淺析混合動力汽車

摘 要:本文主要介紹混合動力汽車的工作原理及別克君越與豐田普銳斯兩款我國市場正在銷售的混合動力汽車的混合動力系統(tǒng)在電動系統(tǒng)上比較。

關(guān)鍵詞:混合動力汽車 別克君越 豐田普銳斯

中圖分類號:U46\t\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0042-01

人們普遍認為電動汽車終將取代燃油汽車，但是目前的電池技術(shù)問題阻礙了電動汽車的應用，專家估計在10年以內(nèi)電動汽車還無法取代燃油發(fā)動機汽車?；旌蟿恿﹄妱悠嘓EV(Hybird Electric Vehicle)作為燃油發(fā)動機汽車和電動汽車的中間產(chǎn)品以其低排放、節(jié)能的優(yōu)勢出現(xiàn)在我們的視野，中國的自主品牌混合動力汽車也被提上日程，與此同時研制混合動力電動汽車的先驅(qū)日本豐田和汽車巨頭通用汽車已在中國市場分別投放了豐田新款普銳斯和別克君越混合動力汽車。在此我就以這兩款車的混合動力系統(tǒng)中電動系統(tǒng)作一個分析比較。

1 混合動力系統(tǒng)的工作原理

以豐田普銳斯為例，豐田混合動力系統(tǒng)(THS-II)是用發(fā)動機和電動/發(fā)電機MG2提供的兩種動力驅(qū)動汽車，并使用電動/發(fā)電機MG1作為發(fā)電機主要向蓄電池供電或作為起動機來起動發(fā)動機。豐田普銳斯的混合動力系統(tǒng)根據(jù)車輛行駛狀況曲線綜合操作發(fā)動機、MG1、MG2，來驅(qū)動車輛。

2 混合動力系統(tǒng)的主要部件

2.1 電動/發(fā)電機

別克君越的電動/發(fā)電機單元 (MGU)，是一個可維修的16極永久磁鐵增強型交流電機。此裝置不僅作為一個36V發(fā)電機使用，也用于提供發(fā)動機備用電源并在發(fā)動機自動停止后起動發(fā)動機。

豐田普銳斯使用的是交流永磁同步型電動發(fā)電機(MG1和MG2)，最高交流電壓500V，其特點結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，由水冷系統(tǒng)冷卻。MG1和MG2作為輔助動力源使汽車平穩(wěn)起步和加速，其中MG1為HV蓄電池充電并為MG2供電又可作為起動機起動發(fā)動機，此外還有效地控制變速驅(qū)動橋連續(xù)變速的功能，混合動力變速驅(qū)動橋如圖1所示。電機中轉(zhuǎn)速傳感器針對MG1和MG2的轉(zhuǎn)速有效地反饋給HV ECU。MG1和MG2與行星齒輪組結(jié)合在一起，通過無極變速使車輛平穩(wěn)行駛。

比較豐田普銳斯的電機布置模式和別克君越的電機帶動發(fā)動機的動力傳遞模式可以看出兩者的設(shè)計思想完全不同，普銳斯更接近于電動汽車的概念而別克君越還停留在較陳舊的設(shè)計框架即電機快速帶動發(fā)動機運行后，發(fā)動機再動力輸出，等汽車減速或制動后電機作為發(fā)電機再生制動向蓄電池充電。由于有了電動／發(fā)電機，這兩類車都省略了12V的交流發(fā)電機。

2.2 HV蓄電池(混合動力蓄電池)模塊

別克君越的HV蓄電池模塊總成包含幾個獨立的可維修的部件:發(fā)電機蓄電池、發(fā)電機蓄電池通風風扇、發(fā)電機蓄電池溫度傳感器、發(fā)電機蓄電池控制單元等。蓄電池由串聯(lián)在一起的3個單獨的12V蓄電池單元組成。如需更換某一單元蓄電池則需要3個整體同時更換。蓄電池控制單元監(jiān)測發(fā)電機蓄電池內(nèi)的溫度、電壓和電流量并控制蓄電池通風風扇。HV蓄電池通風風扇是一個變速風扇由蓄電池控制單元控制供電。風扇從發(fā)電機蓄電池托架總成底部吸入冷卻空氣，并將熱空氣排入到行李箱底部散熱。風扇速度按電池溫度自動調(diào)節(jié)，以確保HV蓄電池溫度保持在標準范圍內(nèi)。位于HV蓄電池負極的200A熔斷絲為避免電流過大以保護系統(tǒng)安全。

豐田普銳斯也是采用鎳氫電池作為HV蓄電池，蓄電池控制單元和系統(tǒng)主繼電器也集中整合在一個模塊內(nèi)，并安放在后座后方行李箱底部。普銳斯的HV蓄電池也配備了專用的冷卻系統(tǒng)防止蓄電池在充/放電過程中過熱。蓄電池控制單元根據(jù)蓄電池的溫度傳感器信號和通風口進氣溫度信號來控制冷卻風扇的轉(zhuǎn)速大小。蓄電池控制單元監(jiān)視蓄電池的溫度、電壓、電流及泄漏情況，還通過估計充放電電流計算SOC的狀態(tài)(電池荷電充電狀態(tài))。

比較普銳斯和君越的HV蓄電池控制單元的功能較相似，都是為驅(qū)動電機提供電力。在控制模塊的設(shè)計上，豐田普銳斯還比君越多一個進氣溫度傳感器能更有效的防止蓄電池溫升過快，這主要是兩者的HV蓄電池電壓、輸出功率、散熱條件等因素不同而采取的不同方案。

2.3 電動/發(fā)電機控制單元和逆變器

HV蓄電池是直流電池，而作為電動/發(fā)電機的電源是交流電，因此要通過轉(zhuǎn)換器將HV蓄電池的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)?相交流電源驅(qū)動電動/發(fā)電機運行，同時電源轉(zhuǎn)換器也將電動/發(fā)電機的交流輸出電源調(diào)整為直流電源，給HV蓄電池充電。別克君越的電動/發(fā)電機控制單元就起到這個作用:36V直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)?相交流電源將電動/發(fā)電機作為一個電機驅(qū)動，電源逆變器也將電動/發(fā)電機的36V交流輸出電源調(diào)整為36V直流電源，以用于給36VHV蓄電池充電。豐田普銳斯也是將直流電源和交流電源相互轉(zhuǎn)換驅(qū)動電動機或向蓄電池充電，但由于普銳斯的電動/發(fā)電機的額定電壓500V因此在轉(zhuǎn)換過程中還要增加增壓和降壓過程。

豐田普銳斯的電壓電流轉(zhuǎn)換的過程比別克君越復雜，但基本原理相似:發(fā)電機的交流電轉(zhuǎn)變成直流電向HV蓄電池充電并再減壓后向后備12V蓄電池充電，電動機工作時HV蓄電池的直流電轉(zhuǎn)變成交流電驅(qū)動電機工作。別克君越由于本身設(shè)計理念偏重于提高燃油發(fā)動機效率來降低燃油消耗、減少排放考慮，因此電機利用效率還很低，控制原理和結(jié)構(gòu)簡單，其優(yōu)勢是便于故障診斷和維修。

參考文獻

[1]\t李興虎.電動汽車概論[M].北京:北京理工大學出版社，2005.

[2]\t豐田Prius新車特征.技術(shù)手冊.一汽豐田汽車內(nèi)部維修資料.

[3]\t別克君越混合動力技術(shù)手冊.上海通用汽車內(nèi)部維修資料.

[4]\t汽車維修與保養(yǎng)[J].中國北方車輛研究所，2008(8～9).