混合動力汽車的工作原理以及分類方法

發佈日期: 2012 年 07 月 05 日 15:17 | 作者: | 分類: 綠能知識

1.什麼是混合動力汽車(HEV)?

混合動力汽車(Hybrid Electrical Vehicle, 簡稱HEV) 是指同時裝備兩種動力來源——熱動力源(由傳統的汽油機或者柴油機產生)與電動力源(電池與電動機)的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機,使得動力系統可以按照整車的實際運行工況要求靈活調控,而發動機保持在綜合性能最佳的區域內工作,從而降低油耗與排放。

2. 混合動力車的工作原理?

混合動力電動汽車的動力系統主要由控制系統、驅動系統、輔助動力系統和電池組等部分構成。

以串聯混合動力電動汽車為例,介紹一下混合動力電動汽車的工作原理。

在車輛行駛之初,蓄電池處於電量飽滿狀態,其能量輸出可以滿足車輛要求,輔助動力系統不需要工作。電池電量低於60%時,輔助動力系統起動:當車輛能量需求較大時,輔助動力系統與蓄電池組同時為驅動系統提供能量; 當車輛能量需求較小時,輔助動力系統為驅動系統提供能量的同時,還給蓄電池組進行充電。由於蓄電池組的存在,使發動機工作在一個相對穩定的工況,使其排放得到改善。

混合動力汽車採用能夠滿足汽車巡航需要的較小發動機,依靠電動機或其它輔助裝置提供加速與爬坡所需的附加動力。其結果是提高了總體效率,同時並未犧牲性能。混合動力車設計成可回收制動能量。在傳統汽車中,當司機踩制動時,這種本可用來給汽車加速的能量作為熱量被白白扔掉了。而混合動力車卻能大部分回收這些能量,並將其暫時貯存起來供加速時再用。當司機想要有最大的加速度時,汽油發動機和電動機並聯工作,提供可與強大的汽油發動機相當的起步性能。在對加速性要求不太高的場合,混合動力車可以單靠電機行駛,或者單靠汽油發動機行駛,或者二者結合以取得最大的效率。比如在公路上巡航時使用汽油發動機。而在低速行駛時,可以單靠電機拖動,不用汽油發動機輔助。即使在發動機關閉時電動轉向助力系統仍可保持操縱功能,提供比傳統液壓系統更大的效率。

3. 混合動力系統的分類

A、根據混合動力驅動的聯結方式,混合動力系統主要分為以下三類:

一是串聯式混合動力系統。串聯式混合動力系統一般由內燃機直接帶動發電機發電,產生的電能通過控制單元傳到電池,再由電池傳輸給電機轉化為動能,最後通過變速機構來驅動汽車。在這種聯結方式下,電池就像一個水庫,只是調節的物件不是水量,而是電能。電池對在發電機產生的能量和電動機需要的能量之間進行調節,從而保證車輛正常工作。這種動力系統在城市公交上的應用比較多,轎車上很少使用。

二是並聯式混合動力系統。並聯式混合動力系統有兩套驅動系統:傳統的內燃機系統和電機驅動系統。兩個系統既可以同時協調工作,也可以各自單獨工作驅動汽車。這種系統適用於多種不同的行駛工況,尤其適用於複雜的路況。該聯結方式結構簡單,成本低。本田的Accord和Civic採用的是並聯式聯結方式。

三是混聯式混合動力系統。混聯式混合動力系統的特點在於內燃機系統和電機驅動系統各有一套機械變速機構,兩套機構或通過齒輪系,或採用行星輪式結構結合在一起,從而綜合調節內燃機與電動機之間的轉速關係。與並聯式混合動力系統相比,混聯式動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。此聯結方式系統複雜,成本高。Prius採用的是混聯式聯結方式。

B、根據在混合動力系統中,電機的輸出功率在整個系統輸出功率中佔的比重,也就是常說的混合度的不同,混合動力系統還可以分為以下四類:

一是微混合動力系統。代表的車型是PSA的混合動力版C3和豐田的混合動力版Vitz。這種混合動力系統在傳統內燃機上的啟動電機(一般為12V)上加裝了皮帶驅動啟動電機(也就是常說的Belt-alternator Starter Generator, 簡稱BSG系統)。該電機為發電啟動(Stop-Start)一體式電動機,用來控制發動機的啟動和停止,從而取消了發動機的怠速,降低了油耗和排放。從嚴格意義上來講,這種微混合動力系統的汽車不屬於真正的混合動力汽車,因為它的電機並沒有為汽車行駛提供持續的動力。在微混合動力系統裡,電機的電壓通常有兩種:12v 和42v。其中42v主要用於柴油混合動力系統。

二是輕混合動力系統。代表車型是通用的混合動力皮卡車。該混合動力系統採用了集成啟動電機(也就是常說的Integrated Starter Generator,簡稱ISG系統)。與微混合動力系統相比,輕混合動力系統除了能夠實現用發電機控制發動機的啟動和停止,還能夠實現:(1)在減速和制動工況下,對部分能量進行吸收;(2)在行駛過程中,發動機等速運轉,發動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發電機的充電需求之間進行調節。輕混合動力系統的混合度一般在20%以下。

三是中混合動力系統。本田旗下混合動力的Insight, Accord 和Civic都屬於這種系統。該混合動力系統同樣採用了ISG系統。與輕度混合動力系統不同,中混合動力系統採用的是高壓電機。另外,中混合動力系統還增加了一個功能:在汽車處於加速或者大負荷工況時,電動機能夠輔助驅動車輪,從而補充發動機本身動力輸出的不足,從而更好的提高整車的性能。這種系統的混合程度較高,可以達到30%左右,目前技術已經成熟,應用廣泛。

四是完全混合動力系統。豐田的Prius 和未來的Estima屬於完全混合動力系統。該系統採用了272-650v的高壓啟動電機,混合程度更高。與中混合動力系統相比,完全混合動力系統的混合度可以達到甚至超過50%。技術的發展將使得完全混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向。

以上各種不同的混合方式,都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽車廠商在過去的十幾年,通過不斷的研發投入,試驗總結,商業應用,形成了各自的混合動力技術之路,而在市場上的表現也是各具特色。

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