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【EV技术】混合动力技术及其发展进度研究

当前世界的石油储备量急剧下降,节约石油能源已经成为国际化问题。为了解决石油燃料消耗的问题,国内外汽车行业专家力争寻取新能源代替原始的汽车燃料,从而达到节约石油能源的目的。混合动力技术是20世纪出现的全新技术,发展至今已经成为各大汽车公司节约石油燃料的重要手段之一。由于混合动力汽车具有节能、强动力、适用广泛等特点,从而越来越被广大的汽车爱好者所重视,在全球范围内得到了飞速的发展以及广泛的应用,并且取得了良好的经济效益。

1混合动力汽车的分类

混合动力汽车是指同时装备热动力源与电动力源的汽车,通过混合动力汽车电机的使用,使得动力系统可以按照实际运行工况进行调控,从而起到降低油耗、减少污染的目的。混合动力汽车技术有串联式混合动力、并联式混合动力、混联式混合动力。

1.1串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车通常是由内燃机直接带动发电机发电,所产生的电能经控制单元传送到电池,在经电池传送给电机转化为动能,最后由变速驱动系统来进行汽车的驱动,当发电机功率超过电动机所需功率时,发电机向电池充电;当发电机功率小于电动机所需功率时,电池将额外的电能提供给电动机。如图1所示。串联式混合动力汽车具有系统结构简单、操作方便,可降低燃料消耗、减少尾气排放等优点,但存在着能量损失多、效率低及成本昂贵等缺点。

图1 串联式混合动力

1.2并联式混合动力汽车

并联式混合动力汽车装有发动机与电动机两套独立系统,可以分别独立地向汽车传动系统提供扭矩。当汽车在加速状态下爬坡时,电动机与发电机可以同时向传动机构提供动力;当汽车速度达到巡航速度时,汽车将仅仅依靠发动机来维持该速度。并联式混合动力汽车具有耗油量小、能量损失小、成本相对较低等优点。但是,由于发动机与驱动轮之间还是机械连接,发动机的效率还是得不到充分的发挥,因此混合度较低,不便于向插电式混合动力过度。如图2所示。

图2 并联式混合动力

1.3混联式混合动力汽车

混联式混合动汽车变速系统是由串联式和并联式两种变速系统结构结合而成,其中包含了发动机,行星齿轮机构,发电机,逆变器,蓄电池,电动机等,大大的提高了其灵活性以及节能性。在并联式结构的基础上,另外增加一套电动机构,这样就构成了混联式混合动力汽车的变速系统,此时发动机所发出的功率即可以与电动机的功率相复合并且驱动汽车前行,同时还可以将转换成的电能传入蓄电池进行保存,从而实现电能的驱动。它基本包含了串联式与并联式的全部优点,操控更为简单。但动力系统包括发电机及电动机,使得结构更为复杂,成本更加昂贵。如图3所示。

图3 混联式混合动力

2混合动力汽车技术的特点

混合动力汽车技术可有效的节约汽车能源,推广普及混合动力汽车可以有效降低汽车燃料消耗量。混合动力汽车技术是指在车辆动力系统中采用两种不同的动力源,目前比较普遍的为油电混合动力。通常情况下,降低油耗的方法一是采用小排量发动机;二是进行发动机工作点优化;三是利用辅助能源或者其他替代能源。

混合动力系统也是以这些为出发点进行研发。混合动力汽车的油料经济性能高,行驶性能好,无论是在起步还是在加速的时候都可以降低油耗。辅助发动机的电动马达在启动瞬间会产生强大的动力,因此驾驶者可以体会到起步、加速的强劲以及实现高水平的节能性。随着全球环境保护措施的日益完善,替代燃油汽车的方案也越来越多,例如氢能源汽车,太阳能汽车等。但是,目前最具有实用性并且已经市场化的只有混合动力汽车即油燃料与电能的混合。

3混合动力技术的应用

随着混合动力汽车技术的日益成熟,现已被国内外各种品牌汽车所应用,主要是通过油燃料与电能共同作用从而实现良好的节油性与强劲动力性。

早在1997年,丰田公司就已经研发出了属于自己的混合动力汽车Pruise,并且在2003年重新设计改进,推出了第二代Pruise,由最初的紧凑型,发展成了中等尺寸型。从0加速到97km/h可以达到lOs,与传统汽车相比,二氧化碳的排放量降低了50%,CO和NO的排放量降低90%,耗油量节省了一半。

比亚迪唐搭载了三擎双模动力系统,其由一台2.0TI涡轮增压发动机和前后两个电机组成,可实现前轮与后轮独立动力输出。在混合动力模式下,三个“引擎”同时发力,可迸发出371KW的最大功率和720N·M的峰值扭矩。传动系统,与之匹配的是6速湿式双离合变速箱。据官方表示,比亚迪唐0-100km/h的加速时间仅需4.9秒,最高时速180公里/时。另外,百公里油耗仅为2升,纯电续驶里程可达60公里,日常代步完全可以实现0油耗。此外,极速版将拥有更强大的性能表现,其0-100km/h加速时间更是仅需4.5秒,纯电续驶里程可达80公里。

4结语

从国内外混合动力汽车技术研究与应用现状来看,不断推出更好的新能源汽车,降低油燃料的消耗,减少有害气体的排放已经成为现在汽车产业所研究的焦点。随着能源的枯竭,人们对环境保护意识的提高,混合动力汽车技术将会成为新世纪汽车行业发展的主流。因此,混合动力汽车技术代替原始汽车技术将会成为必然趋势,对能源及环境的可持续发展有着深远的历史意义。

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