理论教育 混合动力汽车分类及技术

混合动力汽车分类及技术

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般所说的混合动力汽车是由电动机作为发动机的辅助动力驱动汽车。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,因为它的电动机并没有为汽车行驶提供持续的动力。其中42V主要用于柴油混合动力系统。中度混合动力汽车无法完全脱离内燃机的驱动并完全依靠电力驱动。混合动力汽车里大名鼎鼎的新一代丰田普锐斯就采用该系统,丰田称之为“双擎”技术。

混合动力汽车分类及技术

一般所说的混合动力汽车是由电动机作为发动机的辅助动力驱动汽车。其结构特点就是在传统动力汽车上改装或加装可充电的动力电池,因此,不同类型传统混合动力汽车所具备的特点在相应类型的可外接充电式混合动力汽车上依然具备,所不同的是可外接充电式混合动力汽车用发动机功率比传统混合动力汽车的小,电动机和电池功率比传统混合动力汽车的大,电池可通过电网进行充电。

根据混合动力驱动模式,混合动力系统主要分为以下三类。

1.串联式混合动力系统

串联式混合动力系统由发动机、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串联式混合动力汽车动力单元系统,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。

2.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,即传统的内燃机系统和电动机驱动系统。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。

3.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动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动机的运转。此连接方式系统复杂,成本高。

根据在混合动力系统中,电动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(Micro Hybrid)

这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电动机(一般为12V)上加装了皮带驱动启动电动机。该电动机为发电启动一体式电动机,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,因为它的电动机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统中,电动机的电压通常有两种,即12V和42V。其中42V主要用于柴油混合动力系统。

梅赛德斯奔驰旗下的Smart就开发了一套名为“MHD”(Micro Hybrid Dri Ve)的怠速熄火系统,该系统由皮带驱动的启动发电动机取代了传统的起动机和发电机。这台发电机提供车载电力系统的同时,还能快速启动车辆的汽油引擎,目前已应用在Smart Fortwo MHD车型上,见图1-1。

图1-1 微混车型(奔驰Smart Fortwo MHD)

(2)轻混合动力系统

该混合动力系统采用了集成启动电动机。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,还能够实现在减速和制动工况下,对部分能量进行吸收;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。(www.daowen.com)

轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。轻混车型有通用的ECO-Hybrid、本田的IMA和奔驰S400 Hybrid、宝马F04/F10 Hybrid,见图1-2。

图1-2 轻混车型(宝马Active Hybrid 7)

(3)中混合动力系统

中混合动力系统(Mild Hybrid)指车辆在传统汽车基础上增加了一些混合动力硬件,从结构上来说也可称为并联式油电混合系统(Parallel Hybrid)。中度混合动力汽车无法完全脱离内燃机的驱动并完全依靠电力驱动。

该混合动力系统同样采用了集成启动电动机。与轻混合动力系统不同,中混合动力系统采用的是高压电动机。另外,中混合动力系统还增加了一个功能,即在汽车处于加速或或者大负荷工况时,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,更好地提高整车的性能。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。采用中度混合动力的车型包括本田思域混动版(图1-3)、本田Insight、CR-Z、飞度混动版等。

图1-3 中混车型(本田思域HEV车型)

(4)全混合动力系统

该系统采用了高压启动电动机,混合程度更高。与中混合动力系统相比,全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

全混(Full Hybrid),也称强混(Strong Hybrid),是指可以只依靠内燃机、只依靠电池或同时依靠内燃机和电池的组合来驱动车辆的前进,结构上也可称为混联式系统(Power-Split Hybrid)。此类车型一般通过电脑控制的传动装置切换传统内燃机、电池或同时驱动车辆的时机。混合动力汽车里大名鼎鼎的新一代丰田普锐斯就采用该系统,丰田称之为“双擎”技术(Hybrid Syhergy Drive)。比普锐斯后出但却颇受欢迎的雷克萨斯CT200H也采用了重度混动的方式,在纯电动模式下可以行驶2km,并可以在日常行驶中切换于汽油机和电动机之间。丰田第七代凯美瑞混动版以及2015年年底上市的丰田卡罗拉-雷凌混动版(图1-4),以及雷克萨斯ES300 H、NX300 H等车型都装备了该系统。

图1-4 强混车型(丰田卡罗拉一雷凌双擎车型)

上面种种形式的混合动力,在使用时是不需要充电的,而且发动机是主要动力源,电动机主要是在车辆启动或制动能量回收时使用,俗称为“油电”混动车。另有一种插电式混合动力需要外接充电,而且设计时是以电动机为主要动力源,一般都是先用电,然后电量降低到一定程度再启用混动模式。

插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)可以通过外部连接的电源进行充电,同时在电池满电的状态下具有一定的纯电动行驶能力,是重度混合动力车型的一种特殊形态。PHEV可以采用串联或并联的结构,主要的优势在于可以在短途旅程下完全脱离内燃机使用,在电池电量耗尽时再通过内燃机为车辆提供额外的动力,使车辆有能力继续行驶。像雪佛兰的Volt沃蓝达以及比亚迪的秦、唐等车型就属于这种类型的混动汽车,沃蓝达可以在纯电动模式下行驶80km,待电量耗尽后可利用1.4L内燃机作为驱动力额外行驶490km。如果想要继续行驶,用户只需为车辆充电或加油即可。

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