混合动力电动汽车技术
引言
随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并巳有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。
混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，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Hybrid Electric Vehicle.根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建议,对混合动力汽车的定义为:有多于一种的能量转换器能提供驱动动力的混合型电动汽车.简而言之就是混合型电动汽车,即使用蓄电池和副能量单元(Auxiliary Power Unit.简称APU)的电动汽车.这个辅助动力单元实际上是一部燃烧某种燃料的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.选用的原动机可以是内燃机.也可以是燃气轮机,斯特林发动机等其它热机.它主要包括内燃机,电动机,发电机,蓄电池以及控制系统等,根据汽车运行工况的要求,内燃机与电动机进行优化耦合,以实现汽车的良好的动力性,燃油经济性,排放性能,可靠性, 安全性和适用性等指标.HEV是传统内燃机车辆与电动车辆产生的混血儿,它继承了电动汽车低排放的优点,又发扬了石油燃料高的比能量和比功率的长处,显著改善了传统内燃机汽车的排放和燃油经济性,增加了电动汽车的续驶里程,在由内燃机汽车向电动汽车的转变过程中扮演着承上启下,继往开来的角色。
1混合动力电动汽车技术概况
1.1主要分类和基本结构
1．串联式混合动力汽车 Series Hybrid Electric Vehicle (SHEV)
串联式混合动力系统用电动机驱动车轮，电动机的电力来自发动机。
串联式混合动力系统利用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。
其基本结构是由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器组成。由一个小输出功率的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。由于内燃发动机的动力是以串联的方式供应到电动机，所以称为“串联式混合动力系统”。如下图：
2. 并联式混合动力电动汽车 Parallel Hybrid Electric Vehicle (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，其基本结构是由电动机、发动机、HV蓄电池、变压器和变速器组成。
并联式混合动力系统中利用HV蓄电池的电力来驱动电动机。因电动机兼用为发电机，所以不能一边发电一边用来行驶。动力的流向为并联，所以称为“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 Split Hybrid Electric Vehicle (PSHEV)
混联式混合动力利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。
混联式混合动力利用电动机和发动机这两个动力来驱动车轮，同时电动机在行驶当中还可以发电。
根据行驶条件的不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者利用发动机和电动机驱动行驶。另外还安装有发电机，所以可以一边行驶，一边给HV蓄电池充电。基本结构由电动机、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)组成。利用动力分离装置将发动机的动力分成两份，一部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，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。本系统通过理想地控制
二者，可在所有条件下提供高效率的行驶。如下图：
混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。
1.2混合动力汽车的控制系统
在HEV上普遍采用以计算机为核心的现代计算机技术和自动控制技术，各种智能控制系统，包括自适应控制技术（MRAC）、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统（Expert system）、神经网络控制系统（Neural networks）等也逐渐应用到EV、FCEV和HEV上，使HEV更加安全、节能、环保和舒适。
能量管理系统采取层级式控制：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；中间一层包括五个低端控制器，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，寿命长的新开发的HV蓄电池。它是在旧型号THS采用的小型高性能镍氢蓄电池基础上，改进了电极材料与各单体蓄电池之间的连接结构，所以降低了蓄电池的内阻，提高了许可证电池的输出密度。由于在THS2上采取了行车中保持一定充电状态的控制，所以，不需要利用外部充电。
HV蓄电池组包括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个壳体内，设置在后座位之后。
蓄电池组的电池部分由28个模块串联而成，每个模块是由6个1。2伏的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的高电压。蓄电池计算机在保持充电状态为适当值的同时，还将完成下列控制：
1*4充电状态的管理
为了保证在加速等场合下放电，在减速时利用制动器回收充电的反复进行，HV蓄电池将一直向HV蓄电池计算机输出充电状态信号，HV蓄电池计算机利用充放电电流的累计值，将充电状态值始终控制在目标范围之内。
1*5冷却风扇的控制
HV蓄电池的充放电将引起自身的发热，为确保蓄电池性能，对冷却风扇的工作方式进行控制。
1*6外部充电器的控制
指在利用内部充电器充电的过程中，监视蓄电池状态，保证适当充电所进行的控制。
1*7与空调之间的通讯
通过HV控制计算机，根据空调的要求来改变冷却风扇的工作方式。
1*8蓄电池状态的监控
监视蓄电池的温度及电压等，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，按要求使报警灯亮，输出与记忆诊断代码。
1*9冷却风扇
当蓄电池的温度升高时，冷却风扇将按照蓄电池计算机的指令调节风量。此外，还可根据空调的要求，改变空调的工作方式。
冷却风扇的进风口设在座椅的右侧。利用风机将从车厢内吸进的空气引入到蓄电池组的右上方，使其由上而下地吹过蓄电池模块之间，对其进行冷却。冷却后完成热交换的空气，从蓄电池组的右下方，经过后货舱右侧的排气管，排至后货舱与车外。
1*10 系统主继电器（SMR）
SMR按照HV控制计算机的指令，接通与切断高压电路电源。加上控制正负两极用的在内，SMR共配置了3个继电器，保证了动作的可靠。在接通高压系统时，首先是接通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，所以防止高压的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是否已可靠的断开。
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部分的防护状态并自动地断开系统主继电器。当连锁机构动作时，仪表板上的主报警灯亮，以通知驾乘人员。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
