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化蛹成蝶只在今朝?混合动力技术进入新阶段(图)

2016-01-08 10:41
人在旅途20
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  2015年9月,丰田汽车公司(以下简称为“丰田公司”)在美国的拉斯维加斯正式发布了全新的第四代普锐斯车型,引发消费者和业界的极大关注。随着时间的推移,市场对新型普锐斯的期待逐渐升温,作为丰田公司代表性的环保车辆,普锐斯再一次夺走了消费者的眼球。

  新型普锐斯不仅外观和内饰,车辆的动力系统也进行了升级,不出意料地再次引发购买热潮。至同年12月9日丰田公司在日本市场正式上市为止,日本市场上普锐斯的预订数量高达6万台。

  值此机会,本文将以普锐斯为主线,对混合动力车(以下简称为“混动车”)这种环保车作一概述。

  1.混动车原理

  混动车,是一种同时装备了化石燃料(包括汽油、柴油和液化石油气)发动机(为避免混淆,以下简称为“内燃机”)和电动机的车辆。混动车之所以节省能源,主要原因之一就在于车载电动机在车辆刹车和下坡需减速时,发挥发电机的功能,将车辆的动能(在某些特定场合如下坡,则包括势能)转换成电能(实际上是化学能)存储起来,并作为车辆行驶时的动力来使用。通过这种手段保存能量、减少化石燃料的使用,来达到节能的目的。

  从结构看,混动车中内燃机和电动机的相互关系可以分成串联式、并联式和混联式三种。

  1.1串联式混动车设计起来相对简单,内燃机运转发电,存储到蓄电池中,并驱动电动机运转。车辆的行驶是用电动机来驱动的。

  串联式混动车结构简单,控制系统也比较简单。因内燃机转速和车辆速度无关,可以将内燃机转速保持在最佳燃烧效率的状态下进行发电。同时,在刹车时车载电动机可以吸收车辆行驶时的动能,达到节能的目的。

  但是,串联式混动车也有很严重的不足:

  首先是在同一辆车上必须同时装载接近非混动车同等马力的内燃机、全功率电动机以及一组充电电池。这样会加大整车重量。

  另外,用化学能驱动内燃机发电,然后电能以化学能形式保存到蓄电池中;车辆行驶时,再将蓄电池中的化学能转换成电能驱动电动机。整个过程经过多次能量转换,不可避免地会产生损耗。

  图1 串联式混动车的能量传递模式

  1.2并联式混动车用内燃机和电动机同时驱动汽车,根据行驶状况的不同,区别使用内燃机或电动机。

  如前所述,内燃机在某一特定的转速范围内,能够保持最有效的功率输出的状态。可是,如果在类似于城市的交通环境中经常需要停车和反复启动的状态时,内燃机是无法保持最佳的转速的。内燃机受结构的影响需要一定的响应时间:由于内燃机中气缸活塞、曲轴等为金属制成,重量较大,所以当驾驶员踩下油门,到内燃机转数上升车辆加速会有一定的时间差。而电动机在增加电量的同时,就可以做出转速增加的反应。另一方面,电动机在转速为零时,其转动力矩最大,随着转速的增高,其动力输出将会下降。

  并联式混动车将内燃机和电动机的长处有机地结合,同时尽量避开双方的短处。在低速和启动时,采用电机驱动,而当速度达到一定的程度,则切换为内燃机驱动。其效率要高于串联式混动车。

  本田公司的i-MMD系统(使用车种:Insight等)就是一款典型的并联式混合动力系统(以下简称为“混动系统”)。

  但是,并联式混动车也是有其不足的。由于并联式混动车的结构相对简单,所以油耗相对较高。同时,并联式从结构上看,必须在传动系中加入离合器以接通或断开内燃机的动力输出。这样在行驶过程中,离合器的动作会产生冲击,影响到行驶的平稳性和舒适程度。另一方面,即使设置离合器,在某些行驶状况下,也存在着有电动机拖带内燃机的现象,从而造成能量的损耗。

  并联式混动车在驱动时主要是以内燃机为主,电动机为辅,似乎应该称之为“电动助力汽车”。同时,由于并联式混动车在启动时需要单独使用电机驱动,所以,并联式混动车需要配置一个较大的电动机。

  图2 并联式混动车的能量传递模式

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