油電混合動力系統(tǒng)

【專家解說】：HYBIRD(英文) 通常所說的混合動力一般是指油電混合動力，即燃料(汽油，柴油)和電能的混合。 混合動力汽車是有電動馬達作為發(fā)動機的輔助動力驅(qū)動汽車。 混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動力汽車的發(fā)動機要使用燃油，而且在起步、加速時，由于有電動馬達的輔助，所以可以降低油耗，簡單地說，就是與同樣大小的汽車相比，燃油費用更低。 而且，輔助發(fā)動機的電動馬達可以在啟動的瞬間產(chǎn)生強大的動力，因此，車主可以享受更強勁的起步、加速。同時，還能實現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟性 混合動力汽車的種類目前主要有3種。 一種是以發(fā)動機為主動力，電動馬達作為輔助動力的“并聯(lián)方式”。 這種方式主要以發(fā)動機驅(qū)動行駛，利用電動馬達所具有的再啟動時產(chǎn)生強大動力的特征，在汽車起步、加速等發(fā)動機燃油消耗較大時，用電動馬達輔助驅(qū)動的方式來降低發(fā)動機的油耗。這種方式的結(jié)構(gòu)比較簡單，只需要在汽車上增加電動馬達和電瓶。 另外一種是，在低速時只靠電動馬達驅(qū)動行駛，速度提高時發(fā)動機和電動馬達相配合驅(qū)動的“串聯(lián)、并聯(lián)方式”。 啟動和低速時是只靠電動馬達驅(qū)動行駛，當速度提高時，由發(fā)動機和電動馬達共同高效地分擔動力，這種方式需要動力分擔裝置和發(fā)電機等，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 還有一種是只用電動馬達驅(qū)動行駛的電動汽車“串聯(lián)方式”。 發(fā)動機只作為動力源，汽車只靠電動馬達驅(qū)動行駛，驅(qū)動系統(tǒng)只是電動馬達，但因為同樣需要安裝燃料發(fā)動機，所以也是混合動力汽車的一種。 從對電能的依賴程度，混合動力可分為弱混合動力MILD HYBRID(也稱輕度混合動力，軟混合動力，微混合動力等)，中度混合動力，重度混合動力FULL HYBRID(也稱全混合動力，強混合動力等)，插電混合動力PLUG IN HYBRID 弱混常用BSG皮帶傳送啟動/發(fā)電技術(shù)，例如奇瑞A5的BSG款(電機10KW)，通常節(jié)油10%以下，電機不直接參與驅(qū)動，主要用于啟動和回收制動能量。 中混常用ISG內(nèi)置安裝曲軸啟動/發(fā)電技術(shù)，例如別克君越EcoHybrid(電機15KW)，通常節(jié)油20%左右。 強混合動力代表產(chǎn)品為TOYOTA PRIUS(電機50KW)，可節(jié)油40%。 插電混合動力，將提供更好的節(jié)油比例，但將消耗一定的電能，例如大眾高爾夫TwinDrive(電機130KW)的測試數(shù)據(jù)，每百公里8度電和2.5的油耗。 混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成。 以串聯(lián)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，蓄電池處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動力系統(tǒng)不需要工作; 電池電量低于60%時，輔助動力系統(tǒng)起動: 當車輛能量需求較大時，輔助動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量; 當車輛能量需求較小時，輔助動力系統(tǒng)為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。 由于蓄電池組的存在，使發(fā)動機工作在一個相對穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。 不是所有的混合動力車輛都要依靠電動發(fā)動機、電池和電線。有些車輛是靠液壓發(fā)動機、鈴線和蓄能器的聯(lián)合作用來驅(qū)動的。 最近的汽油價格達到了創(chuàng)紀錄的歷史新高，讓站在加油泵面前的消費者膽顫心驚。但是，與重型卡車運輸車隊的經(jīng)營者相比，這些消費者的痛苦只能算是小痛小癢了。 從燃料經(jīng)濟性的角度來看，為我們配送包裹和運送垃圾的卡車需要承受幾方面的不利沖擊。重量就是其中一個重大因素。滿載重型運輸車輛一般在14000到33000磅的重量范圍之間。除重量因素外，很多這類的運輸工具還具有燃料燃燒的工作負載循環(huán)，它們需要不斷地啟動和停車。 在過去的一年中，UPS公司一直在密歇根州測試運行一輛使用液壓混合動力 系統(tǒng)的6類配送卡車。該公司還投入使用了50輛電動混合動力卡車。 所以，幾個最大的卡車車隊運營商已經(jīng)開始追逐混合動力運輸工具的潮流，這對任何人來說都不會感到奇怪。聯(lián)邦快遞(Federal Express) 公司和 UPS 公司的運輸車隊在過去兩年增加了幾十輛混合動力卡車，兩個公司采用的都是Eaton Corp公司提供的混合動力傳動系。據(jù)美國最大的垃圾運送公司W(wǎng)aste Management的發(fā)言 人Lynn Brown說，該公司也在評估一系列的渣土運輸車的混合動力解決方案。 但是，可能讓人感到意外的是，F(xiàn)edEx公司、UPS公司和Waste Management公司正在考慮選用在一些最重型車輛上的混合動力系統(tǒng)的種類。這些混合動力系統(tǒng)不像豐田公司的Prius車型一樣，使用的是電動發(fā)動機、電池和電線，而是利用液壓泵發(fā)動機、高壓鈴線和蓄能器的聯(lián)合作用來驅(qū)動車輛。 這類液壓混合動力中最激進的型號完全擺脫了傳統(tǒng)的機械動力傳動系統(tǒng)。在這些車輛上，柴油引擎驅(qū)動液壓泵發(fā)動機，而液壓泵發(fā)動機再為高壓蓄能器蓄能。蓄能器驅(qū)動后輪上的斜軸式液壓泵發(fā)動機從而驅(qū)動車輛。一個低壓儲備器用于收集液體，然后把液體再送回到第一個液壓泵發(fā)動機中，這樣就形成了一個完整的液壓循環(huán)系統(tǒng)。 與電動混合動力發(fā)動機一樣，液壓混合動力發(fā)動機也有提供再生制動的能力。貨物運送車輛和渣土運輸車經(jīng)常要制動剎車，當車輛制動時，液壓泵發(fā)動機會為高壓蓄能器蓄能。當卡車再次啟動前行時，儲存在蓄能器中的能量可以用來減少柴油引擎的負載。這些能量也可以限制引擎關(guān)閉時推進力的迸發(fā)，比如說，在室內(nèi)操作車輛時。 對一般消費者或某些工程師來說，在這樣一個電氣化程度不斷提高的世界里，液壓發(fā)動機技術(shù)看上去有些落伍。但是，液壓泵發(fā)動機和蓄能器可以提供一種應(yīng)用扭矩和存儲能量可靠的、低成本途徑，這也正是混合動力車輛所需要的。并且液壓發(fā)動機與電動系統(tǒng)相比具有明顯的功率密度優(yōu)勢，至少現(xiàn)在是這樣?！耙簤喊l(fā)動機好像非常有效，至少對大多數(shù)重型卡車系列來說是這樣的，”環(huán)境保護基金會(Environmental Defense)高級汽車策略會成員、機械工程師John DeCicco博士這樣評價。 液壓驅(qū)動方式 當今的液壓混合動力系統(tǒng)主要有三種方式，并且都處在發(fā)展之中。美國環(huán)境保護署(U.S. Environmental Protection Agency，英文縮寫EPA)交通與空氣質(zhì)量辦公室(Office of Transportation and Air Quality，英文縮寫OTAQ)的研究者們與Eaton Corp公司、美國西南研究院(Southwest Research Institute，英文縮寫SwRI)和其他合作伙伴聯(lián)合開發(fā)了一種混合動力系統(tǒng)。從2006年6月開始，這套系統(tǒng)開始由UPS公司的配送卡車在底特律市進行測試運行。美國環(huán)境保護署也與Parker Hannifin公司簽訂了一個單獨合作研發(fā)協(xié)議，著手液壓混合動力方面的設(shè)計。 在某些方面，液壓混合動力系統(tǒng)與其同伴電動混合動力系統(tǒng)相似。但是，液壓系 統(tǒng)是使用液壓泵發(fā)動機、鈴線和蓄能器產(chǎn)生扭矩并存儲能量，而不是使用電動發(fā) 動機、電線和電池。 Eaton Corp和Parker Hannifin兩家公司也都各自進行了自主知識產(chǎn)權(quán)的液壓混合動力系統(tǒng)的開發(fā)。Eaton公司開發(fā)的是一個液壓啟動輔助的并行系統(tǒng)，但是其主要的推進力仍然是來自于機械動力傳動系。Parker Hannifin公司在過去的一年半的時間里研發(fā)出一種新型的液壓混合動力設(shè)計，其中一些負載循環(huán)數(shù)據(jù)來自于Waste Management公司。Parker Hannifin公司負責液壓動力事業(yè)部創(chuàng)新設(shè)計的副總裁、機械工程師Joe Kovach博士報告說，他們公司將在今年晚些時候結(jié)合新型液壓混合動力系統(tǒng)建造一個渣土運送卡車模型。 談到節(jié)能環(huán)保的汽車新能源的發(fā)展，在中國還往往停留在電動汽車的探索上。的確，全球汽車界在電動車上沒有少下功夫，但是到頭來都是走進死胡同。在新世紀，汽車發(fā)展的技術(shù)路線趨于理智而統(tǒng)一:近期從油電混合動力下手大幅度降低油耗和排放;長遠靠資源極為豐富，且完全沒有污染的氫動力燃料電池重新定義汽車。 在全球汽車業(yè)低迷的大勢下，豐田堪稱是“一枝獨秀”。2003年豐田的純利潤101億美元，遠遠高過美國三大汽車公司的利潤總和。豐田成功的因素很多，其中之一就是新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。豐田率先商品化的混合動力車“先驅(qū)”今年上半年在美國銷售了21783輛，增幅為120%?？蛻粢壬?個月甚至加價才能拿到車?！跋闰?qū)”因此被稱為豐田在美國市場的“掙錢機器”，讓同行看著流口水。在全球，“先驅(qū)”已經(jīng)賣出22萬輛。 五年前，采訪底特律車展，我曾請教日本豐田汽車公司社長張富士夫:今后十年，全球汽車業(yè)競爭的決定因素是什么?張社長的回答斬釘截鐵:是環(huán)保技術(shù)。今后，哪個公司握有先進的能源和環(huán)保技術(shù)，就能立于不敗之地。 2001年，我到日本豐田公司試駕過混合動力車“先驅(qū)”。它同時裝有汽油發(fā)動機和電動機兩套系統(tǒng)。啟動、加速和上坡時兩套系統(tǒng)同時出力;剎車時能量逆向存入蓄電池;平穩(wěn)行駛時，由蓄電池驅(qū)使電動機單獨出力，不再燒油。算總賬，混合動力車可以節(jié)省一半汽油，尾氣污染自然也減少一半。 混合動力車當時的市價210萬日元(人民幣16萬元)，比同級車貴40萬日元。但是政府對私人購車補貼25萬日元，車主多花的錢一年多就能在節(jié)省的汽油費中賺回來。尤其讓消費者感到方便的是混合動力車只需到平常的加油站加油，不用改變汽車的使用習(xí)慣;政府和企業(yè)推廣這種產(chǎn)品也無須投資新建充電裝置或加氣站。 日本豐田、美國通用、德國奔馳等具備強大技術(shù)優(yōu)勢的汽車企業(yè)，對于全球汽車業(yè)最大課題――能源與環(huán)境的對策在近年來殊途同歸:近期，努力完善混合動力車;長遠，邁出氫動力燃料電池車從概念車向商品化的步伐。電動車的研制生產(chǎn)因造價高，充電后行駛距離短的死結(jié)而已經(jīng)放棄。有消息說，美國和日本的汽車企業(yè)已經(jīng)開始了在混合動力車市場的競爭，預(yù)計三五年后整個市場將達到100萬輛級的規(guī)模。 中國汽車界和科技界曾對電動車的開發(fā)情有獨鐘，主要出于如下考慮:傳統(tǒng)汽車中國比發(fā)達國家晚了幾十年;而電動車全世界還沒有大突破，我們現(xiàn)在開始研究，與發(fā)達國家站在同一起跑線上，完全可能后來者居上。但是這種“抄近道兒”的傻聰明終于隨著美國日本汽車業(yè)宣布放棄電動車的研發(fā)而走進死胡同。 應(yīng)該說，中國汽車業(yè)的發(fā)展思路應(yīng)該轉(zhuǎn)移到務(wù)實而量力而行的方向了。氫動力燃料電池車，是一項必須關(guān)注的前沿技術(shù)，但僅僅是“關(guān)注”即可。而混合動力車的研發(fā)倒應(yīng)該是當務(wù)之急。一是混合動力車并非什么遠在天邊的高科技，又有成熟的商品化車型可借鑒。二是混合動力車特別適合中國大城市交通普遍擁堵，汽車頻繁制動的國情，節(jié)能治污的效果可以發(fā)揮到極致。 其實，如果中國的油價繼續(xù)攀升或?qū)嵭腥加投?，道路擁堵又難以根本改善，市場的混合動力車的需求就會非常迫切。合資生產(chǎn)或者進口混合動力車，估計很快就會被精明的生產(chǎn)商或經(jīng)銷商提到議事日程?；旌蟿恿噷⑹侵袊囀械男律虣C。