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插電式混合動力

1 插電式混合動力分類

混合動力分類的方式有三種。一種是根據(jù)有無外接充電電源區(qū)分、另一種是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點區(qū)分,分為串聯(lián)式混合動力(又叫增程式電動)、并聯(lián)式混合動力、混聯(lián)式混合動力,還有一種是根據(jù)混合度的不同分類。

1.根據(jù)是否能外接充電電源特點分類

這種方式包括插電式混合動力以及非插電式混合動力兩種。

插電式混合動力非插電式混合動力的區(qū)別

插電式混合動力(Plug-in Hybrid Vehicle,簡稱PHV),簡單說就是介于電動車與燃油車兩者之間的一種車。他既有傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機、變速箱、傳動系統(tǒng)、油路、油箱,也有電動車的電池、電機、控制電路。而且電池容量比較大,有充電接口。?


與雷克薩斯RX450h這種非插電的混合動力汽車相比,插電混合動力汽車電池容量更大,可以支持行駛的里程更長。如果每次都是短途行駛,有較好的充電條件,插電混合動力汽車電池可以不用加油,當(dāng)做純電動車使用,具有電動車的優(yōu)點。其車型代表有:寶馬i8、比亞迪秦、比亞迪唐、保時捷918等等。

而非插電式混合動力必須加油,通過發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機來給電池充電、低速啟動時僅靠電動機驅(qū)動行駛、
通過發(fā)動機直接驅(qū)動車輪行駛亦或是電動機與發(fā)動機兩者共同驅(qū)動車輪。其代表車型有:豐田的普銳斯、CT200h、凱美瑞尊瑞。

雷克薩斯CT

2.根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分類

● 串聯(lián)式混合動力(又叫增程式電動)

只靠發(fā)電機行駛的電氣汽車,配置的發(fā)動機輸出的動力僅用于推動發(fā)電機發(fā)電。系統(tǒng)輸出動力等于電動機輸出動力。其中最出名的是雪佛蘭沃藍達、寶馬i3增程型(點擊進入車系頁。

這一類混合動力,嚴(yán)格來說仍然是電動車。車內(nèi)只有一套電力驅(qū)動系統(tǒng),包括電機、控制電路、電池。增程型插電混合動力車的電動機直接驅(qū)動車輪,發(fā)動機則用來于驅(qū)動發(fā)電機給電池進行充電。因為發(fā)動機并不直接驅(qū)動車輪,因此也不需要變速箱。這相當(dāng)于在普通的電動車上裝載了一臺汽油/柴油發(fā)電機。?


優(yōu)點:

1.具有電動車的安靜、起步扭矩大的優(yōu)點,可以當(dāng)純電動車使用,在充電方便的條件下只充電、不加油,使用成本較低;

2.相比其他混合動力模式,增程型混合動力可以不用變速箱,成本略有降低。由于帶有發(fā)動機發(fā)電,只要有加油站就可以一直跑下去,在不方便充電的地方不會被迫拖車,解決基礎(chǔ)設(shè)施不足的問題;

3.因為發(fā)動機不直接驅(qū)動車輪,發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速、汽車速度沒有直接關(guān)系,通過控制系統(tǒng)優(yōu)化,可以讓發(fā)動機一直工作在最佳轉(zhuǎn)速,即使在充電不便時,市內(nèi)堵車路況下油耗也比較低,發(fā)動機噪音也可以控制的非常小。

缺點:

1.造成功率浪費。由于發(fā)動機和發(fā)電機并不直接驅(qū)動車輪,造成了這部分功率的浪費,而發(fā)動機和發(fā)電機帶來的重量并不減少。譬如:一輛增程式混合動力汽車發(fā)動機功率50KW,發(fā)電機功率50KW,電動機功率100KW,整車攜帶了總功率200KW發(fā)動機和電機,但是能驅(qū)動車輪的功率只有100KW。?

2.在高速路況下,油耗反而偏高。這是因為高速路況下,如果發(fā)動機直接驅(qū)動車輪,可以一直工作在最佳工作模式,而增程式混合動力多了一個轉(zhuǎn)換過程,轉(zhuǎn)換本身要消耗能量,造成油耗反而偏高。?

車型代表:這一類的代表車型有寶馬i3(可選裝增程模塊),雪佛蘭沃藍達(有隱藏的直接驅(qū)動模式),F(xiàn)isker卡瑪和奧迪A1 e-tron點擊進入車系頁)。

寶馬i3

● 并聯(lián)式混合動力

這一類混合動力車內(nèi)有兩套驅(qū)動系統(tǒng),大多是在傳統(tǒng)燃油車的基礎(chǔ)上增加電動機、電池、電控而成,電動機與發(fā)動機共同驅(qū)動車輪。車內(nèi)只有一臺電機,驅(qū)動車輪的時候充當(dāng)電動機,不驅(qū)動車輪給電池充電的時候充當(dāng)發(fā)電機。?

也就是發(fā)動機為主,電動機為輔,電動機一般無法單獨驅(qū)動汽車。系統(tǒng)輸出動力等于發(fā)動機與電動機輸出動力之和,其中最為代表性的是本田IMA系統(tǒng)。

優(yōu)點:

1.沒有功率浪費的問題。電動機、發(fā)動機共同驅(qū)動車輪,沒有功率浪費的問題,譬如電動機50KW,發(fā)動機100KW,只要傳動系統(tǒng)能承受,整車功率就是150KW;?

2.并備電動車和汽油車的優(yōu)點。在純電模式下,同樣有電動車安靜、使用成本低的優(yōu)點。而在混合動力模式下,有非常好的起步扭矩,加速性能出色;?

3.使用成本低。因為只是在變速箱上(分變速箱輸入端和輸出端兩種增加方法)增加了一臺電動機,在傳統(tǒng)燃油車基礎(chǔ)上改動較小,成本也比較低。

缺點:

1.在混合動力模式下,發(fā)動機不能保證一直在最佳轉(zhuǎn)速下工作,油耗比較高。只有在堵車時因為可以自帶發(fā)動機啟停功能油耗才會低;?

2.因為只有一臺電機,不能同時發(fā)電和驅(qū)動車輪,所以發(fā)動機與電動機共同驅(qū)動車輪的工況不能持久。

3.持續(xù)加速時,電池的能量會很快耗盡,轉(zhuǎn)成發(fā)動機單獨驅(qū)動模式。

?這一類的代表車型包括:奔馳S400L插電版、比亞迪秦,本田CR-Z點擊進入車系頁)。


比亞迪秦

● 混聯(lián)式混合動力

主要靠電機,發(fā)動機為輔助的,電動機和發(fā)動機都能單獨驅(qū)動汽車。由于系統(tǒng)中配置有獨立發(fā)電機,因而系統(tǒng)輸出的最大動力等于發(fā)動機、電動機以及充當(dāng)電動機(部分情況)的發(fā)電機的輸出動力之和?;炻?lián)式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但動力性能和燃油經(jīng)濟型都相當(dāng)出色,其中最出名為豐田THS-II系統(tǒng)。

混聯(lián)式與并聯(lián)式的區(qū)別

與并聯(lián)式混合動力一樣,這種模式也有兩套驅(qū)動系統(tǒng),但不同的是,混聯(lián)式有兩個電機。一個電動機僅用于直接驅(qū)動車輪,還有一個電機具有雙重角色:當(dāng)需要極限性能的時候,充當(dāng)電動機直接驅(qū)動車輪,整車功率就是發(fā)動機、兩個電機的功率之和;當(dāng)電力不足的時候,就充當(dāng)發(fā)電機,給電池充電。?

優(yōu)點:

1.混聯(lián)式同時具有增程式和并聯(lián)式的優(yōu)點:在純電模式下具有電動車安靜、使用成本低的優(yōu)點;

2.在增程模式下,沒有“里程焦慮”,而且發(fā)動機可以一直控制在最佳轉(zhuǎn)速,油耗低,噪音小,振動小;

3.在并聯(lián)模式下,兩臺電機,一臺發(fā)動機可以一起工作,三者功率加起來具有非常好的起步和加速性能,是一種比較完美的組合。?

缺點:

1.成本高。就是兩臺電機、發(fā)動機、變速箱一個都不能少,配套的控制電路、電池、傳動系統(tǒng)、油路也不能少,總體成本要高于其他類型的插電混合動力。因為要控制兩個電機和一臺發(fā)動機,還有不同的工作模式,控制系統(tǒng)也要相對復(fù)雜,這也會提高成本。?

2.車重大。車的總重量也會大一些。

代表車型:豐田普銳斯、保時捷918點擊進入車系頁)。


保時捷918

3.混合度的不同(也就是常說的根據(jù)在混合動力系統(tǒng)中,電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重得不同分類)


● 微混合動力系統(tǒng)

這種混合動力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機上的啟動電機(一般為12V)上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機(也就是常說的Belt-alternator Starter Generator, 簡稱BSG系統(tǒng))。該電機為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機,用來控制發(fā)動機的啟動和停止,從而取消了發(fā)動機的怠速,降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講,這種微混合動力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動力汽車,因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。在微混合動力系統(tǒng)里,電機的電壓通常有兩種:12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合動力系統(tǒng)。

代表的車型是PSA的混合動力版C3和豐田的混合動力版Vitz。

● 輕混動力系統(tǒng)合

輕型混合動力汽車無法單獨使用電動機驅(qū)動車輛。別克君越eAssist就是采用了輕型混合動力系統(tǒng),使用并聯(lián)式結(jié)構(gòu),為車輛提供了能量回收、車輛啟停等功能。

該混合動力系統(tǒng)采用了集成啟動電機(也就是常說的Integrated Starter Generator,簡稱ISG系統(tǒng))。與微混合動力系統(tǒng)相比,輕混合動力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止,還能夠?qū)崿F(xiàn):

(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(fā)動機等速運轉(zhuǎn),發(fā)動機產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調(diào)節(jié)。輕混合動力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。

代表車型是君越eAssist。

● 中混合動力系統(tǒng)。

中型混合動力系統(tǒng)和輕型混合動力系統(tǒng)一樣,由燃油發(fā)動機提供動力,電動機只起到輔助作用。但中型混合動力系統(tǒng)在特定情況下(如低速巡航)能夠單獨使用電動機驅(qū)動汽車。例如本田的IMA混合動力系統(tǒng)就是采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的中型混合動力系統(tǒng)。

本田旗下混合動力的Insight, Accord 和Civic都屬于這種系統(tǒng)。該混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同,中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。另外,中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能:在汽車處于加速或者大負荷工況時,電動機能夠輔助驅(qū)動車輪,從而補充發(fā)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(tǒng)的混合程度較高,可以達到30%左右,目前技術(shù)已經(jīng)成熟,應(yīng)用廣泛。

●重型混合動力系統(tǒng)

重型混合動力系統(tǒng)中的發(fā)動機和電動機都能單獨驅(qū)動車輛行駛。如豐田的THS混合動力系統(tǒng)就是混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的重型混合動力系統(tǒng)。使用THS系統(tǒng)的第三代普銳斯Hybrid采用的電動機最大功率達到60kW,最大扭矩達到207Nm,足以推動汽車進行中低速行駛。

該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動電機,混合程度更高。與中混合動力系統(tǒng)相比,完全混合動力系統(tǒng)的混合度可以達到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)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(fā)投入,試驗總結(jié),商業(yè)應(yīng)用,形成了各自的混合動力技術(shù)之路,而在市場上的表現(xiàn)也是各具特色。

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