一种电动车辆混合动力系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动车辆动力装置领域,具体涉及一种电动车辆混合动力系统。
【背景技术】
[0002]现有新能源车辆动力系统大致分为纯电动、混合动力、燃料电池动力三种。
[0003]从产业化实践来看，在自行车、摩托车、三轮车、观光车、巡逻车、环卫车、叉车、轿车、客车、卡车等的车型序列中，前面的小型车辆多采用纯电动方式驱动，后面的大型车辆多用混合动力系统；而中间的轿车，低速车以中国时风等为代表采用纯电动的较多；高速车以日本丰田普锐斯等为代表采用混合动力的较多，而混合动力又细分为串、并、混联等方式，它利用电动系统优化了燃油系统的工作点使发动机工作在高效区并回收刹车动能，所以节能。
[0004]总结上述的车型序列状况即“小车纯电、大车混动，不大不小的轿车存在混纯之争”，这里所谓的“大小”指的是包括整备质量、最高车速、爬坡能力、加速能力、续行里程、活动范围等在内的车型综合指标。——深层次地讲，“混纯之争”本质上是由电池瓶颈决定的，也就是说电池的技术水平目前只能满足“小”车，不能满足“大”车，在“大”车上还需要与其他动力源混合才能满足车辆性能需求；已经产业化的纯电动车型在种类、数量上虽然占比较多，但电池瓶颈正是卡在纯电动“小”车之后的这个位置上，很难有向后续车型的突破性进展。
[0005]此外，从产业化实践经验最丰富的电动自行车产品来看，还提供了第三种动力类型，那就是电动助力自行车，助力骑行时由驾驶人员提供脚踏助力，它确实有利于延长电池寿命，能增加单次放电续行里程和电池全周期总行驶公里数。它把电力和人力耦合，因而本质上是“纯”电动框架下的混合动力。具体以中日两国的电动助力车为代表，其中我国的助力系统生产容易，虽然功能简单但成本较低，日本的助力系统设计精密，虽助力顺畅但成本较高，却都达到了适合于各自消费者的性价比，故而都有其生命力，从而实现了产业化。
[0006]受此启发，纯电动车辆有可能存在着类似电动助力自行车的一种开发思路即一“在纯电动基础上巧妙地混合加入另一种助力系统，且实现高度自动化”，无疑就会对称性地形成与燃油混动车类似的各种结构，从而必然节电而增加续行里程，且额外地延长电池寿命。
[0007]关于电池主要存在着“铅锂之争”，在实际已产业化的纯电动车型序列中，98%以上是用铅酸电池，但其最大缺点是电池寿命较短，更换费用高，整车续行里程持续衰减较快。而本来铅酸电池在比较理想的稳定放电场合，比如浮充固定型电池等其寿命是能达5-20年的；但应用到电动车辆领域后，虽然进行了大量的电池技术革新，其寿命最高也仅为1.5-2年，基本上使用I年后也就再难以保证续行里程。产生如此巨大差异的根本原因就在于车辆的使用环境造成动力电池的放电方式非常不稳定，车辆经常要起步、加速、超车、刹车、停车、爬坡、过艰难路面、重载甚至往往亏电行驶，这无疑使得电池缺乏了“良好”的运行条件，是在“错误”地使用电池。以纯电动轿车为例，电池放电电流经常是从零到几百安培在大倍率的范围内剧烈波动，之后还经常会经历亏电运行，电池无疑就是在舍命陪着车辆行驶。
[0008]具体地，铅酸电池经常进入大电流放电区间的缺陷在于:
[0009]1.大电流放电时，电化学反应急剧增加，极板涂层会受到很大影响，久而久之极板的活性物质会逐步脱落，电解液发黑，出现极板逐步软化等诸多故障。
[0010]2.从微观角度讲，电池瞬间放电电流过大，在极板与电解液的交界面处，反应生成的硫酸铅过饱和度大，从而形成很多的硫酸铅晶体沉淀，一方面堵塞极板微孔，影响电池持续放电能力，另一方面堵塞了隔板微孔，也影响了电化学反应的持续良好进行。并且硫酸铅晶体较易形成晶枝，晶枝的脱落会给电池造成极大伤害，久而久之，电池充放电能力和寿命大大缩减。
[0011]3.另外在极板表面进行过大电流剧烈反应后，电解液中的硫酸向极板扩散跟进的速度非常缓慢，很难及时进入到极板内部的微孔内，而只能很慢地扩散到极板表层，电化学反应也就很难保持较好的持续性。
[0012]4.大电流放电的同时电池内部的温度会急剧升高，电化学反应虽然剧烈但不再具备最佳反应机理，副反应增多。
[0013]5.极耳附近因大电流汇集而温升最快，实际拆解报废电池时，会发现极耳附近损坏的比例很较大。
[0014]6.电池的上述错误使用方式使其寿命大大降低，消费者每次更换的费用很大，且续行里程会逐渐变得很短，这是电动车辆的三大弊端。
[0015]从电池电化学理论来看，电池充电和放电的过程本应该是互逆的化学反应，即对称的两个“冲程”。目前给电池充电要经过“限流-限压-涓流”三阶段，有比较严格的充电制度，时长一般为6-10小时；但是在车辆运行电池放电时却毫无“定律”可循，频繁随机地进行大电流或低电压的肆意破坏，致使电池只经过2-3小时就没电了，这人为地违反了互逆化学反应的对称性，同时也提示我们对电池放电必须采取巧妙的办法，使电池放电像电池充电那样循着某种制度进行，才有可能大幅度延长电池放电时间，增加车辆续行里程，还电池放电之本性，且延长电池寿命。
[0016]而铅酸电池进入相对小的电流放电区间是既有缺陷，也有优势:
[0017]1.电池亏电极小电流深度放电时，阿尔法二氧化铅的损失更为彻底和严重，电池寿命也会缩短，对电池会形成很难恢复的深度损伤。
[0018]2.而其优势在于,放电电流相对小一些时,该放电循环内电池的有效容量却会增大，这一点在电池说明书中的倍率放电曲线中非常明显，在实际可用的低倍率放电情况下，有效容量要比高倍率放电时大30-60%。所以适当地减小放电电流水平，会明显地增加车辆续行里程，发挥出电池自身本来就有的增程潜力。
[0019]然而还有一个严重的情形是在实际交通状况下车辆电池是经常过度放电的，铅酸电池在放电末期进入低电压放电区间，电压被拉到欠压点以下，用户实际根本不能在电池亏电至欠压点附近时让电池的负荷完全均衡，用户也难以左右随时变化的路况和交通状况，所以电池在欠压前后所受的损伤极其严重，这是动力电池与工业用后备电池最大的不同，无疑也是在完全错误地使用电池；并且即使在高于欠压点时，损伤也一定是时时刻刻存在的。
[0020]锂离子电池虽然具体情况与铅酸电池不同，但只要是电化学反应，也必然会存在相仿的上述情况，它比铅酸电池更不适合过充和过放，并且大幅度充放电更容易引起电池单体的不一致等问题，致使其实际寿命远远低于理论寿命，单体损坏浪费严重，这是锂离子电池实际应用中最大的难题。
[0021]综合起来看，在复杂应用的车辆运行场合下，巨大的放电电流波动以及过低的放电电压，对电池的性能发挥和寿命非常不利，是电动车辆电池短命的主因。深层地讲，车辆消耗的瞬间功率非常大时，“电池内部进行的是却是缓慢的电化学反应，而化学变化速度是很难跟得上车辆剧烈的物理变化的”，由此造成了“运行迅猛的车辆经常拉伤慢性子的电池”。电池在大、中、小电流时的工作效益是不一样的，肯定是存在最佳工作区间的，在接近最佳工作点附近放电电流才较为合适，越是脱离最佳工作区间就越是在错误地使用电池。通信基站或直备电源领域使用的铅酸电池之所以寿命能达到车辆电池的2-10倍还要多，就是因为其放电电流稳定，欠压损伤很小，符合电池特性，是最实际正确的电池放电方式，较正确地使用了电池。
[0022]然而不幸的是，电动车辆行业内在使用电池时却对此却存在着巨大偏见，往往只注意电池不要放电电压过低，不进入欠压点以下就行，却不注意电池频繁进入大电流工作区间就已经频繁脱离了最佳工作点，已经对电池形成了伤害。在电池应用时只注意了“低电压拉伤”，却没有很好地认识到“大电流拉伤”，也就不能全面认识到是存在“功率拉伤”。换句话说即使电池电压没有进入到欠压点以下，这之前的大电流放电是仍会拉伤电池的，其根本原因是电池的功率特性不能匹配车辆功率需求，频繁大功率运行“暗中加害了电池”。这好比一个运动员，频繁加速、减速、转身、快跑时，最消耗体力，运动里程最短，运动青春也最短，其运动方式当然比“慢跑长跑”要艰难困苦得多，比“基本匀速的马拉松”跑得也只能更近。电池与人体乃至其他设备都一样，确实存在着一个“经济工作点”，偏离得过多肯定不利于性能发挥。
[0023]在实际的纯电动车辆使用中，避免上述的“低电压拉伤”却也是很难做到的，比如电动车辆仪表的电压显示区域设置了“绿、黄、红的分区指示和具有精确百分比的标尺”，也告知了用户“指针进入