油电混合动力系统

【专家解说】：HYBIRD(英文) 通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料(汽油，柴油)和电能的混合。 混合动力汽车是有电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车。 混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。 而且，辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此，车主可以享受更强劲的起步、加速。同时，还能实现较高水平的燃油经济性 混合动力汽车的种类目前主要有3种。 一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。 这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。 另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。 启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。 还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”。 发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。 从对电能的依赖程度，混合动力可分为弱混合动力MILD HYBRID(也称轻度混合动力，软混合动力，微混合动力等)，中度混合动力，重度混合动力FULL HYBRID(也称全混合动力，强混合动力等)，插电混合动力PLUG IN HYBRID 弱混常用BSG皮带传送启动/发电技术，例如奇瑞A5的BSG款(电机10KW)，通常节油10%以下，电机不直接参与驱动，主要用于启动和回收制动能量。 中混常用ISG内置安装曲轴启动/发电技术，例如别克君越EcoHybrid(电机15KW)，通常节油20%左右。 强混合动力代表产品为TOYOTA PRIUS(电机50KW)，可节油40%。 插电混合动力，将提供更好的节油比例，但将消耗一定的电能，例如大众高尔夫TwinDrive(电机130KW)的测试数据，每百公里8度电和2.5的油耗。 混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。 以串联混合动力电动汽车为例，介绍一下混合动力电动汽车的工作原理。 在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作; 电池电量低于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。 由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。 不是所有的混合动力车辆都要依靠电动发动机、电池和电线。有些车辆是靠液压发动机、铃线和蓄能器的联合作用来驱动的。 最近的汽油价格达到了创纪录的历史新高，让站在加油泵面前的消费者胆颤心惊。但是，与重型卡车运输车队的经营者相比，这些消费者的痛苦只能算是小痛小痒了。 从燃料经济性的角度来看，为我们配送包裹和运送垃圾的卡车需要承受几方面的不利冲击。重量就是其中一个重大因素。满载重型运输车辆一般在14000到33000磅的重量范围之间。除重量因素外，很多这类的运输工具还具有燃料燃烧的工作负载循环，它们需要不断地启动和停车。 在过去的一年中，UPS公司一直在密歇根州测试运行一辆使用液压混合动力 系统的6类配送卡车。该公司还投入使用了50辆电动混合动力卡车。 所以，几个最大的卡车车队运营商已经开始追逐混合动力运输工具的潮流，这对任何人来说都不会感到奇怪。联邦快递(Federal Express) 公司和 UPS 公司的运输车队在过去两年增加了几十辆混合动力卡车，两个公司采用的都是Eaton Corp公司提供的混合动力传动系。据美国最大的垃圾运送公司Waste Management的发言 人Lynn Brown说，该公司也在评估一系列的渣土运输车的混合动力解决方案。 但是，可能让人感到意外的是，FedEx公司、UPS公司和Waste Management公司正在考虑选用在一些最重型车辆上的混合动力系统的种类。这些混合动力系统不像丰田公司的Prius车型一样，使用的是电动发动机、电池和电线，而是利用液压泵发动机、高压铃线和蓄能器的联合作用来驱动车辆。 这类液压混合动力中最激进的型号完全摆脱了传统的机械动力传动系统。在这些车辆上，柴油引擎驱动液压泵发动机，而液压泵发动机再为高压蓄能器蓄能。蓄能器驱动后轮上的斜轴式液压泵发动机从而驱动车辆。一个低压储备器用于收集液体，然后把液体再送回到第一个液压泵发动机中，这样就形成了一个完整的液压循环系统。 与电动混合动力发动机一样，液压混合动力发动机也有提供再生制动的能力。货物运送车辆和渣土运输车经常要制动刹车，当车辆制动时，液压泵发动机会为高压蓄能器蓄能。当卡车再次启动前行时，储存在蓄能器中的能量可以用来减少柴油引擎的负载。这些能量也可以限制引擎关闭时推进力的迸发，比如说，在室内操作车辆时。 对一般消费者或某些工程师来说，在这样一个电气化程度不断提高的世界里，液压发动机技术看上去有些落伍。但是，液压泵发动机和蓄能器可以提供一种应用扭矩和存储能量可靠的、低成本途径，这也正是混合动力车辆所需要的。并且液压发动机与电动系统相比具有明显的功率密度优势，至少现在是这样。“液压发动机好像非常有效，至少对大多数重型卡车系列来说是这样的，”环境保护基金会(Environmental Defense)高级汽车策略会成员、机械工程师John DeCicco博士这样评价。 液压驱动方式 当今的液压混合动力系统主要有三种方式，并且都处在发展之中。美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency，英文缩写EPA)交通与空气质量办公室(Office of Transportation and Air Quality，英文缩写OTAQ)的研究者们与Eaton Corp公司、美国西南研究院(Southwest Research Institute，英文缩写SwRI)和其他合作伙伴联合开发了一种混合动力系统。从2006年6月开始，这套系统开始由UPS公司的配送卡车在底特律市进行测试运行。美国环境保护署也与Parker Hannifin公司签订了一个单独合作研发协议，着手液压混合动力方面的设计。 在某些方面，液压混合动力系统与其同伴电动混合动力系统相似。但是，液压系 统是使用液压泵发动机、铃线和蓄能器产生扭矩并存储能量，而不是使用电动发 动机、电线和电池。 Eaton Corp和Parker Hannifin两家公司也都各自进行了自主知识产权的液压混合动力系统的开发。Eaton公司开发的是一个液压启动辅助的并行系统，但是其主要的推进力仍然是来自于机械动力传动系。Parker Hannifin公司在过去的一年半的时间里研发出一种新型的液压混合动力设计，其中一些负载循环数据来自于Waste Management公司。Parker Hannifin公司负责液压动力事业部创新设计的副总裁、机械工程师Joe Kovach博士报告说，他们公司将在今年晚些时候结合新型液压混合动力系统建造一个渣土运送卡车模型。 谈到节能环保的汽车新能源的发展，在中国还往往停留在电动汽车的探索上。的确，全球汽车界在电动车上没有少下功夫，但是到头来都是走进死胡同。在新世纪，汽车发展的技术路线趋于理智而统一:近期从油电混合动力下手大幅度降低油耗和排放;长远靠资源极为丰富，且完全没有污染的氢动力燃料电池重新定义汽车。 在全球汽车业低迷的大势下，丰田堪称是“一枝独秀”。2003年丰田的纯利润101亿美元，远远高过美国三大汽车公司的利润总和。丰田成功的因素很多，其中之一就是新技术的开发和应用。丰田率先商品化的混合动力车“先驱”今年上半年在美国销售了21783辆，增幅为120%。客户要等上6个月甚至加价才能拿到车。“先驱”因此被称为丰田在美国市场的“挣钱机器”，让同行看着流口水。在全球，“先驱”已经卖出22万辆。 五年前，采访底特律车展，我曾请教日本丰田汽车公司社长张富士夫:今后十年，全球汽车业竞争的决定因素是什么?张社长的回答斩钉截铁:是环保技术。今后，哪个公司握有先进的能源和环保技术，就能立于不败之地。 2001年，我到日本丰田公司试驾过混合动力车“先驱”。它同时装有汽油发动机和电动机两套系统。启动、加速和上坡时两套系统同时出力;刹车时能量逆向存入蓄电池;平稳行驶时，由蓄电池驱使电动机单独出力，不再烧油。算总账，混合动力车可以节省一半汽油，尾气污染自然也减少一半。 混合动力车当时的市价210万日元(人民币16万元)，比同级车贵40万日元。但是政府对私人购车补贴25万日元，车主多花的钱一年多就能在节省的汽油费中赚回来。尤其让消费者感到方便的是混合动力车只需到平常的加油站加油，不用改变汽车的使用习惯;政府和企业推广这种产品也无须投资新建充电装置或加气站。 日本丰田、美国通用、德国奔驰等具备强大技术优势的汽车企业，对于全球汽车业最大课题――能源与环境的对策在近年来殊途同归:近期，努力完善混合动力车;长远，迈出氢动力燃料电池车从概念车向商品化的步伐。电动车的研制生产因造价高，充电后行驶距离短的死结而已经放弃。有消息说，美国和日本的汽车企业已经开始了在混合动力车市场的竞争，预计三五年后整个市场将达到100万辆级的规模。 中国汽车界和科技界曾对电动车的开发情有独钟，主要出于如下考虑:传统汽车中国比发达国家晚了几十年;而电动车全世界还没有大突破，我们现在开始研究，与发达国家站在同一起跑线上，完全可能后来者居上。但是这种“抄近道儿”的傻聪明终于随着美国日本汽车业宣布放弃电动车的研发而走进死胡同。 应该说，中国汽车业的发展思路应该转移到务实而量力而行的方向了。氢动力燃料电池车，是一项必须关注的前沿技术，但仅仅是“关注”即可。而混合动力车的研发倒应该是当务之急。一是混合动力车并非什么远在天边的高科技，又有成熟的商品化车型可借鉴。二是混合动力车特别适合中国大城市交通普遍拥堵，汽车频繁制动的国情，节能治污的效果可以发挥到极致。 其实，如果中国的油价继续攀升或实行燃油税，道路拥堵又难以根本改善，市场的混合动力车的需求就会非常迫切。合资生产或者进口混合动力车，估计很快就会被精明的生产商或经销商提到议事日程。混合动力车将是中国车市的新商机。