启动混合动力车（精选8篇）
启动混合动力车 篇1
城市公交车、大型客车是市民日常出行的重要交通手段, 因此市民对这些车辆的行车安全十分关注, 同时也是社会广泛关注的焦点。随着近年来公交车事故的增多, 公交车燃烧事故的发生, 把公交安全问题提升到重要日程。
为了创造良好的公路营运环境, 给市民出行带来安全。不少公交公司、运输公司着力改善营运车辆的马达启动安全性能。目前, 公交大客车的启动马达普遍存在启动时间较长后, 容易发生超负荷运转和高温冒烟乃至燃烧的现象, 为此对其安装启动马达保护控制器就显得非常的必要, 汽车启动马达保护控制器可以有效保护马达性能, 其的应用具有较高的性价比和可行性。
1 起动马达冒烟故障的原因分析
通过长期的实践经验和研究分析, 笔者认为, 汽车启动马达发生启动事故的原因分为以下几个方面:
1.1 汽车启动马达前端盖轴承套磨损严重。
磨损严重后的启动机转轴和轴承套之间空隙较大, 从而使得启动马达工作时, 会受到飞轮齿的反作用力而发生错位, 从而使的启动机的定子和线圈产生摩擦, 进而导致线圈的发热短路和烧毁现象。
1.2 操作不正确导致启动事故。
很多司机对启动操作存在错误, 根据汽车启动的基本要求, 以及车辆使用的基本要求规定, 操作者对汽车进行启动马达时, 必须遵循一定的规则, 规则规定启动的时间不能太长, 一般为10秒以内, 同时还要保证启动要有一定的间隔, 间隔时间为5-10秒。但是在实际的汽车启动过程中, 有很多司机并不严格按照规则要求执行, 当他们在启动马达不成功的时候, 就会接二连三的启动汽车马达, 直到把汽车马达启动起来为止。这样就会导致马达在较长时间内通过较大的电流, 大电流的影响下, 必然导致严重的发热, 最终有可能造成导线包裹的绝缘漆受热而遭到破坏, 进而导致短路引起冒烟事故, 还有可能导致火灾事故。另外, 还可能因为高温原因, 致使电枢转轴轴承的润滑脂迅速挥发掉, 使轴承套和电枢转轴产生干摩擦, 干摩擦导致轴承磨损严重, 进而出现线圈和定子的碰刮短路, 引起事故。
1.3 还有些是因为点火锁匙开关有问题。
这种情况是磁吸线圈无法正常回位, 单向啮合器不能正常退出、同时, 马达电枢在发动机的带动下以高于发动机转速的速度高速旋转, 这样就使得离心力使电枢轴承变形进而导致刮碰, 引起故障或事故。
2 启动保护器工作过程及功能
2.1 工作过程
启动器的工作原理:首先是启动保护器对汽车启动开关的检测, 启动开关开启后, 这时变速箱是处于空挡上的, 这时汽车的发动机不在工作状态, 接通车身电器电源继电器, 切断车身电器负载电源, 延时0.5 s后, 接通起动控制继电器, 起动机通电起动。当起动开关断开或者发动机转速达到300 r/min后, 控制器释放起动控制继电器, 起动机断电停止工作, 延时0.5 s后。释放车身电器电源继电器, 接通车身电器负载电源, 起动完成。
2.1 主要功能
2.2.1 正常起动
汽车的启动开关从关闭状态到打开状态后, 这时蓄电池的电压处在一个正常值上, 然后就启动了马达保护控制器, 进而启动汽车的启动继电器, 这时就可以启动起动机起动。当发电机的电压过高时, 钥匙开关就会从起动开关返回原来位置, 控制器就截断电路, 同时释放启动继电器, 启动机的启动任务完成, 停止工作, 控制器记录启动的次数这时整个启动过程结束。
2.2.2 重复起动保护
当发动机正在处于发动的状态, 而且发电机电压有超过了一定的电压值, 这时启动开关从关闭的位置打开到启动的位置时, 启动保护器就不会对其作出启动的信号, 从而使得汽车不再进行启动, 启动也不能产生效果。
2.2.3 低电压报警及保护
如果电源电压稍微低于正常值, 保护控制器将会发生报警提示, 报警器鸣叫短、中、长三声警报, 这时启动机可以启动。但是如果电源电压低的太多, 这是除了报警器鸣叫短、中、长三声警报, 当启动开关从关闭的位置打开到启动的位置时, 这时保护控制器将对启动进行保护, 启动就无法进行。
2.2.4 起动时间控制
启动开关从关闭的位置打开到启动的位置时, 起动的最长时间控制器限定为5秒, 如果5秒之内, 汽车的起动没有启动, 保护控制器将自动进入保护状态, 停止输出。开关回位后, 要等待1秒才能继续启动, 因为保护控制器在进行保护, 如果连续进行3次启动都没有成功, 启动系统的电路就回产生大量热量, 这时启动机输出功率就减小了, 控制器为了保护就会阻止启动工作。这时, 可以保持点火开关处在关闭状态10秒, 等报警器发出可以再次启动的警报后, 在进行启动, 如果需要立即启动, 可以关闭汽车的整车电源, 1秒后, 就可以进行再次启动。
2.2.5 控制器自身输出短路保护
当保护控制器出现问题, 或者引线等出现短路, 控制器就会自己切断电路, 等检查排除故障后, 控制器才能正常的进行工作。
2.2.6 点火开关问题或线路短路
控制器有时会频繁的接收到启动的信号, 这种问题可能是点火开关的接触不良问题或者线路的短路问题, 这种问题如果没有保护控制器的保护非常容易引起事故, 如果安装了保护控制器, 经过保护控制器的芯片的分析, 控制器将对启动时间进行延时, 或者禁止启动。有效避免事故发生。
结语
混合动力公交启动马达的保护控制器是根据汽车的启动环境以及经济可靠性而设计而成的, 结构简单, 设计新颖, 同时能有效保护和控制不良的启动, 具有非常高的可靠性和较低的成本优势, 应用在汽车马达的启动上可以有效提升车辆的启动安全性能, 降低因启动引起的事故, 节约维修成本, 给广大用户带来实惠, 为社会节约了资源。
参考文献
[1]王盛良.汽车发动机电控技术与检修[M].北京:机械工业出版社.2007.
[2]胡明义.汽车起动机结构、原理与维修[J].汽车维修技术, 2007.
2012混合动力车元年 篇2
故此，对中国而言，发展节能与新能源汽车不是跟风潮流，也不完全是汽车业转型升级的需要，而是一个国家战略。
而早在今年的北京国际车展上，各大汽车厂商纷纷推出自己的混合动力车型，他们摩拳擦掌、积蓄力量，准备在混合动力领域大干一场。
2012年中国将迎来混合动力第一轮爆发期。
7月15日，位于北京清河的一家雷克萨斯4S店里，一对年轻夫妇围在一辆白色雷克萨斯CT200h旁边，左看右看，官方数据，这款车百公里油耗仅为4.6L的数字让他们心动不已。
最近几个月内，这辆不到30万元的小型混合动力车在北京卖得异常火热。销售人员告诉记者，这款车全国一个月能卖上1000多辆，非常畅销。
没有现车、要等上两到三个月，而且还没有任何优惠措施，对这个受限号、限行影响的低迷车市来说，除了热销车型外，很少有厂家敢于这样底气十足。要知道在2005年，中国第一款国产混合动力车（普锐斯）投产时，一汽丰田还为此苦苦撑了四年，最后不得不将这款车停产。
七年时间过去了，斗转星移，似乎市场变了，中国人开始慢慢接受混合动力车。
省油才是硬道理
混合动力一般是指油电混合动力，即燃料驱动和电能驱动相结合；由燃料发动机与电池电动机同时运行驱动的汽车。
据中汽协会不完全统计，2011年汽车整车企业生产新能源汽车8368辆，比上年有较大幅度的提高。其中：纯电动汽车5655辆、混合动力车2713辆；销售新能源汽车8159辆，其中：纯电动汽车5579辆、混合动力车2580辆。
一汽丰田销售公司常务副总经理田聪明曾在普锐斯上市时表示：“第三代普锐斯去年仅在日本的销量就超过了30万辆。中国作为普锐斯在日本以外建立的第一个生产基地，丰田寄予厚望。”
与此同时，目前很多车企都推出了或准备上市混合动力车型。奥迪Q5 hybird于6月末上市，本田CR-Z上周也在长春车展亮相，雷克萨斯宣布将来每款车型都将生产混动版。混动汽车的普及还呈现出由豪华品牌向中低端品牌传导的特点，从普锐斯、CT200h到旗云3、传祺，自主品牌也积极参与进来。消费者购买混动汽车将有更多选择。
而混合动力汽车也在全球范围内迅速发展，已经进入产业化，尤其在日本和美国越来越受到消费者认可。截至2011年底，全球混合动力汽车累计销量超过450万辆。其中，日本累计销量超过150万辆，美国累计销量近216万辆，欧洲累计销量超过45万辆。
省油，当然是大多数人选择混合动力汽车的主要原因，在目前高油价的时代，这是有车一族永不厌倦的话题。
在购买雷克萨斯CT200h之前，闫小姐特意在网上搜索了有关这款车的新闻，她发现其缺点是空间小和动力性能略差。
但经过2个月的驾驶体验后，闫小姐发现，空间问题基本对她没有影响，因为大部分时间一个人开，前排空间很舒适，虽然后排空间略小，但是她的车很少4个人同时乘坐，如果是装东西，后排座椅放倒后能够装下4个大号整理箱。
另外，让闫小姐满意的主要是CT200h的动力性能，此车分为4个驾驶模式：正常模式、环保模式、运动模式和EV驱动模式也就是所谓的纯电动模式。
使用最多的是环保模式，与正常情况相比，可更有效地转化动力，且空调系统将以最小能耗运行，因此可提高燃油经济性。
“运动模式在山区和超车时使用，在运动模式下动力性能强劲完全能满足一般驾驶者对动力的要求。”闫小姐告诉记者。
而EV模式对于喜欢逛夜店的闫小姐来说更是一个大帮手。在深夜住宅区和室内停车场驾驶时使用，该模式无噪音和尾气排放。
闫小姐给记者算了一笔账。在环保模式下，百公里油耗5升 。在运动模式下，百公里油耗6.3升。这样算下来，每月平均跑1500公里，每年18000公里，用油900个。如果按照平均8元每升的价格计算，900×8=7200元， 此车电池寿命约6年， 7200×6年=43200，另外，6年换电池的费用为30000左右：43200+30000=73200。
而其他1.8排量自动挡车型油耗10个左右，每年18000公里，耗油1800个，1800×8=14400×6年=86400元。两者相差86400-73200=13200元
“由此可见，混合动力即使算上6年后更换蓄电池的费用，也要比传统汽车节省1万多元。而且，在6年时间里行驶公里数越长越划算。“闫小姐告诉记者。
在保养方面，CT200h1万公里一保养，费用约1000元一次，按上面的计算方式6年跑108000公里可省下11000元的保养费用。
静音“吓坏”骑车人
除了省油以外，闫小姐觉得安静是这款车的最大优势。车辆在使用电动机（牵引电动机）驱动车辆时，完全没有发动机的声音。“相当安静，就像车子没有启动一样静谧。”闫小姐说。
但是，任何事物都有两面性，正因为车辆在低速行驶的状况下没有声音，这对于车辆周围区域的行人，骑自行车的人以及其他人员和车辆可能就是一种威胁。
她举例，一次她去加油站加油，停在了加油台正前方，此时服务人员走过来说您已经熄火啦，这个油枪坏了，您得去另一个，麻烦您还得启动下车子。闫小姐感到很奇怪，她告诉服务人员自己并未熄火后，服务人员露出了相当惊讶的表情。
还有一次闫小姐准备左转弯，前方有骑自行车的人正要右拐，他完全没察觉到后面有汽车，紧急之下闫小姐按了喇叭，这一按把骑车人吓坏了，直嚷道：“这车怎么完全没声啊。”
第二就是外观、内饰和舒适性，整车进口工艺精细，因为是无极变速，驾驶时舒适性特别的好。第三是新能源低碳环保绝对的绿色生活理念。第四是6年15万公里的保修保养节省了很大的养车费用。
车价让普通消费者难接受
对于已经驾驶雷克萨斯CT200h有三个月时间的闫小姐来说，当初是犹豫很久才下定决心购买这款车。
她告诉记者，自己起初购车的需求是小型轿车，品牌在中高端左右，预计购车费用25万，主要是北京市区上下班使用以及周末近郊游玩，空间需求不高，性能一般就可以，看完车市销售的主要车型后，她把主要目标锁定在宝马318和奔驰C180上。但是，一打听这两款车的售后保养花费，让她打了退堂鼓。
一次偶然路过雷克萨斯4S店，抱着试试看的想法进去，闫小姐被CT200H的外观设计所吸引。
“这款车什么都好，就是价格不是一般的贵，1.8L的自动挡销售价格在28万左右，与同等排量的常规动力汽车相比要贵上10万元左右。”
相比较国外热销，混合动力在中国还处于比较尴尬的处境。其中，价格因素是困扰混合动力车型在国内热销的主要原因。
目前市场上，合资企业的混合动力车价约为25万元，“差不多的性能，但要给多一倍的钱。”这成为消费者在购买混合动力车型时的困惑。由于研发投入原因，其售价较高成为最大的问题。以丰田普锐斯为例，这款混合动力车在去年世界销量超过100万辆，但是在华销售3年仅卖出3500辆，去年1000辆的销售目标也没能实现。
按照国务院办公厅发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》，混合动力车被纳入节能汽车，将不能享受国家对纯电动汽车在生产和销售中的政策补贴。价格因素还是混合动力车在中国热销的主要障碍。
但是，汽车行业资深分析师贾新光告诉记者，过去认为混合动力汽车价格比较高，现在已经有了变化。如第三代普锐斯采用的是1.8L发动机，在美国的零售价是2.7万美元，折合人民币17万多元。国内最低的官方价格是22.98万元，最高价格是26.98万元。
“而且混合动力汽车不能单以发动机排量来做横向比较，比如1.8L混合动力汽车总动力相当于2.0L级的轿车，这样一来，价格的差距就小多了。”贾新光说。
混动车、电动车全接触
体验者：魏刚
驾龄：12年
试驾车型：丰田普锐斯
谈到混合动力车，不提普锐斯恐怕说不过去，作为世界上最早批量生产，同时也是最早进入中国市场的混合动力车，普锐斯可以说是混动车的大哥，但是它给国人的印象更多的是高价和新潮，至于驾驶感受、节能效果则很少有人了解。
蓝标下的科技
7月12日，我试驾了一汽丰田生产的顶配版第三代普锐斯，这辆车搭载1.8升汽油发动机配合一台采用镍氢电池供电的电动机组成的混合动力系统，和CVT无极变速器。为了追求更低的风阻系数，普锐斯外形更像是一辆MPV。不过车头和车尾的蓝色车标明确地告诉路人，这是一辆混合动力车。进入车内，人们都会被蓝色的挡把吸引，挡把设计很小巧，并且极富流线型，不过驾驶时挡位只会显示在中控台上方的显示屏上，因为每次挂挡后挡把都会自动归位。普锐斯标配三种驾驶模式（Power、Eco与EV)，ECO模式下更多的考虑是经济性，对油门的反应也就不那么敏感，PWR模式下，发动机参与行驶的机会就更大，动力也会感觉更加明显，EV模式则是全电动模式。
油耗比汽油车少一半。
试驾当日气温31度，车载2人，全程空调开启。共试驾了五段路。
第一段从亮马桥路向西经三元西桥后向南到长虹桥，路程6公里，采用PWR（日常驾驶）模式，行车电脑显示百公里油耗为7.3升。在PWR模式下，动力虽然达不到“随叫随有”的境界，但是正常提速与同排量的汽油车相差无几。
第二段从长虹桥向东经朝阳公园路再向南经姚家园路回到长虹桥，路程4公里，采用ECO（经济驾驶）模式，行车电脑显示百公里油耗为7升。与PWR模式相比，ECO模式下，油门反应明显滞后，即使全力踩下油门，车速也不会迅猛增加。
第三段从长虹桥向东经朝阳公园路再向南经西大望路到新光天地再向东到东四环、南四环到新发地，这也是最远的一段路程，有28公里，采用ECO（经济驾驶）模式，行车电脑显示百公里油耗为4.5升。这是路程最长的一个路段，路况比较好，其中18公里基本是时速80公里的巡航。
第四段从新发地向北走京开高速经西二环到北师大西门，路程20公里，采用ECO（经济驾驶）模式，行车电脑显示百公里油耗为5.4升。这也是最拥堵的一段路，其中有10公里基本是时速不超过10公里的走走停停。在西二环还遇到了10分钟的阵雨。
第五段从北师大西门经北三环、东三环到长虹桥，路程12公里，采用PWR（日常驾驶）模式，行车电脑显示百公里油耗为5.5升。
通过几段路程试驾，可以看出，在综合路况下，普锐斯的油耗不会超过5.5升，相对来说确实比较省油。
行驶安静平顺
值得一提的是，由于在怠速和低速行驶时，发动机停止转动，只靠电动机驱动，所以车内十分安静，一键启动时，也没有汽油车普遍存在的振动。此外，在发动机与电动机动力切换过程中，由于采用CVT无级变速箱，无论是提速还是减速，都没有普通自动挡的顿挫感，十分平滑。而在炎热的夏天，普锐斯车顶的太阳能电池板将单独为一组换气风扇供电，以降低车内气温。
刹车有点“软”
当然，这次体验也感到这款车有些不足。比如，在ECO经济模式下驾驶，尽管全力踩下油门，但是提速仍然徐缓。而纯电动模式不实用，以EV纯电动模式只能行驶3公里，我曾尝试使用EV纯电动模式，但是行车电脑显示，电池电量不足以维持纯电动状态。
此外，就是正常驾驶汽油发动机介入过多。电动机的最高输出速度是55公里，这意味着，不管油门多温柔，速度超过上线后，汽油机将自动切换成输出单元。
而问题最大的就是刹车软。刚踩下刹车踏板时，刹车反应敏捷，但是后段刹车变软，需要抬起脚，再次踩下刹车踏板，刹车才起作用。这种现象可能是由于刹车时将动能转化成电能给蓄电池充电，对于驾驶者需要有个习惯过程。
体验者：闫超华
驾龄：5年
试驾车型：沃尔沃C30
说到节能环保，不能不提电动汽车，开它有什么感受呢？我决定体验一把！
7月20日，我在上海国际汽车城“电动E年来”周年庆典活动上，试驾了C30纯电动车。
跑长途，还要留出充电的时间
此款电动车采用24千瓦时的锂离子电池组驱动，可通过家用普通220伏电源插座充电，充电时间为8~10小时，一次充电续航里程可达150公里，百公里加速10.5秒，最高时速达到130公里。看来如果跑长途，还要留出充电的时间。
试驾首先看外形，我觉得C30还是沿袭了沃尔沃一惯的古典风格，车身尾部同普通C30汽车一样的时尚玻璃尾门，2门5座的设计是我觉得不太方便的地方，放个包还需要搬动前排座椅。
C30的内饰和电子设备有些略显简单，但并不影响整车的科技感，钥匙启动C30电动车完全无声音，行驶过程中踩下油门踏板车速平稳提升，但明显有些反应过慢，猛踩油门车辆提速感觉较明显，肯定不能追求推背感了。
北京城区充电站仅为10个
C30的方向盘略沉，开到100还是很平稳，再高就有点飘了。在安全性方面沃尔沃新能源汽车研发博士税方表示，沃尔沃在电动车安全方面没有丝毫的妥协，以64公里时速正面碰撞结果为例，碰撞后蓄电池和电气系统中的电缆完好无损，可以有效保护乘客免受伤害。
C30电动车已通过了沃尔沃汽车全方位碰撞安全试验。电池的使用寿命官方公布是10年，沃尔沃也在考虑是否会推出10年保修保养服务。最头疼的还是插电式充电，北京城区电动车充电站已建成的约为10个，所以电动车在中国还是要在政府完善配套设施的建设下而逐步发展。
你会选择哪种环保车？
低碳、绿色环保概念在中国已深入人心。但对于消费者来说，相关技术的参差不齐、众多产品的纷至沓来，都在消费者的心中打上了一个巨大的问号。买混动力到底值不值？
我国不掌握混合动力的核心技术
混合动力是一项可以加快新能源汽车商业化的主流技术。据悉，从上世纪九十年代至今，混合动力和纯电力等电驱动车辆都取得了较大的发展。
一般来讲，混合动力是指油电混合动力，包括汽油、柴油和电能的混合。利用电能来减少汽油（或柴油）的消耗是混合动力汽车节油的方式。
虽然现在中国的汽车厂家纷纷在宣传各自即将上市的混合动力汽车计划。但是，“我国不掌握混合动力的核心技术，包括电动机、蓄电池和发动机等关键技术不掌握，国内厂家推出的所谓混合动力车型很难说能够进入市场。”北京理工大学清洁车辆实验室主任张幽彤教授告诉记者。
国内企业先天不足，让外企有了一显身手的机会。跑马圈地是各大外国和合资汽车企业参与市场竞争的最直接表现。据了解，早在2008年年初，上海通用就宣布了启动名为“绿动未来”的全方位绿色战略，该公司不仅将在今年推出首款油电混合动力车君越ECO-Hybrid，未来5年内至少投放15款以上节能环保发动机、电力驱动系统及燃料电池车。
“在政策形势尚不明朗的前提下，汽车企业若想登上新能源的制高点，就必须缓步攀登，为未来做适当的准备，裹足不前将被对手抛在后面。”汽车分析师钟师称。
中国汽车工业协会秘书长董扬认为，节能汽车的产销数量肯定比新能源车多。目前，中国新能源汽车整车和部分核心零部件关键技术尚未突破，产品成本高，社会配套体系不完善，尚处产业培育期。
盖世汽车网总裁陈文凯预测，未来5年混合动力汽车的产销量，从2013年起将分别达到1.5万~2万、5万、15万、30万和50万，5年共计产销过百万辆，中国迎来混合动力的第一轮爆发。
混合动力汽车不是过渡技术
有观点认为，混合动力汽车只是一种过渡产品，发展新能源汽车的终极目标是电动汽车，因此中国应该跨过混合动力，直接发展电动汽车，实现弯道超车。
但相对纯电驱动而言，油电混合动力技术因具备较长的续航里程，且相对安全与稳定，被更早地投入应用到市场。
根据盖世汽车网进行的一起业界调查显示，混合动力成熟的技术条件应该是政府开始鼓励发展混合动力汽车，约23%的参与者对此表示赞同。
张幽彤教授在接受本刊记者专访时说，将混合动力排除在新能源之外是中国的无奈之举。
“此前国内对于如何界定混合动力一直存在很大的争议，如何区分混合动力的技术高低一直存在不同看法，为了方便管理，国家将混合动力归入了节能汽车的行列，只将插电式混合动力列入了新能源汽车的行列。”张幽彤说。
国家对于混合动力汽车有这样的规定，等于给众多想发展混合动力的厂家和梦想通过政府补贴弥补价格差的消费者来说泼了“一盆凉水”。
“在纯电动车技术问题尚未解决的情况下，混合动力车有它的优势：它有很强的继承性、折中性，一旦在行驶过程中电机出了问题，内燃机能够救急。” 张幽彤说。
事实上，目前在我国几个大城市运行的纯电动公交车都处在试运行阶段，还无法在上下班高峰时段做长距离行驶。
与之形成鲜明对比的是，在国外，混合动力车产业化步伐很快，如日本的普锐斯汽车在美国已售出100万辆。
因此，张幽彤表示，“插电式混合动力是适合我国国情的新能源汽车的主要形式，将主导一个时代。”他建议我国科研机构和企业在研发混合动力汽车时，要摒弃以往的集成思路，采取最优配置，让性能优良的产品车早日在国内得到普及。张幽彤建议，我国应加大对“插电式混合动力汽车”的研发投入，而不能把混合动力汽车看作一种 “过渡产品”。
私人购买纯电动还为时尚早
尽管“北京私人购买纯电动车不摇号不限行不纳税”的消息早在今年4月份就被媒体广泛报道，在今年电动汽车科技创新国际论坛上，科技部副部长曹健林在发言中再次确认了“私人购买电动车不摇号”的消息，并表示：未来北京的电动车将使用专门的牌照号段。
如此多的优惠政策能否为纯电动汽车上路起到推动作用呢？张幽彤认为，政府推动并不等于市民能够买单。
“即使优惠再多钱，不用摇号，不限行、不纳税，我也不会购买纯电动汽车，因为我看重的是汽车的质量，而不是优惠多少钱。”张幽彤说。
5月26日凌晨，深圳市滨河大道，一辆比亚迪E6纯电动出租车被一辆跑车追尾撞击，之后起火，比亚迪E6车上的一名司机和两名乘客当场死亡。电动汽车的安全性问题再次成为舆论关注的焦点。
北汽集团战略规划部副部长詹文章博士坦言，电动汽车上路还有很长一段路要走，距离私人购买还为时尚早，需要解决的技术问题还有很多。
“在电池安全性、存储能力还没有解决的情况下，政府就进行大规模资金补贴，显然缺乏科学性。”詹文章说。
他坦言，纯电动汽车在技术上与传统汽车相比确实还不够成熟，还存在很多问题亟待解决。目前，全国跑在路上的纯电动汽车约有1万辆，几乎都是政府采购，还处于“试验”阶段，这时候发现问题要比全面推向市场，比市民大量购买以后再发现要强。
氢动力汽车2014年投产
石油还可以用多久，二十年？三十年？很难说得清楚，这和汽车的发展速度很有关。未来将是非化石燃料的时代，而真正非化石燃料的能源目前看来只有两种：一是氢能，二是电动。
在氢能源车研究领域，宝马和马自达一直走在世界前列，它们将氢气作为发动机燃料，实现了氢气和汽油双燃料的供应模式。但受制于配套实施的高昂费用使得这一新能源的普及还需时日。
据报道，奔驰的氢能源技术已经令量产成为可能，预计将在2014~2015年左右投产，而在配套设施方面，先期将在美国部分城市搭建合适的加油网络。如果奔驰的计划顺利进行，氢能源汽车或将对新能源汽车的发展方向产生重大战略影响。
在国内，发展氢能源的代表企业堪属奇瑞和长安。其中，奇瑞早在2005年即宣布联合研究的首台纯氢气内燃机运行成功。长安则在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火，并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。
张幽彤说，氢能最大的优势是现在的内燃机经过不太复杂的改造就可以燃烧氢气，不用对汽车机械结构做大幅度的改动，电动汽车则是相反，整个传动结构都需要进行重新设计，成本相对会高出不少。
目前，氢能汽车的技术已经相当成熟。但与汽油车相比，氢能车会多出一个氢气储藏罐，体积很大，重量也不轻(250公斤)，只能安装在后行李厢。它通过管道与前面的发动机相连，在进气管道中与空气形成混合气，在气缸中燃烧，四冲程原理和汽油机相同，产生动力的平顺性和加速性也与汽油相似，不过氢气更加环保，燃烧后只产生水。
启动混合动力车 篇3
1 动力系统主要部件选型
本文建立的车辆模型是以某型纯电动汽车为原型车改制而成的氢电混合动力车, 该模型保持原型车外部尺寸不变, 而原型车的电动传动系统由燃料电池和锂电池所构成的混合动力电动传动系统所取代。该车主要参数见表1。
1.1 电机的选型
电机是氢电混合动力车动力系统的关键部件, 其参数要根据车辆的动力性能要求而定。根据汽车理论[1]的相关知识, 汽车的行驶方程式见式 (1) 。
式 (1) 中, Ft为驱动力;Ff为滚动阻力;Fw为空气阻力;Fi为坡度阻力;Fj为加速阻力。
其中,
式 (2) 中, W为车轮负荷;f为滚动阻力系数;m为整车满载总质量;g为重力加速度。
式 (3) 中, cd为空气阻力系数;A为迎风面积, ρ为空气密度, 一般ρ=1.2258 N·s2·m-4;ua为车速。
式 (4) 中, G为汽车重力;m为汽车质量;g为重力加速度;α为坡道角。
式 (5) 中, δ为旋转质量换算系数;m为汽车质量;a为行使加速度。
由 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 和 (5) 式可得到汽车的功率平衡方程式见式 (6) 。
式 (6) 中, p为车辆行驶需求功率;η为传动系效率;m为整车质量;g为重力加速度;f为滚动阻力系数;ua为车速;i为道路坡度;cd为风阻系数;A为迎风面积;δ为旋转质量换算系数;a为车辆行驶加速度。
通常情况下, 从保证汽车预期的最高车速来初步选择电机应有的功率[2,3,4]。最高车速虽然只是汽车动力性能的一个指标, 但它实质上也反映了汽车的加速能力和爬坡能力。对于电机额定功率, 根据电机的外特性, 电机在基速以下恒转矩输出, 基速以上以额定功率恒功率输出。因此, 额定功率应满足性能指标中最高车速的要求, 所选择的电机额定功率应不小于汽车在良好路面上以最高车速行驶时的阻力功率之和, 见式 (7) 。
式 (7) 中, pe为电机额定功率;η为传动系效率;m为整车质量;g为重力加速度;f为滚动阻力系数;ua, max为最高车速;cd为风阻系数;A为迎风面积。
将表1中的数据代入式 (7) 中进行计算, 得到满足车辆以最高车速匀速行驶的功率需求为18.55kw, 因此电机额定功率不能低于18.55kW, 综合考虑取电机额定功率为30kW, 峰值功率为60kW。
电机的最高转速要满足车辆最高车速的要求, 二者的关系式见式 (8) 。
式 (8) 中, ua, max为最高车速, r为轮胎半径, io为主减速器传动比, ωmax为电机最高转速。
根据式 (8) 得到电机的最高转速为12893.6r/min, 取为12900r/min。对于额定转速, 考虑到FTP和ECE_EUDC工况中, 车辆大部分时间在20~70km/h的范围内行驶, 因此取电机的额定转速为4800r/min, 这样可以使电机大部分时间工作在额定转速附近, 提高电机效率。
根据已经确定的功率和转速参数, 可进一步得到电机的额定转矩和最大转矩分别为80N·m和240N·m。
1.2 燃料电池和锂电池的相关参数
氢电混合动力车动力系统的核心是燃料电池系统, 一般还包括DC/DC变换器、蓄电池、驱动电机和各种控制器等。其中, 燃料电池系统是由燃料电池堆 (由单片燃料电池组成) 、空气供应子系统、氢气供应子系统、水热管理子系统和控制系统 (包括各类泵阀、传感器和控制器) 等部分组成[5];而燃料电池堆是由单片燃料电池组成, 燃料电池选用目前燃料电池车首选的质子交换膜燃料电池 (PEMFC) , 燃料电池堆相关参数见表2。
本研究所选用的锂电池都是由单片电池组成的电池组, 它们的单体的相关参数见表3。
2 动力源功率匹配
车辆行驶过程中, 由燃料电池和锂电池提供的输出功率 (燃料电池辅助系统功率由自身提供) 是电机的需求功率和车载电器设备 (如音箱、照明等) 的需求功率之和[6]。电机峰值功率为60kW, 取车载电器峰值功率为2kW, 则峰值净需求功率为62kW。理论上, 燃料电池和锂电池所能提供的净输出功率均可在0~62kW的范围内变化, 当燃料电池功率为0时就相当于纯电动汽车, 而锂电池功率为0时就相当于纯燃料电池汽车。实际上, 燃料电池一般情况下将运行在其额定功率状态, 而锂电池则根据工作模式调整牵引、充电或再生制动功率, 这就对燃料电池和锂电池的输出功率进行了限制。首先对于燃料电池来说, 必须满足车辆以较高车速 (120km/h) 巡航行驶的功率需求和车载电器的功率需求, 经计算可以得到燃料电池的最小净功率大于20.55kW;而对于锂电池来说, 在车辆起动过程中以及起动后低速 (小于30km/h) 行驶过程中, 由于燃料电池系统无法瞬间起动, 因此需要锂电池提供燃料电池系统启动所需的功率, 并且提供低速下车辆行驶的需求功率及车载电器的功率, 经计算得到锂电池最小功率大于11.06kW。即燃料电池与锂电池应满足有关条件见式 (9) 。
从而可以得到燃料电池和锂电池净功率的取值范围, 见式 (10) 。
根据仿真步长的不同, 功率匹配方案将会有无数种组合, 仿真中, 选取仿真步长为1kW, 共得到30种匹配方案。定义燃料电池功率Pfc与电机峰值需求功率Ppeak的比值H为混合度, 见式 (11) 。
式 (11) 中, Pfc为燃料电池功率;Pbat为锂电池功率。
由式 (10) 和 (11) 可知, H的变化范围为0.339~0.823。
3 仿真及仿真结果分析
3.1 整车仿真平台的搭建
采用ADVISOR仿真软件, ADVISOR (Advanced VehIcle SimulatOR) 是由美国可再生能源实验室在MATLAB和SIM-ULINK软件环境下开发的高级车辆仿真软件。对其现有的模型根据本课题的相关参数进行修改并对各相关变量赋值, 搭建整车仿真平台 (见图1) 。
3.2 仿真步骤及目标
根据上述功率匹配方案, 首先将第1种方案的参数分别输入仿真模型中, 然后在ADVISOR中建立循环行驶工况的计算任务, 分别导入行驶工况FTP和ECE+EUDC, 最后根据整车性能指标的两个方面运行仿真, 分别为动力性仿真和燃料经济性仿真:在动力性仿真中进行加速、最高车速及爬坡测试等;在燃料经济性仿真中对燃料电池-锂电池能量消耗情况进行评价;重复上述步骤, 可以分别得到各匹配方案的仿真结果。
在满足车辆动力性要求 (最高车速≥90km/h, 百公里加速时间≤13.6s, 以32.2km/h爬坡时的爬坡度≥30%) 的前提下, 对各种匹配方案的燃料经济性进行分析, 从而得到燃料电池和锂电池的最佳功率匹配, 即最佳混合度。
3.3 仿真结果分析
氢电混合动力车在确定了动力性要求的情况下总功率是确定的, 也就是燃料电池和锂电池的功率之和是确定的, 这样在满足车辆动力性要求的前提下, 燃料经济性是由燃料电池和锂电池的功率比所决定, 即由混合度所决定。
图2为FTP和ECE_EUDC工况下, 不同混合度的氢电混合动力车的百公里加速时间情况。两种工况下, 混合度在0.532之前, 随着混合度的增加, 百公里加速时间呈缓慢递减趋势;之后, 随着混合度的增加, 百公里加速时间呈快速递增趋势。
图3为FTP和ECE_EUDC工况下, 不同混合度的氢电混合动力车的爬坡度 (以32.2km/h爬坡时) 情况。两种工况下, 随着混合度的增加, 爬坡度呈递减趋势。
图4为FTP和ECE_EUDC工况下, 不同混合度的氢电混合动力车的最高车速情况。在FTP工况下的最高车速为91.25km/h, 在ECE_EUDC工况下的最高车速为120km/h。
图5为FTP和ECE_EUDC工况下, 不同混合度的氢电混合动力车的百公里氢消耗情况。两种工况下, 百公里氢消耗总体上呈先波动递减再递增的趋势。在两种工况下, 混合度在0.694时, 百公里氢消耗均达到最小值。
4 结论
利用ADVISOR仿真软件中的现有模型, 根据本文的需要对相关参数进行赋值, 搭建仿真平台, 在FTP和ECE_EUDC两种工况下进行了动力性和燃料经济性仿真。仿真结果表明, 混合度在0.694时, 即燃料电池和锂电池的功率分别为43kW和19kW时, 百公里氢消耗最少, 在FTP和ECE_EUDC两种工况下分别达到42.8L和43.6L, 此时最高车速≥90km/h, 百公里加速时间为13.3s, 爬坡度为34.7%, 满足车辆动力性要求。
摘要：为了解决氢电混合动力车整车的动力性和燃料经济性问题, 针对氢氧质子交换膜燃料电池-锂电池混合动力车, 首先对动力系统主要部件进行选型, 然后确定若干可行的燃料电池和锂电池的功率匹配方案, 最后在ADVISOR软件中搭建整车仿真平台, 在FTP和ECEEUDC仿真工况下对各种匹配方案进行仿真, 在满足车辆动力性要求的前提下, 对各种匹配方案的燃料经济性进行分析, 从而得到燃料电池和锂电池的最佳匹配。
关键词：氢电混合动力车,混合度,ADVISOR
参考文献
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启动混合动力车 篇4
混合动力汽车与常规的汽车动力系统存在很大差异,能够将多种动力供应形式相互结合,这种混合动力系统能够节省汽车的油品损耗,并使用清洁能源逐渐的替代油品使用,节省能源的同时也可以解决污染排放的问题。工况法能够将汽车发动机部分的能源使用情况进行对比,按照汽车设计阶段所应用的能源对比检测情况来进行,更深入地对混合动力汽车的动力系统进行评估,包括能源损耗情况,运行使用后的排放情况,通过这种对比可以更深入地了解到在基层中是否存在需要进一步完善的内容,并在混合动力汽车设计阶段采取框架优化的方法来进一步解决。工况匹配法包含了众多的检测内容,例如混合动力汽车在不同荷载情况下的瞬时动力情况,是混合动力汽车发生的重要基础。
2 理论匹配法
2.1 单动力装置车辆动力系统匹配
该种动力系统匹配方法,是根据常用的技术性方法来进行的,会确定混合动力汽车明确的使用需求标准,并在此基础上进行更深入地控制研究,将所得到的参数带入到计算公式中,最终得到与汽车动力标准相匹配的动力系统参数体系[1]。P在公式中会代表混合动力汽车行驶期间的总功率,分别包含了汽车正常行驶、载重行驶以及爬坡行驶时对动力系统的要求,并将各项动力参数分别求出后相加求和,判断在单动力装置车辆设计时,混合动力系统需要满足的使用需求。行驶期间还会产生一部分能源损耗,会通过Paux来进行表示,损耗主要是由空气摩擦导致,因此在计算时可以考虑空气所带来的阻力,将其作为计算期间的具体参数。
2.2 双动力装置车辆动力系统匹配
双动力装置中,由主动力系统与辅助动力系统共同组合而成,正常形式时主动力系统会导通,并向汽车行驶提供动力。但遇到突发情况时,例如在爬坡阶段,需要配合更高的动力系统支持,此时辅助装置会自动导通并提供足够的瞬时动能,达到理想的使用效果,这样混合动力汽车在任何路况上都能够确保稳定行驶,不会影响到使用安全。具体的计算公式如下所示:
其中Ps表示在稳定状态下汽车行驶消耗的功率,也就是混合动力汽车主动力系统的功率情况,将常规形式的功率损耗与风力阻碍带来的损耗功率相加,便能够对主动力系统有完善地了解。PT是瞬时状态下辅助动力系统在短时间内导通并提供动能时的系统参数变化情况,对其进行计算需要将总功率减去公式1中计算得到的稳态动力系统匹配参数。最终所得到的结果中已经去除了阻碍带来的能量损耗,因此能够直接应用在系统参数配合方面,使得汽车的混合动力系统设计能够得到更好地配合。
3 工况匹配法的应用
在混合动力汽车中应用这种研究方法,首先要对基础部分的参数进行全面了解,观察车辆在进行动力系统设计时,是否存在需要进一步完善的内容,将所得到的计算结果与试验所得到的参数进行对比,这样可以在短时间内判断混合动力汽车的动力系统设计是否达到了车辆使用安全规定标准。计算车辆在不同状态下的发动力动力提供参数情况,在此基础上进行全面地参数对比分析,通过这种方法可以帮助技术人员明确在设计理念中需要进一步完善的内容,并促进管理计划在现场得到更好地落实应用。
混合动力汽车中,电能是常用的能源之一,通过电池来将电能存储在其中,与传统的汽车动力提供形式相比较,增加了很多的新内容,也能够更好地适应使用期间需要继续深入完善的内容,包括对电池蓄电能力标准的选择,是否在形式期间可以达到预期的节能指标,以及在系统中是否存在排放污染物质超标的情况[2]。混合动力汽车在我国正处于研发推广的状态,设计阶段也是十分严谨的,任何一项参数对比误差问题,都有可能会影响到系统功能的正常实现,最终造成严重的质量安全隐患问题,导致混合动力汽车不能在汽车行业中迅速地推广。开展工况匹配法来对汽车的综合指标进行评价是十分有效的,能够帮助继续深入地提升使用安全性。
4 结束语
综上所述,工况匹配法兼顾了目标工况和动力性指标对动力系统的要求,既能有效减小发动机的尺寸,又具有良好的节油效果。工况匹配法不仅适合以国内典型城市公交循环为目标工况的混合动力汽车的动力系统匹配,而且也适合以其他单个循环或多个循环为目标工况的混合动力车辆的动力系统匹配,所以对混合动力车辆动力系统的设计和研究具有一定的现实意义。
摘要：在混合动力汽车中,应用工况匹配法来对汽车的行驶情况进行深入研究,有助于实现更理想的动力系统优化设计计划,为汽车投入使用后提供安全保障。文章重点针对混合动力汽车中开展动力系统工况匹配法的具体形式进行介绍,从理论计算与实践应用需要注意的内容来进行。
关键词：混合动力汽车,动力系统,工况匹配
参考文献
[1]季新杰,李声晋,方宗德.单轴并联式混合动力汽车动力系统参数匹配的研究[J].汽车工程,2011,33(3):188-193+202.
启动混合动力车 篇5
Q5 hybrid quattro采用汽油动力-电力混合驱动方案, 配备奥迪连续多次获得“世界十佳发动机”殊荣的2.0 TFSI发动机和电动机组成的混合动力系统, 实现了高效的“全混合 (Full hybrid) ”驱动。在混合动力技术方面, 奥迪始终强调电动驱动模式要占有较高的比例, Q5 hybrid quattro是目前市场上运动性能最强的混合动力SUV。
在纯电动行驶时, 奥迪Q5 hybrid quattro的最高车速可达110km/h, 并能以60km/h的速度续行3公里, 在混合动力SUV中表现卓越。
当奥迪Q5 hybrid quattro搭载的2.0TFSI发动机和电动机混合驱动时可以实现180kW的总系统输出功率以及480N·m的强大扭矩。从0～100km/h加速时间仅为7.1s, 最高时速达到222km/h, 而在正常驾驶中, 每百公里平均油耗不超过7.0L。这就是混合动力车型的魅力所在, 节能动力却更加强劲。
Q5 hybrid quattro采用的高能轻质的锂铁电池技术以及其他多项高效解决方案代表着目前同类产品的最高技术水平。
除了翼子板和尾部的hybrid标识外, Q5 hybrid quattro在外观上和普通Q5并无太大差异。镀铬排气管旁的尾杠设计也变成了网格状, 更多了一份精致感。在空间上, Q5 hybrid quattro经过严谨的设计达到了和普通Q5一致的实用空间。传统备胎的位置被电动机所取代, 除此之外在空间上并没有因为混动车型的不同架构而大打折扣。
和普通版Q5相比, Q5 hybrid quattro的内饰部分改动不大。
仪表盘左侧的传统转速表被替换成了功率表, 油量表被替换成了电量表。仪表盘中央有“Hybrid Ready”字样, 提醒你你开的是一款混合动力车型。
动态悬挂调节按钮的位置被EV按钮所取代, 按下EV按钮后车辆就会在电量足够的情况下尽量使用电能来驾驶车辆, 做到节能最大化。
奥迪Q5 hybrid quattro的领先表现源于奥迪在混合动力领域二十余载的努力与专注———早在1989年, 奥迪就发布了第一代Audi duo混合动力轿车;1991年, 奥迪又发布了第二代Audi duo混合动力车型;1997年, 奥迪推出了基于奥迪A4 Avant车型的第三代Audi duo混合动力轿车, 并对其进行了小批量生产和限量发售———这使得奥迪公司成为欧洲首家销售混合动力汽车的厂家。但由于Audi duo的概念和技术远超当时市场的接受能力, 奥迪从未决定将其大规模量产。
如今, 奥迪在混合动力领域的成就更领先也更成熟, 多款装备起/停技术的微混合动力车型已在不断充实奥迪的产品线。今年3月1日, 奥迪Q5 hybrid quattro全混合动力SUV在日内瓦车展全球首发———在最为挑剔的目光下, 奥迪成功地向世人证明:虽然采用了创新的解决方案, 但Q5 hybrid quattro依然是一款不折不扣的奥迪———动感、优雅、创新科技、精湛工艺与高效环保完美地于一车体现。
此次上海车展, 奥迪Q5 hybrid quattro与奥迪品牌其他高效车型、未来概念车型一道展示奥迪全方位的未来汽车解决方案, 让观者领略“突破科技启迪未来”迈向新时代的新魅力。
启动混合动力车 篇6
混合动力汽车 (HEV) 与传统汽车最大的区别在于它有多个动力转化装置, 能根据行驶工况的变化随时改变动力输出源, 以达到最佳的燃油经济性和排放性能。如何将多个动力源有效地耦合, 使HEV的各项功能得到充分发挥是一项关键技术[1,2]。目前国外HEV动力耦合装置的功能已经十分完备, 可以实现HEV所有的动力传递要求。相比之下, 国内关于动力耦合装置的研究较少, 当前HEV采用的动力耦合装置结构过于简单, 难以实现HEV的全部功能, 已经严重阻碍了我国HEV产业化的进程。
1 行星机构运动特性分析
本文研究的行星机构动力耦合装置由1组双行星齿轮机构、2组湿式多片离合器 (C1、C2) 和1组制动器 (B1) 构成, 如图1所示。行星机构有2个自由度, 通过离合器和制动器控制1个自由度, 最终实现整车动力的稳定传递。
1.1 动力耦合装置的机械连接
行星机构的太阳轮与发动机曲轴直接相连;行星架一端与电机转子相连, 另一端与离合器C1的主动部分相连;齿圈与制动器B1的可动部分相连, 制动器B1的固定部分与变速器壳体固连, 一旦制动器B1接合齿圈被制动, 转速即变为0;齿圈还与离合器C2的主动部分连接;变速器的输入轴与离合器C1、C2的从动部分相连, 只要离合器C1或C2接合, 动力耦合装置的动力就会传递到变速器输入轴上。行星机构动力耦合装置的机械连接情况如图1所示。
1.2 行星机构的动力特性
本文所研究的行星机构是双行星轮机构, 其转速特性和力矩传递特性如下。
1.2.1 转速特性
双行星轮行星机构各构件的转速满足下式:
ωR=ρ ωS+ (1-ρ) ωH (1)
ρ=zS/zR
式中, ωS为太阳轮的绝对转速;ωR为齿圈的绝对转速;ωH为行星架的绝对转速;ρ为行星机构的特征参数;zS为太阳轮齿数;zR为齿圈齿数。
为了更直观地表示行星机构3个构件的转速关系, 本文引入了虚拟杠杆作为分析工具, 如图1所示。行星机构的3个构件分别由3个纵轴表示, 纵轴上的坐标值表示3个构件的转速。无论行星机构的转速怎样变化, 代表3个构件转速的节点都在一条直线上, 这样, 已知行星机构任意2个构件的转速, 通过这两点作直线与第3坐标轴的交点即为第3构件的转速, 行星机构3个构件的转速点仿佛在一条“杠杆”上。
1.2.2 力矩传递特性
在忽略摩擦的情况下, 根据内力矩平衡和功率的平衡原理可知行星机构的3个构件的力矩满足下式:
式中, TS为太阳轮的内力矩;TR为齿圈的内力矩;TH为行星架的内力矩。
利用虚拟杠杆进行力矩分析时, 作用在行星机构各构件的内力矩相当于作用在虚拟杠杆上的“力”, “力臂”就是3个纵轴间的距离 (由行星机构的结构参数ρ决定) , 如图1所示。已知任意1个构件的内力矩, 就可以通过杠杆平衡原理求出其余2个构件的内力矩[3]。
1.3 行星机构动力耦合装置的运动方程
为了更方便地分析HEV的各种工作模式, 将行星机构动力耦合装置与相关部件的运动和力矩传递关系总结成如下方程:
太阳轮运动方程
行星架运动方程
齿圈运动方程
变速器运动方程
角加速度约束方程
式中, Te为发动机输出转矩;Tm为电机输出转矩;TV为变速器输入轴上的等效阻力矩;TC1为离合器C1传递的转矩;TC2为离合器C2传递的转矩;TB1为制动器B1的制动力矩;
上述方程与式 (2) 构成了行星机构动力耦合装置的运动方程。当HEV处于不同工作模式时, 方程将会蜕化成各种简洁形式。
2 HEV的各种工作模式
行星机构动力耦合装置能实现HEV的10种工作模式, 这里仅以最具代表性的电力变矩模式为例说明动力耦合装置的工作状态。
2.1 电力变矩模式分析
当车速较低且驱动力矩要求较高, 电机驱动力矩达不到要求 (如低速爬坡工况) 时, 或荷电状态SOC较低不能实现电机起步时, HEV进入电力变矩模式[4]。该模式是行星机构动力耦合装置最具特色的一种工作模式。
汽车处于起步阶段, 发动机转速一般在800r/min以上, 而此时车速为0, 变速器输入轴转速也要由0逐渐提升。传统汽车通过液力变矩器 (或其他形式的起步离合器) 来消除这一阶段的转速差, 但是液力变矩器在起步阶段要产生大量的热以耗散发动机的盈余功率, 这对于降低整车油耗和起步离合器的磨损很不利。电力变矩模式通过行星机构动力耦合装置使电机反转发电, 吸收发动机起步过程中的盈余功率, 这样既减少了整车能耗, 又有效地避免了产生热量带来的不利影响。
电力变矩模式要求动力耦合装置的离合器C2接合, 离合器C1和制动器B1分离, 如图2所示。动力耦合装置将发动机的动力分成两部分:一部分拖动电机反转发电, 另一部分驱动车辆行驶。发动机对太阳轮输出动力, 太阳轮带动行星架和齿圈转动。行星架带动电机转子反转发电, 并调节齿圈的转速, 齿圈以合适的转速和转矩通过离合器C2带动变速器输入轴驱动车辆以低转速、大扭矩行驶。
整个电力变矩过程中, 发动机的转速稳定在最低经济转速, 开始时齿圈与变速器输入轴的转速为0, 对应车辆静止状态;电力变矩模式结束时行星架转速变为0, 齿圈与变速器输入轴的转速得到提升, 这时汽车已达到一定的行驶速度, 如图2所示。
电力变矩模式的约束条件为
变速器输入轴的力矩来自离合器C2, 由上述方程得TC2=Te/ρ (ρ<1) , 即驱动力矩相当于把发动机转矩放大了1/ρ倍, 电力变矩的名称也由此而来[5]。
2.2 HEV的10种工作模式分析
用同样的方法可以得到另外9种工作模式各构件的运动状态。行星机构动力耦合装置通过离合器C1、C2和制动器B1的接合/分离控制实现动力传递的不同路径;动力源的各种工作状态实现了能量的不同流向, 两者配合共同实现了HEV的10种工作模式[6], 如表1所示。
注:○分离, ●接合。
3 动力耦合装置的模式切换控制
由表1可知, 当HEV处于某种驱动模式时, 行星机构动力耦合装置的离合器和制动器首先进入相应的接合状态, 以实现该模式动力传递路径的畅通, 动力源随即进入相应的工作状态, 最终整车实现了与行驶工况相适应的工作模式。对于行星机构动力耦合装置来说, 模式切换控制就是对离合器C1、C2和制动器B1进行控制。
3.1 动力耦合装置的控制要求
由表1可知:要求离合器C1接合的模式有7种, 当电力变矩模式向发动机驱动模式切换时需要控制C1的接合速度, 以满足整车舒适性的要求;要求离合器C2接合的模式有4种, 当电机驱动模式向发动机驱动模式切换时需要控制C2的接合速度;要求制动器B1接合的模式有2种, 当发动机倒车模式时需要控制B1的接合速度。
HEV工作模式切换时, 既要满足动力性要求又要满足舒适性要求, 行星机构动力耦合装置依靠离合器接合控制满足这两方面要求。
3.2 离合器的接合控制
湿式多片离合器采用液压远程控制, 接合过程中离合器传递的力矩与控制压力成正比, 文献[7]详细阐述了湿式多片离合器的控制压力与其传递力矩的关系。
离合器的接合过程如图3所示, 大致可以分为三个阶段[8]:第一阶段, 根据驾驶员加速踏板开度α和开度变化率
3.3 离合器的模糊控制策略
为了缩短离合器的接合时间, 同时兼顾驾驶员的操纵要求, 需要控制离合器接合第一、第二阶段的压力。本文采用模糊控制算法, 以驾驶员的加速踏板开度和离合器的主从动片转速等作为输入量, 计算这两个阶段的离合器控制压力。图4为离合器C1在第一阶段的初始压力模糊规则MAP图, 图5为离合器C1在第二阶段的压力变化率模糊规则MAP图。
当HEV模式切换时, 由加速踏板信号和主从片转速信号根据图4、图5得初始压力ps和压力变化率
式中, pcl为离合器的控制压力;T为离合器接合过程的时间历程。
离合器C2和制动器B1的控制压力的计算方法与离合器C1相似。
4 行星机构动力耦合装置的试验研究
在现有车型CFA6470E的基础上搭建了混合动力试验样车, 样车上搭载了行星机构动力耦合装置并将其模糊控制策略下载到整车控制器中, 完成了10种工作模式的测试, 图6所示为电力变矩模式向发动机驱动模式切换的试验结果。
试验中, 离合器的接合状态用电磁阀的占空比 (PWM) 表示, 对于离合器C1, 0表示完全分离, 60%表示完全接合;对于离合器C2, 0表示完全接合, 50%表示完全分离。HEV由电力变矩模式起步, 当车速上升至3m/s时, 切换至发动机驱动模式。
模式切换过程中, 离合器C1先根据加速踏板开度和踏板开度变化率查MAP图 (图4) 得到一个合适的初始压力ps (转化成占空比) , 然后根据加速踏板开度变化率和离合器的主从动片转速差查MAP图 (图5) 得到一个压力变化率
电力变矩模式完全符合前面的分析;模式切换过程离合器C1、C2的控制也按照预先制定的控制策略接合;由于发动机驱动模式下离合器C1、C2均接合, 动力耦合装置蜕化成一个刚体, 行星机构3个构件连同变速器输入轴以同样的转速转动。进入发动机驱动模式后车速随加速踏板开度的增大而迅速提升。
5 结语
动力耦合装置是混合动力汽车的关键部件之一, 关系到整车动力性和乘坐舒适性。行星机构动力耦合装置巧妙地利用了行星机构的两自由度结构, 并通过离合器和制动器限制了一个自由度, 实现了混合动力汽车10种工作模式的动力传递要求。试验测试表明, 行星机构动力耦合装置不但实现了混合动力汽车的所有功能, 在模式切换过程中, 在保证汽车动力性的前提下还有效地避免了冲击, 提高了混合动力汽车的舒适性。
参考文献
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启动混合动力车 篇7
关键词：汽车级IGBT,可靠性,功率循环,温度循环
引言
相对于传统工业应用, 混合动力车 (HEV) 中的IGBT工作环境恶劣, 因而对IGBT长期使用的可靠性提出了更高的要求。针对汽车功率模块需求, 英飞凌通过增强IGBT的功率循环和温度循环特性, 并增加IGBT结构强度, 大大提高了IGBT的寿命预期。
混合动力车辆中功率半导体模块的要求
工作环境恶劣 (高温、振动)
IGBT位于逆变器中, 需要在高环境温度及机械冲击下, 按照特定的汽车驱动工况, 为混合系统的电机提供能量。
根据不同车辆设计, 逆变器可能放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置, 因此IGBT模块要经受严峻的温度 (-40℃~150℃) 和机械条件 (振动、冲击) 的考验。
IGBT模块通常采用发动机冷却液冷却, 环境温度在极限情况下可达Ta=105℃, 对功率模块的功率密度及散热设计提出了更高的要求。
复杂的驱动工况
不同于工业应用中电机拖动, 混合动力车辆驱动工况更复杂, 例如对应城市工况, 需要频繁切换于加速、减速、巡航各个状态, 因此通过IGBT的电流、电压并非常量, 而是随车辆工况反复循环波动, IGBT模块需要在电流、电压循环冲击下可靠运行。
高可靠性要求
IGBT功率模块失效将会导致车辆立刻失去动力, 严重影响整车厂商信誉和用户使用体验。
汽车生产厂家需要IGBT模块在HEV全寿命周期中无需更换, 对IGBT的耐久性提出了更高要求 (汽车整车设计寿命15年) 。
成本控制要求
大规模生产的汽车不同于列车牵引应用, 在性能要求很高的条件下, 不能通过增加成本的方法换取可靠性, 需要在成本和性能上达到平衡, 对产品的设计提出了更高的要求。因此, 针对汽车应用中各种限制条件, 需要专用IGBT才能满足苛刻的应用需求。
IGBT结构
图3显示了带基板的功率模块的结构。两侧都带薄铜层的陶瓷衬底被焊接在基板上。IGBT芯片被焊在设计好的铜层上。芯片的表面通过绑定线 (bonding wire) 压焊到铜层上。大多数标准模块采用这种制作方法。目前70%到80%的功率模块都按照标准模块结构来制造。陶瓷一般采用Al2O3, 基板采用铜为材料。IGBT底板通过导热硅脂安装散热器。
英飞凌汽车级IGBT可靠性改进
可靠性是IGBT应用于汽车中的最大挑战, 除了电压、电流等常规参数的设计考虑, 涉及IGBT可靠性的主要参数有:温度循环次数 (thermal cycling) 和功率循环次数 (power cycling) , 决定了IGBT的使用寿命, 其他参数例如IGBT机械可靠性特性也需要额外的关注。
功率循环
通常, 逆变器设计主要考虑IGBT Tjmax (最高结温) 的限制, 但在混合动力车应用中, 逆变器较少处于恒定工况, 加速、巡航、减速都会带来电流、电压的改变, 由此带来的ΔTj (结温快速变化) 将会更大程度影响IGBT的寿命, IGBT导通电流波动时, 绑定线也会随之摆动, 对绑定线和IGBT芯片连接可靠性有较大的影响, 反复的摆动可能导致绑定线寿命的耗尽 (EOL, End of Life) , 例如绑定线和IGBT芯片焊接脱落、绑定线断裂等, 直接导致IGBT的损坏。
为了模拟汽车运行工况, 针对HEV频繁的加速、减速、巡航带来的电流冲击, 英飞凌定义了“秒级功率循环试验” (power cycling second, 电流加热, 外部水冷冷却) , 通过加速老化试验, 模拟电气冲击下绑定线的焊接可靠性, 英飞凌汽车级IGBT需要承受ΔTj=60k, 最大节温150℃, 0.5s
相对传统工业模块主要有以下几点改进:
●绑定线材料改进;
●芯片结构加强;
●绑定线连接回路优化;
●优化后的焊接工艺。
温度循环
逆变器在HEV中, 通常位于前舱靠近发动机或位于传动机构附近, IGBT模块将承受较高的环境温度和温度变化, 对IGBT模块内部焊接层有较大影响。
IGBT模块由多层不同材料组成 (见图3) , 每种材料具有不同的CTE (热膨胀系数) , CTE的差别会影响功率模块的使用寿命, 当模块使用时, 温度的变化会在不同层间产生机械应力而导致焊接脱落, 我们的目标是选用热膨胀系数差别尽可能小的材料来进行焊接组合。但另一方面, 即使它们的热膨胀系数十分匹配, 因为材料本身的成本可能会太高, 或者在生产过程中难以被加工或加工成本太高。例如列车牵引应用中的AlSiC基板。热膨胀系数和衬底几乎相同, 因此有更好的热循环特性。但对混合动力车应用因成本过高而很难被接受。
英飞凌通过改进后的Al2O3陶瓷基片技术, 在不大幅度增加成本的前提下, 同样可以达到混合动力汽车中热循环次数的要求。
通常IGBT模块通过被动温度循环 (Thermal Cycling) 加速测试焊接可靠性, 对于汽车级IGBT, 英飞凌定义更严酷的热冲击试验 (TST, Thermal Shock Test) , 相对TC试验有更大的温度变化范围, -40℃~+125℃, 1000次循环 (普通工业模块TST只需50次) 。
按照英飞凌计算方式, 汽车级IGBT模块寿命为工业级2.5倍, 为牵引级1/4, 可满足汽车全寿命使用无需更换模块要求, 又很好地平衡了成本。
机械结构的加强
除了对上述IGBT内部封装工艺的改进, 英飞凌汽车级IGBT还对IGBT外壳和接线端子进行了增强, 包括温度特性和机械结构特性的加强, 以应对汽车严酷的应用环境, 例如以下几个方面。
(1) 温度特性加强。相较通常工业应用, 汽车内IGBT需要承受较高的温度冲击, 如果IGBT的外壳材料不够坚固, 将会在温度冲击下断裂损坏, 英飞凌汽车级IGBT需在热冲击试验-40℃~+125℃1000次下完好无损。通过塑料材料和优化的工艺参数, 改进后的IGBT外壳可靠性大大增强。
(2) 结构特性加强。在HEV中, IGBT震动大大超过普通工业模块, 外壳和端子将承受较大的机械冲击, 英飞凌汽车级IGBT可以承受超过5g的机械振动和超过30g的机械冲击。
英飞凌汽车级IGBT产品
为满足汽车级应用, 英飞凌对推出HEV专用的IGBT模块, 包括2款产品:
●HybridPACK1—400A/650V IGBT6单元, 针对电机功率20kW~30kW左右的轻度混合动力汽车;
●HybridPACK2—800A/650VIGBT 6单元, 针对电机功率80kW左右的的全混合动力车。
主要的产品特点:
●6单元IGBT简化逆变器设计;
●工作结温为150℃, 最大节温175℃;
●IGBT技术;
●改进后的绑定线工艺;
●改进后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
●6 NTC;
●改进后的绑定线工艺;
●改进后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
●直接水冷系统, 提升模块散热能力。
结论
随着功率器件在汽车中越来越多地应用, 对可靠性提出了更高的要求, 例如本文描述的功率循环和温度循环特性。针对汽车应用, 英飞凌推出的汽车级IGBT模块具有高可靠性、长寿命、适中成本的特点, 只有在混合动力汽车应用需要专用的功率半导体模块, 才能保证核心零部件的可靠性, 直接关系着混合动力车的成功与否。
参考文献
[1]Thoben M, Mainka K, Bayerer R, et al.From vehicle drive cycle to reliability testing of power modules for hybrid vehicle inverter
[2]Graf I, Münzer M N.Semiconductors in hybrid drives applications-A survey lecture
[3]Jadhav V, Volke A.New design consideration of power semiconductors in hybrid electric vehicle
[4]Schütze T.Power and thermal cycling capability
启动混合动力车 篇8
串联型混合动力公交客车多能源系统各部件参数设计原则:要在满足汽车动力性能要求的前提下,从降低整车燃油消耗和排放,并减少发动机、发电机、电动机和动力电池组的重量及成本等方面综合确定。表1为动力系统设计的初始参数。
1. 发动机功率的确定
串联型混合动力公交客车的发动机功率可根据满足汽车最高车速的行驶要求所确定。按满足汽车最高车速75km/h的行驶要求计算发动机功率,即
式中,eP为发动机功率,kW;um为最高车速,km/h;g为重力加速度,m/s2。计算得发动机功率eP=114 kW。最终确定某款柴油发动机,功率为117 kW,图2为该发动机的万有特性图。
根据发动机万有特性图可作出最低油耗曲线,发动机将被控制在该曲线上一个较最低油耗区域工作,此时发动机可被控制的最大功率eP_ctl为107kw(1700rpm,600N.m)。
3. 发电机特性的确定
发电机输入功率一般应能传递发动机最大功率,本设计方案将发电机的额定输入功率取为能传递发动机被控制运行的最大功率
为可靠起见,取Pg_in=110kW。
发电机在恒转矩区应能传递发动机的最大转矩,根据发动机万有特性图,发动机最大转矩为600N.m,因此发电机额定转矩为
为可靠起见,取Tg_in=575N.m
发电机最高转速应满足发动机的实际最高转速。
发电机的额定输出功率为
圆整为gP-out=100kW
因发电机与发动机同轴布置并联合工作,故发电机的最高效率的转速区要与发动机的相同,尤其在(1300～1700)rpm的常用转速区。
4. 电动机特性和减速器速比的确定
本设计中主减速器速比是已确定的,因此减速齿轮的速比大小应能满足汽车的最高车速要求
式中nnmax为电动机的最大转速,r/min。
为了将减速比设计得大一点以减少电动机峰值转矩,因而可相应减少电动机电流,故最好选用高速电动机,但目前国内的永磁无刷直流电动机在高转速区的恒功率控制比较难,且高速轴承价格较高,因此取电动机连续运行时的最大转速nmmax=5000rpm,因此取ig=1.927。
电动机扩大恒功率区系数(电动机最高转速与额定转速之比)一般在2.5～5范围内,本设计取为2.5,因此电动机连续运行时的额定转速为
电动机连续运行的额定功率应能满足汽车最高车速行驶要求,即
计算得Pmr=79kW,为了能使汽车在一般的沥青或混凝路面上也具有较高的行驶车速,取
计算得Tmr=405N.m
电动机短时间运行的峰值功率应满足短时间运行的最大爬坡度和加速性能要求。
短时间运行的最大爬坡度要求所需要的电动机峰值转矩为
计算得Tmmax=1265N.m
汽车原地起步加速到ua的加速时间t如式(10)、(11)。
当ua≤umr时,
当ua>umr时,
式中,umr为电动机短时间运行的基速nmmr所对应的车速,km/h。
电动机短时间运行的基速选为nmmr=944rpm,因此电动机的峰值功率为
将nmmr、Pmmax值代入式(10)、(11),经编程计算得到0～50 km/h的加速时间t=20.7s,满足加速要求。
5. 蓄电池组参数的确定
5.1 蓄电池峰值功率
蓄电池的峰值功率应满足加速性能要求和短时间最大爬坡的要求。混合动力汽车加速时可以采用以下两种方式:(1)按汽车纯电驱动运行的加速来确定蓄电池的峰值功率,此时发动机关闭,因此蓄电池峰值功率比较大。(2)按发动机-发电机和蓄电池同时向电动机供电的方法实现加速,这样确定蓄电池峰值功率比较小。本设计中的混合动力公交客车为可外接充电式,即插电式混合动力公交客车。考虑到插电式混合动力公交客车的蓄电池容量比普通的混合动力公交客车大,一次加速(如0-50km/h)过程使蓄电池的荷电状态SOC下降较少,且为了避免在汽车起步加速时开启发动机,使发动机处于油耗和排放都较差的动态运行工况,因此原地起步加速时不启动发动机,而采用蓄电池-电动机的纯电驱动运行来加速,则蓄电池放电模式下的输出功率按电动机峰值功率计算
将该输出功率与附件电驱动系统所消耗的功率相加,得蓄电池需要的峰值功率165kW。
5.3 蓄电池容量
考虑到可利用夜间电网对蓄电池组充电,由于夜间电力价格便宜,因此如果将蓄电池组容量设计得大些,可以降低汽车运行的实际能量消耗费用,大大提高了汽车的经济性。但蓄电池组容量过大会导致蓄电池组重量过大,成本增加过多。最终确定了某款锂离子动力电池,标称容量为Q=100A.h,总电压E=516.8v。蓄电池SOC由100%降低到30%为止,汽车满载按30km/h匀速行驶的纯电机行驶里程为
计算得纯电机行驶里程43km。
串联型混合动力公交客车多能源动力系统各部件的设计参数见表3。
6. 结论
本文对串联型混合动力公交客车动力系统的设计依据及方法进行了分析,结合实际设计过程中的经验,将串联型混合动力公交客车当前存在的瓶颈归纳如下:
1)车用发电机产品不成熟。通过与多家电机厂家沟通,现有的发电机产品多用于静态环境,抗震性差,且噪音大,体积大,质量重,并不适合用于汽车;
2)整车空间结构布置比较紧张。与传统车相比较,串联式混合动力客车增加了两个功率较大的电机和一组大容量的动力电池,对于后驱的公交客车,后悬需放置发动机、发电机、电动机以及减速器,而这些受到后悬尺寸的限制,使得后悬空间布置紧张;
3)整车重量增加较多,且成本较高。由于需要两个大功率的电机以及大容量的动力电池组使得串联型混合动力客车重量增加较多,大大降低了客车的载客能力。成本上来看,电池组的价格居高不下,而串联型混合动力客车又对电池组容量要求较高,所以造成整车成本偏高。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].第三版.北京:机械工业出版社,2004.