混合动力汽车


当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病,统计表明在占80%以上的道路条件下,一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%,在市区还会跌至25%,更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来,世界各国对改善环保的呼声日益高涨,各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下,但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍,远未达到人们所要求的数值,专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重大突破)。

现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法,开发了一种混合动力装置(Hybrid-ElectricVehicel,缩写HEV)的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力,辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说,就是将传统发动机尽量做小,让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处,二者“并肩战斗”,取长补短,汽车的热效率可提高10%以上,废气排放可改善30%以上。

混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV)和并联式(PHEV)两种。

串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动,负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处如启动、加速、爬坡的工况时,发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能;当电动车处低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不管在什么工况下,最终都要由电动机来驱动车轮。例如福特“新能级-2010”SHEV,其电池采用燃料电池,在城市市区行驶时全部由燃料电池驱动电动机,电动机通过减速器(变速器)和驱动桥驱动车轮,达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时,则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机供电,驱动车轮。

并联式装置的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,因此该装置更接近传统的汽车驱动系统,得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV,发动机通过离合器1带动电动-发电机,输出扭力再通过另一边离合器2驱动车辆行驶。静止启动时,电池向电动-发电机供电,此时电动-发电机就是发动机的起动机。发动机启动后,发动机一方面作为车辆单独的动力源驱动车轮,另一方面又带动电动-发电机发电向电池充电,此时与传统汽车一样。在市区行驶时,发动机关闭,离合器1脱开,离合器2接合,电池做为唯一能源向电动机供电,由电动机取代发动机驱动车轮。当电动车需要高速或高负荷时,发动机启动离合器1闭合,发动机与电动-发电机系统组成复合驱动形式,以最大功率驱动车辆。

混合动力汽车在发达国家已经日益成熟,有些已经进入实用阶段。由于构造复杂,成本较高,在电动汽车时代到来之前,混合动力型汽车只是一种过渡产品。(2001.6.24)

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