混合动力车(HEV)系统及控制方式剖析

2010-12-03 22:06:20来源: 互联网
  在2009年日本国内新车销量中,丰田“普锐斯(Prius)”以超过20万辆的业绩高居榜首,如今HEV已完全成为大众型汽车。HEV通过充分利用马达,大大改善了发动机汽车起动及减速时的能耗和尾气排放等缺点,同时还解决了EV存在的行驶距离和充电时间等问题。本文将对HEV系统的种类及特点进行介绍。

  混合动力车(HEV)系统完美融合了发动机汽车和电动汽车(EV)的技术,对EV采用的马达及电池技术进行了充分利用。EV尽管从汽车黎明期就已出现,并在1900年以前达到了实用水平,但迄今为止一直未能实现全面普及。

  在第二次世界大战后的汽油紧缺时期,EV作为替代能源汽车开始在日本上市。1949年日本国内EV产量达到3299辆,占到当时日本汽车保有量的3%。但是,随着发动机汽车的改进以及加油站的普及,EV的势头开始在日本逐渐衰退。

  之后,汽车业界从1971年起将EV定位于环保汽车展开了开发。当时日本的通商产业省工业技术院利用大型项目制度(由汽车、电机及电池厂商参加)启动了EV的研发,众多汽车厂商及部件厂商投入了极大的精力。但在1980年以后,随着发动机汽车尾气净化技术的进步,EV再次消失了踪影。

  在20年过后的1990年,美国加利福尼亚州制定了尾气排放规定“ZEV法案”(零排放车辆法)。当时,除了EV以外,没有任何一种汽车能够达到这一规定,因此EV的开发再一次被启动。

  ZEV法案的实施时间为1998年,由于必须要销售规定比例的EV,因此各公司开始奋力开发。但是该规定并未按期实行,最终以数年的限量生产而告终。

  采用EV要素技术的HEV

  如上所述,EV存在行驶距离、充电时间及成本方面的课题,迄今只在叉车等特定用途领域实现了普及。

  而解决了EV的上述课题,燃效比发动机汽车出色且实现了低排放的汽车就是1990年下半年面市的HEV。丰田于1997年上市了“普锐斯(Prius)”,本田也于1999年推出了“Insight”。

  这些HEV采用了为符合ZEV法案而开发的EV要素技术。尤其是镍氢充电电池,在1996年实用化的丰田“RAV4EV”及本田“EV PLUS”上得到了采用。由于有助于延长EV的持续行驶距离,因此即使说HEV没有镍氢充电电池就无法实现也不为过。另外,不仅是电池,为EV开发的使用稀土类磁铁的永久磁铁(PM)式同步马达也为HEV性能的提高做出了贡献。

  在介绍HEV的系统之前,先来谈谈为符合ZEV法案而开发的EV。图1列出了丰田RAV4 EV的系统构成。该系统根据油门传感器检测的踩入量,由EV·ECU(电子控制单元)控制逆变器,驱动行驶马达。马达采用永久磁铁式马达。

图1:丰田“RAV4 EV”的系统构成
1996年实用化的、配备镍氢充电电池的EV。



  驱动马达的电池采用288V镍氢充电电池,通过用电池ECU和EV·ECU监测充放电状态来随时计算行驶时的剩余容量。为电池充电时利用车载充电器通过交流200V商用电源进行。以下将驱动行驶马达的高电压充电电池称为主电池,将辅助驱动用充电电池称为12V电池。

  在EV行驶控制中,根据油门开度、制动信号、档位及车速等信息,利用驱动扭矩图来决定所需要的车辆驱动扭矩。由EV·ECU的车辆控制部向马达控制部发出扭矩指令,通过PWM(脉冲宽度调制)信号向逆变器传输指令。马达控制采用加速或正常行驶时用作电动机、减速时用作发电机的方式(图2)。 

图2:EV的行驶控制
根据油门开度及制动信号等,决定车辆驱动扭矩。

  混合动力系统的概要

  混合动力系统的分类方法有二种。一种是根据可实现的功能的不同来进行分类,另一种是以驱动机构的方式来分类。

  首先,按功能来分类的话,就如同图3所示。只有无空转功能的称为微HEV或ISS(Idling Stop System)。在该功能的基础上增加加速辅助、能量再生及发动机高效运转功能等的话,就称为弱HEV,而增加EV行驶功能的话则称为强HEV。越接近强HEV,CO2排放量及尾气就越少。而EV的排放全部为零。另外,插电式HEV(PHEV)及通过运转发电用发动机来延长行驶距离的增程器式EV被定位于强HEV和EV之间。

图3:HEV和EV的CO2减排效果
按照不同功能对混合动力系统进行分类。

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关键字:混合动力车  HEV  EV

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/1203/article_2895.html
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