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[结构原理] 【图文】混合动力汽车根据能源类型分类

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发表于 1-3-2015 09:49:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能,并作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种,在车身、动力传动系统、控制系统等方面,燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同,主要区别在于动力电池的工作原理不同。燃料电池是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应,将燃料中的化学能转换成电能的电池。目前最常见的燃料为氢,一些碳氢化合物例如天然气、醇、和甲烷等有时亦会作燃料使用。燃料电池有别于原电池,因为需要稳定的氧和燃料来源,以确保其运作供电。这种电池的优点是可以不间断的提供稳定电力,直至燃料耗尽。氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
  纯燃料电池车只有燃料电池一个动力源,汽车的所有功率附和都有燃料电池承担。燃料电池汽车多采用混合驱动形式,在燃料电池的基础上,增加了一组电池或超级电容作为另一个动力源。主要结构有:能量控制单元,空气压缩机,燃料电池堆,高压储氢瓶,动力电池组,电动机。高压储氢瓶提供燃料,动力电池组提供而外的功率,让车加速、爬坡和高速运行。在车辆滑行时,能量控制单元将驱动电机变为发电机,从而将部分汽车动能变为电能给动力电池充电。也就是说采用混合动力形式后,不仅可以采用功率较小的电池系统,还可以实现制动能回收。还可以是燃料电池系统的运行工况相对比较稳定,有利提高燃料电池系统效率和寿命。
  
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  目前最接近量产的燃料电池车型为丰田的FCV,已经预计在明年3月份在日本上市,同年夏天进入欧洲市场。这款燃料电池车拥有两个70MPa的高压储氢罐,搭载了一台功率122Ps(90kW)、扭矩260Nm的电动机,在日本JC08模式下测试续航里程可达700km。氢燃料电池车型的排放清洁(理论上仅排放水),相比纯电动车续航里程有了大大的提升,同时当燃料耗尽后可以向传统燃油车辆那样迅速补充氢燃料,无需长时间充电。当然,氢燃料电池车对于厂家的技术水平要求很高,因此目前普及起来相对困难。
  
  
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  混联式混合动力系统包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机,根据助力装置不同,它又分为发动机为主和电机为主两种动力形式。这两种动力单元既可以单独驱动车辆,也可以共同协作。同时混联系统由于具有单独的发电机,不再像并联系统那样使用电动机作为发电机使用,因此发动机还可以与电动机共同工作时对电池组进行充电。混联系统的内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,通过齿轮系或采用行星轮式结构结合在一起,从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。
  
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  目前用到最多的是混联混动系统。该结构的优点是控制方便,缺点是结构比较复杂,成本高。从理论上讲,混联式混合动力系统可以实现串联(即增程式)的工作方式。而与并联式混合动力系统相比,混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。
  
  
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  并联式混合动力车的发动机和电动机共同驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力,一旦汽车车速达到巡航速度,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,这种装置结构简单,成本低,更接近传统的汽车驱动系统,机械效率损耗与普通汽车差不多,适用于多种不同的行驶工况,尤其适用于复杂的路况,因而得到比较广泛的应用。
  目前,并联混动系统多用于微混与轻混车型,电动机更多地用于车辆起步和加速时动力的辅助来源。本田IMA系统是非常典型的并联式混合动力系统。
  
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  串联混合动力是按照动力系统的连接方式划分的。从结构上讲增程式混合动力车型就是串联混合动力车型。
  
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  串联式混合动力车的内燃机发动机并不直接提供动力,也不能单独带动车轮,而仅仅用作带动发电机为电池充电,提供电动机运行的电能。其动力装置由发动机、发电机和电动机三部分共同组成,它们之间用串联方式组成动力单元系统,发动机驱动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮,大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况况时,发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能;当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况,可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转,通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况,从而提高了发动机的效率,减少了废气排放。串联式混合动力车型采用插电和发动机带动发电机发电两种方式对电池组进行充电。
  
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  相比于传统燃料车型,串联式混合动力车型在增程状态下依然具有燃耗方面的优势,同时具有电动车运行平顺的优点。同纯电动车比,因为可以依靠发动机带动发电机发电为电池充电,因而续航里程与传统汽车相差无几,对充电桩的依赖也较小。目前我们可以看到的最典型的串联式混合动力车型为雪佛兰的沃蓝达Volt,宝马i3增程版等。它的缺点是能量几经转换,机械效率较低。
  
  
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  混合动力汽车(亦称复合动力汽车,英文为Hybrid Power Automobile HPA)是指车上装有两个以上动力源(蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组等),能同时或单独运来提供动力的车辆。当前混合动力汽车一般是指内燃机车发电机,再加上蓄电池的汽车,因而我们也成为油电混合动力车(HEV Hybrid-ElectricVehicel)。混合动力汽车的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同,形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。
  
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  混合动力按照不同的定义可以有多种分类方式,根据混合动力驱动的联结方式,混合动力车型又分为串联、并联和混联三种形式。
  而另一种按照内燃机和电动机动力的混合度进行分类。目前国内普遍采用的混动系统按混合度分类标准为:
  微混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比5%;
  轻度混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比为5%-15%;
  中度混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比为15%-40%;
  重度混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比为大于40%。
  插电混合动力车(plug-in Hybrid-ElectricVehicel PHEV)是近几年一种新型的混合动力车型。顾名思义,插电(plug-in),就是可以通过介入外界电源来对动力电池组进行充电。从理论上来说,只要满足这一点的以上任何一类混合动力车型都属于插电混合动力车型。不过,最常见的插电混合动力车型都采用了混联的动力结构。
  
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  纯电动车,顾名思义就是纯粹靠电能驱动的车辆。尽管被冠以"新能源车"这个称谓,但抛开那些各式各样的外表和配备,电动车底盘的的动力系统其实十分简单,用两个部分就可以概括:电能储存系统,也就是电池组,以及提供驱动力的电动机。如果按照这样的视角看待纯电动车,你就会发现,纯电动车的组成结构和使用电池的玩具迷你四驱车是一样的。当然,这仅仅是从底盘组成结构来讲的,如今的纯电动车辆在电池材料、电池管理、电动机以及车载设备等方面的技术非常复杂,这也是导致纯电动车的价格昂贵的重要原因。
  
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  纯电动车可以实现真正意义上的0排放0污染,可谓是电动车发展的终极方向和目标。但受制于材料技术、电池技术生产工艺规模等客观原因,现阶段的纯电动车普遍存在着续航里程短、充电时间长、电池容量衰减等问题需要解决;另外,低温时纯电动车的启动、充电,极端情况下纯电动车的安全性问题等问题也需要时间的检验。一般消费者因为消费习惯的,认知程度的主观因素以及对纯电动车保养、维修等客观因素的顾虑也是制约纯电动车普及的一个因素。就厂商而言,怎样在尽量提高纯电动车性能的同时降低制造成本是亟待结局的问题。毕竟只有性能上做到不输给普通燃油汽车价格上做到更加大众化才能让更多的消费者接受纯电动车。政府层面,这几年国家对新能源产业的扶持力度不断加大,特别是针对电动汽车更是不遗余力。各种刺激政策的相继出台,使之自选购环节便存在着很多先天优势,免摇号就是其中之一。强烈的政策扶持信号也预示了纯电动车灿烂的明天。
  
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  • TA的每日心情
    慵懒
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 13-4-2016 17:05:57 | 显示全部楼层
    说的很透彻,多谢楼主分享
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  • TA的每日心情
    慵懒
    21-4-2016 08:50
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 21-4-2016 15:35:28 | 显示全部楼层
    再回来看一遍,多谢楼主分享
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