汽车专业英语2版参考译文 - 第7章电动汽车与混合动力电动汽车

2023年12月7日发(作者：本田s2000二手车多少钱)

Chapter 7 Electric Vehicles and Hybrid Electric Vehicles

第7章电动汽车与混合动力电动汽车

7.1 Electric Vehicles （EVs）电动汽车

最近几年，采用电驱动装置（由作为动力源的蓄电池或燃料电池和作为原动机的电动机组成）的汽车（见图7-1）引起了广泛的关注。

图7-1 电动汽车组成示意图

1-电动机 2-蓄电池组 3-电机控制器 4-接触开关 5-熔断器 6-真空泵 7-DC/DC变换器 8-仪表 9-动力转向泵 10 蓄电池充电器

纯电动汽车（BEV）

特斯拉是最早的锂离子电池驱动的汽车。它是一种纯电动跑车。这个杰作于2006年首次公之于众。该车使用锂钴电池组可行驶244英里，并能够在4秒内加速到60英里/小时（96公里/小时）。在2009到2016年之间，特斯拉由发生了巨大的变化。该公司目前生产Model

S、Model X 和Model 3三款电动汽车。其中 Model S在仅仅2.5秒的时间内可从静止加速到60英里/小时。它还具有自动驾驶功能，从而使高速公路行驶更安全、更轻松。

中国的比亚迪公司与2009年在北美国际车展上展示了E6型电动汽车，其250英里的续驶里程引起了媒体和一般公众的广泛关注。该公司能够生产自己的锂离子电池，设计寿命10年，在10分钟内，可充满电池容量的50%。

纯电动汽车（见图7-2），作为能量储存装置的电化学蓄电池总体上会决定着电动汽车的性能和续驶里程。

电动汽车使用的蓄电池由三种类型：铅酸蓄电池、镍基电池（镍镉电池、镍金属氢化物蓄电池）和锂电池（锂离子电池、锂聚合物电池）。铅酸蓄电池比其他两种都便宜，因而广泛应用于工业车辆。

镍基电池和锂电池正在越来越多地用于电动道路车辆。由于能量密度和功率密度较高和寿命较长，镍金属氢化物电池正在越来越多地用于电动乘用车和混合动力乘用车。

新型锂电池目前正在开发中，其中包括使用由纳米组织钛酸锂制成的先进电极的新型锂电池，这种电池的功率密度可高达3kW/kg，能快速大电流放电，而不会过热或导致内部结构的破坏，同时充电速度快，比普通的可充电蓄电池需要的充电时间短很多。

电动汽车的动力总成包括三个组成部分：动力控制器、电动机和变速器。动力控制器对电动机电流和电压进行调节，从而实现对电动机输出扭矩的调节。

电动机与驱动轮之间的变速器通常只有一级或两级齿轮减速机构。对于大多数当前的电动汽车来说，变速器只有一个单级齿轮减速机构来为汽车提供要求的爬坡能力和希望的最高车速。在电动汽车上，常用两种电动机：直流电动机和交流电动机。现在，同步或异步交流电动机是载客汽车牵引电动机的标准配置。为了将蓄电池提供的直流电转变成交流电，需要一个变频器。

安装有高能量密度、稀土永久磁体的同步电动机广泛地用于电动和混合动力乘用车。例如，丰田普锐斯（Toyota Prius）、凯美瑞混动（Camry Hybrid）和汉兰达混动（Highlander Hybrid）的牵引电动机都是永磁同步交流电动机。永磁同步交流电动机的特性与用于汽车的理想动力装置的特性接近。这就使驱动系统内使用单级齿轮减速机构成为可能。

图7-2 纯电动汽车动力系统示意图

图7-3 FCEV动力系统示意图

燃料电池电动汽车(FCEVs)

如图7-3所示，燃料电池电动汽车( FCEV\'s )的动力系统与BEV相似，但其能源是燃料电池。燃料电池电动汽车行驶时使用只能产生水和热量的氢做燃料，因此没有排气污染，被认为是零排放汽车。

燃料电池的主要特征之一是反应物直接来自外部，这与反应物存储在内部的蓄电池是不同的。燃料电池的电极还是不可消耗的。燃料电池常常按照所用的电解质的类型不同进行分类。质子交换膜燃料电池是今天使用的燃料电池中常见的一种。它常常用作为电解质的固态聚合物和含有铂（作催化剂）的多孔性炭电极制成。催化剂也可以是某种合金。氢由外部氢源（氢罐）提供，或者使用一个重整炉来实现连续的燃料供给。薄膜只允许质子而不允许电子通过。

混合动力电动汽车（HEVs）

采用混合驱动装置（由作为动力源的内燃机和作为另一种动力源的电动机组成）的汽车被称为混合动力电动汽车。目前，混合动力电动汽车已经批量生产并投入实际使用。有些混合动力电动汽车（如，燃料电池混合动力电动汽车，即FCHEVs）没有内燃机，但却采用蓄电池和燃料电池，并由牵引电动机驱动。 7.2 Hybrid Electric Vehicles (HEVs) 混合动力电动汽车

带有混合驱动装置（由作为动力源的内燃机或燃料电池和作为另一个动力源的储能系统（如蓄电池、超级电容器、飞轮等）组成）的汽车被称为混合动力电动汽车。

混合动力汽车的一般工作原理

混合动力汽车能够在不同的情况下让内燃机与电动机一起工作，从而为使混合动力汽车具有最佳的燃油经济性。

起步时以及直至车速达到15英里/小时之前，混合动力电动汽车常常仅使用电动机（一台或数台）来驱动汽车，消耗蓄电池电能来获取动力。

急加速时，内燃机和电动机同时工作，增加了给车轮的动力。汽油机还要驱动发电机发电，而电动机消耗来自蓄电池的电能，并在需要时还要消耗发电机提供的电能。

正常行驶（巡航）时，汽油机驱动车辆，此时汽油机工作效率最高。在巡航期间，还可能让发动机驱动发电机发电，这些电能被存储在蓄电池内，以备后用。

减速或制动时，混合动力电动汽车利用一个叫做再生制动的智能系统来回收动能。当汽车不再需要给车轮加驱动力时，旋转的车轮带动汽车发电机发电，并将这些电能存储在蓄电池内，以备后用。

混合动力电动汽车的分类

混合动力电动汽车（HEV）包括串联式、并联式和混联式三种。

在串联式混合动力中，汽车仅仅靠蓄电池供电的电动机来驱动，但是蓄电池的电能来自另一个车载能源（如内燃机）。在这种类型中，发动机带动发电机运转，而发电机或者为蓄电池充电，或者为驱动变速器的电动机提供电力。内燃机绝不直接推进汽车，见图7-4。

发动机的工作只为让蓄电池保持充足电。因此，汽车行驶时，内燃机可能运转，也可能不运转。串联式混合动力汽车也使用制动再生来为蓄电池辅助充电。

图7-4 串联式混合动力

图7-5 并联式混合动力

在并联式混合动力中，或多个动力源组合驱动汽车，或仅仅一个动力源驱动汽车。蓄电池和发动机都与变速器相连。见图7-5。

使用并联式混合动力的汽车可以仅由内燃机驱动，仅由电动机驱动（仅重度混合），或由内燃机与电动机联合驱动。在多数情况下，将电动机用作内燃机的辅助驱动。使用并联式混合动力的优点之一是通过使用电动机来辅助内燃机进行驱动，内燃机可以比正常情况下需要的要小。

丰田和福特的混合动力属于混联式混合动力（见图7-6），它们可以仅使用电动机驱动或利用内燃机（ICE）辅助驱动。混联式混合动力将串联式与并联式的功能结合在一起。如果电子控制器探测到蓄电池需要充电，即使汽车停止行驶，内燃机也可以工作。

图7-6 混联式混合动力混合动力汽车的混合度等级

名词混合动力是指一类汽车。然而，市场上混合动力汽车中，“混合”程度不同。

轻度混合动力（也叫作微混合动力）将具有怠速停车和制动再生功能，但是不能没有内燃机的辅助而仅仅依靠电动机来驱动汽车。轻度混合动力的优点是成本低，但是与重度混合动力相比，节省燃料的效果差。通常轻度混合动力使用一台42V电动机和蓄电池组（36V蓄电池，充电电压42V）。轻度混合动力的节油率约为8%~15%。

中度混合动力使用144~158V蓄电池，蓄电池提供发动机起/停、再生制动和动力辅助所需的电能。像轻度混合动力一样，典型的中度混合动力仅仅依靠蓄电池的电力不能实现汽车的起步。中度混合动力汽车的例子有本田Insight、思域（Civic）和雅阁（Accord）。使用中度混合动力系统可节省燃油20%~25%。

重度混合动力（也叫作强混合动力）使用怠速停车、再生制动功能，并且能够仅仅使用电动机便可推动汽车前进。每个汽车制造厂家都依据一种特定车型的市场份额评估，决定采用哪种混合动力。重度混合动力汽车的例子有福特Escape SUV、丰田汉兰达（Highlander）、雷克萨斯RX400h、GS450h、丰田普锐斯（Prius）和风丰田凯美瑞（Camry）。重度混合动力系统的节油效果约为30%~50%。

插电式混合动力电动汽车

插电式混合动力电动汽车（PHEV）是一种可在夜间插入电插座来为蓄电池充电的混合动力电动汽车（图7-7）。通过给车载蓄电池充电，可以使汽车仅仅使用电能（隐形模式）让汽车运行较长时间，因而缩短了使用内燃机的时间。内燃机工作时间越短，消耗的燃料越少，排放会越低。

图7-7一种插电式混合动力电动汽车

燃料电池混合动力电动汽车

燃料电池混合动力电动汽车(FCHEV)涉及到蓄电池与燃料电池的混合使用。图7-8是一个燃料电池混合动力电动汽车示意图。燃料电池产生的电压低，通过使用两个DC/DC变换器，方可使其可用。一个变换器将电力输送给辅助用电设备，而另一个将电力传送给牵引电动机逆变器的DC输入总线。一个双向变换器通过新电池系统连接在此DC总线上。牵引电动机逆变器将燃料电池和蓄电池提供的直流（DC）电转变成交流（AC）电，而牵引电动机利用交流电来产生带动车轮旋转的机械功率输出。

在燃料电池最初启动期间，蓄电池同样起到动力源的作用。但燃料电池充分升温后，蓄电池供电中断，系统仅靠燃料电池工作。这种系统不使用超级电容器（UC），而使用燃料电池（FC）与蓄电池的组合（图7-9）。

燃料电池汽车驱动系统可以根据功率转换级分成两种：多级功率转换和单级功率转换。

图7-8 福特福克斯混合动力汽车

图7-9 使用燃料电池和蓄电池组合的FCHEV

7.3 Toyota Hybrid Systems

丰田混合动力系统

丰田混合动力系统(THS I)

像用于第一代丰田普瑞斯的丰田混合动力系统(THS)的组成包括一个行星齿轮机构和两台电机，它是一种混联式混合动力系统。行星齿轮机构被称为功率分流装置，其作用是对来自内燃机的功率进行分流，以便用于推动汽车前进和发电。见图7-10。

图7-10 普锐斯混合动力系统

丰田混合动力系统所用的电机为三相交流同步永磁电动机。此电动机采用无刷设计。电动机转速和扭矩均受逆变器总成的控制。为了使每台电动机都能正常工作，需要使用一个分相器将电动机转子的精确位置报告给THS ECU。

一台电机（发电机）与行星齿轮机构的太阳轮上相连，被称为电动机-发电机1（简写为GM1）.第二台电机（电动机）与行星齿轮机构的齿圈相连，被称为电动机-发电机2（简写为MG2）。内燃机（ICE）通过行星齿轮架也与行星齿轮机构相连。

工作时，每台电动机-发电机均起到两个作用：