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  • 混合动力

    混合动力是一个新名词,混合动力系统分为三大类:串联、并联和混联。串联的形式相当于发动机只充当一台发电机的角色,它的运转只为供给车辆行驶所需的电能,目前几乎不被使用。并联式混合动力的两个系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况,尤其适用于复杂的路况。而且具备结构简单和成本低的优点。目前主要被本田所运用。意指将热动力和电动力两种动力来源,按照实际运转负荷大小进行灵活调控,以达到提高能量转换效率的一项技术。从环保的角度来说,混合动力比不上只排放水的氢动力和完全依靠电力的燃料电池技术。但是从现实的角度出发,混合动力是近十年内最容易实现的汽车新动力技术。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 混合动力
    一般指: 油电混合动力 动 力: 电动马达作为发动机的辅助动力
    特 点: 动力性好,排放量很低 分 类: 串联式、并联式和混联式
    关 键: 混合动力系统

    目录

     

    简介/混合动力 编辑

     混合动力汽车是有电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车
    混合动力汽车的燃油经济性能高,而且行驶性能优越,混合动力汽车的发动机要使用燃油,而且在起步、加速时,由于有电动马达的辅助,所以可以降低油耗,简单地说,就是与同样大小的汽车相比,燃油费用更低。
    而且,辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力,因此,车主可以享受更强劲的起步、加速。同时,还能实现较高水平的燃油经济性
    混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力,电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶,利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征,在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时,用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单,只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。另外一种是,在低速时只靠电动马达驱动行驶,速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶,当速度提高时,由发动机和电动马达共同高效地分担动力,这种方式需要动力分担装置和发电机等,因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”,发动机只作为动力源,汽车只靠电动马达驱动行驶,驱动系统只是电动马达,但因为同样需要安装燃料发动机,所以也是混合动力汽车的一种。

    基本优点/混合动力 编辑

    混合动力汽车混合动力汽车
    混合动力汽车的燃油经济性能高,而且行驶性能优越,混合动力汽车的发动机要使用燃油,而且在起步、加速时,由于有电动马达的辅助,所以可以降低油耗,简单地说,就是与同样大小的汽车相比,燃油费用更低。
    而且,辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力,因此,车主可以享受更强劲的起步、加速。同时,还能实现较高水平的燃油经济性

    发展历史/混合动力 编辑

    目前世界上已经有70余种车型的燃料电池汽车问世,在国外最热门、销量最大的新能源车就是混合动力汽车。

    中国

    混合动力的技术概念和专利授权的公开,最早是在中国国家专利局实现的。上世纪90年代末,中国电动车自行车的应用开发刚刚起步。电动车技术上的瓶颈首先就暴露出来,即电池的能量有限,导致车辆的功率和行驶里程极其有限。1997年1月27日国家专利局受理了中国第一个有关混合动力车的专利申请(混合动力这个中文名词及技术概念也是第一次使用)并于1998年7月7日获得国家专利局授权并公开。专利号(97210746.0); 专利名称(内燃机/蓄电池混合动力自行车);专利人(罗宪安)。由于当时中国的经济发展水平和制造业条件的限制,这个新概念和技术没有机会在中国发展起来。

    日本

    1997年12月,第一款量产混合动力车普锐斯推向日本市场,当年售出18000辆。
    1999年,本田混合动力双门小车insight在美国推出,受到好评。2007年年底,美国权威机构Autodata的统计数据显示,2007年10月份美国混合动力车的销售量与上一年相比,同期增长了30个百分点,销售量为24443辆。混合动力车型甚至成了平淡的美国汽车市场的一大亮点:2007年,美国市场销售混合动力车型超过30万辆。2007年5月17日,丰田混合动力车全球累计销售突破100万辆。
    “领跑者”——日本车企
    欧美把重点放在比较远的氢动力、或者很现实地提高传统发动机技术之时,日本车企在混合动力上的成就让它们目前成为新能源的领跑者,如今,丰田的混合动力车在全球的销量已经超过了400万辆。业内,普遍认为采用氢动力是汽车发展的理想目标,而混合动力被认为是目前最好的过渡产品,丰田、本田在这个领域大有所获,不仅得到了商业利益,也收获了环保节能的美誉。

    行业前景分析/混合动力 编辑

    混合动力汽车混合动力汽车
    目前市场上的多家汽车厂商都在进行混合动力汽车的研发与生产,中国混合动力汽车的知名企业主要有比亚迪汽车有限公司、上海汽车集团股份有限公司、中国第一汽车集团公司、重庆长安汽车股份有限公司、东风电动车辆股份有限公司、郑州宇通客车股份有限公司、北汽福田汽车股份有限公司等。但相对来说生产规模都不大,竞争并不激烈。
    上图可以看出,我国混合动力汽车主要集中在华东地区、华北地区和华中地区,以上三个地区的混合动力汽车占到了全国的65.1%,特别是华东地区的混合动力汽车占到全国的27.3%,其中安徽、浙江、福建省政府纷纷出台对混合动力汽车的补贴政策,促进了华东地区混合动力汽车的发展。华中和华南地区混合动力汽车别占到了22.9%和14.9%,西部地区由于经济发展比较落后,因此混合动力汽车行业在此发展比较缓慢,但是随着国家对西部地区的重视,不断出台相关政策加快西部地区的经济发展,未来混合动力汽车在西部地区也将有很好的发展空间。

    种类/混合动力 编辑

    并联方式

    混合动力汽车混合动力汽车
    一种是以发动机为主动力,电动马达作为辅助动力的“并联方式”。(Parallel Hybrid)这种方式主要以发动机驱动行驶,利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征,在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时,用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单,只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。

    串联、并联方式

    另外一种是,在低速时只靠电动马达驱动行驶,速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。(Fuel Cell)启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶,当速度提高时,由发动机和电动马达共同高效地分担动力,这种方式需要动力分担装置和发电机等,因此结构复杂。

    串联方式

    还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”。(Series Hybrid)发动机只作为动力源,汽车只靠电动马达驱动行驶,驱动系统只是电动马达,但因为同样需要安装燃料发动机,所以也是混合动力汽车的一种。
    从对电能的依赖程度,混合动力可分为弱混合动力MILD HYBRID(也称轻度混合动力,软混合动力,微混合动力等),中度混合动力,重度混合动力FULL HYBRID(也称全混合动力,强混合动力等),插电混合动力PLUG IN HYBRID
    弱混常用BSG皮带传送启动/发电技术,例如奇瑞A5的BSG款(电机10KW),通常节油10%以下,电机不直接参与驱动,主要用于启动和回收制动能量。
    中混常用ISG内置安装曲轴启动/发电技术,例如别克君越EcoHybrid(电机15KW),通常节油20%左右。
    强混合动力代表产品为TOYOTA PRIUS(电机50KW),可节油40%。
    插电混合动力,将提供更好的节油比例,但将消耗一定的电能,例如大众高尔夫TwinDrive(电机130KW)的测试数据,每百公里8度电和2.5的油耗。

    构成部分/混合动力 编辑

    混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。

    工作原理

    在车辆行驶之初,蓄电池处于电量饱满状态,其能量输出可以满足车辆要求,辅助动力系统不需要工作;
    电池电量低于60%时,辅助动力系统起动:
    由于蓄电池组的存在,使发动机工作在一个相对稳定的工况,使其排放得到改善。
    不是所有的混合动力车辆都要依靠电动发动机、电池和电线。有些车辆是靠液压发动机、铃线和蓄能器的联合作用来驱动的。
    最近的汽油价格达到了创纪录的历史新高,让站在加油泵面前的消费者胆颤心惊。但是,与重型卡车运输车队的经营者相比,这些消费者的痛苦只能算是小痛小痒了。
    从燃料经济性的角度来看,为我们配送包裹和运送垃圾的卡车需要承受几方面的不利冲击。重量就是其中一个重大因素。满载重型运输车辆一般在14000到33000磅的重量范围之间。除重量因素外,很多这类的运输工具还具有燃料燃烧的工作负载循环,它们需要不断地启动和停车。
    在过去的一年中,UPS公司一直在密歇根州测试运行一辆使用液压混合动力系统的6类配送卡车。该公司还投入使用了50辆电动混合动力卡车。
    所以,几个最大的卡车车队运营商已经开始追逐混合动力运输工具的潮流,这对任何人来说都不会感到奇怪。联邦快递(Federal Express) 公司和 UPS 公司的运输车队在过去两年增加了几十辆混合动力卡车,两个公司采用的都是Eaton Corp公司提供的混合动力传动系。据美国最大的垃圾运送公司WasteManagement的发言 人Lynn Brown说,该公司也在评估一系列的渣土运输车的混合动力解决方案。
    但是,可能让人感到意外的是,FedEx公司、UPS公司和Waste Management公司正在考虑选用在一些最重型车辆上的混合动力系统的种类。这些混合动力系统不像丰田公司的Prius车型一样,使用的是电动发动机、电池和电线,而是利用液压泵发动机、高压铃线和蓄能器的联合作用来驱动车辆。
    这类液压混合动力中最激进的型号完全摆脱了传统的机械动力传动系统。在这些车辆上,柴油引擎驱动液压泵发动机,而液压泵发动机再为高压蓄能器蓄能。蓄能器驱动后轮上的斜轴式液压马达从而驱动车辆。一个低压储备器用于收集液体,然后把液体再送回到第一个液压泵发动机中,这样就形成了一个完整的液压循环系统。
    与电动混合动力发动机一样,液压混合动力发动机也有提供再生制动的能力。货物运送车辆和渣土运输车经常要制动刹车,当车辆制动时,液压泵发动机会为高压蓄能器蓄能。当卡车再次启动前行时,储存在蓄能器中的能量可以用来减少柴油引擎的负载。这些能量也可以限制引擎关闭时推进力的迸发,比如说,在室内操作车辆时。
    对一般消费者或某些工程师来说,在这样一个电气化程度不断提高的世界里,液压发动机技术看上去有些落伍。但是,液压泵发动机和蓄能器可以提供一种应用扭矩和存储能量可靠的、低成本途径,这也正是混合动力车辆所需要的。并且液压发动机与电动系统相比具有明显的功率密度优势,至少现在是这样。“液压发动机好像非常有效,至少对大多数重型卡车系列来说是这样的,”环境保护基金会(Environmental Defense)高级汽车策略会成员、机械工程师John DeCicco博士这样评价。

    液压驱动方式

    混合动力汽车混合动力汽车
    当今的液压混合动力系统主要有三种方式,并且都处在发展之中。美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency,英文缩写EPA)交通与空气质量办公室(Office of Transportation and Air Quality,英文缩写OTAQ)的研究者们与Eaton Corp公司、美国西南研究院(Southwest Research Institute,英文缩写SwRI)和其他合作伙伴联合开发了一种混合动力系统。从2006年6月开始,这套系统开始由UPS公司的配送卡车在底特律市进行测试运行。美国环境保护署也与Parker Hannifin公司签订了一个单独合作研发协议,着手液压混合动力方面的设计。
    在某些方面,液压混合动力系统与其同伴电动混合动力系统相似。但是,液压系统是使用液压泵发动机、铃线和蓄能器产生扭矩并存储能量,而不是使用电动发动机、电线和电池。
    Eaton Corp和Parker Hannifin两家公司也都各自进行了自主知识产权的液压混合动力系统的开发。Eaton公司开发的是一个液压启动辅助的并行系统,但是其主要的推进力仍然是来自于机械动力传动系。Parker Hannifin公司在过去的一年半的时间里研发出一种新型的液压混合动力设计,其中一些负载循环数据来自于Waste Management公司。Parker Hannifin公司负责液压动力事业部创新设计的副总裁、机械工程师Joe Kovach博士报告说,他们公司将在今年晚些时候结合新型液压混合动力系统建造一个渣土运送卡车模型。
    谈到节能环保的汽车新能源的发展,在中国还往往停留在电动汽车的探索上。的确,全球汽车界在电动车上没有少下功夫,但是到头来都是走进死胡同。在新世纪,汽车发展的技术路线趋于理智而统一:近期从油电混合动力下手大幅度降低油耗和排放;长远靠资源极为丰富,且完全没有污染的氢动力燃料电池重新定义汽车。
    在全球汽车业低迷的大势下,丰田堪称是“一枝独秀”。2003年丰田的纯利润101亿美元,远远高过美国三大汽车公司的利润总和。丰田成功的因素很多,其中之一就是新技术的开发和应用。丰田率先商品化的混合动力车“先驱”今年上半年在美国销售了21783辆,增幅为120%。客户要等上6个月甚至加价才能拿到车。“先驱”因此被称为丰田在美国市场的“挣钱机器”,让同行看着流口水。在全球,“先驱”已经卖出22万辆。
    五年前,采访底特律车展,我曾请教日本丰田汽车公司社长张富士夫:今后十年,全球汽车业竞争的决定因素是什么?张社长的回答斩钉截铁:是环保技术。今后,哪个公司握有先进的能源和环保技术,就能立于不败之地。
    2001年,我到日本丰田公司试驾过混合动力车“先驱”。它同时装有汽油发动机和电动机两套系统。启动、加速和上坡时两套系统同时出力;刹车时能量逆向存入蓄电池;平稳行驶时,由蓄电池驱使电动机单独出力,不再烧油。算总账,混合动力车可以节省一半汽油,尾气污染自然也减少一半。
    混合动力车当时的市价210万日元(人民币16万元),比同级车贵40万日元。但是政府对私人购车补贴25万日元,车主多花的钱一年多就能在节省的汽油费中赚回来。尤其让消费者感到方便的是混合动力车只需到平常的加油站加油,不用改变汽车的使用习惯;政府和企业推广这种产品也无须投资新建充电装置或加气站。
    日本丰田、美国通用、德国奔驰等具备强大技术优势的汽车企业,对于全球汽车业最大课题――能源与环境的对策在近年来殊途同归:近期,努力完善混合动力车;长远,迈出氢动力燃料电池车从概念车向商品化的步伐。电动车的研制生产因造价高,充电后行驶距离短的死结而已经放弃。有消息说,美国和日本的汽车企业已经开始了在混合动力车市场的竞争,预计三五年后整个市场将达到100万辆级的规模。
    中国汽车界和科技界曾对电动车的开发情有独钟,主要出于如下考虑:传统汽车中国比发达国家晚了几十年;而电动车全世界还没有大突破,我们现在开始研究,与发达国家站在同一起跑线上,完全可能后来者居上。但是这种“抄近道儿”的傻聪明终于随着美国日本汽车业宣布放弃电动车的研发而走进死胡同。
    应该说,中国汽车业的发展思路应该转移到务实而量力而行的方向了。氢动力燃料电池车,是一项必须关注的前沿技术,但仅仅是“关注”即可。而混合动力车的研发倒应该是当务之急。一是混合动力车并非什么远在天边的高科技,又有成熟的商品化车型可借鉴。二是混合动力车特别适合中国大城市交通普遍拥堵,汽车频繁制动的国情,节能治污的效果可以发挥到极致。
    其实,如果中国的油价继续攀升或实行燃油税,道路拥堵又难以根本改善,市场的混合动力车的需求就会非常迫切。合资生产或者进口混合动力车,估计很快就会被精明的生产商或经销商提到议事日程。混合动力车将是中国车市的新商机。

    热动力源/混合动力 编辑

    (Hybrid Electric Vehicle, 简称HEV) 是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机,使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控,而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作,从而降低油耗与排放。混合动力车的工作原理
    汽车废气排放和能源成本问题一直备受关注,混合动力汽车和电动汽车被看作是一种自然的发展目标。通过了解整个混合动力和电动汽车传动系统的能量消耗的详细分析,以及传动系统内部各个相关部件的运转状态,可以最大程度的优化汽车的设计,从而达到改善油耗的目标。
    以串联混合动力电动汽车为例,介绍一下混合动力电动汽车的工作原理。
    电池电量低于60%时,辅助动力系统起动:当车辆能量需求较大时,辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量; 当车辆能量需求较小时,辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时,还给蓄电池组进行充电。
    混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机,依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率,同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中,当司机踩制动时,这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量,并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时,汽油发动机和电动机并联工作,提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合,混合动力车可以单靠电机行驶,或者单靠汽油发动机行驶,或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时,可以单靠电机拖动,不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能,提供比传统液压系统更大的效率。

    系统分类/混合动力 编辑

    联结方式分类

    A、根据混合动力驱动的联结方式,混合动力系统主要分为以下三类:
    一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电,产生的电能通过控制单元传到电池,再由电池传输给电机转化为动能,最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下,电池就象一个水库,只是调节的对象不是水量,而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节,从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多,轿车上很少使用。
    二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统:传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况,尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单,成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。
    三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,两套机构或通过齿轮系,或采用行星轮式结构结合在一起,从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比,混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂,成本高。Prius采用的是混联式联结方式。

    混合度分类

    B、根据在混合动力系统中,电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重,也就是常说的混合度的不同,混合动力系统还可以分为以下四类:
    一是微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机(一般为12V)上加装了皮带驱动启动电机(也就是常说的Belt-alternator Starter Generator, 简称BSG系统)。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机,用来控制发动机的启动和停止,从而取消了发动机的怠速,降低了油耗和排放。从严格意义上来讲,这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车,因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里,电机的电压通常有两种:12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。
    二是轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机(也就是常说的Integrated Starter Generator,简称ISG系统)。与微混合动力系统相比,轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止,还能够实现:(1)在减速和制动工况下,对部分能量进行吸收;(2)在行驶过程中,发动机等速运转,发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。
    三是中混合动力系统。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同,中混合动力系统采用的是高压电机。另外,中混合动力系统还增加了一个功能:在汽车处于加速或者大负荷工况时,电动机能够辅助驱动车轮,从而补充发动机本身动力输出的不足,从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高,可以达到30%左右,目前技术已经成熟,应用广泛。
    四是完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima属于完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机,混合程度更高。与中混合动力系统相比,完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
    以上各种不同的混合方式,都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽车厂商在过去的十几年,通过不断的研发投入,试验总结,商业应用,形成了各自的混合动力技术之路,而在市场上的表现也是各具特色。

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