Hybrid有區分 油電混合動力分類普及

在嚴重的霧霾天和昂貴的汽油價對當代都市人身心雙管齊下地摧殘下,我們多想回到那個藍天白雲水清沙幼的純真時代。極端主義者認為,想要改善環境狀況,大家都別開車,自行車才是救世之道。正常一點的人都覺得這是在扯淡,文明程度已經達到現在這種地步的人類社會怎可能離開汽車。另外這裡有一個故事,帝都的一個老外為了鍛鍊身體,堅持每天騎行數小時,幾十天如一日,終於在他的不懈堅持下,鮮肺停止了工作…這個深刻的故事告訴我們,如今的自行車輕易騎不得。偉大的人類早就想出了科學的解決方法——新能源,並且正在一步步靠譜兒地實現。眾多新能源中最理想的當然是氫,實現豈是易事,於是油電混合便成了最佳過渡形式。目前我們所說的混合動力汽車就是慣指油電混合。不過眾多廠家生產的混合動力汽車可並不都是那麼一回事兒,普銳斯跟CRZ不同,跟沃藍達也不同,這裡跟大家一起普及一下油電混合的幾種形式。

根據不同的分類標準油電混合動力有不同的分類名稱,先來看第一種。從混合動力傳動配置來分,混合動力存在並聯、串聯和混聯三種形式。先來看看並聯形式的混合動力,這是目前量產混合動力車型用得最多的一種形式。該種形式的混合動力總成中,發動機與電機的輸出都直接傳遞至系統驅動車輛,在傳動系統之前,兩者的輸出互不干涉,因此成為並聯。一般情況下,並聯形式的混合動力以發動機的功率輸出為主,電動機輔助輸出。在汽車的並聯式混動佈局中,電機一般位於發動機和變速箱之間,日常穩定行駛時候電機不參與工作,遇到急加速或者高負荷時電機介入,充當一部分引擎輸出,以此達到降低油耗的效果。

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在並聯式混合動力的整個系統中並沒有專門為電池充電的發電機,電池的電力來源有兩個,第一個是靠車輛的再生制動系統,將車輛減速過程中的動能轉化成電能儲備在電池中。第二個是靠發動機,發動機尚有餘力的情況下會帶動未開動的電動機轉動從而為電池充電。兩種充電形式所得的電量均不多,電池容量也小,相應的電動機功率也沒必要過大,因此不能單獨驅動車輛。這種形式的混合動力特點在於可以提高車輛啟動或熄火時的燃油效率,降低損耗。並且由於車輛的主要動力來源還是發動機,其在高速較省燃料的特性得以保留,因此並聯式混合動力更適合於高速公路行走。代表車型有本田CRZ、以及別克君越eAssist。從改裝的角度看,由於電動機位於引擎與變速箱之間並獨立輸出,因此引擎或者變速箱的改裝升級都不會干涉到電動部分,也不會被其牽制。

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圖:得益於並聯式的混合動力系統,CRZ的改裝可以大手大腳地進行,如下圖的K20A大有人在。

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跟並聯式混合動力不同,串聯式系統中驅動車輛前進的動力僅來自於電動機,但系統中仍然存在內燃機,他的作用是帶動發電機發電,一方面給電動機供電,一方面給電池充電。從電動車的角度來看,這種設計可以增加電池行駛里程,因此串聯式混動車又被稱為“增程式電動車”。從系統動力輸出的流程來看完全是一直線,因此“串聯式”的稱謂也變得更容易理解。

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電動機能夠在很寬的轉速區間內穩定提供足夠的扭矩,擁有極高的功率-重量比。而我們知道內燃機最高效時刻出現在勻速運轉時,現在用內燃機的最高效時刻的轉速來驅動電動機工作就相當於結合了兩者的優勢,雖然結構相對複雜但帶來的節能效益也是相當可觀的。不同於傳統內燃機的另外一點是,串聯式混合動力汽車只需要一個恆定比率的變速箱便可,原來複雜、笨重、佔體積的多級傳動系統將不再存在,不但增加了車廂空間還簡化了機械維護,同時還簡化了駕駛者的變速箱方面的操作,免去了換檔時候的頓挫感。

鑑於電動機在很寬的轉速區間內都能保持高扭矩輸出的特性,串聯式混合動力系統更適合於需要頻繁啟停的情況,如擁堵的城市內行走。但在高速公路上,該系統內的能量需經過多重轉換,中間會引入發電機損耗、電池充電損耗、電池放電損耗等能量流失,還涉及電動機的轉換效率等問題,因此串聯式混動系統並不適合高速行走。城市的公交車基本都是串聯式混動系統,小車界的典型代表——雪佛蘭沃藍達。

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圖:串聯式混動系統常用於大型車輛上,諸如在城市內啟停頻繁的公交車。下圖是轎車應用串聯式系統的典型代表——雪佛蘭Volt。

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混聯式混合動力顧名思義結合了串聯式和並聯式的各自特點。系統同時裝備功率相當的發動機和電動機,可由駕駛者在電動模式、混合模式和汽油(柴油)模式三種駕駛模式下進行選擇。跟串聯式混動系統一樣,混聯式系統中同樣設有發電機,由內燃機帶動用以驅動電動機和給電池充電。

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車輛在起步是,引擎轉速低,效率低,此時由低速性能和扭矩輸出效率更高的電動機來驅動車輛,達到節省燃油的目的。視電池容量情況,引擎會在需要的時候推動發電機給電池充電或者直接向電動機供電,此時系統相當於串聯繫統。當車速提高,引擎進入能過高效率工作的轉速時,汽車改由發動機驅動,能夠避免繼續由電動機推動而產生的各種能量損耗問題(上一頁所說串聯繫統高速行駛的缺點),提高了效率。當有需要(爬坡或急加速)時,電動機會伺機介入,增加額外扭矩,此時的系統更像並聯系統。

混聯式混動系統中不僅裝備啟停技術,同樣裝備制動再生系統,並且發動機和電動機都能單獨驅動汽車,因此混聯式混動系統屬於重度混合動力。這也就涉及到油電混合動力系統的另外一種常用分類方式。混聯式混合動力代表車型豐田普銳斯。

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以上的三種方式是根混合動力傳動配置將油電混合動力系統分成了並聯、串聯和混聯三種形式。而依據混動程度來分,混合動力又可以被分成輕度混合動力、中度和重度混合動力。其實這個很好理解,所謂的輕重,無非就是電動機在動力源中所佔分量的大小。首先可以確定的是不管哪一種系統,發動機和電動機都會存在。輕度混動系統中,發動機是主要動力來源,電動機負責幫助發動機啟動和發動機不工作時車內電器的供電工作。所謂的幫助發動機啟動就是我們常說的發動機啟停Start-Stop System,在發動機啟動之前電機會把引擎轉速帶高,避免引擎在低效率的低轉速下運轉,提高了效率。起停技術因成本低被各大車廠使用,但缺點是節能效率有限。

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圖:Volt是一款串聯式的可插電混合動力轎車。

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圖:而混聯式混動車也有插電版本車型。

中度混動系統中,發動機和電動機均可驅動車輛形式,但有主次之分,一般傳統發動機為主要動力源,電動機輔之。跟輕度混合一樣,一般採用並聯形式。而重度混合系統則是完全成熟的混合動力系統,可以完全使用其中一種動力作為主要動力,也可兩者同時驅動產生更大的動力。這類系統的電腦必須得調教得當,讓車輛既擁有較出色的性能又有高效的燃油經濟性。此外還有一種插電式混合動力系統,這和電動車一樣能靠外部電源補充電量,但他屬於混合動力的範疇,因此對充電站的依賴性更低一些,續航能力和實用性更高。缺點是因為電動系統以外的動力裝置的存在使得成本上升,重量也不佔優勢。


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