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摘要:混合动力汽车工作原理通常指油电混合动力即汽油、柴油等燃料和电能的结合,近年来我国环境问题日益严重,大气污染以及不可再生资源日益枯竭等等摘 要:节能已然转变成当今社会的一大主题,越来越短缺的能源要求推出全新动力技术,汽车新能源发展面临着巨大的挑战,混合动力能够较好地应对能源消耗、污染问题,近些年在我国新能源汽车领域得到广泛推广。文章通过阐述混合动力汽车的优点、混合动力汽车分类及原理,對混合动力汽车发展趋势展开探讨,旨在为如何促进混合动力汽车有序健康发展研究适用提供一些思路。
关键词:混合动力概念;现状;控制策略;发展趋势;
1混合动力概念
混合动力汽车其动力提取大致分为两部分①油箱②电池箱,混动汽车是指驱动了系统由两个或者多个驱动系统同时运转的单个驱动系联合组成的车辆车辆行驶功率根据实车行驶状态依靠单个或者多个驱动系共同提供。依据燃料种类的不同:一般分为汽油混合和柴油混合两种 混合动力汽车在现有的技术条件和发展成熟度上来说,有着相当高的稳定性和经济效益且能被大众所接受,是目前最合适的选择[1]。
2混合动力汽车发展现状分析
(1)世界混合动力发展历程
说到混合动力汽车的发展历程。并不只是在最近几十年才兴旺的,早在1904年的美国电动汽车公司就达到了67家,年产量达到了4000多辆,然而没过多久,福特公司生产的一款搭载了电动机启动系统的Model T比起当时需要预热20多分钟的电动车更加便捷好用,于是人们纷纷开始放弃电动车,转而研究燃油车系从此发动机就成了汽车的主要动力来源。直到2001年,丰田普锐斯进入美国市场,依靠其出色的油耗以及可靠性获得了联邦税收2000美元的补贴,有了强大的支持和优秀的表现,普锐斯从此打开了美国的市场并且成为了新能源车中的耀眼明星,丰田混动在美国及世界范围内的成功,使得所有汽车厂商都无法再忽略新能源这块蛋糕。(2)国内混合动力的发展历程国内也在很早就开始关注新能源的车型发展更是在2001年就启动了863专项计划专用于研究纯点混合动力和燃料电池车但苦于之前没什么基础所以一直处在积累阶段,没有太大的成果。到了2010年国家正式出台新能源购买补贴政策,加之新能源牌照在北上广等大城市的便捷性使得国内刮起了一阵新能源风潮,比亚迪 小鹏 蔚来等一大批国产新能源企业拔地而起,并取得了骄人的成绩。如比亚迪的“唐”“汉”便是混合动力的代表车型,其独创的刀片电池更是一绝,解决了电池续航 空间占用大 以及温度耐用性等问题,更是令电池的稳定性得到了巨大的提升降低了电池在高温、过充、挤压、针刺等情况下电芯起火爆炸的概率 小鹏蔚来等也在车机互联和辅助驾驶等方面取得了不小的进展 ,可以说国内的混动新能源发展也呈现出一片欣欣向荣之势。
②混合动力的主要模式
混合动力汽车按能量传动上主要分为三种形式;串联式混动、并联式混动和混联式混动三种(1)串联式混动汽车的结构在三种布置形式中是最简单的,直接带动车轮的是电机,发动机不直接参与带动车轮,只负责输出机械能。发电机接受机械能产生电能,再传递给电动机,从而而驱动汽车,多余的能量则可以给电池箱充电。该结构中电动机是直接动力来源,发动机是间接动力来源,所以串联式结构相对简单。混动汽车在制动、减速时都能回收能量。串联式混合动力汽车在设计上有两种形式,一种是小功率发电机+大容量电池箱,这种设计由电池箱提供汽车的动力来源,而发电机的作用是增加绩航能力,当达到电池预设电量上限时充电停止发动机关闭。而另一种设计形式是大功率发电机+小电池。这种设计形式与上一种相反,以发动机作为主要动力来源,以蓄电池作为辅助动力来源,弥补发动机功率的不足。因此,串联式混合系统中的发动机功率可以不与道路负荷耦合,所以该系统中的发动机可以是汽油机柴油机,也可以是以氢气或液化天然气为燃料的发动机,所以在减少排放量上有巨大潜力。串联式的优点非常明显,其发动机功率不需要和道路负荷一致,这样就可以让发动机一直在最佳性能区间运作,而且配备的小型发动机排放性能也是相当优良的。若是日后装备氢能发动机就可以做到无污染,但是缺点也显而易见,能量转换次数多效率就自然下降,而且成本比较大,(2)并联式混合动力汽车动力总成中发动机和发电机会在汽车行驶过程中,实现动力的叠加输出,也可以单独输出[2]并联式布置形式在结构上直接参与了驱动即发动机产生的机械能不只传递给发电机,而且传递给了和车轮直接相连的变速器。车辆在上坡,加速超车时的能量最大,这时候就是两者共同工作的时候。发动机照常运作,电池输出能量给电动机,从而协同发动机输出能量到变速箱,用来满足车辆所需并联式结构中的电池的电量补充也是由发动机来完成的。汽车运行消耗能量,电池不断输出能量直到低于某一极限值,此时电池无法再继续输出,发动机输出减小。在速度需要降低以及刹车时,将能量回收到电池中。并联式混合动力汽车在设计上和上一种相似,可以是小功率发电机+大容量电池箱,也可以是大功率发电机+小电池。并联式系统较简单、经济性好,试用路路况范围。能量转换效率要比串联式混合动力汽车的能量转换效率高。和串联式相比这种形式要求发动机与道路负荷耦合,而且与电池的配合需要相当高的技术所以复杂程度比较高,(3)混联式混动车是上述两种布置形式的综合体,也是在并联式基础上的改进型。混联式混合动力汽车综合串并联式结构优点,结构并没有变化,也是由发动机、发电机和电动机三大动力总成构成。发动机和发电机时串并联结构,发动机输出的功率不仅传递给车轮,同时也传递给发电机发电。整个汽车,有两套驱动系统,两个电机,一个电动机直接驱动车轮,另一个电机具有双重角色,当汽车处于极限性能时,直接将动力输入到车轮[3];因为这种形式可以工作在上述任何一种模式下,要求配备两台电动机(发电机)。根据实际需要,进行不同的搭配有相当高的难度,测试不同情况下的搭西配效果,得到最佳体验。一般的控制方法是在汽车低速行驶,时,汽车以串联方式运行;当汽车高速运行时以并联方式运行。发动机单独驱动时和传统汽车相同,使发动机处于经济转速区域,即巡航车速。路况变化依照串联或并联式的方法更改,使效率最大化,充电行驶也是按照各自模式下的充电形式进行充电。混联式的优点包含另外两种形式的优点而且得益于混联式结构的核心分配设备,能量传递更加合理便捷。
3混合动力汽车发展趋势
混合动力汽车具有燃油车和电动车的优点,油耗低、排放量低以及性价比高,目前技术也比较成熟。因混合动力汽车的电池容量不高,仅仅为纯电动汽车的10%,被划分到了电动汽车的行列。结合我国车辆保有量较大大且空气污染较大的实际情况,应当加大对混合动力汽车普及力度,不但可以降低汽车的使用成本,同时还可以减低废气排放,达到环境保护的目的。但是目前有成本比较高的缺点,比普通轿车价格略高,所以降低成本是混合动力汽车首要解决的问题,也是提高行业内竞争力的关键。混合动力汽车的技术日趋成熟,动力系统不断更新换代,对汽车性能的提高起到决定性作用;高效一体化电力驱动系统的出现,逐步取代了传统直流电机,避免之前出现的缺点。在混合动力汽车发展的进程中,模块化和平台化的发展趋势更为突出,将会拥有更加广阔的发展空间。
4结束语
在节能减排的今天,混合动力汽车是目前汽车行业比较好的解决方案。由于传统汽车是使用石化能源的燃油汽车,无论在排放方面还是节能性方面其都具有天然的劣势。在日益提倡环保节能的大环境下,混合动力汽车是燃油车向电动车过渡的理想选择。从国内外混合动力汽车技术研究与应用现状来看,不断推出更好的新能源汽车,降低油燃料的消耗,减少有害气体的排放已经成为现在汽车产业所研究的焦点随着能源的枯竭,人们对环境保护意识的提高,混合动力汽车技术将会成为新世纪汽车行业发展的主流因此,混合动力汽车技术代替原始汽车技术将会成为必然趋势,对能源及环境的可持续发展有着深远的历史意义。
参考文献
[1] 洪永福,中国新能源汽车发展前景展望].汽车科技,2009,7(4):12-14
[2] 钟博浩.并联式混合动力汽车能量分配研究[D].长春工业大学,2017.
[3] 于永涛混联式混合动力车辆优化设计与控制D].吉林大学,2010.
商丘工学院 河南 商丘 476000
关键词:混合动力概念;现状;控制策略;发展趋势;
1混合动力概念
混合动力汽车其动力提取大致分为两部分①油箱②电池箱,混动汽车是指驱动了系统由两个或者多个驱动系统同时运转的单个驱动系联合组成的车辆车辆行驶功率根据实车行驶状态依靠单个或者多个驱动系共同提供。依据燃料种类的不同:一般分为汽油混合和柴油混合两种 混合动力汽车在现有的技术条件和发展成熟度上来说,有着相当高的稳定性和经济效益且能被大众所接受,是目前最合适的选择[1]。
2混合动力汽车发展现状分析
(1)世界混合动力发展历程
说到混合动力汽车的发展历程。并不只是在最近几十年才兴旺的,早在1904年的美国电动汽车公司就达到了67家,年产量达到了4000多辆,然而没过多久,福特公司生产的一款搭载了电动机启动系统的Model T比起当时需要预热20多分钟的电动车更加便捷好用,于是人们纷纷开始放弃电动车,转而研究燃油车系从此发动机就成了汽车的主要动力来源。直到2001年,丰田普锐斯进入美国市场,依靠其出色的油耗以及可靠性获得了联邦税收2000美元的补贴,有了强大的支持和优秀的表现,普锐斯从此打开了美国的市场并且成为了新能源车中的耀眼明星,丰田混动在美国及世界范围内的成功,使得所有汽车厂商都无法再忽略新能源这块蛋糕。(2)国内混合动力的发展历程国内也在很早就开始关注新能源的车型发展更是在2001年就启动了863专项计划专用于研究纯点混合动力和燃料电池车但苦于之前没什么基础所以一直处在积累阶段,没有太大的成果。到了2010年国家正式出台新能源购买补贴政策,加之新能源牌照在北上广等大城市的便捷性使得国内刮起了一阵新能源风潮,比亚迪 小鹏 蔚来等一大批国产新能源企业拔地而起,并取得了骄人的成绩。如比亚迪的“唐”“汉”便是混合动力的代表车型,其独创的刀片电池更是一绝,解决了电池续航 空间占用大 以及温度耐用性等问题,更是令电池的稳定性得到了巨大的提升降低了电池在高温、过充、挤压、针刺等情况下电芯起火爆炸的概率 小鹏蔚来等也在车机互联和辅助驾驶等方面取得了不小的进展 ,可以说国内的混动新能源发展也呈现出一片欣欣向荣之势。
②混合动力的主要模式
混合动力汽车按能量传动上主要分为三种形式;串联式混动、并联式混动和混联式混动三种(1)串联式混动汽车的结构在三种布置形式中是最简单的,直接带动车轮的是电机,发动机不直接参与带动车轮,只负责输出机械能。发电机接受机械能产生电能,再传递给电动机,从而而驱动汽车,多余的能量则可以给电池箱充电。该结构中电动机是直接动力来源,发动机是间接动力来源,所以串联式结构相对简单。混动汽车在制动、减速时都能回收能量。串联式混合动力汽车在设计上有两种形式,一种是小功率发电机+大容量电池箱,这种设计由电池箱提供汽车的动力来源,而发电机的作用是增加绩航能力,当达到电池预设电量上限时充电停止发动机关闭。而另一种设计形式是大功率发电机+小电池。这种设计形式与上一种相反,以发动机作为主要动力来源,以蓄电池作为辅助动力来源,弥补发动机功率的不足。因此,串联式混合系统中的发动机功率可以不与道路负荷耦合,所以该系统中的发动机可以是汽油机柴油机,也可以是以氢气或液化天然气为燃料的发动机,所以在减少排放量上有巨大潜力。串联式的优点非常明显,其发动机功率不需要和道路负荷一致,这样就可以让发动机一直在最佳性能区间运作,而且配备的小型发动机排放性能也是相当优良的。若是日后装备氢能发动机就可以做到无污染,但是缺点也显而易见,能量转换次数多效率就自然下降,而且成本比较大,(2)并联式混合动力汽车动力总成中发动机和发电机会在汽车行驶过程中,实现动力的叠加输出,也可以单独输出[2]并联式布置形式在结构上直接参与了驱动即发动机产生的机械能不只传递给发电机,而且传递给了和车轮直接相连的变速器。车辆在上坡,加速超车时的能量最大,这时候就是两者共同工作的时候。发动机照常运作,电池输出能量给电动机,从而协同发动机输出能量到变速箱,用来满足车辆所需并联式结构中的电池的电量补充也是由发动机来完成的。汽车运行消耗能量,电池不断输出能量直到低于某一极限值,此时电池无法再继续输出,发动机输出减小。在速度需要降低以及刹车时,将能量回收到电池中。并联式混合动力汽车在设计上和上一种相似,可以是小功率发电机+大容量电池箱,也可以是大功率发电机+小电池。并联式系统较简单、经济性好,试用路路况范围。能量转换效率要比串联式混合动力汽车的能量转换效率高。和串联式相比这种形式要求发动机与道路负荷耦合,而且与电池的配合需要相当高的技术所以复杂程度比较高,(3)混联式混动车是上述两种布置形式的综合体,也是在并联式基础上的改进型。混联式混合动力汽车综合串并联式结构优点,结构并没有变化,也是由发动机、发电机和电动机三大动力总成构成。发动机和发电机时串并联结构,发动机输出的功率不仅传递给车轮,同时也传递给发电机发电。整个汽车,有两套驱动系统,两个电机,一个电动机直接驱动车轮,另一个电机具有双重角色,当汽车处于极限性能时,直接将动力输入到车轮[3];因为这种形式可以工作在上述任何一种模式下,要求配备两台电动机(发电机)。根据实际需要,进行不同的搭配有相当高的难度,测试不同情况下的搭西配效果,得到最佳体验。一般的控制方法是在汽车低速行驶,时,汽车以串联方式运行;当汽车高速运行时以并联方式运行。发动机单独驱动时和传统汽车相同,使发动机处于经济转速区域,即巡航车速。路况变化依照串联或并联式的方法更改,使效率最大化,充电行驶也是按照各自模式下的充电形式进行充电。混联式的优点包含另外两种形式的优点而且得益于混联式结构的核心分配设备,能量传递更加合理便捷。
3混合动力汽车发展趋势
混合动力汽车具有燃油车和电动车的优点,油耗低、排放量低以及性价比高,目前技术也比较成熟。因混合动力汽车的电池容量不高,仅仅为纯电动汽车的10%,被划分到了电动汽车的行列。结合我国车辆保有量较大大且空气污染较大的实际情况,应当加大对混合动力汽车普及力度,不但可以降低汽车的使用成本,同时还可以减低废气排放,达到环境保护的目的。但是目前有成本比较高的缺点,比普通轿车价格略高,所以降低成本是混合动力汽车首要解决的问题,也是提高行业内竞争力的关键。混合动力汽车的技术日趋成熟,动力系统不断更新换代,对汽车性能的提高起到决定性作用;高效一体化电力驱动系统的出现,逐步取代了传统直流电机,避免之前出现的缺点。在混合动力汽车发展的进程中,模块化和平台化的发展趋势更为突出,将会拥有更加广阔的发展空间。
4结束语
在节能减排的今天,混合动力汽车是目前汽车行业比较好的解决方案。由于传统汽车是使用石化能源的燃油汽车,无论在排放方面还是节能性方面其都具有天然的劣势。在日益提倡环保节能的大环境下,混合动力汽车是燃油车向电动车过渡的理想选择。从国内外混合动力汽车技术研究与应用现状来看,不断推出更好的新能源汽车,降低油燃料的消耗,减少有害气体的排放已经成为现在汽车产业所研究的焦点随着能源的枯竭,人们对环境保护意识的提高,混合动力汽车技术将会成为新世纪汽车行业发展的主流因此,混合动力汽车技术代替原始汽车技术将会成为必然趋势,对能源及环境的可持续发展有着深远的历史意义。
参考文献
[1] 洪永福,中国新能源汽车发展前景展望].汽车科技,2009,7(4):12-14
[2] 钟博浩.并联式混合动力汽车能量分配研究[D].长春工业大学,2017.
[3] 于永涛混联式混合动力车辆优化设计与控制D].吉林大学,2010.
商丘工学院 河南 商丘 476000