插电式混合动力汽车结构原理简介(三)

2018-06-13北京王新旗

汽车维修与保养 2018年12期

关键词：电式蓄电池动力

◆文/北京王新旗

(接上期)

五、PHEV其他技术特点简介

下面对混合动力汽车包括插电式混合动力汽车的概念进行一下汇总分类，以方便读者对混合动力汽车的知识总体掌握，具体分类内容列于表1。

表1 混合动力汽车的分类

从表1中可以看到，微混只是某些厂家提出的一个概念，如果整车只具备怠速启停功能，从严格的定义来讲它并不能算是混合动力的一种形式或结构。混合动力汽车的串、并联关系列于表2。

表2 混合动力汽车的串、并联关系

从表2中可以看到，增程式混合动力汽车的结构就是串联式的结构，而插电式混合动力汽车绝大多数属于强混基础上的混联结构。由于插电式混合动力汽车通常是在强混的基础上升级或开发而来，因此，它最大的变化还是体现在对动力电池的升级及电源系统的改变上，比如将原来的镍氢电池组全新调整为锂离子电池组，使得额定电压从200V左右升为300V以上，充电系统要配置车载充电器，并能满足家庭充电的方便快捷，同时对空调的加热功能改进等等。

对混动发动机(包括插电式混动发动机)的以下几点技术特点，笔者还是考虑用些文字进行些简单的说明，如发动机的工作上也是有其特别之处，如图11所示。

图11 普通的奥托循环发动机

通常，发动机的工作过程分为进气、压缩、做功、排气四个阶段，传统发动机四个阶段活塞行程是相同的，而阿特金森循环是使发动机在进气行程结束后进气门仍在一段时间内保持开启，这样就将吸入的混合汽又吐出去一部分，简单的实现了膨胀比大于压缩比的效果，如图12所示。压缩比是汽缸总容积与燃烧室容积之比；膨胀比是等压加热循环(狄塞尔循环)中，等压加热后的体积与等压加热前体积的比值。因此在发动机的进气凸轮轴上，必然要安装VVT系统(图13)以解决对进气门的正时调节，这是进气凸轮轴加装VVT装置的一个主要目的之一。

图12 应用阿特金森循环的发动机

另一个就是为了适应混动发动机的启停控制，普通的低压铅酸蓄电池也会更换为AGM型(Absorbent Glass Mat Battery)蓄电池，如图14所示，这种蓄电池是专门可以适用于快速充放电，超长的使用寿命，且使用过程中无需添加水，因此它的售价往往也是普通铅酸蓄电池3～4倍，其特点是采用了超细玻璃纤维隔板技术。

图13 进气VVT装置混动发动机

图14 AGM型铅酸低压蓄电池

蓄电池加注的电解液固定于由玻璃纤维制成的吸收隔板内，电解液不再自由流动，电池可以放在任意位置，具有循环充电能力比普通蓄电池高、具有更长的使用寿命、在整个使用寿命周期内具有更高的电容量稳定性、低温性能更可靠、维护简单等优点。

在其他相关资料中也有提到一类VRLA电池(Valveregulated lead-acid battery)—密封式阀控铅酸蓄电池，也可以通俗地理解为VRLA蓄电池采用的是AGM式隔板技术。

六、PHEV的性能及其面临的主要问题

1.PHEV的性能

PHEV的动力电池要保证PHEV具有必要的动力性能指标和纯电动行驶里程，又不能增加太多的车辆质量，因此，电池必须要有足够高的能量密度和功率密度。与HEV不同，由于PHEV经常要采用纯电动模式行驶，因此电池需要在深放电工作的同时，也要保证有很常电的循环寿命。PHEV以纯电动模式行驶时，当电池在SOC降到较低的水平时，应仍能大电流放电。当电池的SOC较高时，应能接受大功率充电，以回收制动能量。电池应具有较低的成本，以降低整车的成本。

PHEV使用车载电池组可以减少车辆发动机冷启动时的排放，其原因在于冷启动期间，车辆采用电能单独工作模式，同时使用蓄电池的电能将催化转换器加热至一定温度，一旦催化转换器能够正常工作，发动机既可按照需要启动。但是，在极冷条件下，几乎所有的电池都不能很好地工作。这不仅因为可用电能的减少和内阻抗的增加(造成效率降低)，而且当放电功率很大时，电池的使用寿命将会受到严重影响。锂电池的典型工作温度范围为0～50℃。在极冷的条件下，电池的内阻会有很大程度的增加，输出的功率水平很低。

因此，为了增加PHEV在极冷天气条件下的续航里程和电池寿命，需要采取一些必要的措施。一种方法是为对电池组进行热隔离，以确保除了冷却水出口外电池单体和周围空气之间不存在或只有极少的热交换。在极冷或极热的条件下，这种热隔离方法可以使蓄电池在较长的时间里保持稳定的温度。另—种方法是在极冷条件下，通过消耗电池电能，使用内部加热器给蓄电池加热。此外，也可以通过接入电网使电池处于外部加热模式。

2.PHEV面临的主要问题

当前PHEV的研究面临的问题主要分为以下几个方面：根据市场和用户需要确定整车的结构、成本、控制策略、纯电动行驶里程的长度、电池能量和电机的功率等性能指标；满足PHEV所需的电池及其管理系统的开发；PHEV充电基础设施的建设等等。

PHEV还存在一个问题，那就是如果车主每次的行驶里程总是少于设计的电动续驶里程，并且经常给蓄电池充电，则发动机可能一直无需启动。这种情况可能会导致油箱里的燃油相对陈旧，也可能会导致某些机械结构，如发动机中的零部件卡死等情况。为此，一些PHEV车型(如雪佛兰Volt)在设计上增加了维修模式，该模式既可以由驾驶人手动启动，也可以自动启动，使发动机和发电机定期运行，从而保持这些机件的正常运转。另外，PHEV在正常行驶条件下是安全的，但在充电(特别是在雨天或潮湿条件下操作)、维修或发生交通事故时，则存在一定的危险性安全问题。与其他高压系统一样，PHEV的电气系统在误操作时则有一定的安全隐患。高压系统在不合理操作时可能会引起电击、电弧放电等电气危害。

如在正常情况下，汽车的高压系统与地面和汽车底盘是隔离的，当汽车在维护时，如果由于误操作接触到高压系统的正负极时，就会遭受电气危害。采用先进的非接触充电方式(如感应无线充电)能够减少充电时的电击危害，但这种方式会降低充电效率，增加系统成本。如果在雨天，使用接触式充电机给汽车充电，可能会有电流泄漏，老化破损的插头和电线会引起漏电现象。因此，雨天给汽车充电时需要格外小心。泄漏的电流会产生电击现象,导致人体肌肉收缩、心房颤动及组织损伤，通常10mA的电流就能引起肌肉收缩。在发生交通事故时，高功率、高电压的连接器件有可能会发生短路，引起火花、过热等情况，甚至导致电池起火和爆炸。车辆到电网(vehicle togrid，V2G)的概念指的是电网和汽车电池之间的双向功率和能量的交换能力。通过双向充电器，插电式混合动力汽车可以用作家庭或办公室的备用电源。通过PHEV的电池还可以控制电网(如分布式电网)或可再生能源发电系统的稳定性，对其频率和电压进行管理。由于在可预见的未来，成千上万的PHEV将与电网连接，由电力驱动的交通运输将开始繁荣起来，并逐渐实现不再依赖化石燃料的目标。因此，研究电网到车辆(G2V)技术对动力系统的影响势在必行，并且需要考虑包括电池尺寸、充电过程、PHEV的分布和效率等在内的诸多因素。

七、养护维修前的高压安全断电

1.养护及维修前的准备工作

养护及维修前所需的绝缘和防护用具如图15所示。绝缘手套需必须有两种独立的性能，第一是在进行任何有关高压组件或线路的操作时，需要使用橡胶制成的绝缘手套，这些手套通常被认为是电工手套，且耐压在1 000V即可，按目前国家的最新标准以下为低压电，而在新能源汽车的维修上部分厂家或修理企业有一个误区，就是要求维修技师必须考取高压电从业资格证，其实这大可不必，因为目前的新能源车辆通常动力电池的电压在500V以内，而具备低压电从业资格还是很有必要的，这样可以保证在维修过程中至少具备带电操作的入门资质。

第二是抗碱性的合成橡胶手套同样需要，当工作中接触钾氢氧化物时，对人的组织有极其严重的伤害；护目镜的作用主要也是起到两个作用，一个是防止高压断电时的电弧损害眼睛，另一个是防止动力电池的酸性或碱性溶液泄漏可能对眼睛造成的损害等等。

其他如绝缘鞋、绝缘垫及维修操作过程中的警示围栏等，都是在进行高压断电之前的必须准备与防护。