【文章內(nèi)容簡介】 HEV 的分類 根據(jù)混合動力電動汽車驅動橋的多少可把 HEV 分為單軸驅動、雙軸驅動或多軸驅動HEV 三種。根據(jù)混合動力電動汽車動力系統(tǒng)的特點有不同的分類方法，可把混合動力電動汽車區(qū)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式。 （ 1） 串聯(lián)式混合動力電動汽車 ① 結構特點 串聯(lián)式驅動系統(tǒng)的示意圖見圖 24。發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，其電能通過電動機控制器 直接輸送到電動機，由電動機產(chǎn)生電磁力矩驅動汽車。在發(fā)動機與驅動橋之間通過電能實現(xiàn)動力傳遞，因此更像是電傳動汽車。電池通過控制器串接在發(fā)電機和電動機之間，其功能相當于發(fā)電機與電動機之間的 “水庫 ”，起功率平衡作用，即：當發(fā)電機的發(fā)電功率大于電動機所需的功率時，如汽車減速滑行、低速行駛或短時停車時，控制器控制發(fā)電機向電池充電；而當發(fā)電機發(fā)出的功率低于電動機所需的功率時，如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡時，就由電池向電動機提 供 不足部分的電能。 圖 24 串聯(lián)式驅動系統(tǒng)的示意圖 ② 性能特點 發(fā)動機功率是以汽車某一速度下穩(wěn)定運行工況所需的功率而選定的。當汽車運行工況變化，電動機所需的驅動功率與發(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)電動機驅動功率的變化情況進行控制。這樣的結構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； 由于有電池進行驅動功率的 “調峰 ”，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)動機與驅動橋之間無機械連接，對發(fā)動機的轉速無任何要求，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，整車的結構布置自由度較大； 發(fā)動機的輸出需全部轉化為電能，再變?yōu)轵寗悠嚨臋C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)電機將機械能量轉變?yōu)殡娔?、電動機將電能轉變?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閉發(fā)動機，可以只利用電池進行功率輸出，使汽車達到零排放。 （ 2） 并聯(lián)式混合動力電動汽車 ① 結構特點 并聯(lián)式驅動系統(tǒng)結構示意圖見圖 25。發(fā)動機通過機械傳動裝置與 驅動橋連接，電動機通過動力復合裝置也與驅動橋相連，汽車可由發(fā)動機和電動機共同驅動或各自單獨驅動。 并聯(lián)式混合動力電動汽車的結構形式更像是附加了一個電動機驅動系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機汽車。電動機起 “調峰 ”作用，即：當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，并向驅動橋提供額外的驅動功率。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：當電池放電較多，其 SOC 值較低時，控制器可控制發(fā)動機驅動發(fā)電機并向電池充電，使電池的 SOC 恢復到設定值，保證混合驅動方式下的續(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)助驅動。這樣的結構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 25 并聯(lián)式驅動系統(tǒng)結構示意圖 發(fā)動機通過機械傳動機構直接驅動汽車， 無機 電能量轉換損失，因此發(fā)動機輸出能量的利用率相對較高，而且當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； 有電動機進行 “調峰 ”作用，發(fā)動機的功率也可適當減小； 當電動機只是作為輔助驅動系統(tǒng)時，功率可以比較小； 如果裝備發(fā)電機，發(fā)電機的功率也可較?。? 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要大。 （ 3） 混聯(lián)式混合動力電動汽車 混聯(lián)式驅動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，其結構示意圖見 圖 26。發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅動橋，另一部分則驅動發(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)生的驅動力矩通過動力復合裝置傳送給驅動橋。 圖 26 混聯(lián)式驅動系 統(tǒng)構示意圖 混聯(lián)式驅動系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主。 混聯(lián)式驅動系統(tǒng)的結構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、電動機等部件進行更多的優(yōu)化匹配，從而在結構上保證了即使在更為復雜的工況下系統(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。 與并聯(lián)式相比，混聯(lián)式的動力復合形式更復雜，因此對動力復合裝置的要求更高。目前的混聯(lián)式結構一般以行星齒輪作為動力復合裝置的基本構架。 第三章 電動汽車動力蓄電池及儲能裝置 第一節(jié) 電池的分類及有關術語 一、電池的分類 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)能量的直接轉換。化學電池是一種直接把化學能轉換為電能的裝置，其學名為化學電源。通常所說的電池即指的是這類電池。 圖 31 化學電池的分類 化學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。 化學電池 按電解質分類 按正負極材料分類 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 第三種是根據(jù)工作的性質和儲存方式不同，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、有關電池的常見術語 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換為化學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：極化是電池由靜止狀態(tài)即電流為零轉入工作狀態(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 干荷 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，汽車用鉛酸蓄電池單格額定電壓可達 ，開路電壓 ，工作電壓 。 （ 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）結構簡單，價格低廉。 二、鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池充、放電化學反應的原理方程式如下： 正極 ： PbO2 + 2e + HSO4 + 3H+ == PbSO4 + 2H2O 負極： Pb + HSO4 == PbSO4 + H+ + 2e 總反應： PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O 從以上的化學反應方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時，正極的活性物質二氧化鉛和負極的活性物質金屬鉛都與硫酸電解液反應，生成硫酸鉛，在電化學上把這種反應叫做 “雙硫酸鹽化反應 ”。在蓄電池剛放電結束時，正、負極活性物質轉化成的硫酸鉛是一種結構疏松、晶體細密的結晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過程中，正、負極疏松細密的硫酸鉛，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)。正是這種可逆轉的電化學反應，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： 圖 32 燃料電池的分類 燃料電池按電解質劃分已有 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化學電池的分類 料電池 直接式 間接式 再生式 低溫 （〈 200℃） H2O2 有機物 —氧 含氧化合