1.混合动力汽车的定义
混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle,简称HEV)是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机,使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控,而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作,从而降低油耗与排放。
2 .混合动力汽车的优缺点
近年来,人们迫于环境和能源问题,在普通使用的燃油汽车的基础上不断开发出各式各样的电动汽车,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,在燃料电池技术有重大突破前电动汽车还无法取代燃油发动机汽车。在这种情况下,汽车设计者们想出了两全其美的办法,开发除了混合动力汽车。所以说混合动力汽车可以说是一种介于普通燃油汽车和纯电动汽车之间的产物。这也使其有自己独特的特点。
节能环保 当前普通使用的燃油汽车的一个主要问题就是燃油利用率较低,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。而当前世界石油需求整体呈上升趋势,国际市场上的原油价格就持续攀升,而成品油价格也随之上涨。随着全球环境的恶化,汽车排放对环境的影响也一直受到人们的重视。混合动力汽车的两种不同动力源在汽车不同的行驶状态(如起步、低中速、匀速,加速,高速,减速或者刹车等)下分别工作,或者一起工作,通过这种组合达到最少的燃油消耗和尾气排放,从而实现省油和环保的目的。以丰田的混合动力汽车PRIUS为例,该车由燃油发动机和电池两种动力,在汽车启动和低于24公里时速行驶时,燃油发动机并不工作, 而是由轿车自带的电池提供动力,只有在汽车行驶速度超过24公里/小时的时候,燃油发动机才开始工作;在汽车突然加速的时候,电池就会帮助燃油发动机一起加速;在汽车高速行驶时,电池会为汽车的空调,音响,前大灯和尾灯等汽车
辅助设施提供能量,从而减少燃油发动机的负荷;而在汽车减速和刹车的时候,汽车本身为电池进行充电,实现能量的循环使用,并最大限度地保存和节约能源。
适应能力强 混合动力汽车对于不同的工况和工作环境可调节运用不同的工作驱动装置,针对不同的道路环境实施不同的供能方案,能大大降低排放污染程度。例如在城市运行时,当交通堵塞或遇到红灯时发动机会关闭,当车队移动时或信号灯转为绿灯时驾驶者只要轻踩加速踏板,电动机就能驱动汽车前进。在市区内当汽车发动机无效率空转或车辆移动缓慢时,使用电动机作动力源不但对环境有利,而且还减少了噪音。越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车,就越能够显示出它的节能环保,适应能力广的优越性。
当然对于普通燃油汽车,混合动力汽车也存在着一些不足与缺陷,如其制造与成本较高,维修也较麻烦等。混合动力车比传统汽车要多一个混合动力系统,所以其成本将大大高于传统汽车,其造价太高,比同类型传统燃油汽车成本高出30%多,一般消费者只能望洋兴叹。另外汽车并不是只在大城市拥堵道路上行驶,当在长途顺畅行驶时,失去频繁刹车而回馈的能源,电动机反而成为轿车的重量负担。此外,对于普通消费者来说,由于目前的混合动力汽车节油性能也未达到最佳。购买一辆混合动力车较普通燃油车所另加的费用在一定的年份内比节约出的油费要高,一般混动车辆需要10-15年才能将额外费用从燃油中节省出来,这也是混合动力汽车较难普及的主要原因之一。
4.根据混合度不同的分类
根据在混合动力系统中,电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重,也就是常说的混合度的不同,混合动力系统还可以分为以下四类:
一是微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机(一般为12V)上加装了皮带驱动启动电机(也就是常说的Belt-alternator Starter Generator,简称BSG系统)。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机,用来控制发动机的启动和停止,从而取消了发动机的怠速,降低了油耗和排放。从严格意义上来讲,这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车,因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。
在微混合动力系统里,电机的电压通常有两种:12v和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。
二是轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机。与微混合动力系统相比,轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止,还能够实现:(1)在减速和制动工况下,对部分能量进行吸收;(2)在行驶过程中,发动机等速运转,发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。
三是中混合动力系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同,中混合动力系统采用的是高压电机。另外,中混合动力系统还增加了一个功能:在汽车处于加速或者大负荷工况时,电动机能够辅助驱动车轮,从而补充发动机本身动力输出的不足,从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高,可以达到30%左右,目前技术已经成熟,应用广泛。
四是完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机,混合程度更高。与中混合动力系统相比,完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
4.1混合动力电动汽车驱动系统的能量管理
起步工况 为避免发动机的怠速及低负荷工况,以减小油耗,故发动机不工作,仅电机利用其低速大转矩的特性单独使车辆起步。
加速工况 发动机启动后以最大效率工作驱动车辆,电机提供部分功率辅助车辆加速。
匀速工况 发动机按油耗最小的最优工作曲线工作,当发动机输出功率大于车辆行驶所需功率时,多余功率驱动以发电状态工作的电机发电而向蓄电池充电。
减速(制动)工况 发动机关闭不工作,电机进行再生制动向蓄电池充电。
4.2混合动力电动汽车的工作模式
混合动力电动汽车的工作模式由两种组成,分别为发动机主动型混联混合动力电动汽车和电力主动型混联混合动力电动汽车。
4.2.1发动机主动型混合动力电动汽车
(1)启动模式:发动机关闭,由蓄电池给电动机提供电能驱动车辆
(2)加速模式:节气门全开车辆加速行驶时,发动机和电动机同时工作,共同分担车辆行驶所需的动力。
(3)正常行驶模式:电动机关闭,发动机工作,提供车辆所需动力。
(4)减速/制动模式:电机工作于发电模式进行再生制动,通过功率转换器给蓄电池充电。
(5)行驶中给蓄电池充电模式:发动机一部分动力用于驱动车辆,另一部分动力由发电机经功率转换器给蓄电池充电。
4.2.2电力主动型混合动力电动汽车
(1)启动/轻载模式:发动机关闭,由蓄电池给电动机提供电能驱动车辆。
(2)加速模式:发动机和电动机一起工作,共同提供车辆所需功率。电动机所需电能由蓄电池和发电机共同提供。通常用行星齿轮机构分流发动机的输出功率,一部分用于驱动车辆,一部分用来驱动发电机。
(3)正常行驶模式:发动机和电动机一起工作,共同提供车辆所需功率。电动机所需电能仅由发动机驱动发电机提供。
(6)蓄电池充电模式:当停车时,发动机可通过发电机给蓄电池充电。
汽车发展日新月异,石油资源匮乏,环保对汽车排放要求也会越来越高,发展电动、混合动力已是大的趋势。只有学好相关理论及工作原理才能在以后维修工作中游刃有余。