以豐田雙擎技術(shù)為例 解析混合動力系統(tǒng)
時至今日,乙醇燃料車、甲醇燃料車、混合動力車、純電動車、插電式混合動力車、太陽能電動車、氫燃料電池車均層出不窮。
混合動力車在駕駛和維修保養(yǎng)方面與傳統(tǒng)汽車幾乎沒有區(qū)別,實現(xiàn)了比傳統(tǒng)汽車油耗減少40%的環(huán)保效果,與此同時,混合動力車的動力性能還能提升30%。正是因為在節(jié)能環(huán)保上更好的兼顧了駕駛體驗,混合動力車被認(rèn)為是目前最有利于普及的環(huán)保車。
提到混合動力車,堪稱"鼻祖"的豐田無疑是一枝獨秀,實際上,豐田早在1997年12月就發(fā)布了世界上第一款量產(chǎn)混合動力車--普銳斯。自第一臺普銳斯誕生18年來,豐田混合動力車已經(jīng)在全球?qū)崿F(xiàn)了累計銷量突破800萬輛,全球平均月銷量保持在10萬輛左右的水平。當(dāng)然提及豐田混動,更不能忽視著名的THS系統(tǒng),THS系統(tǒng)全稱Toyota Hybrid System,屬于混聯(lián)式混合動力,豐田旗下普銳斯、凱美瑞尊瑞等混合動力車型均搭載的THS系統(tǒng)。
THS系統(tǒng)主要部件有汽油發(fā)動機、永磁交流同步電機、發(fā)電機、高性能金屬氫化物電池盒以及功率控制單元。其中不同的車型搭載搭載的汽油發(fā)動機型號各異,但相同的一點就是采用的阿特金森循環(huán)。
卡羅拉雙擎采用了豐田油電混合雙擎動力技術(shù),它能夠使汽油發(fā)動機和電動機協(xié)同工作,充分利用各動力源的優(yōu)勢,高效地控制輸出分配,從而實現(xiàn)高加速性能和靜謐性、低油耗、低排放的并存。
高效的混合動力技術(shù)確保出色的動力性能,同時兼顧低油耗、低排放??_拉雙擎1.8L阿特金森循環(huán)發(fā)動機搭配E-CVT電子無極變速系統(tǒng),與電動機協(xié)調(diào)工作。在日常生活尤其是城市道路行駛時最常見的時速20-50公里/小時下,加速達到3.1秒,而百公里油耗僅為4.2升。此外,其高效發(fā)動機自身已經(jīng)最大限度地減少了尾氣排放,在單獨依靠電動機行駛時,減少環(huán)境污染。
油電混合車的基本架構(gòu)是引擎+電動馬達兩種動力系統(tǒng),再加上控制模塊、電池組等。
一.按照動力系統(tǒng)的搭配方式可分為:
(1) 串聯(lián)式 (2) 并聯(lián)式 (3)串并聯(lián)式
串聯(lián)式(SHEV)特點:
SHEV是由發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電動機三大動力總成組成。在車輛行駛之初,蓄電池組處于電量飽和狀態(tài),其能量輸出可以滿足車輛要求,輔助動力系統(tǒng)不需要工作,蓄電池輸出的直流電經(jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動電動機、驅(qū)動電動機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器、傳動軸及驅(qū)動橋驅(qū)動車輪。蓄電池組電量低于 60%時,輔助動力系統(tǒng)起動,為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量的同時,還給蓄電池組進行充電。當(dāng)車輛能量需求較大時,輔助動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量,發(fā)動機-發(fā)電機組產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾碗姵剌敵龅闹绷麟娊?jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動電動機。
并聯(lián)式(PHEV)特點
PHEV是由發(fā)動機與電動機、發(fā)動機或驅(qū)動電機兩大動力總成組成。它們采用"并聯(lián)"的方式組成驅(qū)動系統(tǒng)。電動機的動力要與車輛驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合,可以:(1)在發(fā)動機輸出軸處進行組合;(2)在變速器(包括驅(qū)動橋)處進行組合;(3)在驅(qū)動橋處進行組合。驅(qū)動模式為:1)以發(fā)動機驅(qū)動為基本驅(qū)動模式,獨立驅(qū)動后驅(qū)動輪;2)驅(qū)動電動機為輔助驅(qū)動模式,能獨立驅(qū)動前驅(qū)動輪;在混合驅(qū)動時,發(fā)動機驅(qū)動的后輪動力與驅(qū)動電機驅(qū)動的前輪動力進行組合,成為混合四驅(qū)動模式。
混聯(lián)式(PSHEV)特點
PSHEV是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點組成的,由發(fā)動機、電動機或發(fā)動機和驅(qū)動電機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅(qū)動系統(tǒng)相適合,可以在變速器(包括驅(qū)動橋)處進行組合,也可以在驅(qū)動輪處進行組合。其驅(qū)動模式為:1)以發(fā)動機驅(qū)動為基本驅(qū)動模式,帶動電動機/發(fā)動機,并獨立驅(qū)動后驅(qū)動輪;2)以驅(qū)動電動機為輔助驅(qū)動模式,能獨立驅(qū)動前驅(qū)動輪;3)在混合驅(qū)動時,發(fā)動機驅(qū)動的后輪動力與驅(qū)動電動機驅(qū)動的前輪動力進行組合,成為混合四輪驅(qū)動模式。
二.按照Hybrid程度來區(qū)分混合動力系統(tǒng):
輕度/微混合動力
這種混合動力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機上的啟動電機(一般為12V)上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機(也就是常說的 Belt-alternator Starter Generator, 簡稱BSG系統(tǒng))。該電機為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機,用來控制發(fā)動機的啟動和停止,從而取消了發(fā)動機的怠速,降低了油耗和排放,但是它的電機并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。
本田"輕混"車型
中度混合動力
該混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同,中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。另外,中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能:在汽車處于加速或者大負荷工況時,電動機能夠輔助驅(qū)動車輪,從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足,從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高,目前技術(shù)已經(jīng)成熟,應(yīng)用廣泛。
全混合動力
該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動電機,通過車載電池供電,電動機可以在啟動或巡航過程中,單獨驅(qū)動車輛行駛,在加速或者電池能量不足的情況下,再由內(nèi)燃機單獨或者聯(lián)合電動機驅(qū)動車輛。與中混合動力系統(tǒng)相比,完全混合動力系統(tǒng)的混合度更高。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。[!--empirenews.page--]
插電混合動力
插電式混合動力系統(tǒng),是一種將純電動系統(tǒng)和現(xiàn)有混合動力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于車輛帶有外接插入式充電系統(tǒng),車輛可以單獨利用電動機行駛較長的距離,將內(nèi)燃機的工作比例進一步縮小,提供更好的節(jié)油比例,但會消耗一定的電能。同時,又解決了目前純電動汽車巡航里程短的問題。但隨著電池技術(shù)的發(fā)展,插電式混合動力僅僅是一種過渡方案。
所以在所有新能源車型中與“弱混”系統(tǒng)相比,"輕混"除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止,還能夠?qū)崿F(xiàn):在減速和制動工況下,對部分能量進行吸收;在行駛過程中,發(fā)動機等速運轉(zhuǎn),發(fā)動機產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調(diào)節(jié)。
雖然都采用的是ISG系統(tǒng),與輕度混合動力系統(tǒng)不同,中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能:在汽車處于加速或者大負荷工況時,電動機能夠輔助驅(qū)動車輪,從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足,從而更好的提高整車的性能。完全混合動力系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動電機,混合程度更高。與中混合動力系統(tǒng)相比,完全混合動力系統(tǒng)的混合度可以達到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。在技術(shù)層面上"完全混合"還沒有"中度混合"成熟。