混合動力客車基本結構原理與恒通混合動力客車產品情況

封頁恒通混合動力客車培訓講義

混合動力汽車根本結構原理及

恒通混合動力客車產品情況

提綱什么是新能源汽車?●新能源汽車包括◆混合動力汽車〔HEV〕、◆純電動汽車〔BEV，包括太陽能汽車〕◆燃料電池電動汽車〔FCEV〕◆氫發(fā)動機汽車◆其他新能源〔如高效儲能器、二甲醚〕汽車等各類別產品新能源汽車分類●混合動力汽車是將內燃機、電動機與動力蓄電池通過控制系統(tǒng)相組合，電動機可補充提供車輛爬坡、加速時所需轉矩，又可以吸收并存儲內燃機充裕的功率和車輛制動能量，從而可到達大幅度降低氣〔油〕耗，減少污染物排放什么是混合動力汽車?●混合動力汽車組成主要包括◆發(fā)動機◆ISG電機〔電動機/發(fā)電機〕◆動力電池◆控制系統(tǒng)◆動力合成裝置

混合動力汽車的組成◆混合動力汽車就是將傳統(tǒng)的內燃機、電機和儲能裝置〔電池〕結合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內燃機汽車和電動汽車的優(yōu)點，防止各自的缺乏，是目前最具實際推廣應用的低排放和低能耗的新能源汽車

混合動力汽車的優(yōu)點混合動力汽車的優(yōu)點●與純電動汽車相比◆可最大限度發(fā)揮內燃機汽車和純電動汽車的雙重優(yōu)點◆由于有內燃機作為原動機，混合動力汽車較純電動汽車電池的數(shù)量和重量及功率可減少◆原動機〔內燃機〕的選用使混合動力汽車的續(xù)駛里程和動力性較純電動汽車得到大大提高，可到達并超過內燃機汽車水平◆借助原動機的動力，可帶空調、真空助力、轉向助力及其他輔助電器，不需要消耗動力電池有限的電能混合動力汽車的優(yōu)點●混合動力汽車主要分為

◆串聯(lián)式混合動力汽車(SHEV)

◆并聯(lián)式混合動力汽車(PHEV)

◆混聯(lián)式混合動力汽車(PSHEV)

混合動力汽車的分類◆工作模式

●發(fā)動機驅動發(fā)電機，發(fā)電機給動力電池組充電，電池組送電給ISG電機，電機驅動變速箱使車輛行駛

●當驅動電機高負荷運行時，發(fā)電機和電池組可同時向驅動電機提供電能串聯(lián)式混合動力汽車●電池實際上起平衡發(fā)動機輸出功率和電動機輸入功率的作用●當發(fā)電機的發(fā)電功率大于電動機所需的功率時〔如汽車滑行、低速行駛、短時間停車等工況〕，控制器控制發(fā)電機向電池充電●當發(fā)電機發(fā)出的功率低于電動機所需的功率時〔如汽車起步、加速、高速行駛或爬坡等工況〕，控制器那么控制電池向電動機提供額外的電能，提高電動機的輸出轉矩串聯(lián)式混合動力汽車●串聯(lián)式結構的優(yōu)點

串聯(lián)式結構可使發(fā)動機不受汽車行駛工況的影響，始終在其最正確的工況區(qū)域穩(wěn)定運行●串聯(lián)式結構的缺乏

發(fā)動機的輸出需全部轉化為電能，再將電能轉變?yōu)轵寗悠嚨臋C械能。由于機電能量轉換和電池充放電的效率還有待提高，使其經濟性較差串聯(lián)式混合動力汽車●并聯(lián)式混合動力汽車可由發(fā)動機和電機共同驅動或各自單獨驅動汽車●發(fā)動機與電機之間可以通過一個動力合成裝置實現(xiàn)兩種動力裝置的結合與別離并聯(lián)式混合動力汽車

●動力合成裝置有◆行星齒輪式◆鏈輪式◆同軸并聯(lián)式

并聯(lián)式混合動力汽車◆并聯(lián)式結構的優(yōu)點○發(fā)動機通過機械傳動機構直接驅動汽車，其能量的利用率相對較高，經濟性較好

◆并聯(lián)式結構的缺乏○傳動機構中的動力復合裝置較復雜，駕駛操作性能不及串聯(lián)式結構的混合動力汽車

并聯(lián)式混合動力汽車◆混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合。發(fā)動機發(fā)出的功率一局部通過機械傳動輸送給驅動橋，另一方面那么驅動發(fā)電機發(fā)電混聯(lián)式混合動力汽車●混聯(lián)式系統(tǒng)充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，能夠使發(fā)動機、發(fā)電機和電動機等部件進行更多的優(yōu)化匹配，但結構復雜，現(xiàn)只在有的混合動力小轎車上得到應用，如豐田普銳斯混聯(lián)式混合動力汽車

混聯(lián)式混合動力汽車●三種混合動力模式優(yōu)劣混聯(lián)式混合動力汽車類型串聯(lián)并聯(lián)混聯(lián)燃油經濟性差好好排放性能好中中動力驅動系統(tǒng)結構簡單較復雜復雜控制方式簡單較復雜復雜制造技術容易較難難技術先進性低先進先進成本高較高高●混合動力汽車對電機特性要求

◆頻繁切換性能要好

◆比功率密度高，體積小

◆抗震性，抗干擾性好

◆高效工作區(qū)范圍要寬

◆容錯能力要好，對電壓波動的適應能力要強

混合動力汽車驅動電機●混合動力汽車對電機根本性能要求◆在允許的范圍內，盡可能采用高電壓◆高轉速◆電機應具有較大的啟動轉矩和較大范圍的調速性能◆應具有最優(yōu)化的能量利用◆電氣系統(tǒng)應裝備高壓保護設備◆另外，電機還要求可靠性好，耐溫和耐潮性能強，運行時噪音低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長時期工作

混合動力汽車驅動電機混合動力汽車驅動電機◆在普通汽車上，一般采用12V或24V蓄電池作為整車裝備的電源。但是在混合動力汽車上，動力電池組必須具有強大能量的動力電源，作為車輛助力驅動動力能源或快速充電存儲電能◆動力電池組一般是供給直流電，然后經過變頻器或逆變器轉換成頻率和電壓幅值可調的交流電，供給驅動電機來驅動車輛行駛。純電動汽車所采用的動力電池組，要求有較大的比能量，而混合動力汽車所采用的動力電池組，那么要求有較大的比功率，兩種電池在性能方面各有側重

混合動力汽車動力電池●動力電池的充放電特性◆混合動力汽車動力蓄電池的作用是儲蓄電能●電池在充電過程中，電能通過蓄電池內活性物質的化學變化轉變?yōu)榛瘜W能儲存在蓄電池內●電池在放電過程中，通過電池內活性物質的化學變化逆轉，將化學能轉變?yōu)殡娔苡呻姵剌敵觥舾鞣N蓄電池的根本工作原理是電能化學能電能化學能的可逆變換過程，能夠反復使用◆現(xiàn)動力電池都是使用高能蓄電池，使混合動力汽車的動力性能不斷提高，一次充電后的續(xù)駛里程也不斷地延長

混合動力汽車動力電池●動力電池種類◆鉛酸蓄電池◆鎳氫〔Ni-MH〕電池◆鋰離子電池

混合動力汽車動力電池●動力電池性能比照混合動力汽車動力電池電池型號質量比能量（Wh/kg）質量比功率（W/kg）循環(huán)次數(shù)（次）鉛酸電池33130400~500鎳氫電池40~60550~1350＞1000鋰離子電池100＞1300＞1000●混合動力汽車對動力電池的根本要求◆比能量要高◆充電時間要短◆連續(xù)放電率高，自放電率低

混合動力汽車動力電池●電壓◆電動勢電池正極與負極之間的電位差E◆開路電壓◆額定電壓電池在標準規(guī)定條件下工作時應到達的電壓◆工作電壓〔負載電壓、放電電壓〕◆終止電壓混合動力汽車動力電池●電池容量〔A·h〕◆理論容量◆實際容量◆標稱容量〔公稱容量〕◆額定容量〔保證容量〕

●功率〔W、kW〕◆比功率〔W/kg〕◆功率密度〔W/L〕混合動力汽車動力電池●電池的內阻◆電子通過電池內部時受到的阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內阻●放電速率〔放電率〕◆一般用電池在放電時的時間或放電電流與額定電流的比例來表示◆時率◆倍率●自放電率◆自放電率是指電池在存放時間內，在沒有負荷的條件下自身放電，使得電池容量損失的速度，自放電率用單位時間〔月/年〕內電池容量下降的百分數(shù)來表示混合動力汽車動力電池●循環(huán)次數(shù)◆按一定標準規(guī)律的放電，當電池的容量降到某一個規(guī)定值以前，就要停止繼續(xù)放電，然后需要充電才能繼續(xù)使用?！蹭囯x子動力電池充放電控制在40%--70%之間〕◆隨著充放電次數(shù)的增加，電池中的化學活性物質會發(fā)生老化變質，逐漸削弱其化學功能，使得電池的充電和放電效率逐漸降低，最后電池喪失全部功能而報廢◆蓄電池充電和放電的循環(huán)次數(shù)與電池的充電和放電形式，電池的溫度和放電深度有關，放電深度“淺〞時，有利于延長電池的壽命

混合動力汽車動力電池典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)工作模式■有4種工況模式

◆純電動模式

◆發(fā)動機和電機并聯(lián)驅動模式

◆發(fā)動機單獨驅動模式

◆再生制動模式典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

◆純電動模式◆當車輛采用純電動模式運行時，離合器別離，動力電池組釋放電能，經逆變器將直流電轉換為交流電，給動力電機供電，動力電機將扭矩輸入變速箱、后橋，從而驅動車輛行駛典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

◆并聯(lián)驅動模式(助力模式)

◆當車輛坡道、加速等工況行駛時，發(fā)動機運轉，離合器閉合將扭矩輸入變速箱，同時動力電池組釋放電能，經逆變器將直流電轉換為交流電，給動力電機供電，動力電機也將扭矩輸入變速箱驅動電機轉動，發(fā)動機和電機共同將動力輸入變速箱、后橋從而驅動車輛加速行駛典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

◆發(fā)動機單獨驅動模式

◆當車輛采用發(fā)動機單獨驅動模式運行時，發(fā)動機運轉，離合器閉合，將扭矩輸入電機、變速箱、后橋，從而驅動車輛行駛。當發(fā)動機有富裕功率時候，電機轉換為發(fā)電機工作狀態(tài)，所發(fā)出的交流電經逆變器轉換為直流電，對電池組進行充電典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

◆再生制動模式

◆當車輛制動、減速、停車時，驅動橋傳來的慣性扭矩，經變速箱帶動電機運轉，電機轉換為發(fā)電機工作狀態(tài)，所發(fā)出的交流電經逆變器轉換為直流電，對電池組進行充電典型并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

◆控制策略

發(fā)動機和混合動力系統(tǒng)都分別有各自的ECU和控制軟件，將它們集成在混合動力車輛中后，利用CAN總線將它們連接起來，實現(xiàn)信息共享和統(tǒng)一指揮。實現(xiàn)了當混合動力系統(tǒng)工作時，發(fā)動機按混合動力系統(tǒng)的指令工作。當混合動力系統(tǒng)關閉或有故障時，發(fā)動機按油門踏板指令工作

恒通混合動力客車

◆產品情況

目前恒通公司取得了新能源汽車生產準入許可，是國內較早獲得新能源汽車生產準入的客車企業(yè)之一

公司氣電混合動力客車已獲得新能源客車產品公告

公司已開發(fā)出了CKZ6116HENV3、CKZ6126HENV3兩款氣電混合動力客車及CKZ6116HEV3油電混合動力客車產品，并即將開發(fā)CKZ6126HEV3油電混合動力客車產品

恒通混合動力客車

◆產品情況

公司已完成兩套混合動力系統(tǒng)開發(fā)及三種混合動力系統(tǒng)配置

兩套混合動力系統(tǒng)

○伊頓混合動力系統(tǒng)

○玉柴混合動力系統(tǒng)

三種混合動力系統(tǒng)配置

○伊頓混合動力系統(tǒng)+進口電池及其管理系統(tǒng)

○伊頓混合動力系統(tǒng)+國產電池及其管理系統(tǒng)

○玉柴系統(tǒng)+國產電池及其管理系統(tǒng)

恒通混合動力客車恒通混合動力客車第三輪開發(fā)公司于2021年在伊頓系統(tǒng)的根底上，與北京交通大學、中信國安盟固利動力科技公司聯(lián)合開發(fā)出了國產電池與電池管理系統(tǒng)伊頓混合動力系統(tǒng)加國產電池及其管理系統(tǒng)所匹配的CKZ6116HENV3氣電混合動力客車已獲得產品生產許可恒通混合動力客車產品根本情況恒通CKZ6116氣電混合動力客車混合動力系統(tǒng)采用的是同軸并聯(lián)混合動力系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖CKZ6116HENV3氣電混合動力客車混合動力系統(tǒng)結構

結構原理圖混合動力控制模塊CKZ6116HENV3氣電混合動力客車混合動力系統(tǒng)結構

氣體發(fā)動機和電機既可分別單獨驅動車輛，也可聯(lián)合動作共同驅動車輛因此，在電機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍然可以像傳統(tǒng)車一樣運行，從而大大提高車輛的使用性能CKZ6116HENV3氣電混合動力客車混合動力系統(tǒng)結構

恒通混合動力客車產品根本情況混合動力系統(tǒng)總成主要零部件有天然氣發(fā)動機及其控制系統(tǒng)自動變速器及其控制系統(tǒng)交流永磁同步電動/發(fā)電機及其控制系統(tǒng)高壓電及高壓電管理系統(tǒng)鋰離子動力電池組及其管理系統(tǒng)混合動力控制系統(tǒng)等恒通混合動力客車產品根本情況恒通混合動力客車產品根本情況CKZ6116HENV3氣電混合動力客車根本參數(shù)車型恒通CKZ6116HENV3氣電混合動力客車底盤由東風汽車客車底盤公司研發(fā)設計車身選擇恒通紐曼車身造型6只80升CNG氣瓶〔96立方米〕車頂部布置安裝樣車CKZ6116HENV3氣電混合動力客車樣車CKZ6116HENV3氣電混合動力客車根本參數(shù)根本參數(shù)基礎車型參數(shù)整車型號CKZ6116HENV3整車外部尺寸（長×寬×高，mm）11370×2500×3200軸距（mm）5600接近角/離去角(°)9/8質量參數(shù)整備質量（kg）11600整車允許最大總質量（kg）17500最大載客量（人）86CKZ6116HENV3氣電混合動力客車根本參數(shù)根本參數(shù)動力系統(tǒng)形式混合動力形式同軸并聯(lián)式發(fā)動機型號

YC6J210N-30ISG電機伊頓電機：最大功率/扭矩44kW/420Nm額定功率/扭矩26kW/252Nm動力電池組盟固利鋰離子電池，額定電壓346V，額定容量16Ah變速器AMT主減傳動比

6.33驅動形式4×2，后驅整車動力性能參數(shù)最高車速（km/h）≥80最大爬坡度（%）≥200~50km/h加速時間(s)<27CKZ6116HENV3氣電混合動力客車根本參數(shù)鋰離子動力電池參數(shù)(盟固利)選擇346V的電壓平臺電池單體容量8Ah每個電池模塊由2個電池單體并聯(lián)而成電池組由96個電池模塊串聯(lián)組成，共192個單體電池電池組規(guī)格為346V/16AhCKZ6116HENV3氣電混合動力客車根本參數(shù)鋰離子動力電池參數(shù)(日立電池)鋰離子動力蓄電池結構及主要技術參數(shù)單體蓄電池型式鋰離子蓄電池生產廠名稱日立按伊頓公司要求制造電壓3.6V容量5.5Ah型式鋰離子動力電池生產廠名稱伊頓公司每箱單體數(shù)48只連接方式各單體串聯(lián)而成,兩個箱體再串聯(lián)構成電池組總電壓340V總容量5.5Ah額定輸出功率22.5kW@50%SOC額定輸入功率30kW@50%SOCCKZ6116HENV3氣電混合動力客車動力混合度

動力混合度一般分為功率混合度和扭矩混合度，它是表示電機功率〔扭矩〕占發(fā)動機及電機總功率〔扭矩〕的百分數(shù)功率混合度=電動機功率×1.7/(發(fā)動機功率×1.7+電動機功率)=［26×1.7/〔26×1.7+155〕］=22.2％扭矩混合度=電動機扭矩/(發(fā)動機扭矩+電動機扭矩)=［252×1.7/〔252×1.7+710〕］=37.6％CKZ6116HENV3氣電混合動力客車動力混合度

CKZ6116HEV3油電混合動力客車

油電混合動力客車具有一樣的結構和性能恒通CKZ6116HENV3氣電混合動力客車CKZ6126HENV3氣電混合動力客車HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)采用同軸并聯(lián)式結構方案，發(fā)動機與低速大扭矩永磁同步電機同軸布置，在離合器后端耦合高壓配電箱預留接口可升級外接充電磷酸鐵鋰動力電池組離合器

系統(tǒng)組成圖

HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成整車控制系統(tǒng)HCUISG電機及其控制系統(tǒng)DMCM鋰離子動力電池及其管理系統(tǒng)BPCM高壓電管理系統(tǒng)ADM發(fā)動機及其管理單元ECU離合器及其控制系統(tǒng)CCU線束數(shù)字智能儀表IPCAN通訊HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)組成整車控制系統(tǒng)HCU(HybridControlUnit)HCU承擔對整個動力總成的管理功能，負責控制動力總成喚醒、電源(高壓蓄電池組與24v普通蓄電池)、附件〔空調等〕、發(fā)動機起動或停機、扭矩分配、整車故障失效控制等主要功能HT-YCHPT中的HCU通過CAN通信無干擾地與發(fā)動機ECU進行信息交換，當HCU失效的情況下，ECU的油門信號自動切換到整車油門傳感器，保證駕駛員能夠正常操作車輛HT-YCHPT控制系統(tǒng)功能電機控制器DMCM(DriveMotorControlModule)DMCM接收到HCU的扭矩和使能指令以及電機轉子相位信號，控制多路IGBT通斷來控制電流方向和電流大小，發(fā)出指定的扭矩DMCM還采集繞組和冷卻水溫度，判斷電機當前的故障情況，反響給HCUHT-YCHPT控制系統(tǒng)功能蓄電池管理系統(tǒng)BMS(BatteryManageSystem)監(jiān)測蓄電池組的模塊電壓和溫度等負責對蓄電池組進行管理，包括蓄電池平安剩余電量SOC(StateofCharge)計算充放電過程控制參數(shù)監(jiān)測外接充電器過程控制HT-YCHPT控制系統(tǒng)功能高壓電管理系統(tǒng)ADM(自動斷路控制器AutomaticDisconnectingModule)系統(tǒng)負責動力總成的高壓電平安通過接收HCU指令執(zhí)行高壓電接通、斷開、預充電等控制功能ADM還負責監(jiān)測高壓系統(tǒng)的平安情況，并反響故障碼給HCUADM與HCU的通信方式包括CAN總線通訊與模擬信號通訊HT-YCHPT控制系統(tǒng)功能發(fā)動機控制系統(tǒng)ECU(EngineControlUnit)負責天然氣發(fā)動機〔或柴油機〕的運行控制接收HCU的指令控制發(fā)動機的工作模式〔起動、停機、運行工況〕、故障診斷與失效控制等HT-YCHPT控制系統(tǒng)功能離合器控制單元CCU(ClutchControlUnit)根據(jù)HCU的指令，自動控制離合器的別離與結合實現(xiàn)換檔時的離合器半自動操作，減輕駕駛員操作負擔HT-YCHPT控制系統(tǒng)功能CAN儀表

(IntelligentPenal)

數(shù)字儀表采用液晶數(shù)字顯示相關參數(shù)，如電機扭矩、電壓、SOC等通過動畫顯示混合動力系統(tǒng)的工作模式，給駕駛員直觀的感受HT-YCHPT控制系統(tǒng)功能系統(tǒng)原理圖HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)工作原理高壓配電箱預留接口可升級外接充電磷酸鐵鋰動力電池組離合器

HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理發(fā)動機、離合器及變速箱都與原普通客車的結構形式一樣。只是在離合器后端與變速器之間增加了一個ISG電機，電機與變速器一軸同軸布置在加速或助力工況，離合器呈結合狀態(tài)，發(fā)動機將動力經變速器傳遞到驅動軸，同時，控制管理系統(tǒng)將控制動力電池組內的高壓電經逆變器轉換成三相交流電傳輸給ISG電機，電動機產生電磁驅動力加載到一軸上，增大了輸出端的動力HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理當制動減速時，控制系統(tǒng)控制離合器別離，使發(fā)動機與ISG電機呈別離狀態(tài)，并控制電機產生強力磁阻并發(fā)電，經逆變速轉換后給電池充電在純電開工況下，控制系統(tǒng)控制離合器別離，使發(fā)動機與ISG電機呈別離狀態(tài)，并控制動力電池組內的高壓電經逆變器轉換成三相交流電傳輸給ISG電機，電動機產生電磁驅動力加載到變速器一軸上，經變速器傳輸給驅動軸HT-YCHPT混合動力系統(tǒng)工作原理高壓電系統(tǒng)高壓管理系統(tǒng)由高壓控制器〔ADM〕和高壓配電箱、電池端高壓接插件C1和電機端高壓接插件C2組成HT-YCHPT混合動力高壓管理系統(tǒng)C1C2ADM電機及電機控制器參數(shù)持續(xù)輸出機械功率：50kW額定轉速：1450rpm電機峰值功率：100kW最高轉速：2500rpm電機及其控制系統(tǒng)峰值效率：>88%電機及其控制系統(tǒng)高效區(qū)〔效率80%〕：占電機整個運行區(qū)間50%以上電機控制器額定電壓：358Vdc正常電壓范圍：300~400VdcISG電機及其控制系統(tǒng)鋰離子動力電池恒通氣電混合動力客車可配置咸陽威力克或北京盟固利磷酸鐵鋰動力電池組氣電混合動力開發(fā)樣車采用威力克電池。威力克動力電池組由4個電池箱組成，每箱由112串單體電池組成鋰離子動力電池及其管理系統(tǒng)威力克鋰離子動力電池參數(shù)鋰離子動力電池及其管理系統(tǒng)電池類型方形磷酸鐵鋰電池容量40Ah額定電壓358V電壓工作范圍280V-403V最大充電電流200A最大放電電流240A額定輸出功率14.3kW推薦工作溫度范圍(-25℃——55℃)排列方式4并112串電池散熱方式強制風冷電池組尺寸（mm）L:900╳W:370╳H:134蓄電池組總重量225Kg工作溫度-20℃-+55℃貯存溫度-20℃-+50℃相對濕度20%-80%CKZ6126HENV3氣電混合動力客車CKZ6126HENV3氣電混合動力客車恒通氣電混合動力客車的性能特點經濟性優(yōu)勢在公交工況下能耗比同型天然氣客車降低約25%,每年節(jié)約燃氣消耗約8000m3,節(jié)約燃氣費用1.6萬元以上排放優(yōu)勢氣電混合動力客車，配備歐Ⅲ排放發(fā)動機可到達歐IV客車排放標準,單車每年可減少CO及NOX等尾氣排放物約500kgC