混合动力电动汽车核心技术.docx
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混合动力电动汽车核心技术
混合动力电动汽车技术
引言
随着世界各国环保办法越来越严格，代替燃油发动机汽车方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。
但当前最有实用性价值并巳有商业化运转模式，只有混合动力汽车。
混合动力汽车核心是混合动力系统，它性能直接关系到混合动力汽车整车性能。
通过十近年发展，混合动力系统总成已从本来发动机与电机离散构造向发动机电机和变速箱一体化构造发展，即集成化混合动力总成系统。
混合动力汽车英文缩写为HEV,即HybridElectricVehicle.依照国际电工委员会电动汽车技术委员会建议,对混合动力汽车定义为:
有多于一种能量转换器能提供驱动动力混合型电动汽车.简而言之就是混合型电动汽车,虽然用蓄电池和副能量单元（AuxiliaryPowerUnit.简称APU）电动汽车.这个辅助动力单元事实上是一部燃烧某种燃料原动机或动力发电机组.燃料可以是汽油,柴油,也可以是甲醇,酒精,液化石油气,天然气等代用燃料.选用原动机可以是内燃机.也可以是燃气轮机,斯特林发动机等其他热机.它重要涉及内燃机,电动机,发电机,蓄电池以及控制系统等,依照汽车运营工况规定,内燃机与电动机进行优化耦合,以实现汽车良好动力性,燃油经济性,排放性能,可靠性,
安全性和合用性等指标.HEV是老式内燃机车辆与电动车辆产生混血儿,它继承了电动汽车低排放长处,又发扬了石油燃料高比能量和比功率长处,明显改进了老式内燃机汽车排放和燃油经济性,增长了电动汽车续驶里程,在由内燃机汽车向电动汽车转变过程中扮演着承上启下,继往开来角色。
1混合动力电动汽车技术概况
1.1重要分类和基本构造
1．串联式混合动力汽车SeriesHybridElectricVehicle（SHEV）
串联式混合动力系统用电动机驱动车轮，电动机电力来自发动机。
串联式混合动力系统运用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。
其基本构造是由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器构成。
由一种小输出功率发动机进行准稳恒性运转来带动发电机，直接向电动机供应电力，或一边给HV蓄电池充电一边行驶。
由于内燃发动机动力是以串联方式供应到电动机，因此称为“串联式混合动力系统”。
如下图：
2.并联式混合动力电动汽车ParallelHybridElectricVehicle（PHEV）
并联式混合动力系统使用电动机和发动机两种电力来驱动车轮用发动机来给HV蓄电池充电，其基本构造是由电动机、发动机、HV蓄电池、变压器和变速器构成。
并联式混合动力系统中运用HV蓄电池电力来驱动电动机。
因电动机兼用为发电机，因此不能一边发电一边用来行驶。
动力流向为并联，因此称为“并联式混合动力力系统”。
如下图：
3．混联式（串、并联式）混合动力电动汽车SplitHybridElectricVehicle（PSHEV）
混联式混合动力运用电动机和发动机来驱动车轮，并可用发电机来发电及自行充电。
混联式混合动力运用电动机和发动机这两个动力来驱动车轮，同步电动机在行驶当中还可以发电。
依照行驶条件不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者运用发动机和电动机驱动行驶。
此外还安装有发电机，因此可以一边行驶，一边给HV蓄电池充电。
基本构造由电动机、发动机、HV蓄电池、发电机、动力分离装置、电子控制单元（变压器、转换器）构成。
运用动力分离装置将发动机动力提成两份，一某些用来直接驱动车轮，另一某些用来发电，给电动机供应电力和HV蓄电池充电。
电动机擅长从低速带开始发挥威力，而发动机则在高速带大显身手。
本系统通过抱负地控制两者，可在所有条件下提供高效率行驶。
如下图：
混合动力电动汽车动力系统重要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等某些构成。
1.2混合动力汽车控制系统
在HEV上普遍采用以计算机为核心当代计算机技术和自动控制技术，各种智能控制系统，涉及自适应控制技术（MRAC）、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统（Expertsystem）、神经网络控制系统（Neuralnetworks）等也逐渐应用到EV、FCEV和HEV上，使HEV更加安全、节能、环保和舒服。
能量管理系统采用层级式控制：
最上层为整车能量管理系统，统一协调和控制各个低端控制器；中间一层涉及五个低端控制器，即发动机控制器、发电机控制器、电动机控制器、离合器及制动器控制器和电池能量管理系统（BMS）等；最下层为各个执行器，即发动机、电机、离合器等部件。
如下图：
HV蓄电池组
丰田THSⅡ采用大功率，高密度，轻量，寿命长新开发HV蓄电池。
它是在旧型号THS采用小型高性能镍氢蓄电池基本上，改进了电极材料与各单体蓄电池之间连接构造，因此减少了蓄电池内阻，提高了允许证电池输出密度。
由于在THS2上采用了行车中保持一定充电状态控制，因此，不需要运用外部充电。
HV蓄电池组涉及HV蓄电池模块，蓄电池计算机，系统主继电器及维修插座，这些部件汇总装在一种壳体内，设立在后座位之后。
蓄电池组电池某些由28个模块串联而成，每个模块是由6个1。
2伏单体蓄电池串联而成，总共是168个单体蓄电池，由此可得到201。
6v高电压。
蓄电池计算机在保持充电状态为恰当值同步，还将完毕下列控制：
1*4充电状态管理
为了保证在加速等场合下放电，在减速时运用制动器回收充电重复进行，HV蓄电池将始终向HV蓄电池计算机输出充电状态信号，HV蓄电池计算机运用充放电电流合计值，将充电状态值始终控制在目的范畴之内。
1*5冷却电扇控制
HV蓄电池充放电将引起自身发热，为保证蓄电池性能，对冷却电扇工作方式进行控制。
1*6外部充电器控制
指在运用内部充电器充电过程中，监视蓄电池状态，保证恰当充电所进行控制。
1*7与空调之间通讯
通过HV控制计算机，依照空调规定来变化冷却电扇工作方式。
1*8蓄电池状态监控
监视蓄电池温度及电压等，当检测出有异常时，通过限制或停止充放电以保护蓄电池。
此外，按规定使报警灯亮，输出与记忆诊断代码。
1*9冷却电扇
当蓄电池温度升高时，冷却电扇将按照蓄电池计算机指令调节风量。
此外，还可依照空调规定，变化空调工作方式。
冷却电扇进风口设在座椅右侧。
运用风机将从车厢内吸进空气引入到蓄电池组右上方，使其由上而下地吹过蓄电池模块之间，对其进行冷却。
冷却后完毕热互换空气，从蓄电池组右下方，通过后货舱右侧排气管，排至后货舱与车外。
1*10系统主继电器（SMR）
SMR按照HV控制计算机指令，接通与切断高压电路电源。
加上控制正负两极用在内，SMR共配备了3个继电器，保证了动作可靠。
在接通高压系统时，一方面是接通SMR1与SMR3，接着接通SMR2，断开SMR1，由于一开始就使控制电流通过附加电阻，因此防止高压大电流突然加到电路上。
断开电路时，依次断开SMR2与SMR3，HV控制计算机将分别确认它们与否已可靠断开。
在维修插头与逆变器罩盖上设有连锁机构，连锁机构用来检测高压某些防护状态并自动地断开系统主继电器。
当连锁机构动作时，仪表板上主报警灯亮，以告知驾乘人员。
在连锁机构动作后，每两次之中有1次使系统主继电器动作，以便恢复高压电路。
1*11维修插头
在检查与维修时，应取下维修插头，在HV蓄电池中间位置处断开高压，从而保证安全操作。
2混合动力电动汽车技术上问题
2.1制动能量回收
作为和纯电动汽车共通混合动力电动方式特点，制动能量是有也许回收。
在日本，美国，欧洲任何市内行驶工况下，从先驱号例子来看，制动能量回馈对燃油经济性提高贡献超过了20﹪，这样就可以明白，和没有制动能量回收其他驱动系统汽车差别是显然，因而可以说，为了提高燃油经济性，混合动力方式是必要条件。
制动能量回收，就犹如刹车，如果四轮同步进行就比较抱负，因而就有必要将发电机和四个车轮同步连接，这对于4轮驱动车来说，需要在先后都备有电动机/发电机装置，并且能先后分别控制转矩。
但是，这样4轮驱动车价格是十分昂贵，对于普通行驶，就不需要反映杂饿装置，因而是不也许实现。
普通来说，前轮驱动或者后轮驱动2轮驱动车占大多数。
由于汽车重心比地面高，并且基本上都是迈进行驶，因此当刹车制动时，前轮载荷增长，后轮载荷减小。
在前轮驱动状况下，由于发动机，变速箱前置，所此前轮载荷原本就比较大，并且在制动时由于又增长了载荷，因此必要制动力就增长，配备在前轮发电机制动能量回收相对来说是比较大。
相反，在后轮驱动状况下，通过后轮进行能量回收效果就不大明显。
后轮制动力过大，在轮胎和路面之间超过摩擦极限后，会使车轮打滑，这时就使汽车不稳定，偏离路面而遇到障碍物或者是横向翻滚。
为了避免此类事情发生，普通，乘用车制动力分派给前轮70﹪~80﹪。
因而，前轮驱动车制动能量回收和后轮驱动车制动能量回收相比较话，为70/30限度，后轮驱动车制动能量回收率最多也只有前轮驱动一半。
普通汽车，在减速，制动状况下，使用了发动机刹车。
通过这个，由于在一定限度上进行了制动能量回收，因而如果不使用发动机刹车，所有由发电机来吸取制动能量是比较好。
Civic混合动力车为了减少发动机刹车能量吸取在制动时，将四缸中三缸停止运营。
高尔夫混合动力在发动机和电机之间设立了离合器，清除了发动机刹车影响。
但是，这又带来了离合器重量，空军和成本问题。
2.2堵车时停止和启动
在堵车时，重复停车启动缓慢行驶状况下，对于普通发动机车，由于刚要切断发动机时接着又要启动发动机，比较麻烦，因此就直接将发动机怠速运营，这样就对排放和燃油消耗都不利。
为理解决这个问题，对于普通汽车，对在一定期间以上停车状况，将发动机自动停止，然后在下一次启动时，直接通过加速踏板就能将发动机启动来驱动车辆。
在此状况下，设定停车到将发动机关掉时间是比较困难，并且也有发动机启动时振动和噪音问题。
为此，混合动力车在停车时，直接将发动机关掉，车辆启动时通过电机将车辆驱动到一定车速，这样就可以完毕平顺驾驶。
这样，虽然车辆启动频繁也具备抑制尾气排放长处。
发动机车停止，启动思想虽然此前就有，但没有普及因素可以以为是反映了实现这样驱动系统困难限度。
2.3储能装置
虽然发电机可以产生大量电能，如果没有这些电能储藏设备，发电机发电也是没故意义。
由于电流不也许一次进行大量电能充放电，所觉得了可以进行大量能量回收，就必要增长电池重量，空间和成本。
为理解决这个问题，人们考虑使用超级电容，飞轮装置或者蓄压装置等，虽然有一某些已经实用化但也不能说已经达到完善限度。
但是，日产柴油在6月开始装备了具备划时代意义新型超级电容卡车，当前上市本田燃料电池电动汽车上，也采用了新型超级电容，因而可以说在这方面已经开始了一种新时代。
此外，和电动汽车为了提高续驶里程而注重电池储能密度不同，混合动力车用储能装置在储能密度比较小状况下，规定调节，制导致输入输出能量，即功率密度比较大储能装置。
通过采用混合动力方式，提高了燃油经济性，但有重量，搭载空间和成本增长缺陷，因此虽然和电动汽车缺陷相比还是比较小，但电池在一定重量下相应性能，价格和寿命成为成功与否核心因素。
铅酸电池无法满足这种性能规定，丰田采用新近开发重量轻，体积小镍氢电池，开始有了突破口。
对于寿命评价，需要有时间，因而此后想进一步关注这方面发展。
从左右开始，在美国和欧洲浮现性能优良锂离子电池，锂聚合物电池等。
2.4起动机/发电机
以大众高尔夫为起点，在日野重型车，本田混合动力车等上使用了起动机/发电机或者电机/发电机，几乎不需要变更尺寸，就可以安装在本来发动机飞轮位置。
综合重量，成本增长被控制在小几乎所有老式起动机，发电机和离合器制造商，都进行这方面商品化开发，并且有刊登成果。
如果将来不需要老式起动机和发电机话，对于这些制造商来说，或许理所固然就成为生死攸关问题，大多数人以为，将来这种形式是混合动力需要。
如果能大量生产成本得如下降话，可以预测混合动力化障碍就可以非常小。
3混合动力电动汽车维修与诊断
维修前安全防护办法：
在着手维修一辆混合动力轿车之前，你必要懂得某些必要加以防范安全防护办法。
一方面，insight，Civic和Pruis这三款混合动力轿车均有一种“怠速停止”模式，可以在轿车暂时停车时，例如在遇到红色交通信号灯时候，关闭轿车汽油发动机。
在这种模式下，当踩下加速踏板时，最初车辆会在电动马达驱动下行驶，就像一辆电动高尔夫推车同样。
经很短行驶时间之后，车辆便进入正常行驶状态，汽油发动机会重新启动，并向轿车提供动力。
一辆混合动力轿车被送到维修厂进行维修时，如果把发动机熄火，并且将点火钥匙置于开位置，那么维修时也许会浮现问题。
打算维修这辆轿车技术人员这时也许会以为，既然发动机已经关闭了，因而可以安全进行维修工作。
但这时如果踩下加速踏板，也许会使电动马达重新启动，从而产生严重后果。
在本田公司混合动力轿车上，在发动机转速表左下方有一种汽车驻车批示灯，如果这个灯在闪烁，则表白该辆轿车处在“怠速停止”模式，同步也是在警告你，在维修该车辆之前，一定要把点火开关关掉。
当丰田Pruis混合动力轿车处在怠速停止模式时，在显示板上挡位批示器上方有一种就绪批示灯。
在对轿车进行维修工作之前，都要保证就绪批示灯是熄灭。
因而，也应当把点火开关关掉。
固然最为安全稳妥做法，就是把车钥匙从点火开关上取下来。
固然，在维修混合动力轿车时，最严重安全顾虑就是它高压电气系统，其中涉及电动马达，蓄电池组，控制系统和电线束。
为保证安全，所有高压电线接线端都是密封或隔离，并且电线束都是干净橙黄色。
如果没有戴性能良好高压防护绝缘手套，就不要容易触摸这些电线束。
虽然这些绝缘手套上只有一种极小针孔，都也许会导致电流从手套穿过，经人体流向大地，伤害技术员生命。
你可以用探针穿过电线绝缘层来检查普通汽车上12v电线某些性能，但对于混合动力车辆上这些明亮橙黄色高压线束，可一定是不能这样做。
跟上面简介一状况同样，这些高压线束上一种极小孔都也许导致高压电流外漏。
但是，每个混合动力轿车高压电气系统都是很容易地关闭，以保证有一种安全维修工作条件。
本田混合动力轿车智能动力单元涉及蓄电池组和控制系统，在智能动力单元上设立了一种关闭开关。
本田Isight智能动力单元位于后座地板附近，是水平安装，隐藏于地毯之下。
而本田Civic智能动力单元是垂直安装，位于后排乘客座位背面。
对于本田公司这两款混合动力轿车，要想拆除轿车上高压电气系统，需要打开智能动力单元上面一种小盖子，并且把里面开关打到off位置。
要想拆除丰田Pruis高压电气系统，只需要取下位于驾驶员一侧行李厢背面维修塞即可。
维修塞嵌板在后排座位附近地毯下面。
当你维修高压电气系统时候，建议你把维修塞放在你口袋里随身携带，以防其她维修人员在你维修时又把它安上去。
对的轮胎气压和润滑
对的选取轮胎并保持恰当轮胎压力，对于本田和丰田混合动力轿车最佳运营是十分重要。
轮胎气压不但会影响该车燃油经济性，并且当胎压不对的时，制动系统和控制系统也也许会浮现问题。
混合动力轿车普通都采用高压轮胎，这样做目是为了获得最大行驶里程数，由于高压轮胎滚动阻力比较小。
所有这三款混合动力轿车都配备有专门设计轮胎，这些轮胎有较高充气压力，从而保证轮胎具备较低滚动阻力。
在这三款轿车中某一辆被送到你维修厂进行修理时，你要保证该车轮胎压力与在轮胎侧面，车门边沿或顾客手册上标记规定胎压相一致。
请使用原装设备制造商推荐润滑油，这对于让混合动力轿车获得最佳性能体现，以及满足保修技术规定等，都是非常重要。
本田Insight和Civic混合动力轿车发动机都采用本田公司专用0W-20SJ机油和机油滤清器。
对于五挡手动变速器，你可以使用原则本田手动变速器用润滑油；但是对于无级变速器，需要使用本田ATF-Z1润滑油。
丰田Pruis混合动力轿车发动机则采用5W-30SJ机油，变速器采用型号为T-IV自动变速器油。
混合动力车辆故障批示灯：
本田和丰田混合动力轿车仪表板上均有故障批示灯，当混合动力轿车电气系统无法正常工作时，故障批示灯将会给出警告批示信号。
本田混合动力轿车上有一种集成化电动机助力系统故障批示灯，它可以闪烁出符号IMA，表达该车需要维修。
丰田Pruis混合动力轿车运用仪表板上一种小海龟标志。
来表白混合动力系统浮现了故障。
当浮现了海龟标志后来，轿车只能在后备模式下工作，也就是说，仅仅使用汽油发动机作为动力源。
海龟标志浮现是在提示驾驶员，要缓慢驾驶车辆，不能进行迅速加速。
4丰田Pruis简介
4.1Prius混合动力系统构成
Prius是一辆以汽油化学能和电能为驱动力混合动力汽车，因而它内部拥有一台独立汽油发动机和一台电动机。
既然有电能介入，那必不可少就是电池，Prius电池系统采用是丰田和松下联合研制和生产镍氢电池，选取镍氢电池因素是它有比能量和比功率高、循环寿命长、放电过程控制简朴、无污染等长处。
此外，在丰田和松下共同努力下，镍氢电池记忆效应大大减少。
而整个动力系统变速仅仅靠一套行星齿轮组，没有老式机械变速器和离合器。
4.2Pruis在各工况下工作原理
丰田Prius以电机为主，混合动力总成涉及两个动力源，发动机与电动机。
尚有包括了发电机、电动机、内置动力分离装置混合动力专用变速器、镍氢电池组和动力控制总成。
丰田Pruis混合动力系统有一种特点，就是采用行星齿轮变速构造，变速器内置动力分离装置，行星齿轮机构巧妙地将减速器、发电机和电动机等动力部件偶合在一起，同步行星齿轮又起到无级变速器功能，构造十分紧凑，形成一种集成化混合动力总成系统（图1）。
图一
图二
启动以及中速如下行驶，此时发动机效率低下，因而Prius发动机关闭，仅由大功率电动机驱动车辆（图2，箭头A）。
在常规行驶时，发动机作积极力源，由动力分离装置将动力提成两路，一路驱动发电机进行发电，产生电力驱动电动机运转（图3，箭头B），另一路则直接驱动车轮（图3，箭头A），系统会自动对两条途径动力进行最佳分派，以达到效率最大化。
图三
图四
当要加速时，电池组会加进来为电动机供电，增强电动机输出功率（图4）。
当减速或制动时，则由车轮惯性力驱动电动机。
这时电动机变成了发电机，车辆制动能量转换成了电能（图5，箭头D）。
图五
图六
电池组电量保持在一种恒定水平。
当系统发现电池组电量下降会启动发动机驱动发电机发电，向电池组充电（图6，箭头E）。
4.3丰田Pruis运营原理和特点
Prius仪表板上有一种多功能资料显示屏，显示屏是7英寸轻触式彩屏，可以显示各项车上使用资料，例如动力状况、耗油量、电池充放电量、档位、音响、空调状况等，并可手触彩屏调节冷气及音响系统。
Prius变档拨杆安装在中控板位置上，巧小玲珑，杆头标志着档位位置。
Prius运营模式∶
①起动。
插入钥匙，踩住刹车踏板及按下起动按钮（POWER），直至液晶仪表上“READY”信号灯亮起，挂上D档迈进。
②当发动机效率偏低，例如在低速行驶，转换器及高压电子系统将电池输出直流电转换为交流电，并升压至500伏特予以马达（电动机）使用。
马达会启动与发动机并肩工作。
③电脑分析汽车负荷、加速踏板压力及电池状态，决定以马达、或者马达与发电机并用，提供最有效率动力分派及组合。
经常使用马达会导致电池电量下降，当降到一定限值时，发动机会自行起动带动发电机向电池充电。
④当高速行驶时，混合动力系统会即时启动发动机及马达输送驱动力。
⑤当减速和刹车时，在制动力作用下混合动力系统会将马达转为发电机，将动能转化为电能，向电池充电。
⑥当Prius停止时，发动机会自动熄机，以减少不必要燃油消耗及废气排放。
Prius环保空调系统全以电力驱动，因而关闭发动机空调也同样可以运营。
结论
在学习了混合动力电动汽车和当今热销车型技术应用状况，以及对混合动力汽车技术有了一定理解基本上，加上通过网络收集有关资料，本人完毕了上述文章，虽然其技术含量不高，但是能解释清晰当今混合动力电动汽车技术某些应用及知识，并学以致用。
本文着重讨论了混合动力电动汽车基本构造，工作原理和诊断与维修等，尚有混合动力电动汽车技术发呈现状，不论从国家还是社会和个人来说，只要能清晰地结识到混合动力电动汽车应用现状和发展趋势，只要咱们共同努力，相信中华人民共和国汽车产业会有奔腾式发展，中华人民共和国环境和能源问题也会得到一定解决。
为了祖国美好明天，让咱们一起努力。
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