在能源危機和環(huán)境污染雙重壓力的當下,節(jié)能減排的汽車成為發(fā)展趨勢。如何發(fā)展新能源車,已經是汽車行業(yè)迫在眉睫的事情了。但新能源汽車成本較高、配套設施難以完善,想要在短時間內普及新能源汽車似乎是不可的事情。油電混合動力汽車作為新能源車的一種,它的技術相對成熟,并且市場發(fā)展前景良好,它或許是向新能源汽車過渡時期最好方式。
什么是油電混合動力汽車?
通常所說的混合動力一般是指油電混合動力,即燃料(汽油,柴油)和電能的混合?;旌蟿恿ζ囀怯呻妱玉R達作為發(fā)動機的輔助動力來來驅動汽車。
油電混合動力汽車分類
油電混合動力汽車和普通汽車結構相類似,但更加復雜。一般混合動力會在普通汽車的基礎上加裝一套電能驅動系統,包含電動機、動力電池。從對電的依賴程度,油電混合動力汽車可分為以下四種類型:
(1)弱混合動力
弱混常用BSG皮帶傳送啟動/發(fā)電技術,例如奇瑞A5的BSG款(電機10KW),通常節(jié)油10%以下,電機不直接參與驅動,主要用于啟動和回收制動能量。
(2)中混合動力
中混常用ISG內置安裝曲軸啟動/發(fā)電技術,例如別克君越EcoHybrid(電機15KW),通常節(jié)油20%左右。
(3)強混合動力
強混合動力代表產品為TOYOTA PRIUS(電機50KW),可節(jié)油40%。
(4)插電混合動力
插電混合動力,將提供更好的節(jié)油比例,但將消耗一定的電能,例如大眾高爾夫TwinDrive(電機130KW)的測試數據,每百公里8度電和2.5的油耗。
寶馬X1插電式混合動力
寶馬X1插電式混合動力汽車采用并聯式混合動力系統。雖然為xDrive四驅車型,但沒有傳動軸,后輪依靠電動機驅動,與發(fā)動機并聯構成混合動力系統,電池位于后座下方,即安全又節(jié)省空間。
油電混合動力汽車需要充電嗎?
普通混合動力車的儲能裝單元(電池)容量比較小,僅在起/停、加/減速的時候供應/回收能量,不能外部充電,不能用純電模式較長距離行駛。
而插電式混合動力車的電池相對比較大,可以外部充電,可以用純電模式行駛,電池電量耗到規(guī)定限值后再以混合動力模式(以內燃機為主)行駛,并適時向電池充電。
普通的油電混合雙擎動力技術的“電”不是外部充電設施“充”來的,這一點其實顯而易見,因為普通的混合動力車型根本就沒有充電裝置。那么“電”從何而來呢?混合動力系統在車輛不需要發(fā)動機提供很高動力的時候,發(fā)動機的一部分動力會被用來發(fā)電并存儲到電池當中。而且車輛減速及制動過程中減少的動能也會被系統轉換成為電能儲存到電池,也就是所謂的“再生制動”。這就是油電混合雙擎動力技術中“電”的來源。存儲在電池中的電能,在車輛行駛過程中作為驅動力得到充分利用,即降低油耗,有提升動力??梢哉f,“電”在油電混合雙擎動力系統內實現了循環(huán),從而使混合動力車在不充電的情況下,有“電”可用。
混合動力汽車的基本結構
混合動力的結構形式分為三種,分別是串聯結構、并聯結構以及混聯結構。
通常,我們把混合動力分為普通混合動力、插電式混合動力以及增程式混合動力三種。其中增程式混合動力只能是串聯結構,而并聯結構和混聯結構既可以應用于普通混合動力,也可以應用于插電式混合動力。
串聯式混合動力汽車(SHEV)
串聯結構特點:結構簡單、使用方便。
代表車型:雪佛蘭沃藍達、寶馬i3增程式混合動力車型、傳祺GA5增程式混合動力車型。
工作原理:串聯式動力由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三部分動力總成組成,它們之間用串聯方式組成SHEV動力單元系統,發(fā)動機驅動發(fā)電機發(fā)電,電能通過控制器輸送到電池或電動機,由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時由電池驅動電動機驅動車輪,大負荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅動電動機。當車輛處于啟動、加速、爬坡工況時,發(fā)動機、電動機組和電池組共同向電動機提供電能;當電動車處于低速、滑行、怠速的工況時,則由電池組驅動電動機,當電池組缺電時則由發(fā)動機-發(fā)電機組向電池組充電。串聯式結構適用于城市內頻繁起步和低速運行工況,可以將發(fā)動機調整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉,通過調整電池和電動機的輸出來達到調整車速的目的。使發(fā)動機避免了怠速和低速運轉的工況,從而提高了發(fā)動機的效率,減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換,機械效率較低。
并聯式混合動力電動汽車 (PHEV)
并聯結構特點:模式多樣、動力強勁。
代表車型:目前市面上大多數混動車型都為該結構。
工作原理:并聯式裝置的發(fā)動機和電動機共同驅動汽車,發(fā)動機與電動機分屬兩套系統,可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動。當汽車加速爬坡時,電動機和發(fā)動機能夠同時向傳動機構提供動力,一旦汽車車速達到巡航速度,汽車將僅僅依靠發(fā)動機維持該速度。電動機既可以作電動機又可以作發(fā)電機使用,又稱為電動——發(fā)電機組。由于沒有單獨的發(fā)電機,發(fā)動機可以直接通過傳動機構驅動車輪,這種裝置更接近傳統的汽車驅動系統,機械效率損耗與普通汽車差不多,得到比較廣泛的應用。
并聯結構就是在普通汽車的基礎上加裝一套電能驅動系統(電動機和動力電池),發(fā)動機和電動機都能單獨驅動車輪,也可以同時工作,共同驅動車輛行駛。當動力電池電量不足時,發(fā)動機還能帶動電動機反轉為動力電池充電。
并聯結構的混動車型一般有三種模式可以選擇:純電模式,發(fā)動機關閉,電池為電動機供電,驅動車輛行駛,該模式多用于中低速行駛,也有部分車型可以實現高速巡航純油模式,發(fā)動機啟動,驅動車輛行駛,同時能夠帶動電動機反轉為動力電池充電混合模式,發(fā)動機和電動機同時啟動,驅動車輛行駛,該模式多用于爬坡、急加速以及其他高負荷工作的情況下。
混聯式混合動力電動汽車(PSHEV)
混聯結構特點:技術先進、壟斷嚴重。
代表車型:豐田普銳斯。
工作原理:混聯式裝置包含了串聯式和并聯式的特點。動力系統包括發(fā)動機、發(fā)電機和電動機,根據助力裝置不同,它又分為發(fā)動機為主和電機為主兩種。以發(fā)動機為主的形式中,發(fā)動機作為主動力源,電機為輔助動力源;以電機為主的形式中,發(fā)動機作為輔助動力源,電機為主動力源。該結構的優(yōu)點是控制方便,缺點是結構比較復雜。
在并聯的基礎上加一個發(fā)電機就是混聯了,但它不使用傳統的變速箱,而是用一種叫做“ECVT”的行星齒輪結構的耦合單元來代替。這種技術一直被豐田壟斷,也有一些廠家在混聯結構中使用普通的變速箱,如雙離合變速箱、無級變速箱等,但是效果遠不及這種叫做“ECVT”的變速結構。
混聯結構在發(fā)動機和電動機協同驅動車輛行駛的同時,發(fā)動機還能帶動發(fā)電機為動力電池充電,不再像并聯結構中單一電動機需要身兼兩職,并且理論上它能夠實現發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電,電動機驅動車輛的模式。因此,混聯結構的驅動模式有,純電模式、純油模式、混合模式、充電模式四種。
混聯的結構優(yōu)點和使用優(yōu)點更加接近于并聯結構車型,但混聯的驅動模式更加豐富,在并聯的混合驅動模式基礎上,加入了充電功能,這意味著發(fā)動機和電動機全力驅動車輛時也不用擔心電量消耗的問題。并且得益于“ECVT”的加入,使電動機和發(fā)動機的配合更加默契,能夠適應的工況更多,節(jié)油效果更加出色。
插電式混合動力汽車
目前常見的插電式混合動力汽車有并聯式插電式混合動力汽車和混聯式插電式混合動力汽車。
并聯式插電式混合動力汽車結構原理圖:
混聯式插電式混合動力汽車結構原理圖:
插電式混合動力汽車的發(fā)動機、車橋等底盤件和電器件按照常規(guī)汽車的維護作業(yè)要求執(zhí)行,對于混合動力部分的總成件電機、儲能單元等,除要常規(guī)要求之外,還要注意以下事項:
(1)由于混合動力系統高壓電高達380V,混合動力系統維修人員必須經過專業(yè)培訓,在維修操作過程中需要注意高壓安全。
(2)進行維護和維修高壓系統時,務必兩人以上配合作業(yè)。
(3)禁止在發(fā)動機或車輛運行時進行檢查或維修。
(4)在進行檢查或保養(yǎng)時,禁止帶電操作,必須首先斷開高壓柜上的總開關(維修開關)后,才可進行維修或維護作業(yè)。
(5)維修所有與儲能裝置、混合動力系統相關的零件必須配帶高壓絕緣手套和絕緣鞋等必要的安全防護措施。
(6)禁止在點火開關處于“ON”檔或“ACC”檔時連接或斷開儲能裝置、混合動力系統中的電路。
(7)在連接儲能裝置、混合動力系統電纜時,必須注意極性,禁止將正極電纜接到負極接線柱或將負極電纜連接到正極接線柱。
(8)對高壓部分做任何操作時,先切斷24V低壓電源,然后斷開高壓電,等待5分鐘后,戴絕緣手套、絕緣膠鞋,使用絕緣工具,方可操作。
(9)對超級電容組或電池進行維護時,要先切斷高壓電開關,然后對超級電容或電池放電至36V~10V,方可進行維護或維修作業(yè)。
(10)發(fā)動機艙、混合動力艙、電動助力轉向泵、驅動電機等嚴禁用水沖洗,可用壓縮空氣沖或抹布擦,以防電器部件、高壓線路進水,洗車與涉水行駛時務必要注意。
(11)在對車輛進行焊接時一定要將各控制單元插接件斷開,否則會損壞控制單元。
(12)在熔斷器熔斷后和繼電器損壞后,務必要更換同等容量和規(guī)格的熔斷器和繼電器。
(13)清潔檢查充電接口,防水、防塵、防漏電,在選擇充電機時,應特別注意充電接口的安全防護措施,當檢測到充電接口連接異常時,必須立即停止充電。
混合動力汽車對潤滑油的要求
與傳統的汽/柴油動力驅動不同,油電混合動力車需要在燃油驅動和電力驅動之間不斷進行切換,在機油選用方面,這意味著其與傳統汽/柴油發(fā)動機車型有迥異的要求。
油電混合動力車的發(fā)動機在啟動或停止間切換,這對機油性能有兩方面的要求:一方面是機油要具備更好的抗磨性能,尤其是啟動時刻的抗磨性能;另一方面是由于機油的溫度變化頻繁,同時燃燒室內酸、水分和硫等與金屬粉末混在一起,比較容易形成油泥,這就要求機油具有超強的清潔能力,以此對抗油泥的產生。