串联式混合动力汽车能量流动示教板说明书ok分解.docx

串联式混合动力汽车能量流动示教板说明书ok分解.docx

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串联式混合动力汽车能量流动示教板说明书ok分解

第三章产品的构造

一．产品的概述：

本实训台展示了串联式混合动力系统的能量控制原理，可以动态模拟串联式混合动力系统的启动、低速行驶、一般行驶、全速行驶、减速行驶、停车和发动机启动/怠速等各种工况下的能量流动方向以及发动机、发电机、电动机的模拟运行状态，动态展示串联式混合动力系统特点和优势。

适用于中高等职业技术院校、普通教育类学院和培训机构对混联式混合动力系统组成特点实训的教学的需要。

本实训台功能齐全、操作方便、安全可靠。

二．产品的尺寸及安装部件

A、面板尺寸：

1600mm×1000mm×200mm（长×宽×厚）；

B、底架尺寸1400mm×700mm×685mm（占长×占宽×占高）；

C、安装部件：

发光二极管、模拟无刷直流电机、点火开关、档位模拟开关、电机转速表、指针电流表、工况锁定按钮、制动开关、油门踏板、移动台架等。

三、产品相关资料

串联式混合动力汽车的主要特征是车辆的驱动力只来源于电动机，发动机不直接参与串联式混合动力汽车的驱动，它与发电机组合成只作电能供应的系统。

（一）串联式混合动力汽车的两种结构组成形式

串联式混合动力汽车（SeriesHybridElectricVehicle,SHEV）的主要特征是车辆的驱动力只来源于电动机。

串联式混合动力汽车驱动系统的三大动力总成:

发动机、发电机和驱动电动机是以串联的方式组成，其发动机不直接参与串联式混合动力汽车的驱动，它与发电机组合成只作电能供应的系统。

按其驱动原理又可被分为两种形式，它们的结构组成分别如图a、b所示。

图a为蓄电池单向驱动电动机形式，特点是驱动电动机只由蓄电池供给电能，发动机带动发电机所发的电只供蓄电池充电。

所以这种动力系统的蓄电池为其主要动力源，通常要求蓄电池容量较大。

而发动机-发电机组仅为辅助动力源，其功率要求可较小，车辆行驶期间不足以维持蓄电池的荷电状态，行驶后停车时可采用外接充电型（PHEV）利用电网充电或继续由发动机带动发电机充电。

此种结构形式的供电模式（或电流流向）只有两种（从图中也可看出）:

即在正常动力驱动行驶时只由动力电池组供电;而在滑行、下坡和降速制动时通过电机发电回馈向蓄电池反向充电。

图b为发电机或蓄电池双向驱动电动机形式，其驱动电动机既可从蓄电池获得电能，也可由发电机直接提供。

相对来说，这种动力系统的蓄电池容量可较小。

它主要起补充峰值功率的作用并在起步、低速等少数行驶工况下使用。

而发动机•发电机组的功率就要求较大，它在大多数行驶工况中直接向驱动电动机提供电能，即省去了经蓄电池转换过程中的部分能量损失，并且发动机-发电机组还要适时为蓄电池补充能源，使车辆行驶期间能维持蓄电池的荷电状态。

对于供电模式，该结构形式就可有四种，相对前一种来说即在正常动力驱动行驶时就可有三种模式:

①单独由动力电池组供电，这可用在低速或平坦道路行驶时;②由发动机•发电机组供电，这一般用于起动、较高速行驶时;③动力电池组与发动机•发电机组共同供电，这主要在起动、爬坡、高速行驶时用。

这两种串联式混合动力汽车结构形式在车辆行驶中各部分的工作原理基本类同，其发动机始终在热效率高排放低的最佳工况下运转，由发动机带动发电机均衡地发电。

电能在控制器的调节下被充入蓄电池，再由蓄电池或直接供给转换器电能，转换器即为电机调速驱动器，转换成所配电动机要求的直流、交流或脉冲相应电压的电流，驱动电动机按一定速度要求运转。

电动机通过带减速与差速机构的驱动桥来带动车轮行驶。

低负荷运转时，发动机发出的功率超过驱动车辆的需要，多余的电能就储存在蓄电池内。

而在高负荷运转时，对于图b的结构形式除了发电机发出的电能外，电池组也可同时提供电能，而对于图a的结构形式只能从蓄电池获得电能。

但两种形式的最高输出功率都要受到驱动电动机功率的限制。

其中蓄电池组作为发电机与驱动电动机间的储能装置，其功能主要起到功率平衡作用。

它也可采用诸如超级电容、飞轮电池等其他储能装置，不过如此对上述两种结构形式的发动机-发电机组的要求又有所改变。

（二）串联式混合动力汽车的优缺点

串联式混合动力汽车驱动系统所组成的发动机-发电机组、动力电池组和驱动电动机等部件在汽车底盘上的布置有较大的自由度，控制系统也较简单。

由于只有唯一的电动机驱动模式，对电动机的功率要求较高，其动力特性更趋近于纯电动汽车。

串联式混合动力汽车的加速度和最大车速，也受蓄电池的峰值功率密度和为电动机提供动力的发动机-发电机组的功率限制。

因此，设计串联混合驱动系统应考虑的关键问题是电动机的最大转矩和功率特性，以及发动机•发电机组的最大功率和可利用的电力范围，对蓄电池的选择还需考虑其容量应满足汽车加速时电动机输出功率的要求或者满足汽车续驶里程对能量的需要。

串联混合驱动的主要优点是发动机可以在固定工况点工作，因此可以使发动机在有害排放物最低与效率最高的工况点工作，固定工况点运转也便于排气后处理装置始终保持高净化率。

串联混合驱动的主要缺点是总效率较低，这是因为发动机产生的机械能通过发电机转换成电能，电能又由电动机转换成机械能，每种转换过程都会有能量损失;串联混合驱动的另一缺点是当需要在高速公路上行驶时，最大车速需要能产生相应的最大功率Pmax的电动机，由于上述能量转换中的损失，就需要选择其功率比Pmax还大得多的发动机，从而使电动汽车的重量较大。

因此，串联式混合动力车主要适于在城区以低速行驶的车辆，如此即可选用功率较小的电动机及发动机等，使得装置的体积及重量并不会很大。

如在公交汽车上应用，其装置的空间布局也有较大的余地。

第四章产品的使用说明

一．操作步骤

1、先检查实训台的档位选择开关是否在空档位置（中间）.不在空档位置请置空档位置.插上电源线，打开点火ON档,系统自检通过并有“嘟”的一声提示。

自检不通过并连续“嘟、嘟、嘟……”声音报警（注意：

档位选择不在空档，启动自检报警，直接将档位开关置空档即可）。

自检通过后,电机转速表显示“0000”，电机不转,电流表指针置零.空档指示灯亮.

拨动档位选择开关，向下为前进档D档，D档指示灯亮，模拟汽车起步。

这时电机开始低速转动，转速表显示电机低转速，同时指针电流表向左偏指示电流为放电状态.绿色发光管模拟能量走向，从HV动力电池→DC-DC/DC-AC变压/变频器→电动机→减速机构→驱动两轮.演示串联式混合动力汽车起步工况为HV动力电池提供能量驱动汽车.启动（起步）工况状态指示灯亮.电动机工作在电动模式。

不按油门踏板,这种状态一直维持,模拟演示串联式混合动力汽车起步工况为纯电动驱动工作模式。

2、用手往下压台架上的油门踏板，电机加速转动,面板上的转速显示表也在显示电机转速上升,模拟串联式混合动力汽车低速行驶.这时指针电流表指示放电电流偏小,表明汽车起步瞬间的放电电流很大,当汽车动起来低速行驶时,放电电流反而减小.同时绿色发光管模拟能量走向，从HV动力电池→DC-DC/DC-AC变压/变频器→电动机→减速机构→驱动两轮.演示串联式混合动力电动汽车低速行驶工况为HV动力电池提供能量驱动汽车.低速行驶工况状态指示灯亮.电动机工作在电动模式。

模拟演示串联式混合动力汽车低速行驶工况为纯电动工作模式。

3、用手继续往下压台架上的油门踏板，电机继续加速旋转,面板上的转速速表显示电机转速上升,超过一定转速,HV动力电池电能和发动机发电电能交替提供能量给电动机驱动车轮，模拟演示串联式混合动力汽车一般行驶工况.

3．1这时蓝色发光管模拟能量走向，从燃油箱→发动机→发电机→DC-DC/DC-AC变频器→电动机→减速机构→驱动两轮；同时DC-DC转换→HV动力电池的蓝色发光管间断闪烁，模拟部分能量适时给HV电池充电。

演示串联式混合动力汽车一般行驶工况之一为发动机驱动发电机发电提供电能，由电动机驱动车辆行驶的同时适时给HV动力电池充电.一般行驶工况状态指示灯亮.串联式混合动力汽车典型的发动机＋发电机＋电动机串联工作模式。

串联式混合动力系统发动机发电供给电动机电能驱动车辆行驶的串联工作模式，同时发动机发电适时给HV电池充电。

3．2这时绿色发光管模拟能量走向从HV动力电池→DC-DC/DC-AC变压/变频器→电动机→减速机构→驱动两轮，一般行驶工况状态指示灯亮.演示混合动力汽车一般行驶工况之二为HV动力电池提供能量，电动机驱动车辆行驶的纯电动模式。

一般行驶工况状态指示灯亮.串联式混合动力系统常规纯电动工作模式。

串联式混合动力系统汽车一般行驶工况，由HV动力电池提供电能给电动机驱动车辆行驶和发动机驱动发电机发电提供电能给电动机驱动车辆行驶的交替工作。

而且在发动机驱动发电机发电提供电能给电动机驱动车辆行驶的同时适时给HV动力电池充电。

4、用手继续往下压台架上的油门踏板，电机继续加速旋转,面板上的转速速表显示电机转速上升,超过一定转速,HV动力电池和发动机发电协同工作提供电能给电动机驱动车轮，模拟演示串联式混合动力汽车全速行驶工况.

这时蓝色发光管模拟能量走向从燃油箱→发动机→发电机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→电动机→减速机构→驱动两轮；绿色发光管模拟能量走向从HV动力电池→DC-DC/DC-AC变压/变频器→电动机→减速机构→驱动两轮.演示串联式混合动力系统全速/负荷工况电发动机驱动发电机发电给电动机驱动车轮以及HV电池提供电能给电动机驱动车辆行驶的协同工作模式。

全速/负荷行驶工况状态指示灯亮.

5、手松开油门踏板，电机停转、发动机能量停止输出,面板上的车速表显示车速在减慢,演示混合动力汽车减速工况。

5.1收油门或空档自然减速（非制动）工况：

这时指针电流表指示从放电状态变为零或充电状态.表明混合动力汽车在减速时汽车自动切断电动机的功率驱动.演示混合动力汽车减速工况之自然减速车辆能量停止输出。

减速/制动工况指示灯点亮。

A.串联式混合动力系统发动机发电供给电动机电能驱动车辆行驶的串联工作模式,收油门或空档自然减速（非制动）工况,蓝色发光管模拟能量走向从燃油箱→发动机→发电机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→HV动力电池，指针电流表指示从放电状态变为充电状态。

演示串联式混合动力系统在发动机＋发电机＋电动机串联工作模式时非制动减速时，自动切断电动机的功率驱动，发动机驱动发电机给HV动力电池充电。

B．串联式混合动力系统HV动力电池提供能量给电动机驱动汽车行驶的纯电动工作模式，收油门或空档自然减速（非制动）工况,所有模拟能量走向的发光管均不点亮，指针电流表指示从放电状态变为零状态。

演示串联式混合动力系统在HV动力电池提供能量给电动机驱动汽车行驶的纯电动工作模式时非制动减速时系统自动切断电动机的功率驱动，车辆能量停止输出。

减速/制动工况指示灯点亮。

5.2制动减速工况：

无论油门踏板是否松开或在任何位置,只要按住制动开关,汽车自动切断电动机的功率驱动，电动机变为发电机为HV电池充电,指针电流表指示从放电状态变为充电状态.汽车行驶状态即刻由当前工况进入减速/制动工况,电机由当前转速迅速减速.

A.串联式混合动力系统发动机发电供给电动机电能驱动车辆行驶的串联工作模式,制动减速工况，绿色发光管模拟能量走向从两轮→减速机构→电动机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→HV动力电池（充电），蓝色发光管模拟能量走向从燃油箱→发动机→发电机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→HV动力电池,指针电流表指示从放电状态变为充电状态。

演示串联式混合动力系统发动机发电供给电动机电能驱动车辆行驶的串联工作模式时制动减速工况：

吸收制动能量为HV动力电池充电以及发动机发电给HV电池充电.减速/制动工况状态指示灯亮.

B.串联式混合动力系统HV动力电池提供能量给电动机驱动汽车行驶的纯电动工作模式，制动减速工况，绿色发光管模拟能量走向从两轮→减速机构→电动机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→HV动力电池（充电），指针电流表指示从放电状态变为充电状态。

演示串联式混合动力系统HV动力电池提供能量给电动机驱动汽车行驶的纯电动工作模式时制动减速工况：

吸收制动能量为HV动力电池充电。

减速/制动工况状态指示灯亮.

如果是在档位置,当放开制动开关,汽车自动由起步工况随油门状态加速至当前油门控制状态.如果是空档N档位置，当放开制动开关，汽车

自动减速进入停车工况。

6、松开油门踏板,当档位没有置空档时,电机减速至起步工况转速,自动由减速/制动工况转换到起步工况运行.当档位置空档时,电机减速至零进入汽车的停车工况.这时电机转速表显示“0000”，电机不转,电流表指针置零.空档指示灯亮.没有动力输出.停车工况指示灯亮.

7、在空档位置,拨动档位选择开关,向上为倒档.演示串联式混合动力系统的倒挡工况。

当档位开关由空档N－R倒挡时，R档指示灯亮，倒车工况指示灯亮。

演示串联式混合动力系统倒车工况。

7.1倒档起步工况和低速行驶工况能量流动相同，都是绿色发光管模拟能量走向，从HV动力电池→DC-DC/DC-AC变压/变频器→电动机→减速机构→驱动两轮，指针电流表指示HV动力电池放电状态。

演示串联式混合动力汽车倒车工况为HV动力电池提供能量驱动汽车的纯电动模式.启动（起步）、低速行驶工况状态指示灯随倒车工况状态变化对应点亮.电动机工作在电动模式。

绿色发光管流动速度、电机转速随油门踏板变化相应变快和变慢。

7.2倒挡减速工况非制动减速和D档非制动减速相同，都是切断能量输出，车速惯性滑行自然减速。

能量流动模拟发光管均不亮。

7.3倒挡制动减速工况和D档制动减速相同，电动机变为发电机为HV电池充电,汽车行驶状态即刻由当前工况进入减速/制动工况,电机由当前转速迅速减.这时绿色发光管模拟能量走向从两轮→减速机构→电动/发电机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→HV动力电池（充电）.演示电动汽车倒挡减速工况吸收制动能量为HV动力电池充电.减速/制动工况状态指示灯亮.

7.4倒挡也有B档减速工况，和前进档的B档减速相同。

都是利用没点火的发动机作负载的电制动，类似传统汽车的低速挡在档减速。

B档减速一般用在车辆陡坡下坡时使用。

倒档状态的电机最高转速低于前进档的最高转速.

8、串联式混合动力汽车的发动机启动/怠速工况,本实训台只要在停车的空档状态都可以随时进入演示发动机的启动/怠速工况。

8.1空档停车状态，操作点火钥匙STA,发动机启动/怠速工况指示灯亮，STA时，发动机启动，这时蓝色发光管模拟能量走向从HV动力电池→DC-DC/DC-AC变压/变频器→发电机→驱动发动机,演示串联式混合动力汽车发动机启动时由HV电池提供电能给发电机，驱动发动机启动。

8.2混合动力汽车发动机启动后的怠速运转，这时蓝色发光管模拟能量走向从燃油箱→发动机→发电机→DC-DC/DC-AC变压/变频器→HV动力电池（充电）.演示串联式混合动力汽车发动机怠速工况驱动发电机发电为HV动力电池充电.

发动机启动/怠速工况为强制进入，在点火STA时，发动机的启动随STA的时间控制，若是瞬间STA，系统将执行混合动力系统的发动机启动/

怠速工况的预定程序运行。

即STA启动5秒，转入怠速状态。

整个发动机启动/怠速工况演示强制5分钟左右时间，可以满足讲解和演示混合动力系统的发动机启动/怠速工况的教学。

9、混合动力系统汽车运行的六种工况，可以通过油门踏板控制，连续演示。

当需要单独演示特定工况的能量流动关系，任意时刻按下工况锁定按钮，按钮绿色灯亮。

对应的工况锁定捕获中，当按动油门踏板控制电机转速，汽车运行工况随之变换，工况锁定捕获到对应工况即锁定。

此时其它操作无效，工况被锁定，一直运行在被锁定的工况下。

再按一次当前的工况锁定按钮，工况锁定解除。

或按其它工况锁定按钮，执行其它工况锁定。

工况锁定便于教学。

10、在档演示过程中,当错误拨动档位开关至相反档位时,汽车行驶状态中是严禁此操作的.所以本实训台模拟汽车禁止此误操作,将首先执行减速程序并发出连续“嘟、嘟、嘟……”声音报警,系统保护,其它操作无效.这时必须将档位选择置空档，电机减速至零,模拟汽车停车后，才可以继续上档操作.

11、演示完闭，关闭点火开关，拔下电源线。

特别强调：

本实训台系统仿真汽车运行工况，所有违反汽车驾驶操作的非法操作，本系统会强制保护并报警。

只要将档位选择置空档（N），转速表复零即可解除保护。