串并联式HEV的构成和控制——汽车电子图解（四）

     串并联式HEV的构成和控制

　　下面拿串并联式HEV来详细介绍一下系统构成和控制。

　　普锐斯的示例配备有发动机、MG1和MG2（图7）。为了运行两套驱动系统，由HEV·ECU对它们进行综合控制。主电池为镍氢充电电池，系统主继电器及电流传感器等电源类产品与EV相同。另外，还配备了12V电池充电用DC-DC转换器，并采用了空调用电动压缩机，这些也与EV相同。不过并未配备EV所必需的充电器。

　　HEV的控制系统如图8所示。HEV·ECU根据驾驶员的要求、车辆的状态以及主电池的充电状态，将要使发动机产生的功率作为发动机要求功率，向发动机ECU发出指令。然后由发动机ECU按照HEV·ECU指示的发动机要求功率来控制电子控制油门的开度。

图7：HEV的构成（普锐斯的示例）

　　配备发动机和两个马达兼发电机（MG1、MG2）。

图8：HEV的控制系统

　　HEV·ECU为“司令部”，进行多种控制。

　　另外，HEV·ECU还会计算出MG1的扭矩和MG2的扭矩，向MG·ECU发出扭矩指令值。在接到指令后，MG·ECU就会通过逆变器来控制MG1和MG2，按照扭矩指令值来输出驱动力。

　　同时，电池监测单元还会获取主电池的信息（电流、电压、温度），发送给HEV·ECU。HEV·ECU根据这些信息计算出主电池的剩余容量（SOC：State Of Charge），为使系统达到状态而对充电状态进行控制。

　　普锐斯这样的HEV在减速时将马达用作发电机，把运动能量转变成电力存储到主电池中。为了回收更多的运动能量，实施对使用摩擦力的机械式制动以及基于发电的再生制动进行分配的控制（图9）。

　　在电力控制方面，始终监测主电池的容量，根据电池的SOC对充电量及放电量进行管理。主电池在EV行驶时那样将马达用于驱动时进行放电，在旋转时那样将马达用作发电机时被充电（图10）。SOC高时EV行驶的可能性更高，可再生的能量变少。而SOC低时则与之相反。

　　图11展示了主电池的SOC是如何变化的。主电池的SOC过高的话存在过量充电的不良影响，而过低的话则存在过度放电的不良影响。要想抑制主电池性能的降低，长期确保可靠性，需要限制SOC的使用范围。因此要利用电池传感器始终掌握再生量和放电量，计算出SOC。使用镍氢充电电池的普通HEV一般将SOC的使用范围限制在20～40％左右（SOC在40～60％或40～80％）。

图9：HEV的制动

　　同时使用机械式制动和再生制动。

图10：电力控制的思路

　　根据主电池的剩余容量来控制充放电量。

图11：实际行驶时的SOC

　　展示了随行驶时间变化的电池剩余容量。

　　运用EV/HEV技术的系统

　　运用EV/HEV技术的汽车有增程器式EV及PHEV。

　　其中，增程器式EV采用与串联式HEV的系统基本相同的构成，但与串联式HEV的主电池暂时存储发动机发电产生的电力相比，却配备有更大容量的主电池，以依靠主电池的电力进行EV行驶为主。通用“Chevrolet Volt”就是其中的代表，Volt配备容量16kWh的锂离子充电电池，可实现约64km的EV行驶。另外，该车还通过用排量1.4L的发动机进行发电，使持续行驶距离延长到了480km。图12展示了具有代表性的增程器式EV系统的构成。

　　而PHEV则通过增加强HEV所配主电池的容量，延长了EV走行模式的行驶距离。丰田“普锐斯插电混合动力车”就是其中的代表。该车将镍氢充电电池换成了锂离子充电电池，使容量扩大到了原来的约4倍。同时还通过扩大SOC使用范围，使EV行驶的持续距离达到了23.4km。图13展示了PHEV的系统构成和能量流。

图12：增程器式EV的构成

　　展示了代表性的系统构成。

图13：PHEV的构成

　　延长了EV行驶模式的行驶距离。