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SHEV和PHEV 详述混合动力车的发展历史

2010年12月31日18:15腾讯汽车[微博]我要评论(0)
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混合动力车的发展历史

当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病,统计表明在占80%以上的道路条件下,一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%,在市区还会跌至25%,更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来,世界各国对改善环保的呼声日益高涨,各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下,但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍,远未达到人们所要求的数值,专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重大突破)。

现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法,开发了一种混合动力装置(Hybrid-ElectricVehicel,缩写HEV)的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力,辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说,就是将传统发动机尽量做小,让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处,二者“并肩战斗”,取长补短,汽车的热效率可提高10%以上,废气排放可改善30%以上。

混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV)和并联式(PHEV)两种。

串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动,负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处如启动、加速、爬坡的工况时,发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能;当电动车处低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不管在什么工况下,最终都要由电动机来驱动车轮。例如福特“新能级-2010”SHEV,其电池采用燃料电池,在城市市区行驶时全部由燃料电池驱动电动机,电动机通过减速器(变速器)和驱动桥驱动车轮,达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时,则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机供电,驱动车轮。

并联式装置的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,因此该装置更接近传统的汽车驱动系统,得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV,发动机通过离合器1带动电动-发电机,输出扭力再通过另一边离合器2驱动车辆行驶。静止启动时,电池向电动-发电机供电,此时电动-发电机就是发动机的起动机。发动机启动后,发动机一方面作为车辆单独的动力源驱动车轮,另一方面又带动电动-发电机发电向电池充电,此时与传统汽车一样。在市区行驶时,发动机关闭,离合器1脱开,离合器2接合,电池做为唯一能源向电动机供电,由电动机取代发动机驱动车轮。当电动车需要高速或高负荷时,发动机启动离合器1闭合,发动机与电动-发电机系统组成复合驱动形式,以最大功率驱动车辆。

混合动力汽车在发达国家已经日益成熟,有些已经进入实用阶段。由于构造复杂,成本较高,在电动汽车时代到来之前,混合动力型汽车只是一种过渡产品。

弱混、强混与双模的油电混合技术

在北京车展(微博)上,大家可以看到的混合动力车型主要有“弱混”、“强混”和“双模”三种技术类型。

其中,“弱混”车型的工作状态是车辆在启动时电动机开始工作,汽油发动机并没有点火工作,所有的设备工作都是依靠电动机来提供动力。当你松开制动踏板踩下油门起步时,汽油发动机才会启动工作。

弱混车型驾驶课堂

代表车型:长安弱混合动力轿车CX30

当深踩油门加速时,汽油发动机和电动机将同时协同工作,让提速变的更加明显。当车辆在高速行驶时动力则完全来自汽油发动机,也就是说电动机只是在汽车加速时介入。

如果当前方遇到红灯用户踩下刹车减速时,车辆的动能并不是像普通车辆那样转化为制动系统的热能而被白白浪费掉,此时电动机将变身为发电机,它回收损失掉的动能,并以电能的形式存于蓄电池中。

在车辆停稳怠速时,汽油发动机将会关闭,此时只有电动机工作,这就避免了怠速时所产生的高油耗,同时也实现了零油耗和零排放,之后在车辆起步时又会再次重复上面的工作流程。

“弱混”车型主要节油环节在于点火时发动机并不启动,怠速时发动机也是关闭的,起步和加速时电动机可以提供动力辅助,刹车时可以把损失的动能转化为电能,高速行驶时多余的能量还能被转化为电能储存在蓄电池中,这就降低了燃油释放能量的损失,提升了燃油的利用效率。

和“弱混”相对的技术就是“强混”,其特点是动力系统以电动机为基础动力,汽油发动机为辅助动力。

与“弱混”不同的是“强混”电动机的功率更为强大,完全可以满足车辆在起步和低速时的动力要求。

因此“强混”车型无论是在起步还是低速行驶状态下都不需要启动发动机,仅依靠电动机都可以完全胜任,在低速状态下完全就是一款“电动车”的姿态。

“强混”车型驾驶课堂

代表车型:宝马X6双模强混合动力系统

当踩下油门加速时,随着速度的提升汽油发动机就会启动和电动机通过智能系统来协同高效的工作。当车速达到汽油发动机的经济时速时,汽油发动机的优势得以全面发挥,并成为车辆的主要动力来源,同时汽油发动机产生多余的能量会用来带动发电机为电池充电。

在急加速和全速运行状态下车辆需要极大的驱动力,因此电动机也会全速运行协同高速运转的汽油发动机同时发挥两者的最大性能,进而达到1+1的效果。当遇到状况刹车时,汽油发动机和电动机就会立即停止动力供应,达到节约燃油和电能的目的,同时利用车辆动能带动发电机为电池充电。

“强混”车型主要节油环节除了拥有“弱混”特点之外,其还具有在车辆起步和低速行驶时完全依赖电动机驱动的能力,能很好解决了城市行车中起步、停车、再起步时的油耗很高的问题。

“双模”:强混”的升级加强版

代表车型:F3DM低碳版双模电动车

所谓“双模”就是在电动车系统(EV)的基础上又加入了一个混合动力系统(HEV),“双模”可以说是“强混”的升级加强版。

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