文章来源: 光伏电站
混动汽车全称为油电混合动力汽车,即使用燃料和电能两者混合的驱动方式。车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。
按混合动力驱动联结方式可分为串联式、并联式和混联式。串联式混合动力系统中,内燃机直接驱动发电机发电,产生的电能经过控制单元传递给电池,再由电池传递给电机转换成动能,最后由传动机构驱动汽车。例如串联式混合动力汽车大多数都用在城市公共交通,结构特点是发动机仅用于驱动发电机发电,并不直接驱动汽车。
并联式混合动力系统有两套驱动系统:传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统能同时协同工作,也可以独立工作来驱动汽车。本田的雅阁思域是并联式的代表车型,这种连接方式结构相对比较简单,成本低,适用于许多不同的驾驶条件,非常适合于复杂的路况。
混联式混合动力系统的特点是内燃机系统和电机驱动系统各有一套物理运动机构,两个机构通过轮系或行星轮结构组合在一起,综合调节内燃机和电机的转速关系。相比并联式混合动力系统,能够准确的通过工况灵活性更好地调节内燃机的动力输出和电机的运行,但连接系统既复杂又昂贵。
按混合程度可分为微混合、轻混合、中混合和全混合系统。微混合动力系统是在传统内燃机的起动电机上增加了皮带传动起动电机,代表车型有 PSA 的混动版 C3 和丰田的混动版威驰。轻混合动力系统采用集成起动电机,代表车型是一般的混合动力皮卡。中型混合动力系统使用高压电机。全混合系统采用 272 - 650v 高压启动电机,混合程度更高,可达到甚至超过 50%。随技术的发展,完整的混合动力系统将慢慢的变成为混合动力技术的主要发展方向。
混动汽车的动力切换可以是电脑自动控制,也可以手动切换。在电脑自动控制下,不同工况下发动机与电动机有不一样的工作情况。例如,在车辆起步或低速行驶时,如果电池的电量充足,电脑会优先使用电动机提供动力,此时发动机不工作。一般当车速达到某一特定值时,比如 30km/h 以上,发动机才会启动介入工作。在高速匀速行驶时,为了让发动机保持相对经济的转速,电动机也会同时工作,共同为车辆提供动力。而手动切换模式下,可通过按钮在混动和纯电动之间直接切换。当切换至纯电动模式时,车辆完全由电动机驱动;切换至混动模式时,发动机和电动机则会根据车辆的行驶状态协同工作。
混动汽车是传统汽油引擎与电动机配合工作。在行驶过程中,发动机的工作可以为蓄电池充电,实现能量的转化。当车辆行驶之初,蓄电池处于电量饱满状态时,其能量输出能够完全满足车辆要求,辅助动力系统不需要工作。例如,以串联混合动力电动汽车为例,当电池的电量低于 60% 时,辅助动力系统起动。当车辆能量需求较大时,辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量;当车辆能量需求较小时,辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时,还给蓄电池组进行充电。汽车的电动机与发动机产生的动力会不断的切换和转化,比如在低速行驶时,主要由电动机驱动,将电能转化为机械能;当车速较高或需要更大动力时,发动机启动,将化学能转化为机械能,同时也可能为蓄电池充电,实现能量的循环利用。
混动汽车的动力系统由两个或多个单驱动系统联合组成,这在某种程度上预示着它能够准确的通过实际行驶状态灵活地提供行驶功率。例如,在串联式混合动力汽车中,发动机、发电机和驱动电机组成了一个动力系统。在这种结构下,发动机主要负责驱动发电机发电,产生的电能再经过控制单元传递给电池,最后由电池传递给电机转换成动能,由传动机构驱动汽车。而在并联式混合动力汽车中,传统的内燃机系统和电机驱动系统能同时协同工作,也可以独立工作来驱动汽车。在混联式混合动力汽车中,内燃机系统和电机驱动系统各有一套物理运动机构,通过轮系或行星轮结构组合在一起,能更灵活地调节内燃机和电机的转速关系,以适应不一样的行驶工况。
:在混动汽车中,发动机的作用不单单是提供动力,还可以为发电机充电。例如,在增程式混动汽车中,发动机不直接驱动车轮,而是驱动发电机发电,发电机的电能可以储存在电池内供电动机使用。在其他混动模式下,发动机在高速行驶或需要较大动力时会直接参与驱动车辆,与电动机共同为车辆提供动力。依据数据显示,目前比较新的混动专用发动机,热效率基本上已能实现到 45% 以上,比传统燃油车的发动机热效率高很多。这是因为混动发动机在工作环境上更轻松,大部分情况下只管发电,所以能采用一些更激进的省油技术,如提高废气的利用比例、使用阿特金森或米勒循环、进一步提高压缩比等。
:发电机在混动汽车中的主要作用是将发动机产生的机械能转化为电能。在串联式混合动力汽车中,发电机是连接发动机和电池的重要环节,发动机驱动发电机发电,产生的电能存储在电池中,为电动机提供动力。在其他混动模式下,发电机也可以在发动机工作时为电池充电,以保证电池有足够的电量供应电动机使用。
:驱动电机是混动汽车的重要动力来源之一。它可以将电能转化为机械能,驱动汽车行驶。根据汽车不同的工作方式,驱动电机可以单独驱动汽车,也可以与发动机同时驱动汽车。混动汽车电机的作用是驱动汽车,根据汽车不同的工作方式,可以使用电动机单独驱动,同时也可以使用发动机和电动机同时驱动,混动有两种模式,一种是纯电模式,另外一种是混动模式。在纯电模式下,车辆完全由电动机驱动,此时驱动电机发挥主要作用。在混动模式下,驱动电机与发动机协同工作,根据行驶工况的不同,共同为车辆提供动力。例如,在车辆起步或低速行驶时,电脑会优先使用电动机提供动力,此时发动机不工作;在高速行驶或需要较大动力时,发动机启动,与电动机共同为车辆提供动力。
混动汽车在燃油经济性能方面表现出色。以市面上常见的一款 10 万元的混动车为例,综合油耗大约在每百公里 4 - 5 升,而同价位的燃油车油耗一般在 7 - 9 升之间。混动车之所以能实现如此高的燃油经济性,主要是因为其独特的工作原理。
混动汽车可以让发动机始终工作在最经济的工作区间。普通的汽油发动机,最高热效率一般只有 37% 左右,在绝大多数时候,发动机都是工作在不经济区间,比如城市拥堵路况、低速蠕行、频繁的起步停车等,平均热效率一般只有 25% 左右。而混动汽车有动力电池这个 “蓄水池”,当外界阻力小于发动机输出动力的时候,多余的动力以电能的形式存储在动力电池中;当外界阻力大于发动机输出动力时,发动机与动力电池共同驱动汽车,发动机还是处于理想工作状态,不足的能量由动力电池补充;在最不经济的走走停停、低速蠕行的路况下行驶时,干脆直接关闭发动机,只让动力电池驱动电动机工作。这样,只要发动机启动,就一直工作在最经济、热效率最高的工作区间,油耗自然就降下来了。
同时,混动汽车的发动机能够使用热效率更高的阿特金森循环方式运行,也可以降低发动机排量,使用摩擦阻力更小的三缸发动机等。由于汽车绝大多数工况下需要的功率并不高,所以发动机也不用做得很大,功率也不用调得很高,不足的能量用动力电池来补充就好了。
此外,混动汽车在行驶过程中,一般混合动力汽车不需要额外充电,汽车行驶时发动机会自动给电机充电,油耗会比纯燃油车低很多,发动机工作更充分,使废气排放更清洁。
相比插电式混动,混动汽车在购买和使用上更加方便。插电式混动需要外接电源来给动力电池充电,而混动汽车在行驶中发动机启动,通过一个发电机给动力电池充电,然后由动力电池驱动汽车,特殊情况下可发动机和电动机共同驱动汽车。
在续航能力方面,混动汽车表现出色。以凯美瑞为例,凯美瑞 2.5 燃油版百公里油耗是 6 升,而凯美瑞混动版百公里油耗是 4.1 升。假设每年开车 2 万公里,油价定在 7 元 / 升。对于传统燃油车,年行驶 2 万公里,油耗 6 升 / 百公里,每年的油费为 8400 元;而对于混动车,年行驶 2 万公里,油耗 4.1 升 / 百公里,每年的油费为 5740 元。光是油费这一项,选择了混动车,每年就能省下不少钱。而且混动汽车只要有油,就不用像纯电车担心续航,续航能力远远高于插电式混合动力车。
混动汽车的维修保养情况与普通汽油版车型类似,但在一些方面又有其独特的优势。首先,混动车型相比传统燃油车增加的电机、电池、电控等部件厂家的保修时间比较长。同时,一般出现问题都是更换而不是维修。
其次,混动车型发动机机油更换里程缩短,大部分时间是纯电行驶,所以机油能够正常的使用低级别相对以时间为参考更换;变速器油的更换频率也会相对延长;混动车型一般使用的都是电动助力,又省去了助力油。在减去这些后混动汽车的维护保养费用相比传统燃油车要低一些。
以凯美瑞为例,混合动力版车型的保养情况与普通汽油版车型基本相同,不同之处就在于电池的维修费用昂贵,但厂家往往对电池给出更长的质保期,如 5 年 20 万公里或者 6 年 15 万公里的质保期,在此期间,如果电池出现一些明显的异常问题,厂家将为该车保修或更换全新的电池。