混合动力汽车的电气性能讲
混合动力汽车的电气性能讲义(doc 8页)
混合动力汽车的电气性能讲义(doc 8页)位于慕尼黑的英飞凌科技公司汽车系统工程部门最近接到一项开发E-Cart的任务。
E-Cart是一种可驾驶的车辆，主要用于演示混合动力汽车的电气性能。
该车将采用一组庞大的锂离子电池组提供动力，当时开发人员就意识到对其进行带充电平衡的电池管理是绝对必要的。
这种情况下必须采用在各节电池之间进行主动能量转移的方式来代替传统的简单充电平衡方案。
他们开发的主动充电平衡系统在材料成本与被动方案相当的情况下能提供更优秀的性能(见图1)。
电池组装商通常利用一些缩略短语来描述其电池产品，例如“3P50S”代表该电池组中有3个并联的电池单元、50个串联的电池单元。
模块化结构在对包含多个串联电池单元的电池进行管理时是很理想的结构。
例如，在一个3P12S的电池阵列中，每12个电池单元串联之后就组成了一个模块(block)。
然后，这些电池单元就可通过一块以微控制器为核心的电子电路对其进行管理和平衡。
这样一个电池模块的输出电压取决于串联电池单元的个数和每个电池单元的电压。
锂离子电池单元的电压通常在3.3V到3.6V之间，因此一个电池模块的电压约在30V到45V之间。
混合动力车的驱动需要450V左右的直流电源电压。
为了根据充电状态来补偿电池单元电压的变化，比较合适的做法是在电池组和发动机之间连接一个DC-DC转换器。
这个转换器还可以限制电池组输出的电流。
为确保DC-DC转换器工作在最佳状态，要求电池组电压在150V到300V之间。
因此，需要串联5到8个电池模块。
平衡的必要性如果电压超出允许的范围，锂离子电池单元就很容易损坏(见图2)。
如果电压超出了上、下限(以纳米磷酸盐型锂离子电池为例，下限电压为2V，上限电压为3.6V)，电池就可能出现不可逆转的损坏。
其结果至少是加快电池的自放电速度。
电池输出电压在一个很宽的充电状态(SOC)范围内都是稳定的，电压偏离安全范围的风险很小。
但在安全范围的两端，充电曲线的起伏相对比较陡峭。
混动版汽车的工作原理
混动版汽车的工作原理
混动版汽车采用了内燃机和电动机的双重动力系统，以提高燃油效率和降低尾气排放。
其工作原理如下：
1. 发动机工作：混动车辆搭载了内燃机，通常为汽油或柴油发动机。
当需要动力时，内燃机会启动，通过燃烧燃料产生能量，并带动车辆前进。
2. 发电机工作：内燃机启动后，会驱动一个发电机。
发电机的主要功能是将部分动力转化为电能，以供电动机使用，并将多余电能储存到电池中。
3. 电动机工作：电动机是混动车辆的另一个重要组成部分。
它通过电能驱动车辆，提供额外的动力。
当需要加速时，电动机会从电池中获取电能，通过其电磁力推动车辆。
此时内燃机可以根据需要维持特定的转速，保持在最佳效率工作状态。
4. 电池充电：当车辆在行驶过程中，发动机所产生的多余能量会被转化为电能，充电电池。
这种能量回收机制被称为再生制动。
同时，当车辆停车时，发动机也会将剩余能量转化为电能，以增加电池容量。
5. 控制系统：混动车辆还配备了先进的控制系统，用于监测车辆的状况和调节内燃机和电动机的工作状态。
该控制系统可以根据车辆速度、油门踏板的输入和电池容量等因素，智能地管理内燃机和电动机的工作，以达到最佳的燃油效率。
通过这样的工作原理，混动车辆可以在低速、启动和加速等情况下使用电动机，减少燃料的使用。
而在高速和高负载情况下，内燃机可以提供更强大的动力支持。
这种双重动力系统的设计使得混动车辆在节能减排的同时，也能够保持良好的性能和驾驶体验。
混合动力汽车原理
混合动力汽车原理
混合动力汽车是一种结合了燃油发动机和电动机的动力系统。
它能够根据驾驶需求自动调节使用两种不同动力的比例，以提供更高效和环保的行驶方式。
混合动力汽车的工作原理主要分为三个部分：发动机、电动机和电池。
发动机部分：
混合动力汽车通常配备一台内燃机，它可以使用汽油、柴油或天然气等燃料驱动。
发动机主要用于提供额外的动力和充电电池。
电动机部分：
混合动力汽车还配备了一个电动机，它使用电能来提供动力。
这个电动机可以单独驱动汽车，也可以与发动机合作驱动汽车。
电动机主要在低速、起步和缓慢行驶时提供动力。
电池部分：
混合动力汽车的电动机需要电能来运行。
电池主要用于存储电能，当车辆行驶时，电池会不断地向电动机提供能量。
同时，电池还可以通过发动机运行时的发电机进行充电。
在混合动力汽车行驶过程中，电动机和发动机的工作方式会根据车速、驾驶需求和电池的充电状态等因素进行自动调节。
在启动和低速行驶时，电动机会承担大部分动力需求，以达到节能和减少尾气排放的目的。
而在高速行驶或需要更大功率时，
发动机会提供额外的动力支持。
通过混合动力系统的智能调度，混合动力汽车能够最大限度地提高燃油利用率，并减少对环境的影响。
这种动力系统结合了传统燃油发动机的高功率和电动机的高效性能，使得混合动力汽车成为一种环保、经济和实用的出行选择。
混合动力车工作原理
混合动力车工作原理
混合动力车是一种结合了内燃机和电动机的车辆。
它的工作原理主要涉及能源转化和利用的过程，以实现更高的燃油效率和减少排放。
首先，我们来看内燃机的工作原理。
内燃机主要通过燃烧燃料使活塞作往复运动，从而驱动曲轴旋转并传递动力。
在混合动力车中，内燃机可以使用汽油或柴油作为燃料。
然后，我们来看电动机的工作原理。
电动机是利用电能转化为机械能的装置，通过电流驱动电动机转子旋转。
电动机有很高的转速响应和高效率，是适合于城市驾驶等低速高扭矩需求的理想选择。
混合动力车将内燃机和电动机结合起来，通过智能控制系统进行能量管理。
在低速行驶或启动时，电动机可以单独驱动车辆，从而减少燃油的消耗。
当需要更强的动力输出或长时间行驶时，内燃机会启动并辅助电动机提供动力。
此外，混合动力车还有能量回收系统，可以将制动过程中产生的动能转化为电能储存起来，以供后续使用。
这样可以进一步提高能源利用效率。
总的来说，混合动力车的工作原理是通过合理的能量转换和管理，利用内燃机和电动机的优势，从而实现更高的燃油效率和减少尾气排放。
这种技术的发展将对环境保护和可持续发展产生积极的影响。
混合动力汽车的工作原理
混合动力汽车的工作原理
混合动力汽车是一种同时使用内燃机和电动机作为动力源的汽车。
它的工作原理是将内燃机和电动机的优势结合起来，以达到最佳燃油效率和降低尾气排放的目的。
混合动力汽车一般采用串级混合动力系统，即内燃机和电动机通过传动装置连接，在不同工况下分别或同时提供动力。
以下是混合动力汽车的基本工作原理：
1. 启动与低速行驶阶段：当混合动力汽车发动时，电动机会负责启动汽车的运行。
在低速行驶时，电动机可以提供高扭矩，使车辆平稳行驶。
2. 加速阶段：当车辆需要更多动力加速时，内燃机会启动并转入工作状态。
同时，电动机也会提供额外的动力加速，以提高整车的性能。
3. 高速巡航阶段：在高速巡航时，内燃机会在最佳工作点工作，为电动机提供驱动力，同时充电电池。
这样可以减少内燃机的燃油消耗，并延长电池的使用寿命。
4. 减速与制动阶段：在减速和制动时，电动机通过逆变器将动能回馈到电池中，实现能量的回收利用。
这可以减少制动时的能量损耗，提高能效。
总结起来，混合动力汽车利用内燃机和电动机的协同工作，根据不同工况灵活调配动力输出，以实现最佳燃油效率和尾气排
放的同时降低。
通过有效管理能量的流动和利用，混合动力汽车使得汽车在环境友好和节能方面具有更好的表现。
p2.5混动工作原理 -回复
p2.5混动工作原理-回复混动车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是一种结合了内燃机和电动机的驱动系统的汽车。
与传统的燃油车相比，混动车具有更高的燃油经济性和更低的排放。
它的工作原理是通过将内燃机和电动机的优势相结合，实现能量的高效转换和利用。
混动车的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 低速纯电动模式：当混动车启动或低速行驶时，只使用电动机提供动力。
电动机由电池供电，将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
在这个模式下，车辆零排放，不会产生尾气污染。
2. 加速和高速模式：当需要更多动力时，内燃机会启动工作。
内燃机通过燃烧燃料（如汽油或柴油），将化学能转化为机械能，驱动发电机工作。
发电机将机械能转化为电能，并将其存储在电池中。
同时，发电机还可以为电动机提供电力，增加车辆的加速性能。
3. 减速与制动回收：当混动车减速或制动时，电动机工作状况转变为发电机状态，将制动过程中产生的机械能转化为电能，并将其存储在电池中。
回收的电能可以在之后使用，减少能量的浪费。
4. 高速巡航模式：当在高速公路上巡航时，混合动力系统可以根据驾驶条件自动调整内燃机和电动机的运行状态，以最佳方式提供动力。
电动机可以通过补充内燃机的动力来改善燃油经济性，同时内燃机可以改善电池的充电状态。
5. 停车与再启动：当混动车停车时，内燃机会自动关闭，只使用电动机维持车辆运行。
当需要重新启动时，内燃机会立即启动，为电动机提供动力。
上述步骤中的能量转换和分配是由混动车的功率分配系统来控制的。
这个系统会根据车辆的运行状态和驾驶需求，以及电池的充电状态，智能地管理内燃机和电动机之间的能量流动，以实现最佳的燃油经济性和动力性能。
混合动力汽车的电气性能讲义
混合动力汽车的电气性能讲义概述混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是一种结合了传统燃油发动机和电动发动机的汽车。
这种结构使得HEV具备了更低的燃油消耗和更低的排放。
其中，电气系统在HEV中起到了至关重要的作用，本文将对HEV的电气性能进行介绍。
电气系统组成混合动力汽车的电气系统主要由以下部分组成：1.高压电池：HEV中用于储存电能的主要装置。
常见的高压电池类型包括镍氢电池（NiMH）和锂离子电池（Li-ion）。
2.电动机：作为HEV的动力来源之一，电动机负责提供额外的扭矩和动力输出。
电动机通过控制器与高压电池相连接。
3.发动机发电机：用于产生电力为高压电池充电，并在需要时为电动机提供额外的动力。
4.控制器：控制器是电气系统的核心，负责协调和管理整个系统的运行。
它接收各种传感器（如节气门传感器、踏板传感器等）的输入，根据条件判断控制电池、发动机和电动机。
5.电动机驱动器：电动机驱动器是电动机和控制器之间的接口，负责控制电动机的速度和扭矩输出。
电气系统工作原理混合动力汽车的电气系统工作原理如下：1.启动阶段：当驾驶员启动HEV时，电控单元（ECU）将检测到启动信号，并根据条件决定启动发动机或电动机。
2.起步和低速驾驶：在起步和低速驾驶过程中，电动机通常是主要的动力来源。
高压电池供应电能给电动机，驱动车辆运行。
3.加速阶段：在加速阶段，发动机发电机会启动，并以发电机模式向高压电池充电。
电池将继续为电动机提供动力，同时发动机发电机辅助提供额外的动力。
4.匀速和行驶维持：当车辆达到所需速度后，控制器会自动切换到发动机模式，将发动机与驱动轴相连，直接驱动车辆。
同时，发动机发电机将继续以发电机模式为电池充电。
5.制动和减速：在制动或减速时，能量回收系统将启动，通过将电动机转换为发电机，将制动能量转化为电能，并将其存储到高压电池中。
电气系统优势混合动力汽车的电气系统具有以下优势：1.节能和环保：通过电动机的辅助和能量回收，HEV能够显著降低燃油消耗和排放量，减少对环境的污染。
混合动力汽车工作原理
混合动力汽车工作原理混合动力汽车是一种结合了传统内燃机和电动机的汽车，它的工作原理是通过内燃机和电动机的协同作用，实现汽车的动力输出和能量回收。
混合动力汽车的工作原理可以分为四个方面来介绍。
首先，内燃机的工作原理。
混合动力汽车搭载的内燃机可以是汽油发动机或柴油发动机，它们的工作原理都是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，驱动活塞做往复运动，最终通过连杆和曲轴转换成机械动力输出。
内燃机的工作原理是混合动力汽车动力输出的基础，它可以在需要时提供额外的动力支持，提高汽车的加速性能和行驶稳定性。
其次，电动机的工作原理。
混合动力汽车搭载的电动机是通过电池供电，它的工作原理是将电能转换成机械能，驱动汽车前进。
电动机可以在低速行驶和启动时提供动力，减少内燃机的负荷，降低燃油消耗和尾气排放。
接着，能量回收系统的工作原理。
混合动力汽车还配备了能量回收系统，它的工作原理是通过制动能量回收和发动机副动力输出，将汽车行驶过程中的动能转换成电能储存到电池中，以供电动机使用。
能量回收系统可以有效提高能源利用率，延长电池续航里程，减少对燃料的依赖。
最后，控制系统的工作原理。
混合动力汽车的控制系统是整个动力系统的大脑，它通过传感器实时监测车辆的工况和驾驶者的需求，根据实际情况智能调度内燃机和电动机的工作状态，实现最佳的动力分配和能量利用。
控制系统的工作原理是混合动力汽车能够实现高效、环保、智能的核心。
综上所述，混合动力汽车的工作原理是通过内燃机和电动机的协同作用，以及能量回收系统和控制系统的配合，实现汽车动力输出和能量回收的高效利用。
混合动力汽车的工作原理不仅提高了汽车的燃油经济性和环保性能，还为未来汽车科技的发展提供了重要的参考和借鉴。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
位于慕尼黑的英飞凌科技公司汽车系统工程部门最近接到一项开发E-Cart的任务。
E-Cart 是一种可驾驶的车辆，主要用于演示混合动力汽车的电气性能。
该车将采用一组庞大的锂离子电池组提供动力，当时开发人员就意识到对其进行带充电平衡的电池经管是绝对必要的。
这种情况下必须采用在各节电池之间进行主动能量转移的方式来代替传统的简单充电平衡技术方案。
他们开发的主动充电平衡系统在材料成本与被动技术方案相当的情况下能提供更优秀的性能(见图1)。
图1：E-Cart原型
电池系统架构
镍镉电池与随后出现的镍氢电池多年来一直主宰着电池市场。
锂离子电池是最近才进入市场的，但由于其性能有极大提高，因此其市场份额增长非常迅速。
锂离子电池的储能容量非常
惊人，但即便如此，单个电池单元的容量不论从电压还是从电流方面仍都太低，不能满足一个混合动力发动机的需要。
并联多个电池单元可以增大电池所提供的电流，串联多个电池单元则可以增大电池提供的电压。
电池组装商通常利用一些缩略短语来描述其电池产品，例如“3P50S”代表该电池组中有3个并联的电池单元、50个串联的电池单元。
模块化结构在对包含多个串联电池单元的电池进行经管时是很理想的结构。
例如，在一个3P12S的电池阵列中，每12个电池单元串联之后就组成了一个模块(block)。
然后，这些电池单元就可通过一块以微控制器为核心的电子电路对其进行经管和平衡。
这样一个电池模块的输出电压取决于串联电池单元的个数和每个电池单元的电压。
锂离子电池单元的电压通常在3.3V到3.6V之间，因此一个电池模块的电压约在30V到45V之间。
混合动力车的驱动需要450V左右的直流电源电压。
为了根据充电状态来补偿电池单元电压的变化，比较合适的做法是在电池组和发动机之间连接一个DC-DC转换器。
这个转换器还可以限制电池组输出的电流。
为确保DC-DC转换器工作在最佳状态，要求电池组电压在150V到300V之间。
因此，需要串联5到8个电池模块。
平衡的必要性
如果电压超出允许的范围，锂离子电池单元就很容易损坏(见图2)。
如果电压超出了上、下限(以纳M磷酸盐型锂离子电池为例，下限电压为2V，上限电压为3.6V)，电池就可能出现不可逆转的损坏。
其结果至少是加快电池的自放电速度。
电池输出电压在一个很宽的充电状态(SOC)范围内都是稳定的，电压偏离安全范围的风险很小。
但在安全范围的两端，充电曲线的起伏相对比较陡峭。
因此，为预防起见，必须严密监控电压。
图2：锂离子电池的放电特性(钠M磷酸盐型)
如果电压达到一个临界值，就必需立即停止放电或充电过程。
在一个强大的平衡电路的帮助下，相关电池单元的电压可以返回安全范围内。
但为达到这一目的，该电路必需能在电池组中任何一个单元的电压开始与其他单元出现差异时马上在各单元之间转移能量。
充电平衡法
1.传统的被动方法：在一般的电池经管系统中，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负载电阻。
这种被动电路可以对个别被选中的单元放电。
但该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的电压攀升。
为限制功耗，此类电路一般只允许以100mA左右的小电流放电，从而导致充电平衡耗时可高达几小时。
2.主动平衡法：相关资料中有很多种主动平衡法，均需要一个用于转移能量的存储元件。
如果用电容来做存储元件，将其与所有电池单元相连就需要庞大的开关阵列。
更有效的方法是将能量存储在一个磁场中。
该电路中的关键元件是一个变压器。
电路原型是由英飞凌的开发小组与VOGT电子元件GmbH公司共同开发的。
其作用是：
a. 在电池单元之间转移能量
b. 将多个单独的电池单元电压复接至一个基于地电压的模数转换器(ADC)输入端
该电路是按照回扫变压器原理构造的。
这类变压器能够将能量存储在磁场中。
其铁氧体磁心中的气隙增大了磁阻，因此可以避免磁心材料出现磁饱和。
该变压器两侧的电路是不同的：
a. 初级线圈与整个电池组相连
b. 次级线圈与每个电池单元相连
该变压器的一种实用模型支持多达12个电池单元。
变压器的可能连接数量限制了电池单元的个数。
上述原型变压器有28个引脚。
其中的开关采用OptiMOS3系列的MOSFET，它们的导通电阻极低，因此其传导损耗可以忽略不计(见图3)。
图3：电池经管模块的原理图
图中的每个模块都受英飞凌公司的8位先进微控制器XC886CLM控制。
这种微控制器自带闪存程序和一个32KB的数据存储器。
此外，它还有两个基于硬件的CAN接口，支持通过公共汽车控制器局域网(CAN)总线协议与下面的处理器负载通信。
它还包含一个基于硬件的乘除法单元，可用于加快计算过程。
平衡方法
由于变压器可以双向工作，因此我们可以根据情况采取两种不同的平衡方法。
在对所有电池单元进行电压扫描之后(电压扫描的细节将在后面介绍)，计算平均值，然后检查电压偏离平均值最大的电池单元。
如果其电压低于平均值，就采用底部平衡法(bottom-balancing)，如果其电压高于平均值，就采用顶部平衡法(top-balancing)。
1.底部平衡法：图4所示例子就是采用的底部平衡法。
扫描发现电池单元2是最弱的单元，必须对其进行增强。
图4：锂离子电池的底部充电平衡原理
此时闭合主开关(“prim”)，电池组开始对变压器充电。
主开关断开后，变压器存储的能量就可以转移至选定的电池单元。
相应的次级(“sec”)开关——在本例中是开关sec2——闭合后，就开始能量转移。
每个周期均包含两个主动脉冲和一个暂停。
在本例中，40毫秒的周期转换为频率就是
25kHz。
在设计变压器时，其工作频段应在20kHz以上，以避免出现人类听觉频率范围内可感知的啸叫噪音。
这种声音是由变压器铁氧体磁心的磁致伸缩导致的。
尤其是当某个电池单元的电压已经达到SoC的下限时，底部平衡法能够帮助延长整个电池组的工作时间。
只要电池组提供的电流低于平均平衡电流，车辆就能继续工作，直到最后一块电池单元也被耗尽。
2.顶部平衡法：如果某个电池单元的电压高于其他单元，那么就需要将其中的能量导出，这在充电模式下尤其必要。
如果不进行平衡，充电过程在第一块电池单元充满之后就不得不立即停止。
采用平衡之后则可以通过保持所有电池单元的电压相等而避免发生过早停止充电的情况。
图5：锂离子电池的顶部充电平衡原理
1.图5给出了顶部平衡模式下的能量流动情况。
在电压扫描之后，发现电池单元5是整个
电池组中电压最高的单元。
此时闭合开关sec5，电流从电池流向变压器。
由于自感的存在，电流随时间线性增大。
而由于自感是变压器的一个固有特性，因此开关的导通时间就决定了能够达到的最大电流值。
电池单元中转移出的能量以磁场的形式得到存储。
在开关sec5断开后，必须闭合主开关。
此时，变压器就从储能模式进入了能量输出模式。
能量通过巨大的初级线圈送入整个电池组。
顶部平衡法中的电流和时序条件与底部平衡法非常类似，只是顺序和电流的方向与底部平衡法相反。
平衡功率和电压扫描
按照英飞凌E-Cart中的原型配置，平均平衡电流可达5A，比被动平衡法的电流高50倍。
在5A的平衡电流下，整个模块的功耗仅2W，因此无需专门的冷却措施，并且进一步改善了系统的能量平衡。
为了经管每个电池单元的充电状态，必须测量它们各自的电压。
由于只有单元1在微控制器的ADC范围内，因此模块中其他单元的电压无法直接测量。
一种可能的技术方案是采用一组差分放大器阵列，而且它们必须支持整个电池模块的电压。
下文中描述的方法只需增加很少量的额外硬件就能测量所有电池单元的电压。
在该方法中，主要任务是进行充电平衡的变压器同时也被用做一个复用器。
在电压扫描模式中没有使用变压器的回扫模式。
当S1到Sn这些开关中有一个闭合时，与其相连的电池单元的电压就转换到变压器的所有绕组中。
在经过一个离散滤波器的简单预处理之后，被测信号就被送入微控制器的ADC输入端口。
开关S1到Sn中的某个开关闭合时所产生的测量脉冲持续时间可能非常短，实际导通时间为4us。
因此，通过这个脉冲存储至变压器中的能量很少。
而且无论如何在开关断开之后，存储在磁场中的能量都会通过初级晶体管流回整个电池模块。
因此电池模块的能量多少并不受影响。
在对所有电池单元进行完一个周期的扫描之后，系统又回到初始状态。
本文小结
只有拥有一套优秀的电池经管系统才能充分发挥新型锂离子电池所具备的优势。
主动充电平衡系统的性能远远优于传统的被动方法，而相对简单的变压器则有助于保持较低的材料成本。