插電式混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)介(三)

◆文/北京 王新旗

(接上期)

五、PHEV其他技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)介

下面對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)包括插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的概念進(jìn)行一下匯總分類，以方便讀者對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的知識(shí)總體掌握，具體分類內(nèi)容列于表1。

表1 混合動(dòng)力汽車(chē)的分類

從表1中可以看到，微混只是某些廠家提出的一個(gè)概念，如果整車(chē)只具備怠速啟停功能，從嚴(yán)格的定義來(lái)講它并不能算是混合動(dòng)力的一種形式或結(jié)構(gòu)。混合動(dòng)力汽車(chē)的串、并聯(lián)關(guān)系列于表2。

表2 混合動(dòng)力汽車(chē)的串、并聯(lián)關(guān)系

從表2中可以看到，增程式混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)就是串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，而插電式混合動(dòng)力汽車(chē)絕大多數(shù)屬于強(qiáng)混基礎(chǔ)上的混聯(lián)結(jié)構(gòu)。由于插電式混合動(dòng)力汽車(chē)通常是在強(qiáng)混的基礎(chǔ)上升級(jí)或開(kāi)發(fā)而來(lái)，因此，它最大的變化還是體現(xiàn)在對(duì)動(dòng)力電池的升級(jí)及電源系統(tǒng)的改變上，比如將原來(lái)的鎳氫電池組全新調(diào)整為鋰離子電池組，使得額定電壓從200V左右升為300V以上，充電系統(tǒng)要配置車(chē)載充電器，并能滿足家庭充電的方便快捷，同時(shí)對(duì)空調(diào)的加熱功能改進(jìn)等等。

對(duì)混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(包括插電式混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī))的以下幾點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)，筆者還是考慮用些文字進(jìn)行些簡(jiǎn)單的說(shuō)明，如發(fā)動(dòng)機(jī)的工作上也是有其特別之處，如圖11所示。

圖11 普通的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

通常，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程分為進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)階段，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)四個(gè)階段活塞行程是相同的，而阿特金森循環(huán)是使發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程結(jié)束后進(jìn)氣門(mén)仍在一段時(shí)間內(nèi)保持開(kāi)啟，這樣就將吸入的混合汽又吐出去一部分，簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)了膨脹比大于壓縮比的效果，如圖12所示。壓縮比是汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比；膨脹比是等壓加熱循環(huán)(狄塞爾循環(huán))中，等壓加熱后的體積與等壓加熱前體積的比值。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣凸輪軸上，必然要安裝VVT系統(tǒng)(圖13)以解決對(duì)進(jìn)氣門(mén)的正時(shí)調(diào)節(jié)，這是進(jìn)氣凸輪軸加裝VVT裝置的一個(gè)主要目的之一。

圖12 應(yīng)用阿特金森循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)

另一個(gè)就是為了適應(yīng)混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停控制，普通的低壓鉛酸蓄電池也會(huì)更換為AGM型(Absorbent Glass Mat Battery)蓄電池，如圖14所示，這種蓄電池是專門(mén)可以適用于快速充放電，超長(zhǎng)的使用壽命，且使用過(guò)程中無(wú)需添加水，因此它的售價(jià)往往也是普通鉛酸蓄電池3～4倍，其特點(diǎn)是采用了超細(xì)玻璃纖維隔板技術(shù)。

圖13 進(jìn)氣VVT裝置混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)

圖14 AGM型鉛酸低壓蓄電池

蓄電池加注的電解液固定于由玻璃纖維制成的吸收隔板內(nèi)，電解液不再自由流動(dòng)，電池可以放在任意位置，具有循環(huán)充電能力比普通蓄電池高、具有更長(zhǎng)的使用壽命、在整個(gè)使用壽命周期內(nèi)具有更高的電容量穩(wěn)定性、低溫性能更可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

在其他相關(guān)資料中也有提到一類VRLA電池(Valveregulated lead-acid battery)—密封式閥控鉛酸蓄電池，也可以通俗地理解為VRLA蓄電池采用的是AGM式隔板技術(shù)。

六、PHEV的性能及其面臨的主要問(wèn)題

1.PHEV的性能

PHEV的動(dòng)力電池要保證PHEV具有必要的動(dòng)力性能指標(biāo)和純電動(dòng)行駛里程，又不能增加太多的車(chē)輛質(zhì)量，因此，電池必須要有足夠高的能量密度和功率密度。與HEV不同，由于PHEV經(jīng)常要采用純電動(dòng)模式行駛，因此電池需要在深放電工作的同時(shí)，也要保證有很常電的循環(huán)壽命。PHEV以純電動(dòng)模式行駛時(shí)，當(dāng)電池在SOC降到較低的水平時(shí)，應(yīng)仍能大電流放電。當(dāng)電池的SOC較高時(shí)，應(yīng)能接受大功率充電，以回收制動(dòng)能量。電池應(yīng)具有較低的成本，以降低整車(chē)的成本。

PHEV使用車(chē)載電池組可以減少車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)的排放，其原因在于冷啟動(dòng)期間，車(chē)輛采用電能單獨(dú)工作模式，同時(shí)使用蓄電池的電能將催化轉(zhuǎn)換器加熱至一定溫度，一旦催化轉(zhuǎn)換器能夠正常工作，發(fā)動(dòng)機(jī)既可按照需要啟動(dòng)。但是，在極冷條件下，幾乎所有的電池都不能很好地工作。這不僅因?yàn)榭捎秒娔艿臏p少和內(nèi)阻抗的增加(造成效率降低)，而且當(dāng)放電功率很大時(shí)，電池的使用壽命將會(huì)受到嚴(yán)重影響。鋰電池的典型工作溫度范圍為0～50℃。在極冷的條件下，電池的內(nèi)阻會(huì)有很大程度的增加，輸出的功率水平很低。

因此，為了增加PHEV在極冷天氣條件下的續(xù)航里程和電池壽命，需要采取一些必要的措施。一種方法是為對(duì)電池組進(jìn)行熱隔離，以確保除了冷卻水出口外電池單體和周?chē)諝庵g不存在或只有極少的熱交換。在極冷或極熱的條件下，這種熱隔離方法可以使蓄電池在較長(zhǎng)的時(shí)間里保持穩(wěn)定的溫度。另—種方法是在極冷條件下，通過(guò)消耗電池電能，使用內(nèi)部加熱器給蓄電池加熱。此外，也可以通過(guò)接入電網(wǎng)使電池處于外部加熱模式。

2.PHEV面臨的主要問(wèn)題

當(dāng)前PHEV的研究面臨的問(wèn)題主要分為以下幾個(gè)方面：根據(jù)市場(chǎng)和用戶需要確定整車(chē)的結(jié)構(gòu)、成本、控制策略、純電動(dòng)行駛里程的長(zhǎng)度、電池能量和電機(jī)的功率等性能指標(biāo)；滿足PHEV所需的電池及其管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；PHEV充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)等等。

PHEV還存在一個(gè)問(wèn)題，那就是如果車(chē)主每次的行駛里程總是少于設(shè)計(jì)的電動(dòng)續(xù)駛里程，并且經(jīng)常給蓄電池充電，則發(fā)動(dòng)機(jī)可能一直無(wú)需啟動(dòng)。這種情況可能會(huì)導(dǎo)致油箱里的燃油相對(duì)陳舊，也可能會(huì)導(dǎo)致某些機(jī)械結(jié)構(gòu)，如發(fā)動(dòng)機(jī)中的零部件卡死等情況。為此，一些PHEV車(chē)型(如雪佛蘭Volt)在設(shè)計(jì)上增加了維修模式，該模式既可以由駕駛?cè)耸謩?dòng)啟動(dòng)，也可以自動(dòng)啟動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)定期運(yùn)行，從而保持這些機(jī)件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，PHEV在正常行駛條件下是安全的，但在充電(特別是在雨天或潮濕條件下操作)、維修或發(fā)生交通事故時(shí)，則存在一定的危險(xiǎn)性安全問(wèn)題。與其他高壓系統(tǒng)一樣，PHEV的電氣系統(tǒng)在誤操作時(shí)則有一定的安全隱患。高壓系統(tǒng)在不合理操作時(shí)可能會(huì)引起電擊、電弧放電等電氣危害。

如在正常情況下，汽車(chē)的高壓系統(tǒng)與地面和汽車(chē)底盤(pán)是隔離的，當(dāng)汽車(chē)在維護(hù)時(shí)，如果由于誤操作接觸到高壓系統(tǒng)的正負(fù)極時(shí)，就會(huì)遭受電氣危害。采用先進(jìn)的非接觸充電方式(如感應(yīng)無(wú)線充電)能夠減少充電時(shí)的電擊危害，但這種方式會(huì)降低充電效率，增加系統(tǒng)成本。如果在雨天，使用接觸式充電機(jī)給汽車(chē)充電，可能會(huì)有電流泄漏，老化破損的插頭和電線會(huì)引起漏電現(xiàn)象。因此，雨天給汽車(chē)充電時(shí)需要格外小心。泄漏的電流會(huì)產(chǎn)生電擊現(xiàn)象,導(dǎo)致人體肌肉收縮、心房顫動(dòng)及組織損傷，通常10mA的電流就能引起肌肉收縮。在發(fā)生交通事故時(shí)，高功率、高電壓的連接器件有可能會(huì)發(fā)生短路，引起火花、過(guò)熱等情況，甚至導(dǎo)致電池起火和爆炸。車(chē)輛到電網(wǎng)(vehicle togrid，V2G)的概念指的是電網(wǎng)和汽車(chē)電池之間的雙向功率和能量的交換能力。通過(guò)雙向充電器，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)可以用作家庭或辦公室的備用電源。通過(guò)PHEV的電池還可以控制電網(wǎng)(如分布式電網(wǎng))或可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)其頻率和電壓進(jìn)行管理。由于在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，成千上萬(wàn)的PHEV將與電網(wǎng)連接，由電力驅(qū)動(dòng)的交通運(yùn)輸將開(kāi)始繁榮起來(lái)，并逐漸實(shí)現(xiàn)不再依賴化石燃料的目標(biāo)。因此，研究電網(wǎng)到車(chē)輛(G2V)技術(shù)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的影響勢(shì)在必行，并且需要考慮包括電池尺寸、充電過(guò)程、PHEV的分布和效率等在內(nèi)的諸多因素。

七、養(yǎng)護(hù)維修前的高壓安全斷電

1.養(yǎng)護(hù)及維修前的準(zhǔn)備工作

養(yǎng)護(hù)及維修前所需的絕緣和防護(hù)用具如圖15所示。絕緣手套需必須有兩種獨(dú)立的性能，第一是在進(jìn)行任何有關(guān)高壓組件或線路的操作時(shí)，需要使用橡膠制成的絕緣手套，這些手套通常被認(rèn)為是電工手套，且耐壓在1 000V即可，按目前國(guó)家的最新標(biāo)準(zhǔn)以下為低壓電，而在新能源汽車(chē)的維修上部分廠家或修理企業(yè)有一個(gè)誤區(qū)，就是要求維修技師必須考取高壓電從業(yè)資格證，其實(shí)這大可不必，因?yàn)槟壳暗男履茉窜?chē)輛通常動(dòng)力電池的電壓在500V以內(nèi)，而具備低壓電從業(yè)資格還是很有必要的，這樣可以保證在維修過(guò)程中至少具備帶電操作的入門(mén)資質(zhì)。

第二是抗堿性的合成橡膠手套同樣需要，當(dāng)工作中接觸鉀氫氧化物時(shí)，對(duì)人的組織有極其嚴(yán)重的傷害；護(hù)目鏡的作用主要也是起到兩個(gè)作用，一個(gè)是防止高壓斷電時(shí)的電弧損害眼睛，另一個(gè)是防止動(dòng)力電池的酸性或堿性溶液泄漏可能對(duì)眼睛造成的損害等等。

其他如絕緣鞋、絕緣墊及維修操作過(guò)程中的警示圍欄等，都是在進(jìn)行高壓斷電之前的必須準(zhǔn)備與防護(hù)。

2.防火準(zhǔn)備

使用常規(guī)的干粉滅火器滅火，這種滅火器設(shè)計(jì)使用于油或電路火災(zāi)，如果是動(dòng)力電池著火，則推薦使用二氧化碳滅火器完成。二氧化碳式滅火器如圖16所示。

圖16 二氧化碳式滅火器