◆文/北京 王新旗

(接上期)

五、PHEV其他技術(shù)特點簡介

下面對混合動力汽車包括插電式混合動力汽車的概念進行一下匯總分類，以方便讀者對混合動力汽車的知識總體掌握，具體分類內(nèi)容列于表1。

表1 混合動力汽車的分類

從表1中可以看到，微混只是某些廠家提出的一個概念，如果整車只具備怠速啟停功能，從嚴格的定義來講它并不能算是混合動力的一種形式或結(jié)構(gòu)?；旌蟿恿ζ嚨拇⒉⒙?lián)關(guān)系列于表2。

表2 混合動力汽車的串、并聯(lián)關(guān)系

從表2中可以看到，增程式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)就是串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，而插電式混合動力汽車絕大多數(shù)屬于強混基礎(chǔ)上的混聯(lián)結(jié)構(gòu)。由于插電式混合動力汽車通常是在強混的基礎(chǔ)上升級或開發(fā)而來，因此，它最大的變化還是體現(xiàn)在對動力電池的升級及電源系統(tǒng)的改變上，比如將原來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)要配置車載充電器，并能滿足家庭充電的方便快捷，同時對空調(diào)的加熱功能改進等等。

對混動發(fā)動機(包括插電式混動發(fā)動機)的以下幾點技術(shù)特點，筆者還是考慮用些文字進行些簡單的說明，如發(fā)動機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)動機

通常，發(fā)動機的工作過程分為進氣、壓縮、做功、排氣四個階段，傳統(tǒng)發(fā)動機四個階段活塞行程是相同的，而阿特金森循環(huán)是使發(fā)動機在進氣行程結(jié)束后進氣門仍在一段時間內(nèi)保持開啟，這樣就將吸入的混合汽又吐出去一部分，簡單的實現(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)動機的進氣凸輪軸上，必然要安裝VVT系統(tǒng)(圖13)以解決對進氣門的正時調(diào)節(jié)，這是進氣凸輪軸加裝VVT裝置的一個主要目的之一。

圖12 應(yīng)用阿特金森循環(huán)的發(fā)動機

另一個就是為了適應(yīng)混動發(fā)動機的啟停控制，普通的低壓鉛酸蓄電池也會更換為AGM型(Absorbent Glass Mat Battery)蓄電池，如圖14所示，這種蓄電池是專門可以適用于快速充放電，超長的使用壽命，且使用過程中無需添加水，因此它的售價往往也是普通鉛酸蓄電池3～4倍，其特點是采用了超細玻璃纖維隔板技術(shù)。

圖13 進氣VVT裝置混動發(fā)動機

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，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、具有更長的使用壽命、在整個使用壽命周期內(nèi)具有更高的電容量穩(wěn)定性、低溫性能更可靠、維護簡單等優(yōu)點。

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題

1.PHEV的性能

PHEV的動力電池要保證PHEV具有必要的動力性能指標和純電動行駛里程，又不能增加太多的車輛質(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)常要采用純電動模式行駛，因此電池需要在深放電工作的同時，也要保證有很常電的循環(huán)壽命。PHEV以純電動模式行駛時，當電池在SOC降到較低的水平時，應(yīng)仍能大電流放電。當電池的SOC較高時，應(yīng)能接受大功率充電，以回收制動能量。電池應(yīng)具有較低的成本，以降低整車的成本。

PHEV使用車載電池組可以減少車輛發(fā)動機冷啟動時的排放，其原因在于冷啟動期間，車輛采用電能單獨工作模式，同時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)動機既可按照需要啟動。但是，在極冷條件下，幾乎所有的電池都不能很好地工作。這不僅因為可用電能的減少和內(nèi)阻抗的增加(造成效率降低)，而且當放電功率很大時，電池的使用壽命將會受到嚴重影響。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。一種方法是為對電池組進行熱隔離，以確保除了冷卻水出口外電池單體和周圍空氣之間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的時間里保持穩(wěn)定的溫度。另—種方法是在極冷條件下，通過消耗電池電能，使用內(nèi)部加熱器給蓄電池加熱。此外，也可以通過接入電網(wǎng)使電池處于外部加熱模式。

2.PHEV面臨的主要問題

當前PHEV的研究面臨的問題主要分為以下幾個方面：根據(jù)市場和用戶需要確定整車的結(jié)構(gòu)、成本、控制策略、純電動行駛里程的長度、電池能量和電機的功率等性能指標；滿足PHEV所需的電池及其管理系統(tǒng)的開發(fā)；PHEV充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)等等。

PHEV還存在一個問題，那就是如果車主每次的行駛里程總是少于設(shè)計的電動續(xù)駛里程，并且經(jīng)常給蓄電池充電，則發(fā)動機可能一直無需啟動。這種情況可能會導(dǎo)致油箱里的燃油相對陳舊，也可能會導(dǎo)致某些機械結(jié)構(gòu)，如發(fā)動機中的零部件卡死等情況。為此，一些PHEV車型(如雪佛蘭Volt)在設(shè)計上增加了維修模式，該模式既可以由駕駛?cè)耸謩訂?，也可以自動啟動，使發(fā)動機和發(fā)電機定期運行，從而保持這些機件的正常運轉(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，則存在一定的危險性安全問題。與其他高壓系統(tǒng)一樣，PHEV的電氣系統(tǒng)在誤操作時則有一定的安全隱患。高壓系統(tǒng)在不合理操作時可能會引起電擊、電弧放電等電氣危害。

如在正常情況下，汽車的高壓系統(tǒng)與地面和汽車底盤是隔離的，當汽車在維護時，如果由于誤操作接觸到高壓系統(tǒng)的正負極時，就會遭受電氣危害。采用先進的非接觸充電方式(如感應(yīng)無線充電)能夠減少充電時的電擊危害，但這種方式會降低充電效率，增加系統(tǒng)成本。如果在雨天，使用接觸式充電機給汽車充電，可能會有電流泄漏，老化破損的插頭和電線會引起漏電現(xiàn)象。因此，雨天給汽車充電時需要格外小心。泄漏的電流會產(chǎn)生電擊現(xiàn)象,導(dǎo)致人體肌肉收縮、心房顫動及組織損傷，通常10mA的電流就能引起肌肉收縮。在發(fā)生交通事故時，高功率、高電壓的連接器件有可能會發(fā)生短路，引起火花、過熱等情況，甚至導(dǎo)致電池起火和爆炸。車輛到電網(wǎng)(vehicle togrid，V2G)的概念指的是電網(wǎng)和汽車電池之間的雙向功率和能量的交換能力。通過雙向充電器，插電式混合動力汽車可以用作家庭或辦公室的備用電源。通過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，對其頻率和電壓進行管理。由于在可預(yù)見的未來，成千上萬的PHEV將與電網(wǎng)連接，由電力驅(qū)動的交通運輸將開始繁榮起來，并逐漸實現(xiàn)不再依賴化石燃料的目標。因此，研究電網(wǎng)到車輛(G2V)技術(shù)對動力系統(tǒng)的影響勢在必行，并且需要考慮包括電池尺寸、充電過程、PHEV的分布和效率等在內(nèi)的諸多因素。

七、養(yǎng)護維修前的高壓安全斷電

1.養(yǎng)護及維修前的準備工作

養(yǎng)護及維修前所需的絕緣和防護用具如圖15所示。絕緣手套需必須有兩種獨立的性能，第一是在進行任何有關(guān)高壓組件或線路的操作時，需要使用橡膠制成的絕緣手套，這些手套通常被認為是電工手套，且耐壓在1 000V即可，按目前國家的最新標準以下為低壓電，而在新能源汽車的維修上部分廠家或修理企業(yè)有一個誤區(qū)，就是要求維修技師必須考取高壓電從業(yè)資格證，其實這大可不必，因為目前的新能源車輛通常動力電池的電壓在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程中至少具備帶電操作的入門資質(zhì)。

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

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

2.防火準備

使用常規(guī)的干粉滅火器滅火，這種滅火器設(shè)計使用于油或電路火災(zāi)，如果是動力電池著火，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