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浅谈混合动力汽车要解决的关键技术

发布时间:2018-10-11 22:07:00 文章来源:大地系统    

摘 要:随着汽车工业的高速发展起来,能源短缺与环境问题日益凸显,混合动力汽车作为一种新型节能环保汽车应运而生。混合动力汽车与现在市面上出售的内燃机汽车相比,它不单单在节油和环保上具有明显的优势,而且其在动力性能和行驶里程方面也丝毫不逊色。基于以上诸多优点而日渐成为现今各大大型汽车公司研发的热点。近几年国内外各大大型汽车公司在混合动力汽车方面的研究成果卓越,并且还提出了一系列其迫切需要攻克的技术难题。

关键词:混合动力;发展状况;关键技术

1 混合动力电动汽车的基本构成及其特点

所谓混合动力电动汽车,顾名思义是指在同一辆汽车上同时安装两个动力系统,即电力驱动系统和辅助动力单元的汽车,其中电力驱动系统是利用电动机为汽车提供驱动力,这是汽车驱动力的主要来源。而辅助动力单元是燃烧石油、天然气这类化石燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组,这为汽车的驱动提供辅助动力。这样的组合在充分利用内燃机汽车带来的方便、快捷优点,又可以发挥电动汽车节能、环保的优点,同时还可以避免他们各自作为动力系统所带来的缺点。这样一来就可以从根本上解决当前内燃机汽车排放量高和油耗量大的的问题,而不用通过限行、摇号等治标不治本的方法了。

2 混合动力电动汽车的基本构成

根据混合动力电动汽车驱动系统分为串联式混合动力驱动系统、并联式混合动力驱动系统和混联式混合动力驱动系统3种类型。

2.1 串联式混合动力驱动系统

原动机通过在内燃机中燃烧石油、天然气等化石燃料经过一些列化学反应获得原动力,发电机在将其动能转化为电能,进行发电,控制器将发电机带来的电能输送到蓄电池进行电能的储存,或用于电动机上将电能转化为动能,在变速机构下为汽车提供驱动力。原动机输出动能和电动机发电需求电能通过电池进行中转。频繁启动、加速行驶和低速运行对原动机工况有非常高的要求,其必须在最佳工况点附近持续运作,以此来提供频繁启动所需稳点的驱动力,串联式混合动力驱动系统才能到达这一要求。但是串联式结构的使用有一定缺陷,它会降低整个驱动系统的效率,因为发电机提供的电能与电动机提供的机械能在相互转化过程中一定会有能量损失,故大客车常选用此系统。

2.2 并联式混合动力驱动系统.

发动机与电动机分别向汽车提供驱动力,因为中间没有能量的转换,所以不存在能量的损失,系统整体效率得以提高。但是并联式混合动力驱动系统也有其不足,由于发动机直接与车辆的驱动轮连接,因而汽车具体行驶工况会随着发动机运行工况的变化而改变。

2.3 混联式混合动力驱动系统

发动机的机械能一部分给驱动桥, 用于汽车启动所需的驱动力;而另一部分则给发电机,发电机发出的电能要么输送给电动机用于转化成机械能。驱动系统在汽车低速行驶时,主要以串联方式工作,使原动机稳点在最佳工况点附近运作;而在汽车高速行驶时, 则以并联方式工作用以提高系统整体的效率。因此混联式混合动力驱动系统不仅利用了串联式混合动力驱动系统获得了较大的驱动力,也利用了并联式混合动力驱动系统的较高的系统效率,使原本单一工作的发电机、发动机、电动机等部件有更多灵活、多变的组合,从而使汽车在复杂的工况下仍能选择出相对较优的驱动系统,从而更好的完成运行。

3 混合动力汽车的发展状况

3.1 国外发展状况

从1980年以来,国外各大品牌汽车公司开始把目光投向电动汽车和混合动力汽车,这为混合动力汽车的客观发展提供了条件。进入21 世纪后, 混合动力汽车更是迎来了发展的黄金时期,为了将混合动力汽车从实验室的研发阶段迅速投入实际生产应用阶段,以获得丰厚的利益,各国根据自己的品牌特点,推出了不同类型的产品。

1991年大众公司首次推出了混合动力微型汽车,最高时速为131km/h,每百公里消耗1.4L汽油和13kW/h的电能,它的问世,立刻引来外界广泛的关注,混合动力汽车的研发全面展开。

1997年,丰田公司推出了名为Prius的混联式混合动力电动汽车,最高时速可达到140km/h,起行驶车程与普通汽车不相上下,凭借其优良的性能,深受消费者的喜爱。自上市来丰田Prius混合动力汽车全球已经卖出了超过12万辆,是至今为止销量最好的。

3.2 国内发展状况

混合动力系统汽车的研究在我国起步相对较晚,我国首辆混合动力客车于1999年问世。2001年底,为应对日益恶劣的环境问题和国外混合动力汽车进入国内市场给我国传统汽车产业带来的巨大冲击和挑战,我国启动了电动汽车科技攻关项目,由国家投资让高校、企业参与研发,攻克电动汽车的技术难题。混合动力汽车如雨后春笋般很快涌现出来,东风电动车辆股份有限公司率先开发出混合动力轿车,随后天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中型客车,其最大的亮点在改善燃油燃烧效率上,与传统汽车相比其效率提高了15%以上,这是难以想象的;近来长安集团也已开始了混合动力汽车的研发,其下的“羚羊”品牌的混合电动车由其独立自主研发,没有借助国外技术,这在国内还是非常罕见的。据悉,长安公司的首款混合动力汽车将于2006年开始正式投入生产。奇瑞、华普等国内其他汽车公司为了争夺市场份额,目前也在紧张地进行混合动力汽车的研究。

4 混合动力汽车的关键技术

混合动力汽车要想投入实用生产阶段,其面临技术难题包括以下几个方面:

4.1 混合动力单元技术

为了减少排放量、降低油耗量,需要使发动机始终处在低油耗区下工作,这就要求控制系统能够根据运行的工况适时开关。先进的检测系统用以适时检测工况,成熟可靠的动力复合装置用以调节驱动力的大小,这两者的功率需要合理的分配才能最终达到控制的要求。

4.2 能量存储技术

汽车在加速和爬坡时需要较大的驱动力,这就需要较高功率比的能量存储装置提供大功率,以此提供较大的驱动力。

4.3 能量的高效利用

充电能力是衡量一块充点电池的重要指标之一,快速的充电能力是一块蓄电池必不可少的,良好的蓄电池能及时收回刹车时的动能。现今的高功率电池往往能到达快速充电的要求,但是接受能力方面却差强人意,以至于不能及时回收刹车时的动能,这个问题不解决,就不能高效的利用能量。

5 结束语

综上,混合动力汽车与传统型汽车相比,虽然仍有些许不足,但是其在节能和排放上显然更胜一筹。就目前来说, 虽然混合动力汽车的价格比传统汽车高,但是作者坚信随着各国日趋严厉的立法环境,科技的不断发展,混合动力汽车性能将会日益提高,其研发的成本也一定会不断降低,市场份额在今后三四十年内不断攀升必然是一种趋势。尽管从长远的角度看来,混合动力汽车只是一种过渡车型,但是不可否认的是它仍然具有较好的发展前景。

参考文献

[1]麻友良,程全世.混合动力电动汽车的发展[J].公路交通科技,2001,18(1):78-80.

[2]钱立军,赵韩,鲁付俊.混合动力汽车传动系结构分析[J].合肥工业大学学报,2003,26(6):1121-1126.

[3]胡骅.电动汽车[M].北京:人民交通出版社,2003:55-102.

作者简介:雷贤菊(1965-05-29),女(汉族),四川省大竹县人,毕业学校四川工业学院汽车工程系,工作单位:达州职业技术学院机电工程系,副教授,主要从事工科类专业基础课及汽车类专业课的教学工作。endprint

科技创新与应用 2014年26期

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