凑型模块
-可以提供500km的额外续驶里程(35L油箱)
-20kw的发电功率
-250kg
-搭载倒车自动导向系统 (防止过度转向导致碰撞)
-可防止行李等物件
-配备智能手机应用查看剩余可用里程,油量等运行信息
EP Tender公司总部位于法国,主营电动车外挂发电系统。 公司致力于电动汽车延长续航能力的研究,与法国雷诺等知名汽车制造商和研发机构长期保持良好的合作关系。 2015年1月31日,EP Tender公司与国内电动汽车综合运营服务商“电桩”签署战略合作协议。电桩将作为法国EP Tender在中国的独家代理运营方,双方将以成都作为试点城市,共同引进后者的创新发明。
挑战:
政策上对于拖挂车的许可
关于纯电动后面拖拽一个类似充电宝装置的法规可行性调研,中汽中心标准所说该类车属于“拖车”类。纯电动后拖拽充电设施暂时不能上路,安全性太低。但未有法规明确出纯电动带着“充电宝”这种形式。国外已经有开始研发这种装置的想法,我们也在调研海外的进展,有拖拽是太阳能发电的,有拖拽“普通发电机”的,都是开发阶段。
搭载车型,20kw的发电功率只能满足微型车级别的性能,而大
小米点评:为保护环境,海南省已禁止出售传统燃料车,只能买纯电动汽车,20年以后可能会全国进行推广,纯电动车大势所趋,无法抗拒,各汽车行业都在大力研发和推广纯电动车产品。现共享新能源汽车知识,希望可以帮助到大家。
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