Assessment by Simu ation of Benefits of New HEV Powertrain Configurations

Évaluation par simulation des bénéfices de nouvelles chaînes de traction hybrides

Argonne National Laboratory, 9700 S. Cass Avenue, Argonne IL, 60439-4815 - USA
email: nkim@anl.gov - arousseau@ani.gov

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Abstract

During the past couple of years, numerous powertrain configurations for Hybrid Electric Vehicles (HEV) have been introduced into the marketplace. The current dominant architecture is the power-split configuration with the input split (single-mode) from Toyota and Ford. General Motors (GM) recently introduced a two-mode power-split configuration for applications in sport utility vehicles. Also, the first commercially available Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV) — the GM Volt — was introduced into the market in 2010. The GM Volt uses a series-split powertrain architecture, which provides benefits over the series architecture, which typically has been considered for Electric-Range Extended Vehicles (E-REV). This paper assesses the benefits of these different powertrain architectures (single-mode versus multi-mode for HEV) (series versus GM Voltec for PHEV) by comparing component sizes, system efficiency and fuel consumption over several drive cycles. On the basis of dynamic models, a detailed component control algorithm was developed for each configuration. The powertrain components were sized to meet all-electric-range, performance and grade-capacity requirements. This paper presents and compares the impact of these different powertrain configurations on component size and fuel consumption.

Résumé

Durant les dernières années, de nombreuses configurations de motorisation pour véhicules hybrides ont été introduites sur le marché. La solution dominante est actuellement la dérivation de puissance en configuration ‘input split’ simple mode utilisée par Toyota et Ford. General Motors (GM) a récemment introduit une configuration basée sur la dérivation de puissance avec deux modes pour application sur des SUV (Sport Utility Vehicle). Par ailleurs, le premier véhicule hybride rechargeable la Volt de GM a été introduite sur le marché en 2010. La Volt utilise une architecture qui autorise plusieurs modes : électrique, série et dérivation de puissance, et qui est plus performante que l’architecture série mise en œuvre généralement pour les véhicules électriques à prolongateur d’autonomie (E-REV, Electric-Range Extended Vehicles). Ce papier est dédié à l’étude des bénéfices de différentes motorisations simple mode contre multi-mode pour les véhicules hybrides, série contre GM Voltec pour les véhicules hybrides rechargeables. Le dimensionnement des composants, leur rendement ainsi que celui du systeme et la consommation énergétique sur différents cycles sont étudiés. Un modèle dynamique détaillé avec son algorithme de contrôle a été développé pour chacune des configurations considérées. Les composants des motorisations ont été dimensionnés pour satisfaire aux exigences d’autonomie tout électrique ainsi qu’aux performances dynamiques et de franchissement. Cette étude présente et compare [impact de différentes chaînes de traction sur le dimensionnement des composants et leur consommation énergétique.