并联式也是混合动力汽车的一种基本构型。与串联式混合动力汽车不同的是,串联式是基于能量源的联合,而并联驱动系统是基于汽车传动系统的联合,即动力源之间通过机械方式联合,可以使用单一或者同时使用各动力源驱动汽车行驶。这一构型具有以下特点。
①是基于动力传动系统的混合。
②整车可以由两个或者更多的动力源共同驱动。
③每个传动系统必须至少有一个动力源,并可以单独驱动汽车行驶。
结构特点
并联式混合动力驱动系统中,发动机和电动机通过动力耦合装置同时与驱动轴连工作接,按照动力源之间的连接关系不同分类,并联式混合动力汽车构型可以分为驱动力结式可合式、单轴转矩结合式、双轴转矩结合式和转速结合式等几种,这几种构型的结构如图1所示。发动机与电动机相互独立,车辆既可以单独由一种动力源驱动行驶,也可以动机由两者共同驱动行驶。并联式混合动力系统中的电动机用来平衡发动机所受载荷,以使济性其工作于高效率区间,系统中采用的发动机和电动机的功率一般较小。当汽车需求的驱要求动转矩较小时,如低速低负荷行驶,此时如果启动发动机,其负荷率较低,燃油经济性效区会比较差,此时即可以关闭发动机,只使用电动机来驱动汽车行驶。或者电动机作为发电机工作,以提高发动机负荷率,使发动机工作在高效率区间,同时给动力电池充电以备后用。并联式混合动力汽车的发动机直接与驱动轴相连,能量利用效率较高。但是当汽车行驶工况复杂时,发动机就会较多地运行在不良工况下,燃油经济性和排放性能便会下降。
图1:并联式混合动力汽车
并联式结构具有以下明显优点:
①电池组容量相对较低,动力电池的质量和成本也就相应比较低。
②通过优化控制策略,可使内燃机以机械方式直接驱动车辆,这一传递路径减少了能量多次转换所造成的损失,使整车效率得到提高。
③当车辆所需功率较大,内燃机工作状况恶化时,由动力电池及电动机通过向车辆提供瞬时大功率来避免发动机工作区域的大幅变化,使发动机稳定工作于经济区域。
与串联式相比,在并联式结构中发动机的工况变化较大,所以并联式的排放较串联式要差。与串联式混合动力汽车不同,并联式混合动力汽车具有两套驱动系统,两者既可以分别单独驱动车辆,又可以联合驱动车辆。车辆由不同的系统驱动时,具有不同的工作效率区间。并联式混合动力汽车的工作模式及能量流动有多种不同形式,其工作模式可以分为以下几种。
①纯电动模式当车辆起步或者低速行驶时关闭发动机,此时用动态特性好的电动机单独驱动汽车,能够使发动机避开低效、高排放量的工作区,因而可使整车燃油经济性得到提高并降低排放量。纯电动工作模式下能量流如图2所示。
图2:并联式纯电动模式
②发动机单独驱动模式当车辆以高速平稳运行时,或者行驶在城市郊区等排放要求不高的地方,可由发动机单独工作驱动车辆。在这种工作模式下,发动机工作在高效区,燃油经济性好,发动机直接驱动汽车行驶,传动效率高。此时的能量流如图3所示。
图3:并联式发动机单独驱动模式
③联合驱动模式车辆急加速或者爬坡时对动力性要求较高,此时发动机和电动机均处于工作状态,电动机作为辅助动力源协助发动机,提供车辆急加速或者爬坡时所需的功率。这种情况下,汽车的动力性处于最佳状态。此时的能量流如图4所示。
图4:并联式联合驱动模式
④制动能量回收模式当汽车减速或者制动时,利用电动机反拖作用不仅可以有效地辅助制动,又可以使电动机以发电机模式工作发电,然后给动力电池充电,将回收的制动能量存储在动力电池中,在必要时释放出驱动汽车行驶,使能量利用率提高,提高整车燃油经济性,降低排放。此种工作模式下的能量流如图5所示。
图5:并联式能量回收模式