【文章內(nèi)容簡介】 需的驅(qū)動功率與發(fā)動機輸出功率不一致時，由控制器控制發(fā)電機向電池充電或使電池向電動機放電，電池充電和放電電流的大小則由控制器根據(jù)電動機驅(qū)動功率的變化情況進(jìn)行控制。這樣的結(jié)構(gòu)形式和控制方式使串聯(lián)式混合動力電動汽車具有如下性能特點:　　發(fā)動機工作狀態(tài)不受汽車行駛工況的影響，始終在其最佳的工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行，因此發(fā)動機具有良好的經(jīng)濟性和低排放指標(biāo)；　　由于有電池進(jìn)行驅(qū)動功率的“調(diào)峰”，發(fā)動機的功率只需滿足汽車在某一速度下穩(wěn)定運行工況所需的功率，因此可選擇功率較小的發(fā)動機；　　發(fā)動機與驅(qū)動橋之間無機械連接，對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無任何要求，發(fā)動機的選擇范圍較大；　　發(fā)動機與電動機之間無機械連接，整車的結(jié)構(gòu)布置自由度較大；　　發(fā)動機的輸出需全部轉(zhuǎn)化為電能，再變?yōu)轵?qū)動汽車的機械能，需要功率足夠大的發(fā)電機和電動機；　　要起到良好的發(fā)電機輸出功率平衡作用，又要避免電池出現(xiàn)過充電或過放電，需要較大的電池容量；　　發(fā)電機將機械能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、電動機將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能以及電池充電和放電時都有能量損失，因此，發(fā)動機輸出能量的利用率比較低；　　串聯(lián)式混合動力電動汽車發(fā)動機能保持在最佳工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運行這一特點的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在低速、加速等運行工況。而在汽車高速行駛時，由于其電傳動效率低抵消了發(fā)動機油耗低的優(yōu)點，因此，串聯(lián)式混合動力電動汽車更適合于在市內(nèi)的低速運行工況。在繁華的市區(qū)，汽車在起步和低速時還可以關(guān)閉發(fā)動機，可以只利用電池進(jìn)行功率輸出，使汽車達(dá)到零排放。（2）并聯(lián)式混合動力電動汽車①結(jié)構(gòu)特點 并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖25。發(fā)動機通過機械傳動裝置與驅(qū)動橋連接，電動機通過動力復(fù)合裝置也與驅(qū)動橋相連，汽車可由發(fā)動機和電動機共同驅(qū)動或各自單獨驅(qū)動。 并聯(lián)式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)形式更像是附加了一個電動機驅(qū)動系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機汽車。電動機起“調(diào)峰”作用，即：當(dāng)汽車運行工況所需的功率超過了發(fā)動機的功率時，電動機從電池獲得能量產(chǎn)生電磁力矩，并向驅(qū)動橋提供額外的驅(qū)動功率。有的并聯(lián)式混合動力電動汽車也有發(fā)電機，但其主要作用是向電池充電，以保持電池的荷電狀態(tài)（SOC），即：當(dāng)電池放電較多，其SOC值較低時，控制器可控制發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機并向電池充電，使電池的SOC恢復(fù)到設(shè)定值，保證混合驅(qū)動方式下的續(xù)駛里程。　 ②性能特點　　并聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)動機功率也是以汽車某一速度下穩(wěn)定行駛工況所需的功率選定的。當(dāng)汽車在低速或變速工況行駛時，需通過加速踏板和變速器來調(diào)節(jié)發(fā)動機的功率輸出，而在汽車高速行駛過程中，發(fā)動機的輸出功率低于汽車行駛所需功率時，由控制器控制電動機協(xié)助驅(qū)動。這樣的結(jié)構(gòu)形式和控制方式使并聯(lián)式混合動力電動汽車具有如下性能特點 ：　　 圖 2—5 并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)動機通過機械傳動機構(gòu)直接驅(qū)動汽車，無機電能量轉(zhuǎn)換損失，因此發(fā)動機輸出能量的利用率相對較高，而且當(dāng)汽車的行駛工況使發(fā)動機在其最佳的工作范圍內(nèi)運行時，并聯(lián)式的HEV燃油經(jīng)濟性比串聯(lián)式的高；　　有電動機進(jìn)行“調(diào)峰”作用，發(fā)動機的功率也可適當(dāng)減小；　　當(dāng)電動機只是作為輔助驅(qū)動系統(tǒng)時，功率可以比較?。弧　∪绻b備發(fā)電機，發(fā)電機的功率也可較小；　　由于有發(fā)電機補充電能，比較小的電池容量即可滿足使用要求；　　并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)最適合于汽車在中、高速穩(wěn)定行駛的工況，而在其他行駛工況下，由于發(fā)動機不在其最佳的工作區(qū)域內(nèi)運行，發(fā)動機的油耗和排污指標(biāo)不如串聯(lián)式。　　并聯(lián)式混合動力電動汽車也可實現(xiàn)零排放控制。在繁華的市區(qū)低速行駛時，可通過關(guān)閉發(fā)動機和離合器分離使汽車以純電動方式運行。但這樣就需要功率足夠大的電動機，所需的電池容量也相應(yīng)要大。 （3）混聯(lián)式混合動力電動汽車 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電機發(fā)出的電能由控制器控制，輸送給電動機或電池，電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動橋。圖2—6 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)示意圖混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主?！　』炻?lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，能夠使發(fā)動機、發(fā)電機、電動機等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了即使在更為復(fù)雜的工況下系統(tǒng)仍能工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此，易于實現(xiàn)排放和油耗的控制目標(biāo)?！　∨c并聯(lián)式相比，混聯(lián)式的動力復(fù)合形式更復(fù)雜，因此對動力復(fù)合裝置的要求更高。目前的混聯(lián)式結(jié)構(gòu)一般以行星齒輪作為動力復(fù)合裝置的基本構(gòu)架。第三章 電動汽車動力蓄電池及儲能裝置第一節(jié) 電池的分類及有關(guān)術(shù)語一、電池的分類 常見的電池可區(qū)分為大約4000多種，詳細(xì)地劃分的話也可區(qū)分為大約38種。但若按照電池的原理區(qū)分的話可以分為物理電池、生物電池和化學(xué)電池三大類。生物電池有利用酶、微生物或葉綠素分別做成的酶電微生物電池和生物太陽能電池等，其工作的物理基礎(chǔ)是生物表現(xiàn)出來的帶電現(xiàn)象。物理電池指利用物理原理制成的電池，其特點是能在一定條件下實現(xiàn)能量的直接轉(zhuǎn)換。化學(xué)電池是一種直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其學(xué)名為化學(xué)電源。通常所說的電池即指的是這類電池。化學(xué)電池 按電解質(zhì)分類 按正負(fù)極材料分類 按功能分類 堿性電池 酸性電池 中性電池 有機電解液電池 鋅系列電池 鎳系列電池 鋁系列電池 鋰系列電池 MnO2系列電池 空氣系列電池 一次電池 二次電池 燃料電池 儲備能量電池 圖31 化學(xué)電池的分類 化學(xué)電池常見的分類方法有三種： 第一種是按電解液種類分類，可把常見的電池分為堿性電池、酸性電池、中性電池及有機電解液電池四種。 第二種是根據(jù)電池所用正、負(fù)極材料的不同，可把常見的電池分為鋅系電池、鉛系電池、鋰系電池、二氧化錳系電池及空氣（氧氣）系電池。 第三種是根據(jù)工作的性質(zhì)和儲存方式不同，可把常見的電池分為一次電池、二次電池、燃料電池、儲備電池四類。如圖3—1所示二、有關(guān)電池的常見術(shù)語 放電：電池向外電路輸送電流的過程。 放電容量：電池在規(guī)定條件下的放電電量或有效工作時間。 儲存壽命：電池在規(guī)定條件下儲存結(jié)束時，電池仍能保持規(guī)定的性能和儲存期限。 電池極端：電池連接外電路的部件。 電動勢：組成電池的兩個電極的平衡電位差。 放電率：放電率指放電是的速率，通常用“時率”和“倍率”表示。 充電：將外電路輸入蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來的操作過程。 充電率：蓄電池在規(guī)定的時間內(nèi)充到額定容量所需的電流值。 恒壓充電：充電時保持充電器端電壓不變的一種充電方法。 恒流充電：充電時保持充電電流不變的一種沖電方法。 極化：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)即電流為零轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)產(chǎn)生的電池電壓、電極電為的變化現(xiàn)象。 第二節(jié) 鉛酸蓄電池 一、鉛酸蓄電池的分類和特點 電動汽車用動力鉛酸電池有多種，常見的有個干呵電式蓄電池、濕荷電式蓄電池、閥控式蓄電池、免維護蓄電池、膠體蓄電池、水平板式蓄電池等。 動力鉛酸蓄電池與一般啟動用的蓄電池不同，既要求有瞬時大電流放電特點，又要求鉛酸蓄電池有持續(xù)大電流放電的能力。動力鉛酸蓄電池有以下幾個特點。 （1）單格電壓高，。 （2）比功率和功率密度大，內(nèi)阻小，長時間可輸出大電流。 （3）性能可靠，沖放電可逆性好。 （4）循環(huán)次數(shù)多，壽命長。 （5）結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。二、鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下： 正極： PbO2 + 2e + HSO4 + 3H+ == PbSO4 + 2H2O 負(fù)極： Pb + HSO4 == PbSO4 + H+ + 2e總反應(yīng)： PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O 從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)”。在蓄電池剛放電結(jié)束時，正、負(fù)極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的硫酸鉛是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細(xì)密的結(jié)晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會重新變成二氧化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實現(xiàn)了儲存電能和釋放電能的功能。 第三節(jié) 燃料電池 一、燃料電池的分類和特點：化學(xué)電池的分類料電池直接式 間接式 再生式 低溫 （〈200℃）H2O2 有機物—氧 含氧化合物氫—鹵素金屬—氧中溫 （200～750℃） H2O2 COO2NH3O2高溫 (750℃）H2O2 COO2 燃料電池 天然氣 石油 甲醇 乙醇 汽油 二甲醚生化燃料電池 葡萄糖 碳水化合物 尿素 尿素 熱再生 充電再生 光化學(xué)電池 輻射化學(xué)電池 圖32 燃料電池的分類燃料電池按電解質(zhì)劃分已有6個種類得到了發(fā)展，即堿性燃料電池、磷酸鹽型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池、固體聚合物燃料電池又稱為質(zhì)子交換膜燃料電池、及生物燃料電池。按工作溫度它們又分為高、中、低溫型燃料電池。工作溫度從室溫到373K(100℃)的為常溫燃料電池；工作溫度在373K(100℃)～573K(300℃)之間的為