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【米车生活】混合动力汽车知识常识

发表在 车圈资讯 10-06 22:11:47  来自PC 复制链接 手机看帖扫一扫!手机看帖更爽 4 230

广义上说,混合动力汽车(Hybrid Vehicle)是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。

通常所说的混合动力汽车,一般是指油电混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle, HEV),即采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源,也有的发动机经过改造使用其他替代燃料,例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。

随着世界各国环境保护的措施越来越严格,混合动力车辆由于其节能、低排放等特点成为汽车研究与开发的一个重点,并已经开始商业化。

混合动力汽车使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。蓄电池使用的有铅酸电池、镍锰氢电池和锂电池,将来应该还能使用氢燃料电池。


中文名:混合动力汽车

外文名:Hybrid Vehicle

分类:串联式混合动力系统

动力源:蓄电池、燃料电池

概述:

车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同,形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。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。2010年,全球进入汽车混合动力时代。


混合动力系统分类

根据混合动力驱动的联结方式,一般把混合动力汽车分为三类:

①串联式混合动力汽车(SHEV)主要由发动机、发电机、驱动电机等三大动力总成用串联方式组成了HEV的动力系统。

②并联式混合动力汽车(PHEV)的发动机和发电机都是动力总成,两大动力总成的功率可以互相叠加输出,也可以单独输出。

③混动式混合动力汽车(PSHEV)综合了串联式和并联式的结构而组成的电动汽车,主要由发动机、电动-发电机和驱动电机三大动力总成组成。

根据在混合动力系统中混合度的不同,混合动力系统还可以分为以下四类:


①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。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。


②轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。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。


③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。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。④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。


历史发展

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-ElectricVehicle,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。


2010年,全球进入汽车混合动力时代。据《2013-2017年中国混合动力汽车行业深度调研与投资战略规划分析报告》数据显示,从1997年全球第一辆混合动力汽车(HEV)——(Toyota Prius)首发到2010年年底,丰田汽车全球累计销售近300万辆,约占整个70%市场份额。虽然,HEV只占全球汽车销量约3.7%的市场份额,而且未来市场上汽车仍以内燃机为主要驱动力,但是,各国政府都已经出台鼓励政策,鼓励和支持新能源汽车的发展,从亚洲近邻日本和韩国,到大洋彼岸的北美以及西欧汽车工业强国皆如此。


中国政府亦不遗余力鼓励汽车产业重组与变革,汽车产业已被纳入“十二五”调整产业之列。由工信部启动的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》已明确鼓励多种技术路线车型的发展。作为新能源汽车之一,从市场和技术角度看,HEV规模化和产业化可能性最大。据预测,2020年,全球HEV市场将占到整体市场的13%(包括plug-in HEV 1400万辆),EV为2%(约140万辆)。2015年,预计中国市场HEV将达到74万辆,市场增长率为18%,而政府采购和混合动力客车(HEB)将是主要消费客户。同时,由于汽车产业链脱节和核心技术缺乏等负面因素存在,中国HEV发展将机遇与挑战并存。HEV市场投资风险仍较大,市场估值需谨慎!


行业情况

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。

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。


混合动力汽车的优点

①与传统汽车相比,由于内燃机总是工作在最佳工况,油耗非常低。

②内燃机主要工作在最佳工况点附近,燃烧充分,排放气体较干净;起步无怠速(怠速停机)。

③不需要外部充电系统,一次充电续驶里程、基础设施等问题得到解决。

④电池组的小型化使成本和重量低于电动汽车。

⑤发动机和电机动力可互补;低速时可用电机驱动行驶。

在目前的技术水平和应用条件下,混合动力汽车是电动汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。混合动力汽车采用内燃机和电动机作为混合动力源,它既有燃料发动机动力性好、反应快和工作时间长的优点,又有电动机无污染和低噪声的好处,达到了发动机和电动机的最佳匹配。


工作方式

复合动力电动汽车有两种基本的工作方式,即串联式、并联式和串并联(或称混联)式。复合动力驱动汽车的缺点是:有两套动力,再加上两套动力的管理控制系统,结构复杂,技术较难,价格较高。由于"新一代汽车伙伴合作"( P NGV)计划的推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不同组织进行成百种方案的筛选、比较,认为采用复合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。经过多年研究,混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子。


比较

日本某汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车投入小批量商业化生产,该车自重1515kg,装用顶置凸轮轴四缸,1500cc排量汽油机,最大功率42.6kW/4600r/min,带永磁无刷发电机,驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW,采用氢镍电池,实现串并联控制方式,百公里油耗为4.5L,比原汽油车减少了一半, CO2排量也相应减少了一半, CO、 HC、NOX仅为现行法规允许值的10%,售价每辆216万日元(约15000美元)。美国一家汽车公司1998年2月在底特律展出第二代复合动力电动轿车,该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机,采用铅酸电池,交流感应电机驱动,铝车架,复合材料车身,自重1022kg,百公里油耗降至3.4L。2000年一些公司已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车,只是价格仍较贵。[2]


HEV

HEV(Hybrid-ElectricVehicle)—混合动力装置。混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式,优点在于车辆启动停止时,只靠电机带动,不达到一定速度,发动机就不工作,因此,便能使发动机一直保持在最佳工况状态,动力性好,排放量很低,而且电能的来源都是发动机,只需加油即可。


混合动力城市客车

混合动力汽车的关键是混合动力系统,它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展,混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展,即集成化混合动力总成系统。 混合动力总成以动力传输路线分类,可分为串联式、并联式和混联式等三种。


工作原理

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。

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。

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: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。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。


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。


串联式

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,它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统,发动机驱动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮,大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时,发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能;当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况,可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转,通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况,从而提高了发动机的效率,减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换,机械效率较低。


并联式

并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车,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。当汽车加速爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力,一旦汽车车速达到巡航速度,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。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,这种装置更接近传统的汽车驱动系统,机械效率损耗与普通汽车差不多,得到比较广泛的应用。


混联式

混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机,根据助力装置不同,它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中,发动机作为主动力源,电机为辅助动力源;以电机为主的形式中,发动机作为辅助动力源,电机为主动力源。该结构的优点是控制方便,缺点是结构比较复杂。


标准

混合动力车标准出台在望标准背后的博弈刚刚开始

《混合动力电动汽车标准》的研究与制定,已经由中国汽车技术研究中心协助整理完毕,并通过了科技部的验收,上报主要负责国家度量衡体系的全国标准管理委员会等待批准,即将择日出台。

“混合动力车标准即将出台,这意味着混合动力车很快就能上市销售了。”中国汽车技术研究中心汽车技术情报研究所总工程师、汽车产业政策研究室主任黄永和日前告诉记者。

混合动力电动车标准即将出台,企业界的混合动力车的量产研究,也正在如火如荼地进行。


发展现状

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。


目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发,多数以混合动力电动客车为主,这种研发方向符合我国国情,有利于我国电动汽车的研究发展。与此同时,新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向,国家一向给予支持和鼓励。如《汽车产业发展政策》、《“十一五”汽车产业发展规划》等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。


日本

从世界范围内的整个形势来看,日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一,特别是在发展混合动力汽车方面,日本居世界领先地位。世界上能够批量产销混合动力汽车的企业,只有日本的两家汽车公司。1997年12月,首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车。到2012年时,其所有的车型将全部装上混合动力发动机。在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。


美国

美国三大汽车公司只是小批量生产、销售过纯电动汽车,而混合动力和燃料电池电动汽车还未能实现产业化,日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同,进行为期5年的研发工作,并于1998年在北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上,现已推出3款混合动力概念车。2004年,两公司对外宣布双方将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手,共同推进此项技术的发展。


新能源汽车是解决汽车不用油的问题,是未来长远发展的问题;混合动力汽车是解决省油问题,是当前现实问题。当然,延长了石油的使用时间,也为解决未来长远发展创造了更多的时间空间。

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