基于双机械端口电机制造的混合动力汽车试验研究

基于双机械端口电机制造的混合动力汽车试验研究

陈坤覃裕安邹凡刚

上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州545000

摘要：常规电机无论何种结构都只有一个机械端口，因此制约了它的应用范围。而双机械端口电机具有两个机械轴，并可以实现两个机械轴能量的独立传递，在混合动力车、无级变速器等领域有广泛的应用前景。本文通过实验验证其有效性并对实验进行研究分析。

关键词：双机械端口；电机；混合动力汽车

前言

以深度混合动力汽车平台为主的混合动力汽车技术中的双机械端口电机是一种具有两个电气端口和两个机械端口的新型电机。在此前提下混合动力电气汽车不仅能发挥电动汽车超低排放的优势而且在传统的内燃机汽车中保持高比能量的特点，具有很大的研究价值。因此，在没有突破瓶颈期的情况下，双机械端口电机成为世界各国汽车界的研究课题。

一、当今世界汽车行业的现状

当今世界汽车以每年几千万辆的速度迅速增长，汽车数量的不断增加与众多燃油汽车排放所造成空气质量的日益恶化和石油资源的渐趋匮乏，使得开发低排放、低油耗的新型汽车成为当今世界汽车发展的紧迫任务，虽然发动机的电控技术和三元催化等排放净化技术的应用，使汽车的排放和油耗已下降到了很低的程度，但还是未能从根本上解决汽车排污和能源问题。因此世界各国汽车工业巨头们都致力于其他燃料的汽车和电动汽车的研究和开发，以掌握未来汽车的主动权，由于电动汽车在使用中可实现零污染，并可利用煤炭、水力等其它非石油资源这是解决问题的做有效的途径。但是，由于电动汽车的关键部分之一的蓄电池或燃料电池其能量密度、寿命、价格等方面的问题，使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡。近年来，融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车的出现，在世界范围内成为新型汽车开发的热点。

二、混合动力汽车的组成形式

混合动力汽车将原动机、电动机、能量储存装置(蓄电池)按某种方式组合在一起，有串联式、并联式和混联式3种形式。

2.1串联式

串联式混合动力电动汽车动力传动系中的发动机和汽车驱动轮之间没有机械连接，具有独立于汽车行驶工况对发动机进行控制的优点，适用于市内常见的频繁起步加速和低速运行工况。缺点是需要功率足够大的发电机、电动机和电池容量；整体的能量利用率较低。

2.2并联式

并联式混合动力电动汽车的发动机机械能可直接输出到汽车驱动桥，系统效率较高；电动机同时又可作为发电机使用，系统仅有发动机和电动机2个动力组成，整车质量和成本减小。

缺点是发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接，发动机运行工况必将受到汽车行驶工况的影响，要维持发动机在最佳工作区运行，则控制系统和控制策略较复杂。

2.3混联式

混联式混合动力电动汽车布置方案综合了串、并联两种布置方案的优点，具有了最佳的综合性能，但系统组成庞大，传动系布置困难。另外，实现串、并联分支间合理的切换对控制系统和相关控制策略的设计也提出了更高的要求。

三、双机械端口电机构成的EVT系统的结构特点

3.1传统的电机一般只要一个定子和转子，而双机械端口电机有两个转子，即两个机械端口；一般内转子接原动机，外转子接负载，内外转子的转速可以不一样。这样在应用于诸如混合电动汽车等领域时，显示出了极大的优势。例如原动机内燃机的转速可以维持在效率最高的转速点，而负载侧外转子的转速可以随工况的不同而独立变化。原动内燃机全部的输入功率中，一部分转换为负载侧的机械功率，另一部分转化为电功率并通过功率变换器输出，其能量被蓄电池吸收。

3.2EVT的优点

3.2.1机械装置比混联式HEV明显减少，EVT代替了离合器、齿轮箱、起动器和发电机。

3.2.2ICE和汽车驱动桥没有直接的机械联系。从而可以使ICE始终保持在最佳效率点工作，克服了并联式HEV的缺点。

3.2.3控制电力电子变换器可以控制转差功率的流向和大小，从而控制外转子的转速。由于有一部分能量直接从内转子传到外转子，所以电力电子变换器和蓄电池的容量可以小一点，克服了串联式HEV的缺点。

四、实验

4.1样车实验结果

进行整车实验，混合动力汽车的实验包括：停车发电、纯电动倒车、纯电动行驶、启/停发动机、混合驱动以及车辆性能指标的实现。

4.1.1停车发电实验

停车发电是基于PM-DMPM的混合动力汽车的重要工况之一，整车控制策略根据用电设备功率的大小计算出对应的发动机功率。由DMPM的内电机对动力电池进行充电，然后再经过DC/AC对用电设备供电。停车发电的试验结果如图1--图4所示。在图1中，经过2分钟的充电，电池的电压从327V上升到382V，电池的荷电状态由40%上升到45%，在0~6秒内电池的电压有一个下降的过程，此时内电机的输出电磁转矩为正，正拖发动机到怠速点，发动机点火。点火成功后，内电机的电磁转矩由正变负，发动机转矩输出，内电机发电向动力电池充电，在6秒后控制发动机转速1200r/min，同时节气门开度不变，由内电机对动力电池进行平稳充电。

4.1.2完整工况实验

汽车在路况负载不变的情况下启动---加速运行---匀速运行---减速---停车，此工况中包括了纯电动倒车、纯电动启动、启动发动机、混联驱动、制动能量回馈等工况。车速反映了外转子的速度，而车速达到一定值，发动机启动工作。

结束语

本文通过对双机械端口电机的分析以及对混合动力电动汽车的有效实验为混合动力汽车的推广奠定了基础，希望能够为今后相关研究和实践工作的开展提供一定的参考和帮助。

参考文献

[1]庞珽.混合动力汽车双机械端口电机及其控制系统研究[D].华中科技大学,2010.

[2]苏欢.双机械端口电机控制系统的设计与研究[J].工程技术:文摘版,2016(10):00067-00067.

[3]王影星.(2013).混合动力汽车用定子永磁型双机械端口电机的基础研究.(Doctoraldissertation,江苏大学).