新能源汽車概論-項(xiàng)目3

新能源汽車概論2018項(xiàng)目3混合動力汽車的技術(shù)特點(diǎn)和驅(qū)動方式任務(wù)1混合動力汽車的技術(shù)特點(diǎn)一、相關(guān)知識1.微混合自動起停技術(shù)的由來汽車行駛在擁擠的城市道路中，總免不了停車等紅綠燈，而發(fā)動機(jī)怠速消耗的能源是毫無意義的。自動起停技術(shù)就是致力于最大限度減少發(fā)動機(jī)怠速時(shí)燃油的損耗，避免這部分能源的浪費(fèi)，對節(jié)省能源與減低排放有著重要的意義。（一）微混合自動起停技術(shù)特點(diǎn)2.自動起停技術(shù)自動起停技術(shù)是一套控制發(fā)動機(jī)起動和停止的系統(tǒng)：當(dāng)車輛在紅燈、堵塞等停滯狀態(tài)下，ECU可以控制發(fā)動機(jī)自動停止運(yùn)行，從而大大減少油耗和廢氣排放。在停止運(yùn)行階段，音響等設(shè)備可以正常使用，如右圖。當(dāng)整車需要再起步時(shí)，如右圖，起動機(jī)快速起動發(fā)動機(jī)，瞬時(shí)銜接，保障行車過程和駕駛習(xí)慣不受影響。車輛起步車輛靜止車輛靜止3.工作模式對于手動檔的車輛來說，當(dāng)遇到紅燈或塞車時(shí)，駕駛?cè)瞬认轮苿犹ぐ迨管囕v停下來后，將檔位換入空檔并完全釋放離合踏板，這時(shí)控制系統(tǒng)會自動將發(fā)動機(jī)熄火，節(jié)省了怠速運(yùn)轉(zhuǎn)而浪費(fèi)的燃油。當(dāng)綠燈放行后，駕駛?cè)瞬认码x合器，發(fā)動機(jī)則自動重新起動，掛入適當(dāng)檔位后即可前行，如下圖。手動擋工作模式4.自動起停技術(shù)的類型目前市面上車型使用的自動起停技術(shù)主要有BSG、IDLESTOP和馬自達(dá)的SISS三種。BSG采用發(fā)電機(jī)起動機(jī)一體化（BSG）電機(jī)來實(shí)現(xiàn)起停功能。IDLESTOP系統(tǒng)采用分離式起動機(jī)/發(fā)電機(jī)起停系統(tǒng)。SISS系統(tǒng)則通過燃油在氣缸內(nèi)噴射燃燒產(chǎn)生膨脹力來起動發(fā)動機(jī)。（1）集成起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（BSG）起停系統(tǒng)集成起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（BSG）起停系統(tǒng)集成起動機(jī)/發(fā)電機(jī)是一個通過永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子和單齒定子來激勵的同步電機(jī)，能將驅(qū)動單元集成到混合動力傳動系統(tǒng)中。法雷奧研發(fā)的i-Start系統(tǒng)是其中的代表，它首先應(yīng)用于PSA（標(biāo)致—雪鐵龍集團(tuán)）的e-HDi車型上，如下圖。集成起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（BSG）起停系統(tǒng)i-Start系統(tǒng)的電控裝置集成在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，在遇紅燈停車時(shí)發(fā)動機(jī)停轉(zhuǎn)，只要一掛檔或松開制動踏板，汽車會立即自動起動發(fā)動機(jī)，如下圖。i-Start系統(tǒng)工作過程（2）分離起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（IDLESTOP）起停系統(tǒng)采用分離起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（IDLESTOP）起停系統(tǒng)很常見。這種系統(tǒng)的起動機(jī)和發(fā)電機(jī)是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，發(fā)動機(jī)起動所需的功率由增強(qiáng)型起動機(jī)提供，而發(fā)電機(jī)則為起動機(jī)提供電能，如下圖。分離起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（IDLESTOP）起停系統(tǒng)（3）馬自達(dá)SISS智能起停系統(tǒng)馬自達(dá)的SISS智能起停系統(tǒng)（現(xiàn)在稱為i-stop技術(shù)），主要是通過在氣缸內(nèi)進(jìn)行燃油直噴，燃油燃燒產(chǎn)生的膨脹力來重新起動發(fā)動機(jī)的，發(fā)動機(jī)上的傳統(tǒng)起動機(jī)在發(fā)動機(jī)起動時(shí)起到輔助作用，如下圖。馬自達(dá)SISS智能起停系統(tǒng)自動起停技術(shù)可以在車輛暫時(shí)停車時(shí)自動停止發(fā)動機(jī)工作，從而減少燃油消耗，減低排放，尤其在那些交通擁擠的大城市運(yùn)用這種技術(shù)對節(jié)能減排有著不錯的效果。5.自動起停系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)以應(yīng)用最為廣泛的分離起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（IDLESTOP）起停系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)主要由AGM蓄電池、蓄電池監(jiān)控傳感器、交流發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電壓保持設(shè)備（DC-DC轉(zhuǎn)換器）、起動機(jī)控制盒、增強(qiáng)型起動機(jī)、各類傳感器等部件組成，如下圖。自動起停系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成（1）AGM蓄電池分離起動機(jī)/發(fā)電機(jī)（IDLESTOP）起停系統(tǒng)使用的蓄電池是AGM（玻璃纖維隔板技術(shù)）的VRLA鉛酸密封蓄電池，如下圖。AGM蓄電池（2）蓄電池監(jiān)控傳感器蓄電池監(jiān)控傳感器集成在蓄電池負(fù)極電纜上，如下圖。蓄電池監(jiān)控傳感器（3）交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)和傳統(tǒng)車輛使用的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)一樣，主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器、調(diào)節(jié)器、擋圈等部件組成，如下圖。交流發(fā)電機(jī)（4）增強(qiáng)型起動機(jī)通過加強(qiáng)機(jī)械部分，起動機(jī)可以支撐自動起停功能起動、重新起動的連貫性，能承受重負(fù)荷周期，保證起動和重新起動功能。增強(qiáng)型起動機(jī)（5）起動機(jī)控制盒起動機(jī)控制盒的作用是對起動機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，由發(fā)動機(jī)控制單元來對它進(jìn)行控制，如上圖。起動機(jī)控制盒（6）網(wǎng)絡(luò)電壓保持設(shè)備（DC-DC轉(zhuǎn)換器）DC-DC轉(zhuǎn)換器由發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)出的起動信號激活，如下圖。它主要用于日常的12V供電模式（電源）、重新起動階段和首次起動階段的12V支持模式（電壓轉(zhuǎn)換器）。DC-DC轉(zhuǎn)換器工作原理在發(fā)動機(jī)處于停止模式的時(shí)候，DC-DC轉(zhuǎn)換器使用蓄電池的能源來把部分控制單元維持在蘇醒狀態(tài)。但是，為了限制電力消耗，它就不給電動助力轉(zhuǎn)向以及穩(wěn)定性控制單元供電了。把部分控制單元維持在蘇醒狀態(tài)能夠維持車輛的一些功能（照明、收音機(jī)、通風(fēng)等）繼續(xù)運(yùn)行。必須要重新起動發(fā)動機(jī)以便讓電動助力轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性控制單元運(yùn)行起來。（7）自動起停開關(guān)自動起停開關(guān)用于禁止停車起動功能。依據(jù)車型設(shè)備的不同，可以通過一個禁止按鈕或者借助觸摸屏來操作它，如右上圖。自動起停開關(guān)1.高電壓蓄電池組高電壓蓄電池組的用途是可以將以后某一時(shí)刻需要使用的能量存儲起來。通常將能量以另外一種能量形式進(jìn)行存儲，需要使用時(shí)再進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便能夠?qū)㈧o態(tài)損失的缺點(diǎn)降至最低。例如存儲在燃油箱內(nèi)的化學(xué)能（燃油）可以在內(nèi)燃機(jī)中轉(zhuǎn)換為熱能和機(jī)械能。在能量存儲和能量轉(zhuǎn)換的過程中始終會出現(xiàn)能量損失。高電壓蓄電池組種類繁多，包括機(jī)械式、熱敏式、化學(xué)式、磁場式和靜電式。（二）混合動力汽車（HEV）的技術(shù)特點(diǎn)（1）鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池在車輛中被作為起動內(nèi)燃機(jī)的起動電源使用。此外，也可以在發(fā)動機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的有限時(shí)間內(nèi)為用電器提供電流。電解槽主要由正負(fù)極板、隔板和組裝所需部件構(gòu)成。每個電解槽都輸出2V電壓。6個電解槽串聯(lián)在一起可以提供12V的蓄電池電壓。鉛酸蓄電池1—密封塞2—電眼3—提手4—蓄電池的正極接線柱5—蓄電池殼體6—用于固定蓄電池的底部滑軌7—由正極板組和負(fù)極板組構(gòu)成的極板組8—蓄電池的負(fù)極接線柱（2）鎳鎘蓄電池鎳鎘蓄電池（NiCd）經(jīng)過100年的發(fā)展直至今日仍然還在使用。它與鉛酸蓄電池的主要區(qū)別是在充電和放電期間電解液保持不變。已充電情況下鎳鎘電池槽的正極板為鎘，負(fù)極板則為氫氧化鎳，使用氫氧化鉀作為電解液。這種組合方式可提供1.2V的電壓。其能量密度與鉛酸蓄電池基本相同。（3）鎳氫混合動力蓄電池鎳氫混合動力蓄電池（NiMH蓄電池），電池槽可以提供1.2V的電壓。NiMH蓄電池的能量密度約為80W·h/kg，幾乎是NiCd蓄電池能量密度的兩倍。這種蓄電池可以在短時(shí)間內(nèi)以幾乎恒定的電壓釋放存儲的電能。NiMH蓄電池對過度充放電、過熱和電極錯誤的反應(yīng)較為敏感，此外對溫度也比較敏感。（4）鋰離子蓄電池當(dāng)今能量需求較高的便攜設(shè)備（移動電話、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等）基本都采用了鋰離子電池為其提供能量。因?yàn)槠淠芰棵芏容^高，所以對電動和混合動力車輛尤為有益。此外它在放電時(shí)可提供恒定的電壓且沒有記憶效應(yīng)。常見鋰離子電池的正極由多層鋰金屬氧化物制成（例如LiCoO2或LiNiO2），負(fù)極則由多層石墨制成，兩個電極都位于無水電解液中，隔板安裝在兩個電極之間。鋰離子的移動使鋰離子電池產(chǎn)生一個源電壓。鋰離子蓄電池的自放電較小，且因?yàn)殇囯x子的移動力較高所以其效率可達(dá)96%。該效率的大小取決于溫度，在低溫下將會大幅下降。使用鋰離子蓄電池時(shí)應(yīng)注意它的一些特點(diǎn)。蓄電池的機(jī)械損傷可能會導(dǎo)致電池槽短路。高強(qiáng)度電流會導(dǎo)致殼體熔化和起火。鋰離子蓄電池的外殼雖然是密封的，但不要將它放入水中。2.電機(jī)電機(jī)既可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，也可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)轉(zhuǎn)換能量的不同，被稱為電動機(jī)（將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能）或發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能）。豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)采用了交流同步電機(jī)，如右圖。MG1電機(jī)采用三相交流方式，為高電壓蓄電池充電并為MG2電機(jī)供電。通過調(diào)節(jié)發(fā)電量（改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速），MG1有效地控制變速驅(qū)動橋的連續(xù)可變變速器的功能。豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)的電機(jī)豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)中采用了“再生制動器”，它利用MG2電機(jī)的發(fā)電來再次利用動能。MG2電機(jī)通常在通電后開始轉(zhuǎn)動，但是當(dāng)外界力量帶動MG2電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它又可作為發(fā)電機(jī)來發(fā)電。因此，該車可利用驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)力帶動MG2電機(jī)發(fā)電，在給高電壓蓄電池充電的同時(shí)，又可利用發(fā)電時(shí)的電阻來減速。行星齒輪機(jī)構(gòu)將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力分配給驅(qū)動輪和電機(jī)。采用由齒環(huán)、小齒輪、太陽齒輪、行星支架組成的行星齒輪，高效率地分配動力。3.動力控制單元使用電動機(jī)行駛的豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)中安裝有由變頻器、增壓轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器組成的動力控制單元，安裝在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，如右圖。動力控制單元變頻器變頻器總成內(nèi)部為多層結(jié)構(gòu)，主要由電容、智能動力模塊、反應(yīng)器、MGECU、DC/DC轉(zhuǎn)換器等組成，如下圖。（1）變頻器增壓轉(zhuǎn)換器增壓轉(zhuǎn)換器包括增壓IPM（集成功率模塊）、內(nèi)置的IGBT（絕緣二極管）進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制、反應(yīng)器存儲能量，如下圖。（2）增壓轉(zhuǎn)換器+變頻器系統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換器將高電壓蓄電池和發(fā)電機(jī)發(fā)出的DC201.6V減壓至DC12V，以供車輛的輔助設(shè)備（如車燈、音響設(shè)備）、電子部件ECU作為電源使用（見下圖），一般安裝在變頻器的下方。（3）DC/DC轉(zhuǎn)換器作用示意圖4.輔助蓄電池混合動力車輛一般都有一只輔助蓄電池，給車輛的車燈、音響等輔助設(shè)備，以及電子部件ECU供電。豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)中的輔助蓄電池安裝在行李箱右側(cè)，如上下圖。輔助蓄電池（三）插電式混合動力汽車（PHEV）技術(shù)特點(diǎn)比亞迪-秦動力原理圖由圖可看出，其發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)與電動機(jī)動力系統(tǒng)是孤立分開的，也就是說插電式混合動力驅(qū)動原理及驅(qū)動單元與電動車相同，唯一不同的是車上裝備有一臺發(fā)動機(jī)。1.動力電池組動力電池組的作用是為電動機(jī)提供動力電源，如下圖。比亞迪—秦動力電池組2.高壓配電箱高壓配電箱將電池包的高壓直流電分配給整車高壓電器使用，其上游是電池包，下游包括驅(qū)動電機(jī)控制器及DC總成、PTC加熱器、電動壓縮機(jī)、漏電傳感器；也將車載充電器的高壓直流電分配給電池，如下圖。比亞迪—秦高壓配電箱3.電池管理控制器（BCM）電池管理控制器負(fù)責(zé)總電壓監(jiān)測、總電流監(jiān)測、SOC計(jì)算、充放電管理、接觸器控制、功率控制、電池異常狀態(tài)報(bào)警和保護(hù)、漏電報(bào)警、碰撞保護(hù)、自檢以及通信功能等，如右圖。電池管理控制器4.驅(qū)動電機(jī)控制器與DC總成驅(qū)動電機(jī)控制器與DC總成的安裝位置，如右圖。驅(qū)動電機(jī)控制器與DC總成驅(qū)動電機(jī)控制器的作用：作為動力系統(tǒng)的總控中心，根據(jù)工況控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等；協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)工作；硬件采集電機(jī)的旋變、溫度、制動及加速踏板開關(guān)信號；通過CAN通信采集制動深度、檔位信號、駐車開關(guān)信號、起動命令、電池管理控制器相關(guān)數(shù)據(jù)、控制器的故障信息；內(nèi)部處理的信號有直流側(cè)母線電壓、交流側(cè)三相電流、IGBT溫度、電機(jī)的三相繞組阻值。5.交流充電口總成車輛外部通過充電連接裝置連接到交流充電設(shè)備，車輛內(nèi)部通過高壓電纜連接到車載充電器上，如右圖。比亞迪—秦交流充電口總成6.車載充電器車載充電器的作用是將交流充電口傳遞過來的交流電源轉(zhuǎn)換為直流高壓電為動力電池充電，如下圖比亞迪—秦車載充電器二、任務(wù)實(shí)施任務(wù)1.請根據(jù)自身的認(rèn)知寫下你認(rèn)為的混合動力汽車技術(shù)特點(diǎn)2.請列舉出不同混合動力汽車之間的區(qū)別3.請寫出不同混合動力汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)筆記任務(wù)2混合動力汽車的驅(qū)動方式為了實(shí)現(xiàn)最高水準(zhǔn)的低油耗，普銳斯混合動力系統(tǒng)分別發(fā)揮電動機(jī)和發(fā)動機(jī)各自特長的行駛模式如下圖。一、相關(guān)知識普銳斯混合動力系統(tǒng)（一）混合動力汽車的幾種行駛狀態(tài)1.停車時(shí)當(dāng)發(fā)動機(jī)處于運(yùn)行溫度停車時(shí)（例如紅燈等待時(shí)），動力系統(tǒng)全部停止。在停車時(shí)，發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)全部自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)，如右圖，不會因怠速而浪費(fèi)能量。停車時(shí)2.起動時(shí)這時(shí)系統(tǒng)充分利用電動機(jī)起動時(shí)的低速轉(zhuǎn)矩。當(dāng)汽車起動時(shí)，普銳斯混合動力系統(tǒng)僅使用由高壓蓄電池提供能量的電動機(jī)的動力起動，這時(shí)發(fā)動機(jī)并不運(yùn)轉(zhuǎn)，如右圖。起動時(shí)3.正常行駛時(shí)這時(shí)由高效利用能量的電動機(jī)繼續(xù)驅(qū)動行駛。對于發(fā)動機(jī)而言，在正常行駛時(shí)的效率并不理想，而電動機(jī)在正常行駛時(shí)性能優(yōu)越。因此，在正常行駛時(shí)，普銳斯混合動力系統(tǒng)使用高壓蓄電池的電力，驅(qū)動電動機(jī)行駛，如右圖所示。正常行駛時(shí)4.加速行駛時(shí)這時(shí)車輛利用雙動力來獲得更高一級的加速性能。在需要強(qiáng)勁加速力（如爬陡坡及超車）時(shí)，高壓蓄電池也提供電力，來加大電動機(jī)的驅(qū)動力，如右圖。加速行駛時(shí)5.高速行駛時(shí)在低油耗的速度區(qū)間，普銳斯混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)作為主要動力源，使它產(chǎn)生最高的效率。由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀況部分動力被分配給發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電動機(jī)和輔助發(fā)動機(jī)，如右圖。高速行駛時(shí)6.減速/能量再生時(shí)這時(shí)系統(tǒng)將減速時(shí)的能量回收到高壓蓄電池中用于再利用。在踩制動踏板和松加速踏板時(shí)，普銳斯混合動力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機(jī)使用，如右圖。減速/能量再生時(shí)發(fā)動機(jī)起動控制發(fā)動機(jī)起動控制順序如下：點(diǎn)火開關(guān)接通，需要增加驅(qū)動力時(shí)燃油泵運(yùn)行，高壓蓄電池通過電機(jī)控制器使電機(jī)起動并提高轉(zhuǎn)速，電液式分離離合器平穩(wěn)接合，接著電機(jī)起動發(fā)動機(jī)，如下圖。1.（二）混合動力汽車驅(qū)動控制策略發(fā)動機(jī)起動控制起步和低速行駛控制（EV模式）在混合動力系統(tǒng)上，如果車速低于10m/h，發(fā)動機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)發(fā)動機(jī)離合器分離，這樣發(fā)動機(jī)不會反作用倒拖。車輛由高壓蓄電池通過電機(jī)控制器使電機(jī)起動，電機(jī)通過電機(jī)離合器的接合來單獨(dú)驅(qū)動驅(qū)動輪，如下圖。2.起步和低速行駛控制（EV模式）加速行駛控制（混合模式）如果完全踩下加速踏板，此時(shí)發(fā)動機(jī)和電機(jī)離合器均閉合，由燃油泵和高壓蓄電池作為動力源，發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動混合動力車輛（如下圖）。電機(jī)主要按照駕駛?cè)说囊庠负透邏盒铍姵氐碾娏克絹磔o助加速車輛。3.加速行駛控制（混合模式）高速行駛控制（發(fā)動機(jī)模式）當(dāng)在高速行駛時(shí)，混合動力車輛由發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)模式，類似于傳統(tǒng)車輛的驅(qū)動方式。高壓蓄電池和車輛蓄電池同時(shí)在充電，如下圖。車輛蓄電池按照需要進(jìn)行充電，這種充電需求是根據(jù)監(jiān)控單元提供的直流/直流變壓器輸出電壓參數(shù)來判斷的。4.高速行駛控制（發(fā)動機(jī)模式）5.D位或制動減速滑行控制混合動力車輛以D位或制動減速滑行時(shí)，發(fā)動機(jī)離合器打開，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。電機(jī)離合器完全閉合，作為發(fā)電機(jī)的電機(jī)進(jìn)入完全發(fā)電模式，如下圖。D位或制動減速滑行控制車輛滑行時(shí)，由于發(fā)動機(jī)離合器未打開，發(fā)動機(jī)在切斷燃油供給的情況下處于倒拖狀態(tài)（如上圖）。由于發(fā)動機(jī)被倒拖消耗了能量，造成回收的動能減少。除此之外，這種運(yùn)行模式還受車速和發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)影響。制動滑行時(shí)發(fā)動機(jī)倒拖狀態(tài)6.停車時(shí)充電控制在READY指示燈打開、變速器處于P位或倒檔時(shí)，如果監(jiān)視項(xiàng)目滿足條件，則能順利起動發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)離合器閉合帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)（作為發(fā)電機(jī)使用），通過電機(jī)控制器為高壓蓄電池和輔助蓄電池充電。為了防止電機(jī)驅(qū)動驅(qū)動輪，電機(jī)離合器分離，如下圖。停車時(shí)充電控制二、任務(wù)實(shí)施任務(wù)1.請列舉出混合動力汽車的幾種行駛狀態(tài)的特點(diǎn)2.請列舉出混合動力汽車不同的控