混合动力汽车ISG电机工作特性分析

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1、混合动力汽车ISG电机工作特性分析第1章绪论1.1概述目前世界汽车工业可持续发展所面临的两大难题是环境污染、石油资源匮乏，环保和节能是21世纪汽车技术的一个重要发展方向，同时各国的排放法规也日趋严格。混合动力汽车(HEV)正是具有低污染、低油耗特点的新一代清洁能源汽车。目前制造成本最低、最容易实现批量生产的是采用起动机发电机/电动机一体化(ISG)技术的轻度混合动力汽车(1SG-MHV)。它只需要对内燃机进行改造，比较容易在现有传统内燃机汽车上实现，混合程度小、电机功率低，尤其适合在轿车上实现。1.2组成结构I

2、SG型轻度混合动力汽车动力单元主要包括发动机、牵引电机、能量管理系统、动力传动系统。ISG-MHV中一般使用较低功率的发动机，因为加速和爬坡时并不只由发动机单独提供功率，而是由电动驱动装置及能量存储单元(电池组、储能飞轮或者超能电容器)与发动机一起驱动汽车行驶。发动机的额定功率一般在50kW左右。电机是电气驱动系统的核心，电机的性能、效率直接影响电动汽车的性能。此外，电机的尺寸、重量也影响汽车的整体效率。由于空间布置有限，最好采用扁平形结构，同时功率不能太大，当前成功开发的ISG-MHV多采用直流永磁无刷电机，

3、其峰值功率约为10～15kW。能量管理系统是提高混合动力汽车经济性、动力性和减少废气排放水平的关键，该系统包括储能、能量管理和混合动力系统中央控制单元。常用的储能单元有电化学电池、燃料电池、飞轮电池及超大容量电容等。ISG-MHV多采用电化学电池，包括铅酸电池、镍氢电池、银离子电池和钠硫电池等，其技术比较成熟，成本相对较低。动力传动系统用于均衡、传递并调节混合动力源的输出转矩与功率，以满足整车动力驱动的需要。主要包括扭矩或转速合成器、离合器、变速器、传动轴、驱动车轮等。上面4个单元都有各自的控制管理器。所有控制

4、子系统通过CAN总线向多能源动力总成管理系统发送子系统运行信息，同时接受多能源总成管理系统的控制命令，混合动力系统的控制协调通过多能源总成管理系统实现，如图1.1所示。图1.1混合动力系统多能源总成管理系统发动机和电机的布置方式也不尽相同。一种是将电机直接安装在内燃机曲轴输出端，并且ISG转子要与曲轴固结，取代飞轮及原有的起动机和发电机，如图1.2所示。一种是在发动机前端用皮带传动机构，将ISG电机和发动机联结起来，并把起动机同样连接在ISG电机的机构中，节省了内部空间，如图1.3所示。图1.2整车系统方案图1

5、.3外挂盘式电机与发动机曲轴相连型ISG1.31SC功能分析ISG-MHV可以实现自动起停、功率补偿及高效大功率电能输出功能。1.3.1自动起停功能传统的车用起动机只将内燃机加速至起动转速(例如200r/min)，ISG作为电动机在短时间内(通常加速时间仅为0.1～0.2s)将内燃机加速至怠速转速(例如800r/min)，然后内燃机才开始缸内的燃烧过程。高转速电起动过程不仅降低了内燃机起动时的燃料消耗，还改善了排放。自动起停功能的实现过程如下：如果汽车较长时间处于空载状态，例如在路口等红灯时，内燃机一直处于怠速

6、，控制系统自动使内燃机停止运行，同时ISG也停止工作，需要起步时，ISG在0.1～0.2s的短时间内完成起动任务。在城市工况下，汽车不停地起步和停车以及内燃机处于怠速的情况非常多，自动起停系统利用电动机快速起动的特点避开了内燃机低速起动和长时间怠速，提高了整车燃油经济性和排放性能。1.3.2功率补偿功能内燃机在低速大负荷时的燃油经济性和排放性能均不佳，通常情况下内燃机在此工况下的转矩输出有限，如果需要内燃机在低速大负荷时能够提供较大的功率就必须选用更大排量的内燃机，这样虽然满足了动力性要求，但牺牲了燃油经济性。

7、ISG可以在内燃机低速大负荷时工作在电动机状态，提供一部分辅助功率，提高低速时内燃机的动力性能。例如，当内燃机以较低转速运转时，如果加速踏板的行程大于满行程的90%，ISG就开始进行功率补偿，当加速踏板达到满行程时，ISG提供最大瞬时功率。1.3.3高效大功率电能输出功能ISG用作发电机时可以提供6～10kW功率输出，全转速范围内的效率80%以上。普通车用发电机通常由内燃机曲轴通过皮带驱动，最大输出功率仅为1.5～2.5kW，发电机的最大效率为70%，而高速时仅为30%，无法满足现代汽车电子产品功率需求。ISG

8、高效大功率的电能输出能力远远优于传统车用发电机，不仅能使电动助力转向、电动制动以及电子动气门等需要较大功率供电的新兴汽车电子技术得到充分应用，而且原先由齿形皮带驱动的汽车附件，如空调压缩机等，都可以由专用的电动机带动，并控制电动机运行在最佳工况点，提高整车效率。1.3.4其余功能除了以上3个主要功能以外，ISG还可以将汽车减速或制动时的动能转换成电能，为车载电池进行充电，提高燃油经济性