新能源汽车专业英语2版 译文汇 第1-10章 新能源汽车概述-智能汽车概述

Chapter1OverviewofNewEnergyVehicles新能源汽车概述1.1TheDevelopmentofElectricVehicles电动汽车的发展□早期(1890年至1930年)：黄金时代1842年左右，美国托马斯·达文波特和苏格兰人罗伯特·戴维森发明了实用和更成功的电动道路车辆。法国和英国是支持19世纪后期电动汽车广泛发展的最早的国家。1899年，一辆名为"LaJamaisContente"的比利时制造的电动赛车创造了68英里/小时的世界陆地速度纪录。1901年，费迪南德·保时捷开发了罗纳-保时捷混合动力汽车，这是世界上第一辆汽油-电动混合动力汽车。它最初是一种电动汽车，后来又加装了一台汽油机来给电池充电。另一种同时使用汽油机和电动机来驱动的的汽车是由伊利诺斯州芝加哥的伍兹汽车公司制造的，被称为“伍兹双动力”。Figure1.11902Wood'sPhaeton图1-11902年的伍德Phaeton轻型四轮电动汽车早期的电动汽车，比如1902年的伍德轻便四轮车Phaeton，只不过是电气化的无马马车而已。它的续驶里程为18英里，最高时速为14英里，价钱为2，000美元。1899年和1900年曾是美国电动汽车的最高点，因为它们当时的销量超过了所有其他类型的汽车。虽然基本电动汽车的价格不到1，000美元，但大多数早期的电动汽车都很华丽。它们有花哨的内饰，用料昂贵，到1910年平均车价为3，000美元。进入20世纪20年代，电动汽车取得了成功，产量在1912年达到顶峰。□中期(1930-1990)：陷入萧条电动汽车走下坡路是由几个重要的发展所引起的，例如，到20世纪20年代美国的道路系统更好；亨利·福特开始大规模生产内燃机车辆，从而导致了汽油车价格低于电动汽车；德克萨斯州发现了原油以及电起动机于1912年发明，不再需要手摇起动。到1935年，电动汽车几乎全部消失。接下来一直到20世纪60年代，电动汽车的发展和作为个人交通工具的应用陷入死气沉沉的窘境。20世纪70年代，当石油危机发生时，需要使用替代燃料汽车来减少对进口外国原油的依赖。许多制造商开始研发电动汽车。20世纪80年代，原油大量供应，价格下降。电动汽车的研发步伐再次放慢。□近年(1990-1998年)：卷土重来美国和世界各地的几项立法和管制行动为电动汽车的发展带来了新的推动力。其中最主要的是美国1990年的《清洁空气法修正案》、1992年的《能源政策法案》以及加州大气空气资源委员会颁布的法规。除了更严格的大气排放要求和要求减少汽油使用的法规外，几个州还颁布了零排放车辆要求。借助于“新一代汽车合作伙伴计划”（PNGV），"三大"汽车制造商和美国能源部以及一些车辆改装公司积极参与电动汽车的发展。现在，从人们熟悉的汽油动力车辆改装的电动车型以及全新设计的电动车辆均可买到，它们能够达到极高的公路速度，并在两次充电之间达到50至150英里的续驶里程。福特(Ford)和通用汽车公司(GeneralMotors)在1998年推出了护林员、EV1和S-10皮卡电动汽车。在1998年期间，还推出了丰田RAV4多用途运动车，本田EVPlus轿车，克莱斯勒EPIC微型面包车。这些车辆都配备了先进的镍氢电池组。□当前和未来(1998-)：方兴未艾直到1997年，丰田普锐斯(ToyotaPrius)在日本上市后，混合动力电动汽车才得到广泛使用，随后于1999年HondaInsight也开始在美国销售。然后在2001年，第一辆丰田普锐斯(图1.2)在美国推出。到2010年，有若干电动汽车车型可在美国销售，当然可销售的地区数量有限，销售的电动汽车数量也有限。电动汽车包括特斯拉（图1.3）、NissanLeaf和ChevroletVolt。现在，传统的汽车制造商和一些新公司都在出售大规模生产的电动汽车和混合动力汽车。Figure1.22001ToyotaPrius图1-22001年款丰田普锐斯

Figure1.32008TeslaRoadster图1-32008年款特斯拉敞篷跑车氢动力汽车、电动汽车和混合动力汽车已经得到开发并在若干展览会上展示。在2019年法兰克福车展上，梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)推出了VisionEQS概念车。它的续驶里程长达400英里(700公里)。0-60英里/小时(97公里/小时)的加速时间不到4.5秒，锂离子电池可在20分钟内充电至80%的容量。使用基于氢燃料电池的电动动力系统或纯电池电动系统的零排放车辆在性能和使用方便性方面可与传统车辆完全相媲美。它们是未来汽车发展战略的终极目标，如图1-4所示。Figure1.4GM'sadvancepropulsionstrategy图1-4通用汽车公司先进的推进策略1.2OverviewofAlternativeFuelvehicles替代燃料汽车概述目前市面上可供使用并得到密切关注的替代燃料可列示如下:·液化石油气·压缩天然气·甲醇·燃料电池·电能·混合动力（电+传统燃料）LPG液化石油气(LPG)是在原油的正常炼制过程中产生的。它是100%的辛烷(相比之下，无铅汽油为97%)。液化石油气是在压力下作为液体储存的，因为它的密度是气态的250倍，所以它在车内储存需要较少的空间。有些汽车制造商通过经销商直接供应液化石油气汽车，作为其产品系列的一部分。其他一些制造商在产品系列中实际没有液化石油气车辆，但允许在制造后进行改装。使用液化石油气的汽车通常也使用汽油或柴油。这些车辆通常称为“双燃料”汽车。CNG天然气以甲烷为主要成分。与汽油相比，压缩天然气（CNG）更清洁、更便宜，而且一般来自国内储备。因此，它被认为是一种有吸引力的替代燃料。然而，CNG汽车需要一个特殊的加气基础设施，并且往往比混合动力汽车有更高的温室气体排放。甲醇甲醇可以由煤和天然气等自然资源生产，因此是最有吸引力的候选燃料之一。甲醇燃料的最大优点是它在常温下具有液相，并且也可用于点燃式和压燃式发动机，当然其能量密度接近汽油或柴油的一半。作为一项甲醇供应基础设施建立之前的过渡技术，灵活燃料汽车(FFV)可以依靠M85、汽油(M0)或两者之间的任何组合运行。氢氢可以是一种理想的清洁燃料，它既不排放二氧化碳，也不排放导致臭氧形成的HC。但是今天，氢主要是由甲烷生产的，并且作为副产品会形成大量的二氧化碳。如果氢是利用太阳能通过水的电分解产生的，它可以是一种真正清洁和取之不尽的能源。在汽车中直接使用氢作为替代燃料的最大问题是燃料车辆在车上如何存储。另一个与氢有关的令人头痛的事情是它的续驶里程短；即使是最高能量密度的液化氢也几乎不能达到汽油车辆续驶里程的四分之一。氢很难储存和分配，因此如果燃料电池能够使用更容易获得的燃料，就会方便得多。这个问题由一个叫做重整炉的装置来解决。重整炉将碳氢化合物或酒精燃料转化为氢，然后将氢输送到燃料电池中。不幸的是，重整炉并不完美。它们产生热量并产生除氢以外的其他气体。燃料电池燃料电池是一种电化学能量转换装置。燃料电池将化学物质氢和氧转化为水，并在此过程中产生电能。燃料电池以纯氢为动力，但氢很难储存和分配。甲醇是一种液体燃料，其性质与汽油相似。它同样容易运输和分配，因此甲醇可能是燃料电池汽车的潜在选择。电能电动汽车的基本原理是由电动机而不是汽油或柴油发动机提供动力。从保护城市环境的角度看，电动汽车本身是一种无污染和有吸引力的交通工具。电动汽车完全靠大型电池组产生的电能运行。电动汽车有一个或两个大型交流电动机，并且采用一个单速或双速减速齿轮箱来驱动车轮。混合动力电动汽车动力电池的能量密度存在着严重的问题，其每次充满电的续驶里程可能是100公里左右。因此，一种称为“混合动力”的运输工具正被推广应用，它将两种或两种以上的动力组合在一起，并以直接或间接的方式将其转化为推进动力。这些混合动力汽车通常使用内燃机和电动机来驱动车轮。今天的混合动力汽车大多是汽油-电动型，但随着技术的进步，我们还将会看到柴油-电动混合动力汽车。1.3ClassificationsofElectricVehicles电动汽车的分类根据电动汽车动力传动系统的电动设计，将电动汽车大致分为四大类，即纯电动汽车(BEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、混合动力汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)。只有BEV和PHEV是可插接充电器进行充电的，故被称为插电式电动汽车(PEV)。1.3.1BatteryElectricVehicles□纯电动汽车BEV又称纯电动汽车、全电动汽车或电动汽车(EV)，由电动机驱动，不使用内燃机，如图1.5所示。向电机提供电能并用作BEV的储能装置的蓄电池主要由电网充电，部分时间通过再生制动充电。纯电动汽车没有尾管排放，因此，它们也被称为零排放车辆。为了获得合理的续驶里程，与其它车型相比，BEV通常具有最大的电池组。对于满电续驶里程(AER)为80～300英里，这些电池组的规格通常为20kWh至85kWh之间。目前，市场上有各种纯电动汽车商品。Fig.1.5DrivetrainschematicdiagramofBEV图1-5纯电动汽车动力传动系统示意图1.3.2HybridElectricVehicles□混合动力电动汽车混合动力电动汽车主要由内燃机提供动力，而内燃机使用的是汽油和柴油等常规燃料。这些车辆还配备了电池组，这些电池组由再生制动系统充电，并主要用于提高车辆的燃油经济性。第一代混合动力汽车于1997年向市场展示，那年丰田推出了普锐斯车型，两年后，本田推出了Insight车型。截至2015年年中，全球拥有混合动力汽车超过1000万辆。1.3.3Plug-inHybridElectricVehicles□插电式混合动力电动汽车如图1-6所示，PHEV既使用电动机又使用使用汽油或柴油的内燃机(ICE)。通常，PHEV电池比BEV电池要小，这是因为所需的续驶里程大多是由内燃机支持的，并且它们的组合续驶里程比BEV高。因此，PHEV的主要优势是采用两种发动机类型，这有助于消除消费者对续驶里程不够的担忧。在PHEV中，电动机主要是在城市环境中使用的，在城市环境中行驶需要经常停车。另一方面，在电池耗尽时，在高强度冷却或加热期间，或猛烈加速期间，内燃机会投入使用。Figure1.6DrivetrainschematicdiagramofPHEV图1-6插电式混合动力电动汽车动力传动系统示意图1.3.4Fuel-CellElectricVehicles□燃料电池电动汽车如图1-7所示，FCEV使用燃料电池（通常是氢燃料电池）为其车载电动机供电或为其储能装置充电。FCEV的推进系统比传统的ICEV的推进系统效率更高，并且它们不排放任何污染物。FCEV可以在10分钟内加满油，并且可以行驶300英里。在过去的几年里，一些汽车制造商和政府机构已经对加速燃料电池技术发展的研究和开发活动给予了支持。与BEV和PHEV不同，FCEV不使用电网为其电池充电。此外，与BEV、PHEV和HEV相比，它们的车载电池在尺寸上相当小。FCEV的缺点包括氢燃料加注站网络有限并且技术仍处在起步阶段。Figure1.7schematicdiagramofFCEVDrivetrain图1-7FCEV动力传动系统示意图Chapter2PowerBatteriesofEvs电动汽车动力电池2.1BasicTerminologyandTypesofpowerbatteries动力电池的基本术语和类型2.1.1BasicBatteryTerminology蓄电池的基本术语下面介绍对汽车用蓄电池的性能进行量化和表征的某些定义和测量参数。□电池、电池模块和电池组是PEV电池的核心物理组件。单体电池是包含电极、隔板（隔膜）和电解质的最小的电池。典型单体电池的输出电压在1到6伏之间。电池模块由多个单体电池组成，这些单体电池通常以串联或并行方式连接。同样，一个电池组由位于单一位置的若干电池模块组成。□安时容量是一安培电流在一小时内转移的电荷量.另一个经常使用的容量术语是额定瓦时容量，这是额定安时容量和额定电池电压的乘积。较高的电池容量可提供更长的续驶里程，同时充电也需要更长的时间。□荷电状态(SoC)是反映指随着时间的推移，由于运行条件引起的可能的电池性能退化的一个指标。对于电池管理系统而言，准确的测量是十分关键的。SoC测量当前电池容量相对于最大容量的比率，并根据下式进行计算：□放电深度(DOD)用来表示放出电量所占的百分比。因此，深循环电池通常放电到80%或更高。□健康状态(SOH)用来表示最大充电容量与其理想状态的充电容量的比率。SoH可反映电池的性能退化，这也与它的剩余寿命有关。□循环寿命是电池在期望的性能区域内可以容许的充放电循环次数。循环寿命要针对某一特定的DoD值来确定的，这一DoD值通常是80%左右。由于温度和湿度等不理想的操作条件，电池的实际寿命可能缩短。□历年寿命是电池预期寿命的日历年数，它取决于SoC和运行温度。□比能量表示可以单位质量中存储的能量，它通常用物理单位每千克瓦特小时(wh/kg)来测量。它按照下式进行计算：□比能量也被称为重量能量密度，它是衡量电池化学和封装的一个指标，这个指标决定着为获得期望的全电续驶里程由电池所带来的额外重量。它是评价PEV性能的最重要指标之一。□比功率是用来确定单位质量的最大可用功率的一个指标，它通常以瓦特每公斤(w/kg)表示。比功率有时也称为重量功率密度，可以按下式计算：□比功率决定了针对特定的PEV性能指标(例如加速和再生制动)的电池重量。□电池的能量密度是每单位体积的标称能量，并且用瓦特小时/升(Wh/L)来表示。能量密度或称为体积能量密度决定了实现特定性能目标(例如续驶里程)所需的物理空间。□功率密度是电池单位体积的最大可用功率，以瓦特/升(W/L)表示。□最大连续放电电流是电池可以不间断地放电直至耗尽电能的峰值电流。这个参数还可以作为防止放电速率过高从而保护电池的寿命的一个阈值。此外，最大连续放电电流以及电机的规格决定着PEV的最高速度和加速度。□最大30秒放电脉冲电流是电池在30秒内放电的最大电流。此电流限值由制造商决定，以保护电池的寿命。类似于前面的性能测量指标，它影响车辆的加速性能。2.1.2TypesofpowerBatteries□动力电池的类型BEV和HEV可能的蓄能器有：·化学蓄能器：常规油箱(仅用于混合动力汽车)；·电蓄能器：电池、高性能电容器;·机械蓄能器：飞轮、液压蓄能器。电能蓄能器在电机作为发电机运行期间得到充电。在电动机驱动运行期间，存储的电能被反馈到动力传动系统。在电蓄能器中，下列技术是最具竞争力的：·锂离子电池(Li-离子)；·镍氢电池(NIMH)；·高性能双层电容器(“超级电容器”)。现在，电动汽车上使用的电池有三种：铅酸电池、镍基电池(镍镉电池或镍氢电池)和锂电池(锂离子电池或锂聚合物电池)。迄今为止，机械储能器主要用于辅助起步。在必须频繁地起步和停止的车辆上，例如城市公共汽车，机械蓄能器用于积累制动能量。飞轮或陀螺储能器的机械能被转换为电能并供给电动机。然而，由于飞轮的高转速和因此产生的高动能，可能给车辆带来安全风险。2.2ConstructionandPrinciple结构与原理2.2.1Lead-acidbattery铅酸电池铅酸电池广泛应用于工业货车的动力电池，并可作为混合动力电动汽车（HEV）的辅助电池，以便起动内燃机和为用电负载提供电能。构造铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液和外壳组成，见图2-1.Figure2.1Batteryconstruction图2-1蓄电池构造原理当铅酸电池正在进行充电或放电时，会发生某些化学变化。这些可以用一个总的化学反应方程式表示：这种双向即可逆的化学反应(向左充电和向右放电)描述了铅酸电池的充电和放电循环的全过程。2.2.2Nickel-metalhydride(NiMH)battery镍氢电池大多数纯电动汽车和混合动力电动汽车使用双电压电气系统。高压(HV)系统用于操纵驱动电动机（牵引电动机），而传统的12伏系统用于实现车辆运行的所有其他方面。使用该系统的一个优点是，车辆可以在其设计中使用任何传统的电气附件。目前生产的HEV大多采用镍氢(NiMH)电池作为高压动力电池。NiMH电池之所以获得这些应用，是因为它们具有独特的性能，如比能量、循环寿命和安全性。从制造的角度来看，NiMH电池很有吸引力，因为它的制造用材非常丰富且可以回收利用。构造如图2-2所示，镍氢电池使用由氢氧化镍制成的正极和氢氧化钾电解质。NiMH电池的标称电压为1.2伏。然而，负极有些特别，它是一种吸氢合金，也称为金属氢化物。Figure2.2ANiMHbatterycell图2-2NiMH电池由于电解液属于碱性(pH值大于7)，NiMH电池被称为碱性电池。电解液是氢氧化钾水溶液。氢氧化钾在本应用中表现很好，它不腐蚀电池的其它部分，并且可以容纳在密封的钢容器中。此外，氢氧化钾不参与电池的化学反应，因此在任何给定的荷电状态下，电解液浓度均保持恒定。NiMH电池有两种主要结构。它们是：1.圆柱形（图2-3）。圆柱形电池活性材料被制成长带状，并以螺旋方式布置在钢圆筒(外壳)内。负电极与正电极并排地缠绕在一起，并且带有电解质的隔膜材料被放置在两个电极之间。负电极连接到电池钢壳上，而正电极连接到电池顶部的(-)端子。电池外壳顶部有一个自行重新封闭的安全排气口，从而可在过充电、短路、反向充电或其他滥用的情况下释放内部压力。通常将圆柱形电池单体组合成由串联连接的六个单体电池为一组的模块。这将形成一个个带有7.2伏输出的单个电池模块。然后，可以将这些模块再串联连接，以产生更高电压的电池组。2.长方形(图2-4)。长方形是一种矩形或箱形的设计，其活性材料被加工成平板，很像传统的铅酸电池。正、负极板交替放置在电池外壳中，基板上的舌片用于连接极板组。隔板材料被放置在极板之间，以防止它们接触，但仍然允许电解液自由循环。Figure2.3NiMHbatterycell-cylindricaltype图2-3圆柱形NiMH电池单体Figure2.4NiMHbatterycell-prismatictype图2-4长方形NiMH电池单体原理NiMH电池的工作原理如图2-5所示。电池充电期间，氢离子(质子)从正电极行进到负电极，在这里它们被金属氢化物材料吸收。电解质不参与反应，仅用作氢离子穿过的介质。电池放电期间，该过程相反，氢离子(质子)从负电极向正电极行进。电极密度在充-放电过程中有些改变，但是这种密度变化很小，因为只有质子在电池循环期间被交换。极小的密度变化使电极具有良好的稳定性，这是NiMH电池具有非常好的循环寿命的原因之一。Figure2.5ChemicalreactionsinsideaNiMHcell图2-5NiMH电池内的化学反应2.2.3lithium-ion(Li-ion)battery锂离子电池锂离子电池技术在电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的应用中有着巨大的应用前景。锂离子电池的比能量约为镍-氢电池的两倍，且高温性能好，标称电压高(3.6V即镍基碱性电池的三倍)。构造锂离子电池的基本部件是单体电池，如图2-6所示，而每个单体电池具有促进能量转换过程的五个基本元件。第一个元件是阳极，它的作用是在反应期间将电子供给到外部电路(例如，电动机)而氧化。第二个元部件阴极，其作用是接受来自外部电路的电子。第三个元件是电解质，其作用是完成电池内离子转移。第四个元件是隔膜，隔膜起分隔作用，防止阳极和阴极之间的内部短路，而最后一个元件是容器，它是为安全目的而设计的。在典型的电池中，正极由锂和过渡金属材料组成。原始的锂离子电池设计采用锂钴氧化物作阴极，具有良好的储能性能，但在较低的温度下会发生化学击穿。汽车用最有前途的阴极设计之一是磷酸铁锂(LiFePO4)，它在较高的温度下仍然是稳定的，在发生故障时释放的能量也较少。目前，三元锂（镍钴锰酸锂）(LiNiCoMnO2)被广泛用作正极材料。石墨作为负极材料得到了广泛的应用。Figure2.6ALi-ionbatterycell图2-6锂离子电池（单体）原理在锂离子电池中，电能是通过电化学氧化还原反应产生的。在充电阶段，锂离子从正电极移出，穿过电解质，插入石墨层间，并进入负电极。在放电过程中，发生相反反应过程(如图2-7所示)，存储的能量可用于驱动电动机。Figure2.7chemicalreactionprocessofaLi-ionbattery图2-7锂离子电池的化学反应过程2.2.4Otherbatteries其他蓄电池可用于为纯电动汽车和混合动力汽车供电的高压电池还包括镍镉(Ni-Cd)电池、锂聚合物(Li-poly)电池、锌空气电池和ZEBRA电池(钠金属氯化物电池)。各种电池技术的比能量和标称电压的比较见表2-1。Table2.1Acomparisonforthevariousbatterytechnologies表2-1各种电池技术的比较2.3BatteryManagementandcoolingsystems电池管理与冷却系统2.3.1BatteryManagementsystems(BMS)电池管理系统电池管理系统（BMS）应监测、控制蓄电池，并与蓄电池进行通信。因此，BMS的主要功能是：·低压和过压保护；·短路保护；·热保护；·电池平衡；·控制电池充电和放电；·确定电池SOC和SOH；·安全保护。图2-8展示了一个通用的BMS框图。为了执行所列功能，传感装置从电池中收集一些信息，如电压和温度，并将它们传达给管理和平衡单元。平衡装置的作用是确保电池电压在允许的范围内工作。电压、电流和温度读数用于确定电池的SoC水平。Figure2.8AblockdiagramofagenericBMS图2-8通用BMS框图电池平衡是电池管理系统的重要组成部分。在一个典型的PEV电池组中，多个单体电池并联，并用作一个电池块来满足高容量要求，而将多个单体电池串联在一起以满足高压要求。此外，由于存在化学成分的偏移，使每个电池都有不同的特性。因此，电池可能有不同的电压水平，这可能会降低电池的寿命，甚至导致危及生命的事件。单体电池平衡控制是必要的，这样才能维持单体电池电压的均等，因此可防止出现这种不想要的后果。在由日产和索尼工程师开发的电池管理系统（如图2-9所示）中，单体电池控制器和电池控制器一起工作，以计算电池功率和剩余容量，并将结果传送到车辆控制单元，因此充电电流旁通电路也将按照各个单体电池的情况进行控制。丰田混合动力汽车电池管理系统如图2-10所示。Figure2.9Abatterymanagementsystem图2-9电池管理系统Figure2.10Toyotahybridcarbatterymanagementsystem2-10丰田混合动力汽车电池管理系统2.3.2Batterycoolingsystems电池管理系统高压NiMH电池工作温度升高会降低性能，并会导致NiMH电池组损坏。目前所有生产的混合动力电动汽车都使用空气冷却来控制高压电池组的温度。如图2-11所示，通过利用电风扇和在车内通风管道，让车内空气在电池上循环流动。Figure2.11BatterycoolingsystemforaToyotahybridSUV图2-11用于丰田SUV的蓄电池冷却系统温度传感器安装在电池组外壳的各个位置，以便将数据发送给负责控制电池温度的模块。这些输入用于帮助确定电池充电率和冷却风扇的运行。丰田普锐斯的电池冷却系统如图5.12所示。图5-12丰田普锐斯的电池冷却系统2.4BatteryChargingTechnology电池充电技术2.4.1CategoriesofBatterychargingtechnology电池充电技术的分类电池充电技术大致可分为车载充电和离车充电。两种充电技术均可进一步分为两组，一组只允许单向功率流，另一组允许双向功率流。车载充电器都位于插电式电动汽车（PEV）上。车载充电器主要用于低充电功率水平，通常小于10千瓦。因此，它们不会引起电池发热，从而保护电池的健康。另一方面，离车充电器是为更高的充电率(即10～80千瓦)而设计的，因此需要结构更复杂的功率电子设备。为了实现高的充电功率，可能需要额外的基础设施，如储能装置或三相线路。与车载充电器相比，离车充电器的主要问题是，它们会更快地降低电池寿命。车载和离车充电器都可以提供单向或双向的功率流。一般，单向充电器具有更简单的硬件结构，并且只允许网格为电池充电。通常，单向充电器采用二极管桥式整流电路、滤波器和DC-DC转换器。这些充电器的一般布置如图2-12所示。相反，双向充电器使车辆能够向电网注入电力，从而使PEV充当移动存储装置。Figure2.12genericlayoutofthechargers图2-12充电器的一般布置2.4.2Wirelesschargingtechnology无线充电技术无线充电是一项新兴的技术，它使PEV能够以非接触式方式为电池充电。无线充电技术最近引起了人们的关注，主要是因为它允许车辆在移动时在电网和车辆之间进行电能传输。在充电过程中，在发射线圈和接收线圈之间需要高频磁场。通常，发射线圈被建在停车位中，并且接收线圈连接到PEV的底部上。基于这种充电技术，可以在不需要车辆花费时间进行充电服务的情况下，扩展全电续驶里程，并且可以减小所需的电池大小。无线充电的其他好处是，它需要与PEV车主有限的互动，并消除与电线和电火花相关的危险。然而，对于无线充电，最重要的担忧是安全性。发射线圈和接收线圈之间的漏磁对线圈附近的人可能有健康风险。此外，无线充电器的效率低于有线充电器，充电速度通常比有线充电器慢。2.5ServiceandTesting维护与测试2.5.1Safetyprecautions安全预防措施一定要记住，插电式电动汽车的高压电池可以产生足够高的电压和电流，导致人员严重伤害或电击死亡。·始终佩戴适当的个人保护设备(PPE)，并在这些电池周围工作时使用经批准的安全操作规程。·阅读所有警告标签，并始终遵循汽车制造商的说明。·在处理高压电池组时，一定要参阅维修手册，遵守经批准的安全操作规程。·如果皮肤上或车辆附近或车辆上任何地方有湿气，就不要在车辆上工作。·如果必须对高压系统进行维修，请确保断开高压电池的连接，并允许系统电容器在进行操作前有足够的时间放电。·电池外壳内含有液态氢氧化钾，这是一种强碱。电池周围的任何液体都应该用石蕊试纸检查，以确定是否是电解液泄漏。如果发生了电解液泄漏，一定要关闭高压系统，然后在用肥皂和水清洗之前，使用醋和水的混合物来中和这些液体。·如果发生电气火灾，不要试图用水灭火。使用ABC灭火器或等待消防队员处理。·脱掉任何接触过电解液的衣物，用大量的水冲洗裸露的皮肤。如果电解质接触眼睛，用大量的水冲洗，但不要使用中和溶液。一定要寻求医嘱，以防止电解质接触引起的进一步伤害。2.5.2Batterypackservice电池组维修修前准备在开始对高压电池组进行维修之前，应完成以下步骤：·断开断电安全开关。·等15分钟，让电容器放完电。·戴零级手套。拆卸电池组拆卸电池组时，请按照以下步骤进行。第一步：将高压系统断电。将点火开关关闭，从12伏辅助电池上将电池负极电缆连接断开，然后拔下高压电池安全插头。第二步：检查电压水平是否安全后，将后座和高压电池盖拆除。第三步：戴上高压手套(见图2-13)，从电池组上拆下高压电线。Figure2.13HVgloves图2-13高压手套第四步：通过车辆后部拆卸高压电池组。第五步：将高压电池组放置上面覆盖着厚厚的橡胶（绝缘）垫的工作台上。也可以使用木顶长凳。步骤6：进行目视检查，以变查清电池模块之间的电气连接是否被腐蚀，如图2-14所示。Figure2.14Connectionsbetweenbatterymodulesarecorroded图2-14电池模块之间的连接件已被腐蚀第七步：拆卸高压电池组温度传感器，并从电池组中拆下高压电池通风管。第八步：从电池组上拆下端盖。第九步：拆卸将电池模块固定在电池组底部的紧固件。第十步：从电池组上拆下端部模块。电池组维护拆卸高压电池组后，维护将涉及到各个单个电池模块。·检查每个模块的电压。使用电压表对各个模块进行了测量(见图2.15)，发现大多数模块的电压约为3.6V，远远低于大多数专家认为可以通过充电恢复的最低5.4V。·不要使用低于5.4伏(一块10.8伏)的电池模块，这是电池电压的下限。Figure2.15Individualmodulesweremeasuredusingavoltmeter图2-15使用电压表测量各个电池模块·如果电池电压低于7.5伏，应以最高充电电压16伏进行充电，充电电流为2至6安培。·监控电池温度，不允许电池过热，不允许温度超过120℉(50℃)。·充电后让电压稳定。然后记录用于内阻计算的空载电压。在本例中，假设电压为15.21伏。·使用一只高瓦特电阻器给电池加一负载。为了加负载，通常使用额定值为25瓦的1.5欧姆电阻器提供负载。·施加负载电阻，测量新的电压和电流值。确定内部电阻为确定电池块(两个模块)的内部电阻，将空载电压与通过电阻器加负载后的电池块电压进行比较，即得到电压增量Δ即电压的变化量。然后将这个差值除以用1.5欧姆电阻在负载试验中测得的电流(安培)。例如，如果电流为9.6安培，电压为15.50伏，则内阻为：0.29Δ伏(15.50–15.21)÷9.6安=0.0302欧姆即30毫欧。Thistestedsalvagebatterycanbeusedtoreplaceadefectivebatterymoduleinavehiclethathasbatteryblockresistanceof25to35milliohms.Alwaystrytomatchtheinternalresistanceascloseaspossible.这种经过测试的可利用电池可以用来替换电池块电阻为25到35毫欧的车辆中有缺陷的电池模块。应尽可能使内部电阻相同。高压电池组的充电当一个高压电池组需要进行离车充电时，必须使用一个专用的高压电池充电器。在连接充电器之前，戴上绝缘手套并拆下电源插头。为了安全起见，把点火钥匙放在口袋里。将充电器连接到高压电池组，如图2-16所示。Figure2.162004&laterPriusHVbatterychargerconnectionpoints图2-162004及以后年款的普锐斯高压电池充电器连接点Chapter3TractionMotorsandControllers牵引电动机与控制器3.1TypesofTractionMotors牵引电动机的类型电动汽车所用电动机有两种：直流电动机和交流电动机。□直流电动机大多数工业电动卡车使用直流串励电动机，如图3-1a所示。在这些电动机中，磁场绕组和电枢绕组是串联的。图3-1b给出了这类电动机的代表性的转矩-功率-速度特性。虽然串励式直流电动机的效率相对较低，但由于其设计简单、成本低，所以仍在使用中。一些电动汽车也使用单独励磁(并励式)直流电动机。Figure3.1Theseries-woundDCmotoranditstorque-power-speedcharacteristics图3-1串励式直流电动机及其转矩-功率-转速特性□交流电动机同步或异步交流电动机现在已成为客车牵引电动机的标准配置。为了将电池提供的直流转换为交流，需要一个逆变器。这些交流电动机的维护费用低于直流电动机，因为它们不需要电刷/换向器或滑环系统。转子上装有高密度稀土永磁体的同步电动机广泛应用于电动或混合动力客车上。永磁体可以安装在转子的表面上（如图3-2a所示），或安装在转子内部。对于高速操作，内部安装的永磁体比表面安装永磁体更牢固。Figure3.2ThepermanentmagnetsynchronousACmotoranditstorque-power-speedcharacteristics.图3-2永磁同步交流电动机及其转矩-功率-速度特性由于消除了由电源产生的励磁电流和消除了转子绕组(磁场绕组)的欧姆损耗，永磁同步交流电动机一般比传统的同步电动机具有更高的效率。虽然稀土磁体使电动机更加昂贵，但它们的使用可以实现高转矩的紧凑设计。这类电动机的代表性的转矩-功率-速度特性如图3-2b所示。永磁同步交流电动机的特性接近车用理想动力装置的特性。这也允许在动力传动系统中使用单级减速机构。3.2ConstructionandPrinciple结构与原理3.2.1ElectricMotorOperation电动机工作原理□基本原理将一根载流导体置于磁场中，那么，它会由强磁场移向弱磁场。运动方向垂直于导体和磁场，见图3-3a。当将形成回路的导体置于磁场中时，它将被迫旋转，见图3-3b。Figure3.3Acurrent-carryingconductorplacedinamagneticfield图3-3将一根载流导体置于磁场中□构造一台简单的电动机如图3-4所示。在电动机中旋转的导体回路称为电枢。电枢连接到类似于交流发电机转子滑环的一个环上。然而，这台简单电动机中的滑环被分成两部分。这两块式滑环导致电流流过切分滑环的一半，通过导线回路，到切分滑环的另一半。电动机中的这个切分滑环被称为换向器。换向器的每一块都称为换向器片。弹簧压紧的电刷与换向器片进行电气接触。电刷和换向器片允许电枢旋转的而同时仍然保持电接触。Figure3.4Asimplemotor图3-4中所示的围绕电枢的两个磁铁是电磁铁，被称为极靴。被称为场线圈或磁场绕组的铜导体回路包裹在极靴周围。磁场线圈的缠绕方向可使面对电枢的一半极靴变成北极磁铁。图左侧的极靴有磁场线圈包裹，使极靴的面向电枢的一侧成为南极磁铁。电流按照这样的路径流动：正极电池端子、→右侧磁场线圈、→左侧磁场线圈、→左侧电刷、→拆分环换向器、→电枢回路、→其他侧的分裂环换向器、→右侧刷子、→电池负极端子。电枢、换向器以及安装电枢和换向器并一起旋转的轴称为转子。磁场线圈、极靴和电刷被称为定子。3.2.2ACasynchronousmotor交流异步电动机电动机利用定子的电磁感应产生电流，从而在转子中产生磁场，而不需要电刷。交流异步电动机也被称为交流感应电动机(ACIM)，因为它允许转子与定子中不断变化的磁场之间发生一定程度的滑移。异步一词是指电动机的转速不一定与流经定子绕组的电流的频率有关。ACIM包括鼠笼式和绕线式转子设计。鼠笼转子（如图3-5所示）有若干平行粗大的铜或铝导体，它们的两端连接到相同材料的环上。当定子磁场旋转时，定子磁场与转子磁场相互作用，使转子以定子磁场的旋转速度旋转。另一种设计称为绕线转子，如图3-6所示。在这种情况下，转子具有与定子相同的磁极数，并且绕组是由导线组成的。当定子磁场旋转，转子绕组短路时，定子磁场运动在绕线转子中产生一个磁场，使转子以定子磁场的旋转速度旋转。Figure3.5Asquirrel-cagerotor图3-5鼠笼式转子Figure3.6Atypicalmotordesignwithawoundrotor图3-6绕线式转子设计3.2.3ACsynchronousmotor交流同步电动机交流同步电动机精确地以供电频率或供电频率的倍数旋转。转速是通过改变交流电源的频率和定子绕组中的极数来控制的。电子开关电路根据转子上磁极的位置在定子绕组中产生换向电流。电动机的转子以与定子换向相同的速度旋转。电动机的转速由所使用的交流电流的频率来控制。无刷永磁同步电动机具有较高的起动转矩，效率一般在90%以上。转子设计有两种类型：·永磁体安装在转子的外表面，如图3-2a所示。这些被称为表面永磁体(SPMS)。·永磁体位于转子外壳内，称为内部永磁体(IPMS)。本田、福特和丰田混合动力采用IPM型转子总成。在这两种电动机中，定子线圈是固定的，永磁体组件旋转。为使转子中的永磁体“追逐”变化的磁场，将交流电(AC)加给定子的不同相位，如图3-7所示。将电流加给三个定子相中的一个，并从第二相流出。这种电流流过各个相位，充当位置传感器，并帮助控制器确定何时通电和给哪一个相位通电。Figure3.7Therotorisforcedtorotatebychangingthepolarityandthefrequencyofthecoilssurroundingtherotor图3-7通过改变极性和转子周围线圈的频率，迫使转子旋转3.2.4PermanentmagnetbrushlessDCmotor永磁无刷直流电动机在永磁无刷直流电动机中，各个绕组的通电和断电是在控制电子器件(电子开关)的帮助下进行的，见图3-8。控制电子器件从转子位置传感器(例如霍尔效应传感器)接收关于转子位置的信息，并给定子中相应的绕组通电或断电，以产生旋转磁场。电动机转速取决于换向装置的换相频率。电子换向直流电动机通常有三个或更多的绕组。Figure3.8permanentmagnetbrushlessDCmotor图3-8永磁无刷直流电动机与机械换向式电动机相比，永磁无刷直流电动机的优点：·具有更高转速的可能性。·操作安静，电磁兼容性好，维修工作量小。·控制电子器件诊断能力强，机械运行平稳。·结构紧凑，重量轻。永磁无刷直流电动机的结构如图3-9所示。Figure3.9ConstructionofpermanentmagnetbrushlessDCmotor图3-9永磁无刷直流电动机的结构3.3MotorControlSystem(controllers)电动机控制系统（控制器）3.3.1PermanentmagnetbrushlessDCmotorcontroller永磁无刷直流电动机控制器如图3.10所示，本田混合动力电动汽车上的牵引电动机控制器是电动机控制模块(MCM)，这是大多数混合动力电动汽车中典型的控制器。MCM有三个来自a、b和c转子位置传感器的输入，它们向MCM发送数字信息以指示转子的角度位置。MCM进行编程以便使用这些信息来确定动力驱动单元(PDU)(电子开关)中的哪个驱动电路被接通。PDU控制电动机的所有功能，无论是产生扭矩来驱动车辆，还是用作发电机在再生制动期间为电池充电。通过PDU的电流由六个绝缘栅双极晶体管(IGBT)进行控制。其中三个晶体管控制电路的电压侧，被称为正侧IGBT或高侧IGBT。另外三个晶体管是负侧IGBT或低侧IGBT，因为它们在定子线圈的负(接地)侧。每个IGBT的基极连接到通往PDU的连接器的输入端子。IGBT是一种电流驱动装置，它让电流从电池组传送出去，并通过定子绕组，让定子线圈励磁，从而使转子运动，带动驱动轮旋转。每个IGBT都有一个二极管平行地连接在收集器和发射器之间，如图3.10所示。当直流驱动电机在再生制动过程中成为发电机时，这六个二极管共同工作，将定子交流整流到脉动直流充电。Figure3.10AtypicalHondaPDUcontrolsthecurrentandvoltagethroughthestatorwindingsoftheDCmotor图3-10典型的本田PDU控制着直流电动机定子绕组的电流和电压3.3.2PermanentmagnetACmotorcontroller永磁交流电动机控制器在大多数混合动力电动汽车中，交流牵引电动机的控制方式如下：·通过改变外加电流的频率来改变电动机的转速。速度与频率同步，因此当频率改变时，速度发生变化。调整脉冲宽度和电压以改变输出功率，满足车辆的电动助力或电力推进的要求。在丰田普锐斯（Prius）混合动力电动汽车中（如图3-11所示），升压转换器是一个直流-直流转换器，它将高压电池输出的直流201.6伏的标称电压提高到直流500伏的最大电压。直流-直流转换器（通常是写成DC-DC转换器）是用来将直流电压从某一直流电压转换到另一更高或更低的电压水平的电子设备，它的中心部件是变压器。使用IGBT可进行开关控制，而此功率晶体管又受到HVECU的控制。交流电动机由逆变器供电。逆变器按照要求的频率和振幅将直流电转换为交流电。逆变器将电池的高压直流转换为MG1和MG2的三相交流电。当MG1和MG2作为发电机运行时，逆变器将它们中的任何一个产生的交流电(范围从201.6V到500V)转换为直流电。升压转换器随后将其降至直流201.6V，以便为高压电池充电。丰田普锐斯的逆变器总成如图3-12所示。Figure3.11ToyotaPriushigh-voltagecircuit图3-11丰田普锐斯高压电路Figure3.12ToyotaPriusinverterassembly图3-12丰田普锐斯逆变器总成对于雷克萨斯RX400h（如图3-13所示），为了驱动电动机，用升压转换器将280V直流电压转换为650V，而IGBT用来处理给驱动电动机的驱动电流。主电容器用于吸收在升压转换器改变电压水平时出现的电压尖峰。Figure3.13MotorcontrolsforLexusRX4004WDHEVs图3-13雷克萨斯RX4004WD混合动力电动汽车的电动机控制器3.4ServiceandTesting维护与测试电压测量通常用于诊断DC-DC变换器系统。电压测试可以指示在变换器接通和断开时是否存在正确的电压。应该使用一种CATIII级数字万用表(DMM)。操作高压电路时应注意的安全措施：·始终遵循制造商的安全防范措施。高压电路通常用橙色布线来表示。·千万不要在DC-DC变换器电路中接入导线，以便为另一电路接入电源或接地。·千万不要阻止气流进入DC-DC转换器散热器。·千万不要用散热片作为仪表、示波器或附件连接的搭铁连接。·千万不要在转换器带电时，连接或断开DC-DC转换器。·千万不要将DC-DC转换器连接到比规定更大的电压源上。每当诊断电动机或控制故障时，使用扫描工具并检查是否有存储的故障码(表3-1)，然后按照汽车制造商推荐的详细测试步骤来确定根本原因。Table3.1genericmotor/controllerdiagnostictroublecodes表3-1电动机/控制器通用故障码DTCs故障码Meanings含义P0A00Motorelectronicscoolanttemperaturesensorcircuit电动机电子器件冷却液温度传感器电路P0A01Motorelectronicscoolanttemperaturesensorcircuitrange/performance电动机电子器件冷却液温度传感器电路范围/性能P0A02Motorelectronicscoolanttemperaturesensorcircuitlow电动机电子器件冷却液温度传感器电路电压过低P0A03Motorelectronicscoolanttemperaturesensorcircuithigh电动机电子器件冷却液温度传感器电路电压过高P0A04Motorelectronicscoolanttemperaturesensorcircuitintermittent电动机电子器件冷却液温度传感器电路断断续续P0A05Motorelectronicscoolantpumpcontrolcircuit/open电动机电子器件冷却液泵控制电路/断路P0A06Motorelectronicscoolantpumpcontrolcircuitlow电动机电子器件冷却液泵控制电路电压过低P0A07Motorelectronicscoolantpumpcontrolcircuithigh电动机电子器件冷却液泵控制电路电压过高P0A08DC/DCconverterstatuscircuit/openDC-DC转换器状态电路/断路P0A09DC/DCconverterstatuscircuitlowDC-DC转换器状态电路电压过低P0A10DC/DCconverterenablecircuit/highDC-DC转换器状态电路/电压过高P0A11DC/DCconverterenablecircuit/openDC-DC转换器使能电路/断路P0A12DC/DCconverterenablecircuitlowDC-DC转换器使能电路电压过低P0A13DC/DCconverterenablecircuithighDC-DC转换器使能电路电压过高Chapter4TransmissionSystem传动系统4.1ClassificationofHybridDrive混合动力的分类4.1.1CategorizeAccordingtothelayoutoftheprimemovers按照原动机的布置进行分类混合动力驱动是指至少有两个不同的原动机和蓄能器的驱动。根据原动机的布局，混合动力驱动可分为串联式混合动力、并联式混合动力和功率分流混合动力(又称串联并联混合驱动)三种驱动布置。·串联混合动力(图4-1)：-内燃机与之间没有机械连接；-机械变速箱不是强制性的；-一台内燃机与一台发电机配合，仅作为发电装置；-两台高性能电机(发电机+发电机/电动机)。Figure4.1serialhybriddrive图4-1串联式混合动力驱动装置·并联混合动力(图4-2)：-这两个动力装置可以组合-需要机械变速箱-只需要一台电机。Figure4.2parallelhybriddrive图4-2并联式混合动力驱动装置·功率分流混合动力(图4.3)：-将内燃机功率输出分成机械和电气两个路径；-机械和电功率路径的功率分流和功率合成所需的功率合成机构(行星齿轮组)；-至少需要两台高性能电机。Figure4.3power-splithybriddrive图4-3功率分流式混合动力4.1.2Categorizebytheirlevelsofhybridization按照混合度进行分类PHEV车型也可以根据它们的混合度进行分类。混合度（HF）是用于此目的一个度量参数，它表示电动机功率与车辆总功率的相对值。因此，它可以根据下式计算：式中，PEM表示电动机的峰值功率。PICE内燃机的峰值功率。ICEV的HF=0，而BEV的HF=1。市场上混合动力汽车具有不同的混合度。不同的汽车制造商使用不同的混合动力技术。·轻度混合动力轻度混合动力通常使用42伏电动机和电池组(36伏电池，42伏充电)，而且没有内燃机的帮助，依靠本身无法使用电动机来推进汽车。微混合动力系统的优点是成本较低，然而与重度混合动力汽车相比，节省的燃料少。微混合动力设计的燃料节约约为8%至15%。·中度混合动力中度混合动力使用144至158伏的电池。与轻度混合动力一样，典型的中型混合动力车辆不能单独使用电池电力来推进车辆。对于中度混合系统，燃料节省约为20％至25％。中度混合动力的例子包括本田Accord、Insight和Civic。·重度混合动力完全混合动力(也称为强混合动力)能够单纯使用电动机即可推进车辆行驶。每个车辆制造商都依据对某一特定车型的市场机遇的评估来决定采用哪种混合动力类型。重度混合动力系统的节油率约为30％至50％。重度混合动力即强混合动力的例子包括福特EscapeSUV、丰田普锐斯和汉兰达、雷克萨斯RX400H和GS450H。4.2PassengerCarHybridDrive乘用车混合动力传动系统4.2.1BMW6-speedparallelhybridpassengercarautomaticgearbox宝马6速并联式混合动力乘用车自动变速器□工作原理作为一个例子(图4-4)，下面描述的宝马并联式混合动力是一个重度混合动力。传动系统中的基本齿轮装置是ZF6速自动变速器。该“附加”混合动力模块，是一台电机EM与两个离合器C1和C2，取代了液力变矩器并接管其作为起步元件的功能。通过安装在齿轮输入轴上，电机可以接管不同功率和转矩要求的驱动动能或发电机功能。Figure4.46-speedpassengercarhybridautomatictransmissionasaparallelhybridwithoneelectricmachine图4-46速乘用车混合动力自动变速器（并联式混合动力，采用一台电机）在图4-5中表示的不同操作状态下可实现混合动力功能。箭头的方向总是指示功率流的方向。a）通过离合器C1，电机实现内燃机CE的冷起动（因此，发动机起动机可以省略）。b）车辆静止，CE运行，电机EM并通过接合的离合器C1作为发电机运行，从而为电能储能装置（电化学电池或双层电容器）充电。c）如果储能装置的充电状态允许，则可以在车辆静止时、停停走走的经常性停车的行驶中或遇到红绿灯（发动机启动/停止）期间，内燃机CE可以关闭。在这些阶段中，车载动力来源由储能装置接替。Figure4.5Powerflowindifferentoperationalstates图4-5不同工作状态的功率流d）电动起步或机动（内燃机关闭，离合器C1分离）；e）在较高的行驶速度时启动CE，或通过离合器C1打滑来满足驾驶员想要的更高性能要求。f）当内燃机CE同步时，离合器C1处的滑移减小，因而CE承担驱动功率。在这种运行状态下，例如在助推时或在补偿液力变矩器被省掉而导致的转矩增加的缺失时，电机可以暂时将其转矩与发动机的转矩叠加起来。g）在滑行的情况下，例如下坡时，电机作发电机运行可以产生滑行转矩。因此，滑行能量被转化为电能，并暂时储存在储能装置内。在制动时由于具有较高的功率水平，所以电能可以回收。h）在滑行情况下或制动时，动能转换为电能的效率可以提高，因为在这些操作状态下，离合器C1的分离可使内燃机CE与反拖力矩不耦合（不连接）而熄火关闭，因此不需要额外拖动而消耗动能。□构造与传统的液力变矩器变速箱相比，在用作起步元件的功能方面，这里的液力变矩器被永磁三相同步电动机(PSM)取代，这种电动机的组成包括定子1和转子2，如图4-4所示。电机与两个湿式多片离合器C13和C24作为一个混合电力模块集成到钟形外壳内，不需要额外的安装空间。分离离合器C1和主离合器C2通过液压传动控制单元进行啮合和油冷。Figure4.6BMWparallelhybrid6-speedpassengercarautomaticgearbox1EMstator;2EMrotor;3multi-plateclutchC1;4multi-plateclutchC2;5dualmassflywheel图4-6宝马并联式混合动力6速乘用车自动变速器1-电极定子2-电极转子3-多片式离合器C14-多片式离合器C25-双质量飞轮4.2.2Toyota/LexusPower-SplitHybridTransmissions丰田/雷克萨斯功率分流式混合动力变速器□工作原理虽然控制系统很复杂，但丰田/雷克萨斯混合动力系统设计非常简单，因为它的主体部分是一个简单的行星齿轮组（功率分流装置）和两个电动机/发电机总成（MG1和MG2），如图4-7所示。功率分流装置与IC发动机、MG1和MG2相连，见图4-8。Figure4.7ThebasictransaxleofToyota/Lexushybridsystem图4-7丰田/雷克萨斯混合动力系统的变速驱动桥基本结构Figure4.8Thepower-splitdevice图4-8功率分流装置·车辆停驶。当车辆停止时，车辆驱动系统不会发生任何事情。内燃机被关闭，两台电动机/发电机也被关闭，如图4-9所示。·缓慢加速。当车辆以低速行驶和缓慢加速时，它是由MG2单独驱动的。参见图4-10。来自高压电池的电流通过逆变器被输送到MG2，从而推动车辆行驶。当发动机停止时(0rpm)，MG2正向前转，这会导致MG1向后转。见图4-8。Figure4.9Whenthevehicleisstopped,theICEisshutoffalongwithbothmotor/generators图4-9当车辆停止时，内燃机与两台电动机/发电机一起关闭Figure4.10Underlightacceleration,electricalpowerissendtoMG2tomovethevehicle图4-10在缓慢加速时，电功率被输送给MG2，以便推动汽车前进·正常行驶。当需要更高的车速时，必须起动内燃机，以便将其输出与MG2的输出结合起来。参见图4-11。当车辆向前行驶时，齿圈已经顺时针转动。由于行星架(与内燃机相连)是固定的，太阳齿轮(由MG1驱动)被用来顺时针驱动行星架并起动内燃机。来自高压电池的电流经过逆变器，并使MG1作为电动机操作，顺时针旋转并带动内燃机以高达1，000转/分的转速起动。内燃机一旦起动，MG1便作为发电机运行，但沿逆时针方向转动。内燃机的输出现在被分开即在驱动轮（齿圈）和MG1（太阳齿轮）之间“分流”。由MG1产生的功率要么被引向MG2以帮助驱动车辆，要么用于在必要时为高压电池充电。·全速加速和高速巡航。当需要更大的加速度时，MG2和内燃机继续向车辆驱动轮传送扭矩，但MG2还可以从高压电池接收功率以增加其输出，如图4-12所示。Figure4.11Undernormaldriving,theICengineisnowrunningandsomeofitstorqueisusedtodriveMG1.ElectricitygeneratedbyMG1isusedtopowerMG2orrechargetheHVbattery.图4-11在正常行驶情况下，内燃机运转，因而它的部分转矩用于驱动MG1。MG1所产生的电能用于驱动MG2或为高压电池充电Figure4.12Duringfull-throttleaccelerationandhigh-speedcruise,electricpowerfromMG1iscombinedwiththepowerfromtheHVbatterytogenerategreateroutputfromMG2.图4-12在全速加速和高速巡航期间，来自MG1的电功率与来自高压电池的功率组合一起，从而使MG2产生更大的功率·减速和制动。当车辆减速时，MG2作为发电机运行。然后由MG2将车辆的动能转化为电能。内燃机和MG1被关闭，来自MG2的电流通过逆变器，然后被用来给高压电池充电，如图4-13所示。·Reverse.Ifreverseisselected,powerissentfromtheHVbatterytotheinverterandthenontoMG2,asshowninFigure4.14.MG2operatesinthereversedirectiontobackupthevehicle,buttheothercomponentsinthedrivesystemareturnedoffatthistime.•倒车。如果选择倒档，则来自高压电池的功率传送至逆变器，然后传送到MG2，如图4-14所示。MG2反向运转以备车辆倒行，但此时驱动系统中的其他部件关闭。Figure4.13Duringdecelerationandbraking,MG2operatesasageneratorandrechargetheHVbattery图4-13在减速和制动期间，MG2作为发电机运行并为高压电池充电Figure4.14Duringreverse,powerissentfromtheHVbatterytotheinverterandthentoMG2图4-14在倒车期间，来自高压电池的功率被传送给逆变器，然后到达MG2□构造图4-15和图4-16展示了丰田/雷克萨斯p310型带有两台电机的功率分流式混合动力变速器的设计。这种具有集成前轴差速器的混合动力变速器用于横置发动机、前轮驱动的SUV。电动机和发电机都是工作在变速箱内即在润滑油区的永磁三相同步电动机（PSM）。这两台电机既要通过ATF油冷却又要通过电机定子周围的冷却水套进行冷却。ATF油通过变速箱外壳将废热传送到周围区域，冷却水套与车辆的冷却水循环系统相连接。这种混合动力变速器的一个中心组件是第一个行星齿轮变速箱，即功率合成机构，它将发动机曲轴与输出（功率合成机构和减速机构的连接齿圈）和发电机（太阳轮）耦合起来。这样，就可以利用发动机的动力一方面来驱动齿轮（必要时还将得到电动机的支持）另一方面来驱动发电机。第二行星齿轮机构（减速机构）的任务是在输出方向降低电机的速度和增加转矩。这使得高性能电动机具有更紧凑的尺寸。此外，电动机连接到太阳轮，而齿圈（与功率合成机构的齿圈耦合）充当前轴差速器方向的输出元件。行星齿轮轴牢固地连接到变速箱外壳上。Figure4.15Toyota/LexusP310power-splithybridgearbox图4-15丰田/雷克萨斯P310型功率分流混合动力变速器Figure7.16Powersplithybridgearbox(Toyota/LexusP310)图4-16功率分流式混合动力变速器（丰田/雷克萨斯P310）如果如图4-17所示，通过后桥差速器与另外的第三台电机MGR相结合，实现汽车的后桥的电动化，那么动力传动总成便可具有全轮驱动的某些特性。这台电机可以从电能蓄能器供电，或者当发动机运行时，可以从发电机的电功率路径供电。Figure4.17anall-wheeldrivehybriddrivesystem图4-17全轮驱动混合动力驱动系统丰田P111型功率分流式混合动力变速器（用于2003年款普锐斯）和P112型功率分流式混合动力变速器（用于2004年款及以后年款的普锐斯）采用链传动。请参见图4-18。Figure4.18ToyotaP111power-splithybridgearbox图4-18丰田P111型功率分流式混合动力变速器4.2.3FordEscapeHybrideCVT福特Escape混合动力电控无级变速器福特混合动力采用一种包括一个行星齿轮组的电子控制无级变速器。这种变速驱动桥设计不再是从一个速比(档位)分步骤变换为一个速比，没有可检测到的速比变化，工作平稳。这种驱动桥设计将来自发动机和牵引电动机的扭矩相结合。因此，汽油发动机可以在低速和轻负荷下关闭，以节省燃料，而车辆完全由牵引电机驱动。该驱动桥还将发动机产生的部分动力输送给一台发电机。工作原理福特混合动力驱动桥以四种模式之一运行，具体如下：·串联模式。当车辆静止和内燃机运行时，驱动桥将进入这种模式。由于气候控制（空调）的原因，内燃机将为电池充电。参见图4-19。·正分流模式。在正常运行期间，内燃机运行并驱动发电机/电动机发电。内燃机的动力分成两部分，一部分直接送给驱动轮，另一部分送给发电机/电动机。参见图4-20。Figure4.19Seriesmode图4-19串联模式Figure4.20Positivesplitmode图4-20正分流模式·负分流模式。在内燃机必须运转但高压电池组不需要充电的高速公路行驶期间，使用这种模式。发电机/电动机被用来消耗电能以降低发动机转速。牵引电动机可以作为电动机或发电机运行。·电动模式。车辆使用存储的电能推动，仅使用牵引电动机。这种模式用于倒车，因为内燃机不能输出反向扭矩。在制动过程中，牵引电动机暂时变成发电机。该发电机产生的负扭矩用来减缓车辆的速度，从而降低了基本制动器上的负载，并为高压电池组充电。□构造福特混合动力变速驱动桥（图4-21）包括以下部件：一台36千瓦永磁交流发电机/电动机、一台70千瓦永磁交流牵引电动机、行星齿轮组、主减速器齿轮和集成功率转换器/逆变器。Figure4.21FordEscapehybridtransaxle图4-21福特Escape混合动力变速驱动桥4.2.4HondaHybridSystem本田混合动力系统本田混合动力系统被称为集成电动机辅助（IMA）（图4-22）。IMA是一种并行混合动力机构，它在内燃机和变速器之间采用一台电动机/发电机。IMA电动机（图4-23）是一种交流同步电动机，它可提供扭矩辅助来推进车辆或发电为高压电池模块充电。该系统的所有电子设备都位于车辆的后部，三根电力电缆布置在IMA电动机和智能动力单元（IPU）之间。Figure4.22Hondahybridsystem图4-22本田混合动力系统Figure4.23AHondaHybridEngineAssembly图4-23本田混合动力发动机总成□工作原理·起动。在大多数情况下，本田混合动力发动机是由IMA电动机起动的，IMA电动机会瞬间使发动机转速达到每分钟1000转。·加速。在加速和其他高负荷条件下，如爬山，电池模块的电流被MDM(电机驱动模块)转换为交流电，并提供给IMA电动机，而IMA电动机则起到电动机的作用。为了最大限度地提高车辆的加速度，汽油机和电动机共同工作。·燃油切断模式。IMA电动机/发电机以发电方式运行。在这种模式下，IMA电动机由车轮驱动，产生的电能存储在电池模块中，并在此过程中减缓车辆的速度。·减速。再生将继续，直到发动机速度下降到1000转/分左右。在许多情况下，汽油机现在将立即进入自动怠速停止模式。□构造本田雅阁混合动力自动变速器如图4-24所示。IMA组件位于曲轴的末端。通过应用和释放液压操作的多片式离合器，实现各种齿轮的啮合和分离。Figure4.24HondaAccordHybridautomatictransmission图4-24本田雅阁混合动力自动变速器从2014年款开始，本田雅阁混合动力使用如图4-25所示的双电机混合动力驱动系统。这两台电动机/发电机由一个离合器隔开，每台电动机/发电机具有两种功能：·主电机/发电机。它推动车辆，并在减速过程中为高压电池充电·副电机/发电机。它用于启动汽油机，向一次电机/发电机提供电能或为高压电池充电。

Figure4.25HondaAccordHybridtwo-motorhybriddrivesystem图4-25本田雅阁双电机混合动力驱动系统Chapter5BriefDescriptiontoSomeTypicalEvs典型电动汽车简介5.1FuelEfficiencyMeasures燃油经济性测量对于内燃机车辆（ICEV），通常用英里/加仑(MPG)和公里/升来表示车辆的燃油经济性。通过将插电式电动汽车（PEV）的将电能转化为运动的电能消耗考虑在内