人们普遍认为电动汽车终将取代燃油汽车, 但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用, 专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车。混合动力电动汽车HEV (Hybird Electric Vehicle) 作为燃油发动机汽车和电动汽车的中间产品以其低排放、节能的优势出现在我们的视野, 中国的自主品牌混合动力汽车也被提上日程, 与此同时研制混合动力电动汽车的先驱日本丰田和汽车巨头通用汽车已在中国市场分别投放了丰田新款普锐斯和别克君越混合动力汽车。在此我就以这两款车的混合动力系统中电动系统作一个分析比较。
1 混合动力系统的工作原理
以丰田普锐斯为例, 丰田混合动力系统 (THS-II) 是用发动机和电动/发电机MG2提供的两种动力驱动汽车, 并使用电动/发电机MG1作为发电机主要向蓄电池供电或作为起动机来起动发动机。丰田普锐斯的混合动力系统根据车辆行驶状况曲线综合操作发动机、MG1、MG2, 来驱动车辆。
2 混合动力系统的主要部件
2.1 电动/发电机
别克君越的电动/发电机单元 (MGU) , 是一个可维修的16极永久磁铁增强型交流电机。此装置不仅作为一个36V发电机使用, 也用于提供发动机备用电源并在发动机自动停止后起动发动机。
丰田普锐斯使用的是交流永磁同步型电动发电机 (MG1和MG2) , 最高交流电压500V, 其特点结构紧凑、重量轻、效率高, 由水冷系统冷却。MG1和MG2作为辅助动力源使汽车平稳起步和加速, 其中MG1为HV蓄电池充电并为MG2供电又可作为起动机起动发动机, 此外还有效地控制变速驱动桥连续变速的功能, 混合动力变速驱动桥如图1所示。电机中转速传感器针对MG1和MG2的转速有效地反馈给HV ECU。MG1和MG2与行星齿轮组结合在一起, 通过无极变速使车辆平稳行驶。
比较丰田普锐斯的电机布置模式和别克君越的电机带动发动机的动力传递模式可以看出两者的设计思想完全不同, 普锐斯更接近于电动汽车的概念而别克君越还停留在较陈旧的设计框架即电机快速带动发动机运行后, 发动机再动力输出, 等汽车减速或制动后电机作为发电机再生制动向蓄电池充电。由于有了电动/发电机, 这两类车都省略了12V的交流发电机。
2.2 H V蓄电池 (混合动力蓄电池) 模块
别克君越的HV蓄电池模块总成包含几个独立的可维修的部件:发电机蓄电池、发电机蓄电池通风风扇、发电机蓄电池温度传感器、发电机蓄电池控制单元等。蓄电池由串联在一起的3个单独的12V蓄电池单元组成。如需更换某一单元蓄电池则需要3个整体同时更换。蓄电池控制单元监测发电机蓄电池内的温度、电压和电流量并控制蓄电池通风风扇。HV蓄电池通风风扇是一个变速风扇由蓄电池控制单元控制供电。风扇从发电机蓄电池托架总成底部吸入冷却空气, 并将热空气排入到行李箱底部散热。风扇速度按电池温度自动调节, 以确保HV蓄电池温度保持在标准范围内。位于HV蓄电池负极的200A熔断丝为避免电流过大以保护系统安全。
丰田普锐斯也是采用镍氢电池作为HV蓄电池, 蓄电池控制单元和系统主继电器也集中整合在一个模块内, 并安放在后座后方行李箱底部。普锐斯的HV蓄电池也配备了专用的冷却系统防止蓄电池在充/放电过程中过热。蓄电池控制单元根据蓄电池的温度传感器信号和通风口进气温度信号来控制冷却风扇的转速大小。蓄电池控制单元监视蓄电池的温度、电压、电流及泄漏情况, 还通过估计充放电电流计算SOC的状态 (电池荷电充电状态) 。
比较普锐斯和君越的HV蓄电池控制单元的功能较相似, 都是为驱动电机提供电力。在控制模块的设计上, 丰田普锐斯还比君越多一个进气温度传感器能更有效的防止蓄电池温升过快, 这主要是两者的HV蓄电池电压、输出功率、散热条件等因素不同而采取的不同方案。
2.3 电动/发电机控制单元和逆变器
HV蓄电池是直流电池, 而作为电动/发电机的电源是交流电, 因此要通过转换器将HV蓄电池的直流电源转变为3相交流电源驱动电动/发电机运行, 同时电源转换器也将电动/发电机的交流输出电源调整为直流电源, 给HV蓄电池充电。别克君越的电动/发电机控制单元就起到这个作用:36V直流电源转变为3相交流电源将电动/发电机作为一个电机驱动, 电源逆变器也将电动/发电机的36V交流输出电源调整为36V直流电源, 以用于给36VHV蓄电池充电。丰田普锐斯也是将直流电源和交流电源相互转换驱动电动机或向蓄电池充电, 但由于普锐斯的电动/发电机的额定电压500V因此在转换过程中还要增加增压和降压过程。
丰田普锐斯的电压电流转换的过程比别克君越复杂, 但基本原理相似:发电机的交流电转变成直流电向HV蓄电池充电并再减压后向后备12V蓄电池充电, 电动机工作时HV蓄电池的直流电转变成交流电驱动电机工作。别克君越由于本身设计理念偏重于提高燃油发动机效率来降低燃油消耗、减少排放考虑, 因此电机利用效率还很低, 控制原理和结构简单, 其优势是便于故障诊断和维修。
摘要：本文主要介绍混合动力汽车的工作原理及别克君越与丰田普锐斯两款我国市场正在销售的混合动力汽车的混合动力系统在电动系统上比较。
关键词：混合动力汽车,别克君越,丰田普锐斯
参考文献
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