「专业知识」混合动力汽车的基本结构

混合动力汽车的结构较为复杂，它具有传统汽车与纯电动汽车的双重部件。如图所示，混合动力汽车配置有内燃机、动力电池、动力驱动单元、DC/DC转换器，如果是插电式混合动力汽车还配置有车载充电器等。

混合动力汽车基本结构

由于动力电池、DC/DC转换器等部件与纯电动汽车在结构原理上并无区别，但是动力驱动单元的设计却是混合动力汽车的中心，即是车辆混合动力驱动形式的反映，也是一辆混合动力汽车技术性能的重要表现。

在混合动力的车型中，中度、重度混合动力其内部在传统内燃汽车基础上主要增加有高压动力电池组和改进的变速驱动单元，并为特定车辆需求增加一些其他附属部件。

变速驱动单元的结构

混合动力汽车的变速驱动单元，不同于现有的自动变速器或手动变速器，其内部主要包含有：

（1）用于驱动和发电的三相电机；

（2）用于实现动力切换的离合器；

（3）用于实现输出动力变速的齿轮机构。

混合动力变速驱动单元

混合动力汽车变速驱动单元目前有两种应用比较广泛的类型，分别以丰田普锐斯为代表的混联形式变速驱动单元和以比亚迪秦为代表的并联式变速驱动单元。

混联式变速驱动单元的机构可以实现更多的混合驱动模式，例如纯电动驱动模式、内燃机与电机复合工作模式以及各种工况下的不同组合模式，通常这种变速驱动单元内部设计有两个电机。

并联式变速驱动单元的机构最大优点是可以在电力驱动模式下失效时，单纯依靠内燃机也可以由改变速单元继续驱动车辆行驶。

行星齿轮运作工作原理

（1）内燃机与内部行星齿轮机构的行星架相连接。

（2）MG1与行星齿轮机构的太阳轮相连接。

（3）MG2与行星齿轮机构的齿圈以及车辆输出轴相连接。

从其内部连接关系可以判断出来，该变速单元中即存在着内燃机提供动力给MG1发电，MG2用于驱动车辆的串联形式；也存在着在MG1固定情况下，内燃机和MG2同时利用行星齿轮机构驱动车辆的并联形式。因此，可以从这样的结构中判断出普锐斯采用是混联形式。

混合动力汽车采用的电机通常是三相交流电机，它替代了传统汽车上的发电机和起动机。需要起动内燃机时，内部的电机作为起动机，带动内燃机运转；内燃机起动后，又会作为发电机，为车辆提供持续电能，如图所示。

混合动力汽车电机的作用

2）并联式变速驱动单元

在比亚迪秦的变速驱动单元中，组合设计有一个DCT双离合变速器和一台驱动电机，并通过一套减速机构进行并联起来。

如图所示，其内部的连接关系是：

比亚迪秦变速驱动单元总成示意图

（1）驱动电机通过单独的一套减速机构与齿轮变速器相连；

（2）内燃机通过DCT双离合变速器以及另外一套减速机构与齿轮变速器相连。

比亚迪秦的电机是由外圈的定子与内圈的转子组成，是汽车的动力源之一，向外输出转矩，用于驱动汽车前进、后退；同时也可以作为发电机发电（例如，在滑行、制动过程中以及发动机输出的额外转矩的势能或者动能通过电机转化为电能存储）。电机采用交流永磁同步电机，额定功率为40kW。

驱动单元外观如图所示。

比亚迪秦变速驱动单元外观结构

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彩色图解比亚迪秦/唐电动机的基本构造与原理

1. 电动机基本构造与原理

电动机/发电机是用来取代交流发电机、电动机和启动马达的统一称呼。理论而言，任何电动机也可被用作交流发电机。当机械驱动电动机/发电机时，它将作为交流发电机供电。当向电动机/发电机供给电流时，它作为驱动运行。用于推进的电动机/发电机是液冷式电动机/发电机。当然也可用风冷式电动机/发电机。

在完全混合动力车（HEV）中，电动机/发电机还能起到发动机启动马达的作用。

三相电动机经常用作电动机/发电机。三相电动机由三相交流电供能。在该同步电动机中，若干对永磁体位于转子上方。由于对三相线圈连续供电，因此它们会产生一个旋转电磁场，从而在使用电动机/发电机驱动车辆时使转子旋转。

当电动机/发电机用作交流发电机时，转子的运动会使线圈产生三相交流电压，并转换成动力电子元件中高压蓄电池的直接电压。通常情况下，车辆会使用所谓的“同步电动机”。就此而论，“同步性”即“同步运行”，指的是定子线圈中能量场的转速与带永磁体转子转速的比率。

同步电动机与非同步电动机相比的优势在于，同步电动机在自动化应用时可以更精确地控制电动机。

电动机/发电机由转子、定子组成，通过动力电子元件和高压蓄电池连接，电动机装有一个定子绕组，绕组如同电动机一样，可产生一个旋转磁场。电动机组成部件和电路连接如下图所示。

当电动机作为电动机工作时，定子绕组会产生一个旋转磁场。转子是一个可以产生磁场的永磁体。同步电动机的转速可通过感应交流电的频率精确控制。系统中装有一个变频器，对同步电动机转速进行无级调整。转子位置传感器可持续检测转子的位移，控制电子器件以此测定发动机实际转速。电机工作原理如下图所示。

如果电动机作为发电机工作，转子通过变速箱从外部驱动。当转子的磁场通过定子绕组时，每一相的线圈上都会产生感应电动势。转子磁场会依次通过绕组。电力电子装置将获得的电能转化为288V直流充电电流，对高压蓄电池进行充电。

2. 比亚迪秦/唐电动机

电动机由外圈的定子与内圈的转子组成，是汽车的动力源之一，向外输出扭矩，驱动汽车前进后退；同时也可以作为发电机发电（例如，在滑行、刹车制动过程中以及发动机输出的额外扭矩的势能或者动能通过电动机转化为电能存储）。

电动机工作参数：

①最大功率：110km（在EV模式下是车辆的主动力源）；

②额定功率：40kW；

③工作电压：DC706V；

④最大转速：10000r/min；

⑤最大扭矩：200N·m。

比亚迪唐前驱电动机外部连接如下图所示。

比亚迪唐前驱电动机外部连接▲

比亚迪唐前驱电动机冷却水管位置▲

比亚迪唐前驱电动机内部零部件安装位置如下图所示。

旋转变压器（简称旋变）是一种输出电压随转子转角变化的信号元件（下图）。

当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正、余弦函数关系，这种旋转变压器又称为正余弦旋转变压器；旋转变压器作为速度及位置检测，可以反馈给控制器进行监测，来准确控制电动机的转速及位置。旋转变压器由旋变线圈、信号盘组成。旋变线圈如下图。

比亚迪唐使用的驱动电动机为交流无刷永磁同步电机，通过采集电动机旋变信号进行工作。当车辆要行驶时，电动机通过旋转变压器检测到电动机的位置，位置信号通过控制器的处理，发送相关信号给控制器IGBT，逻辑信号控制IGBT开断，控制器输出近似正弦波交流电。

比亚迪唐后驱电动机外部连接▲

比亚迪唐后驱电动机加、放油口及放水口位置▲