千人会专家独家解读功率分流混动的前世今生

PS构型背景

·TRW功率分流

最早的功率分流系统产生于1960年代，在阿波罗登月的时期，TRW研制出了第一款功率分流驱动系统。

整个系统中包括一个发动机、两个电机和一个行星齿轮组。其中，一个电机用来调节发动机的转速，另一个电机用来对汽车的驱动扭矩进行调节。

只是当时计算机都没法做大规模快速运算 ，更没有车内用ECU，驱动系统所有的控制都只能由机械或油压控制实现，因此，TRW的这个系统也只能束之高阁。

·丰田的单模 vs 通用的双模 

丰田推出THS系统后，因只有输入式功率分流模式，被成为单模式功率分流。 

而通用公司第二代功率分流，包括一个发动机、两个电机、三个行星齿轮组及两个换挡装置，并可在输入式功率分流和复合式功率分流两种工作模式间进行转换。

本段节选自：http://obasic.net/2017/story-of-powersplit-hybrid-1/

TRW公司研发的功率分流系统专利图 

PS构型概念

·Power-split hybrid:are hybrids that incorporate power-split devices, allowing for power paths from the ICE to the wheels that can be either mechanical or electrical(维基百科)

功率分流混动概念：配合功率分流硬件，允许动力从发动机通过机械或电能方式传输到车轮的混动方式

·因此后续将进行PS构型的分类以及不同PS构型的原理、控制等方面展开介绍，内容涵盖：

-丰田的THS方案

-本田的IMMD方案

-通用VOLT方案

-长城DHT方案

-比亚迪DHT方案

PS构型的分类及定义

·功率分流混动系统根据其变速器的结构、功率流不同，分类如下：

- 输入式功率分流系统：采用行星齿轮系、 电功率和机械功率流向一致为主要特征的功率分流系统

- 输出式功率分流系统：采用行星齿轮系、电功率和机械功率流向相反为主要特征的功率分流系统

- 复合式功率分流系统：采用行星齿轮系、结合输入式和输出式两者特点的综合动力分配系统

- 特殊式功率分流系统：采用非行星齿轮系的功率分流机构、动力分成电功率和机械功率流两路的功率分流系统

·每一类型的功率分流系统可能会切换不同模式，分类如下：

输入式模式：电功率和机械功率流向一致，则处于输入式模式

输出式模式：电功率和机械功率流向相反，则处于输出式模式

复合式模式：兼有两者特点的模式

各个功率分流系统都是将发动机的功率分为两个支流：机械功率流和电功率流，再分别传输到车轮上驱动

输入式的功率流

·发动机输送到变速器的功率（图中红色功率流）在行星架上（图中①）被一分为二：

-第一部分功率向上继续流动到齿圈，然后向右流动到变速器的出口处

-第二部分功率向下流动，由太阳轮进入到发电机，驱动其发电(图中②)

·总之，大部分时候电功率(从左向右)和机械功率(从左向右)方向相同，因此这个系统被称为输入式功率分流；但输入式功率分流在超高速阶段，也会进入输出式模式，即会产生无功功率。

输入式功率分流的特征

-发动机及发电机连接到行星齿轮组的两个不同的轴上；

-行星齿轮组的第三根轴（我们叫它输出轴）与变速器的输出端相连；

-电动机与输出轴直接相连

典型案例

输入式功率分流的极端情况

·极端情况一：10km/h 近似A点工况 类似串联式混动

-由于能量转换（机械能-电能-机械能）损失，虽然电功率支流在传输时的效率不是很高，但发动机可在效率非常高的区域运转

-故此，驱动系统整体的效率比传统动力驱动高很多

·极端情况二：120km/h 近似B点工况 发动机直驱或并联

-车速近 120 km/h，控制发电机转速=0，即发电机不发电，则第一条功率流：电功率=0

-而发动机功率完全由第二条支流：机械功率流，即100%机械形式传输至输出轴

-此时，发电机功率与发动机功率的比值为零，发动机直驱效率最高

·极端情况三：高于120km/h车速 近似B点左侧工况

-当车速进一步提高，使得传动比继续降低，即到达B点左侧时，变速器内会产生所谓的“无功功率（idle power）”

-此时，电功率传递的方向是由变速器的输出端流向输入端，即与正常的方向相反！此时，变速器和传动系统的效率很低

-即对于输入式分流，在高速时存在不省油的情况，无法有效避免

输出式的功率流

·如下图所示，发动机的产生的一部分功率（图中①）传递至行星齿轮组齿圈，这部分的功率为机械功率。

·另一部分发动机功率通过机械功率被传递给电动机（motor），由其再转换为电功率又传递回了发电机，即电功率从右向左。

·最终，两部分分流的功率在行星齿轮组的齿架上汇合（图中④），最终传出变速器。

·总结来说，电功率(从右向左)和机械功率(从左向右)方向相反，因此这个系统被称为输出式功率分流系统；但输出式系统如右下图所示，即在中高速，电功率和机械功率方向一致，此时处于输入式模式。

输出模式

输入模式

输出式功率分流的特征

·发动机与一台电机直接相连，并一同连接到行星齿轮组的一根轴上；

·行星齿轮组的第二根轴连接着第二台电机；

·行星齿轮组的第三根轴作为输出轴。

输出式功率分流的极端情况

极端情况：低速 产生无功功率

-输出式功率分流在低速行驶时是可以运行的，但是变速器内的功率流动。

-此时电动机与发电机的角色互换：电动机现在负责发电，而发电机负责驱动，能量耗费在变速器内部，即无功功率

-故对于输出式功率分流，低速必须采用其他模式代替，比如纯电

复合式的功率流

·第一个行星齿轮组：发动机的机械功率 ① 在第一个行星齿轮组上的输入轴上被分为了两条支流（与输入式功率分流系统很相似），一条支流 ② 从行星轮架流出，一条支流 ③ 从太阳轮流出。

·第二个行星齿轮组：由第一个电机（EM1）传递过来的电功率流，在第二个电机（EM2）上被转换为机械功率流 ⑥，传递给了太阳轮，这部分功率流与上面提到的支流 ③分出来的一部分支流 ⑤ 在输出轴上，即行星轮架上进行了汇集（与输出式功率分流系统很相似），成为功率流 ⑦。

·集成了输入式和输出式的功能于一体，即复合式功率分流

复合式功率分流的特征

·第一个行星齿轮组上具有输入式功率分流系统的主要特征

·第二个行星齿轮组上具有输出式功率分流的主要特征

·复合式功率分流其实是输入式和输出式功率分流的结合

典型案例

复合式功率分流的极端情况

·当车速起步后至中、高速阶段，处于 A点右侧至A点工况

-第一个电机（EM1）上的功率的由负（发电）变正（用电）

-A点右侧部分工况：右图中，电机与发动机功率比值为 0.2 以下

·车速处于 A 点和 B 点之间时的功率流图

-两个电机的功率方向发生了调转。之前由 EM1 发电传送给 EM2，现在变成了 EM2 发电给 EM1 使用

-这是复合式功率分流的一个特点，即两个电机没有绝对的发电机（发电）和电动机（用电）的角色划分，而可以交互作用。

-总的来说，电机功率先由负变正，再由正变负的这个长长的弧线，形成了一段电机低功率流区域，车辆的效率（即燃油经济性）很高，这也是使用复合式功率分流的初衷。 

·当车速继续上升，处于B 点左侧的工况

-电机功率又由正（用电）转为负（发电），并在负方向快速上升

-即对于复合式分流，在极高车速时也存在不省油的情况，无法有效避免

特殊式的功率流

·如下图所示，采用非行星齿轮系的功率分流机构、动力分成电功率和机械功率流两路的功率分流系统，本文暂定名为特殊式功率分流。

·以IMMD为例，因为只有一个档位

-低速时，发动机无法直驱，故此动力流只能执行电功率流；

-中高速时，根据工况的不同，机械功率和电功率不同时存在，发动机功率将以100%电功率，或是100%机械功率传输。当然在并联模式下，通过电机助力可以产生电功率，但是这个电功率不同于分流时的电功率

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