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混合动力汽车,混合动力汽车是什么意思

时间:2021-09-07 16:19 来源:网络整理 网络转载
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混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机,其目的是减少汽车的污染,提高纯电动汽车的行驶里程。混合动力汽车有串联式和并联式两种结构形式。 ?复合动力汽车(亦称混合动力汽车)是指车上装有两个或两个以上动力源,包括有电机驱动,符合汽车道路交通、安全法规的汽车。

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根据国际电工委员会电动汽车技术委员会的建议,混合动力汽车HEW(Hybrid Electric Vehicle)的定义为:有多于一种的能量转换器能提供驱动动力的混合型电动汽车。

混合动力汽车是在纯电动汽车开发过程中根据市场需求出现的一种车型。日本丰田公司在1997年推出的混合动力电动轿车Prius,使用了THS混合动力装置,如图1所示,经过了四次改进,Prius已成为日本国内市场上燃油经济性最好的五座客车(百公里油耗3.2升),在2004上半年中,丰田公司售出了64000辆混合动力汽车并计划2012年在所有汽车上使用汽油-电混合动力发动机。日本丰田公司为达到最佳燃料经济性而设计了双座Insight混合动力汽车,百公里油耗2.77L,还于2002年推出了混合动力Civic。

作为美国新一代汽车计划(PNGV)项目的研究成果,福特、戴姆勒-克莱斯勒、通用汽车公司都研发了各自的混合动力车辆。欧洲各大汽车厂商也争前恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车。国内“一汽”、“二汽”以及“长安汽车公司”等单位开展了混合动力汽车的研制,并完成了试验洋车的研制和性能考核试验。

此外,为彻底摆脱对地球上石化燃料的最终依赖,其他形式的非油-电形式混合的混合动力系统,比如超级电容混合动力系统,飞轮电池混合动力系统、汽车静液驱动系统以及燃料电池混合动力系统的发展也引起广泛关注。
分类
  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。
优势
  车载动力源有多种:蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组,当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机,再加上蓄电池的汽车。复合动力汽车的优点是:1、采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率,此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时,由电池来补充;负荷少时,富余的功率可发电给电池充电,由于内燃机可持续工作,电池又可以不断得到充电,故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池, 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区,可关停内燃机,由电池单独驱动,实现"零"排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油,不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态,不发生过充、过放,延长其使用寿命,降低成本。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。日本丰田汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车 P rius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3.4L,比原汽油车减少了一半, C O2排量也相应减少了一半, C O、 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)。 美国克莱斯勒汽车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 E SX2型复合动力电动轿车,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年通用,福特,戴姆勒·克莱斯勒已开发出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。
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,只靠发电机带动,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。
  串联式动力: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。
  并联式动力: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。
  混联式动力: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。丰田的Prius属于以电机为主的形式。
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。
标准和现状
  混合动力车标准出台在望标准背后的博弈刚刚开始
  目前,《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。
  据来自科技部的消息,近期,国家将有一笔专项的拨款发放给长安,主要用于自主品牌的混合动力车的研究。江陵将成为长安的混合动力车研究基地。
  “我们的混合动力车研究是国家863计划的一部分,拨款是肯定的。”长安集团宣传部部长刘跃肯定了拨款的说法。但对具体拨款数额和混合动力车生产基地的问题,刘表示不知详情。
  政策胎动,闻风而动者不仅仅只有长安一家。
  一汽集团宣传部副部长沃仲声告诉记者,“我们和丰田关于混合动力车项目的合作正在顺利进行。按照原计划,今年Prius即将投产。”今年4月份上海国际车展上,一汽红旗已经提前推出了完全自主研发的混合动力车。
  据了解,从制定标准的成员上来看,参与制定标准的主要包括中国汽车技术研究中心、天津清源电动车辆公司、东风电动车辆公司、一汽集团技术中心、清华大学和奇瑞汽车公司等。
  新标准共六章
  黄永和透露,混合动力车整车方面标准分为六个部分,包括混合动力车定型试验规程、混合动力车动力性能试验方法、混合动力车安全要求、轻型混合动力车污染物、轻型混合动力车能量消耗和混合重型混合动力车。
  其中前三项是轻型车和重型车共用标准:即“安全要求”、“动力性能试验方法”和“定型试验规程”。此外,涉及混合动力车其他方面的标准还有七项。
  更重要的是,所有标准只是推荐性标准,而且不涉及专利技术,除了电池、电机等特定部件和电气系统的专项技术要求外,其余的条款都是有关试验方法标准的。
  有专家表示,这是因为混合动力车的发展在国内甚至国际上都是初级发展阶段,远没有成熟,制定一个标准着实费力。
  事实也是如此。以世界公认最成熟的混合动力车丰田Prius为例,虽然它在美国上市后非常抢手,但是上周三,据CNN报道,美国政府宣布,由于发生了一连串的针对发动机的用户投诉事件,Prius因此将面临调查。
  美国国家高速公路安全管理委员会已经收到了33个投诉,涉及04款和05款Prius。委员会称将评估用户所投诉的问题,约75000辆Prius有可能受到影响。
  CNN援引美国国家高速公路安全管理委员会的报告说,在全部投诉中,85%的车主报告Prius在时速35到65英里时会发生发动机突然停转的现象,且事先没有任何警告。出现这样的问题,丰田面临召回Prius的可能性。不久前,丰田曾宣称,将准备把用于Prius的发动机用于佳美和花冠。
  丰田中国事务所公关部杨红坚女士告诉记者,丰田正全面协助美国道路交通安全局的调查。
  Prius尚且如此,中国起步更晚的混合动力车研究就更难制定强硬性标准。所以,对该标准的制定过程中也非常慎重。科技部从“八五”就开始组织混合动力汽车的研究工作,在“十五”期间则将混合动力汽车列为863重大专项。
  有关标准的研究一直是其中的重点内容之一。全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会也在两年中分三次对标准进行了审查。
  标准公平之虑
  丰田在混和动力车研究方面居于世界绝对领先地位。2004年,丰田Prius在钓鱼台国宾馆高调登场。当时丰田宣布,一汽丰田将成为这款据称是代表最先进混合动力技术的小车唯一的一家海外生产厂家。
  丰田选择在中国生产Prius,业界普遍猜测认为,已经占尽先机的丰田,力图通过标准的推行,在中国独霸混合动力轿车的天下,是提前在中国控制标准话语权的举动。
  3月9日,长安集团总裁尹家绪告诉记者:“丰田极力推动自己的混合动力车标准,是想用他的标准代表中国的标准,但如果按照丰田的标准就要走丰田的路线。”
  对于业界的顾虑,黄永和告诉记者,“该标准保证了公允,不会偏袒哪个企业。并不存在此前业内担心的所谓中国标准就是丰田标准的问题。”
  对于没有参加混合动力标准研究的国内主要企业,汽车技术研究中心都向他们发送了有关的会议通知和资料。
  而在此之前,标准草案还参考了国际标准(1SO)、联合国欧洲经济委员会法规(ECE)、欧洲标准(正N)、美国汽车工程师学会(5AE)、日本电动车协会(1EVS)等国际性、地区性和各国行业性组织的标准或规范。
  “虽然这些标准本身也不完善,有些也只是草案,但事实上,对中国标准的制定起到了很大的启发。”一位知情人士透露,在国际合作与技术交流方面,涉及日、美、欧多家企业和机构,而不仅仅是一两家公司。
  但是,这样的安排并不能让所有人感到平衡。“可以肯定的是,并不是所有企业都积极参与了此事。”该知情人士告诉记者。所以,对哪家有利,哪家吃亏都是不可知的。
  该人士分析,由于不涉及专利,该标准保持中立并不难。而正因为不涉及专利,该标准也就不痛不痒,缺乏实际上的标准应该具备的强制性。“标准显得太中庸了,尽量做到谁都不得罪。因此此后的修订和修改是可以预见的。”
  事实上,通用已承认自己的混合动力车大部分专利技术都买自丰田。因此发展混合动力技术,由于丰田目前是全球领先,必然具有更多的话语权。

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