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混合动力汽车构造图解(奔驰S400)


混合动力汽车系统组成
新款梅赛德斯-奔驰S400 hybrid基于S350研发而成,但其传动系统做出了明显改进。改进包括进一步研发的3.5L V6汽油发动机、附加的持续通电同步电动机、为配合混合动力模块而专门设计的七挡自动变速箱、所需的动力和控制电子装置、变压器和锂离子蓄电池。

奔驰混合动力汽车系统组成 ▼

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S400 hybrid 配备了平行混合动力驱动系统。通过该驱动系统,发动机和电动机均与驱动轮机械相连(发动机和电动机的平行连接)。电动机和发动机所提供的功率可以进行叠加,这就意味着二者可分别保持更低的额定功率,但仅使用电动驱动系统无法驱动车辆。

奔驰S500 Plug-In Hybrid(插电式混合动力系统)的动力蓄电池相比S400 hybrid 车型容量增大了10倍,而且可以经过外部充电插座进行充电。S500 Plug-In Hybrid车型最多可以利用电动机以纯电动模式行驶30km。

S500 Plug-In Hybrid系统组成 ▼

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1—湿式离合器(NAK);2—再生制动系统(RBS);724.2—自动变速箱;A9/5—电动制冷剂压缩机;A79/1—电动机;A100g1—高电压蓄电池;G1—车载电气系统蓄电池;M1—起动机;M276.8—发动机;M42—电动辅助油泵(集成在变速箱内);M56—真空泵(电动);N33/5—高电压正温度系数加热器;N68—电子动力转向控制单元;N82/2—蓄电池管理系统控制单元;N83/1—直流转换器控制单元;N83/5—充电装置;N129/1—功率电子装置控制单元;X58/23—充电装置供电插座


混合动力汽车工作模式

驱动模式 ▼
混合动力驱动系统各种驱动模式的当前动力流可在驾驶室管理及数据系统(COMAND)显示单元上加以显示。在驱动模式下,动力仅由发动机流向后轴。
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加速模式 ▼
在加速模式下,动力由发动机和电动机流向后轴。高压蓄电池对电动机供电,然后由电动机产生驱动转矩,以对发动机所产生的转矩提供支持。
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发电(能量回收)模式 ▼
在发电(能量回收)模式下,动力由后轴流向电动机。电动机将车辆的动能转化为电能。电动机发挥高压发电机的作用,并对高压蓄电池充电。

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驱动电动机构造组成

(1)部件位置
S400混合动力车型混合动力系统右前视图 ▼
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S400混合动力车型混合动力部件俯视图 ▼
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(2)发动机
发动机272.974针对混合动力驱动进行了改进和优化。由于采用了新气缸盖、具有改进后的可变正时凸轮轴以及有别于原型的活塞,输出功率增加了5kW。提高了热效率,改善了燃油消耗率,从而降低了车辆在部分负荷条件下的燃油消耗量。电动机的转子与曲轴直接相连,并位于发动机与自动变速箱之间。

注意:Atkinson原理通过在进气和压缩阶段之间短时间打开进气门来优化气门正时,从而使膨胀阶段长于压缩阶段。


(3)电动机
电动机安装位置 ▼
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电动机剖面图 ▼
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盘形电动机是持续通电同步电动机,安装在发动机与自动变速箱之间,具有起动机和高压发电机的功能,该设计也被称为起动/ 发电机。

电动机充当减振元件的作用,以降低行驶/扭转振动。根据工作模式,电动机可以沿曲轴转动方向施加转矩,以启动发动机(发动机模式),或沿曲轴转动方向的反方向施加转矩,以对高压蓄电池充电(发电机模式)。起步过程中,电动机为发电机提供支持(升压模式);施加制动过程中,部分制动能量被转化为电能(再生制动)。各种工作模式(发动机模式/发电机模式)之间的切换由电力电子控制单元进行控制。电力电子装置通过三条母线与电动机的三个电源连接相连。三相电流根据工作模式和转子的位置进行调节。这些相电流产生一个磁场,并与转子磁场一起产生转动所需的转矩。

电动机分解图 ▼

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(4)自动变速箱
S400 hybrid 配备了七挡自动变速箱(7G-TRONIC),变速箱针对混合动力驱动系统进行了改进。除了新的变速箱控制软件之外,还安装了一个辅助电动变速箱油泵。作为发动机起停功能的一部分,当发动机关闭或正在重新启动时,必须确保对变速箱液压装置持续供油,以防止驾驶员发出起步请求与车辆实际开始运动之间出现延迟。为此,当内部变速箱油泵因发动机关闭而停止工作时,辅助电动变速箱油泵为变速箱控制系统供油。
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高压蓄电池构造
高压蓄电池模块位于发动机舱右后部,可保护高压蓄电池免受外部热量的作用,并确保物理稳定性。高压蓄电池模块包括高压蓄电池、蓄电池管理系统(BMS)控制单元和保护开关。高压蓄电池是锂离子蓄电池,可为电动机储存能量,如下图所示。与镍氢电池相比,优点有电效率更高、能量密度更高,因此重量更轻,尺寸更紧凑。

高压蓄电池模块剖面图 ▼
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高压蓄电池通过DC/DC转换器与12V车载电气系统相连,从而可在必要时为12V车载电气系统提供支持。保护开关由蓄电池管理系统(BMS)控制单元促动,并在内部将高压蓄电池的正极和负极接线柱与高压车载电气系统绝缘。

高压蓄电池冷却的示意图 ▼

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电力电子模块
电力电子控制单元集成在电力电子模块中,位于排气歧管下方的右侧,根据请求为电动机提供三相交流电压,监测电动机的温度。

直流变压器(DC/DC 转换器)位于右前轮罩中,可产生直流高压和12V的直流电压,并实现高压车载电气系统与12V车载电气系统之间的能量交换。高电压与12V电压之间可以双向转换。

电力电子模块的设计 ▼
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电力电子模块和DC/DC转换器模块共用一个低温冷却系统,该系统与发动机的冷却系统分开。

DC/DC转换器模块的设计 ▼
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电力电子冷却回路的示意图 ▼
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