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摘 要:为解决能源问题和环境问题,在传统的内燃机汽车和纯电动汽车进行过渡,混合动力汽车在此背景下不断发展。混合动力汽车是指燃油动力加电力的汽车。它的混合动力总成主要包括发动机和电动机,结合发动机和电动机各自的优点;内置动力分离装置的混合动力专用变速器、镍氢電池组和动力控制总成等部件。
关键词:混合动力汽车 串联式 并联式 混联式
混合动力汽车拥有两种或者两种以上的动力源。根据不同的动力源的布置方式,混合动力汽车主要可以分为串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车和混联式混合动力汽车。典型的是串联和并联两种构型方式,两者的主要不同之处在于动力源和车轮的连接方式的不同,混联式构型则是融合了以上两种构型方式的优点。
1. 串联式混合动力汽车
在串联式混合动力汽车当中,通常是将发动机和发电机这两个部件做成一体,组成APU。发动机带动发电机发电,所产生的电能通过控制器直接送到发动机,有发动机产生驱动力矩从而驱动汽车。电池实际上起到平衡发动机-发电机组输出功率和电动机输入功率的作用:当发电机发出的功率高于电动机所需要的功率时(当汽车减速滑行、低速行驶或者短时停车等工况),控制器控制发电机向电池充电;当发电机发出的功率低于电动机所需要的功率时(当汽车起步、加速、高速行驶和爬坡等工况),电池则会向电动机提供额外的电能。
串联式混合动力汽车的传动形式和其他种类的混合动力汽车的传动形式(并联、混联)相比较,具有自己明显的特点和优势:
1.发动机和发电机、传动系之间没有直接的机械连接,使整车布置的自由度较大,同时也使得发动机的工作状态不会受到汽车行驶状态的影响,发动机能够保持在稳定、高效、低排放的运行状态下工作,使得汽车具有良好的燃油经济性和较低的污染物排放。
2.在串联式混合动力汽车上,由于发动机带动发电机所产生的电能和电池组输出的电能共同带动电动机来驱动汽车行驶,电力驱动式其唯一的驱动模式,因而控制技术比较简单。
3.串联传动形式的驱动模式决定了电动机的功率应该接近或者等于汽车所需要的最大驱动功率,因此电动机的功率较大,外形和质量也都较大。所以串联布置形式在中小汽车上不容易实现。
4.在发动机-发电机-电动机系统中的热能-电能-机械能的能量转换当中,能量损失比较大,因此,串联式混合动力汽车的燃油经济性和并联式混合动力汽车相比较差。
5.该传动形式更加适合用于在路况复杂的城市内公路行驶的车辆。在环保要求较高的市区,汽车在起步和低速行驶时也可以关闭发动机进入纯电动状态,使得汽车达到零排放的要求。
串联式混合动力汽车驱动功率的直接来源是驱动电机,而发动机-发电机组和电池组作为驱动电机动力的来源,二者之间可以相互协调,根据各自不同的工作特点对各自工作状态和工作形式进行补充,达到节能减排的目的。和并联传动形式的混合动力汽车一样,串联式混合动力汽车也可以解决传动汽车发动机功率偏高的问题并且消除发动机怠速,并且能够在制动时通过电机回收制动能量。除此之外,串联式混合动力汽车还有一个显著的优点:可以更好地进行发动机的区域控制,优化发动机的工作区域,使得发动机始终工作在高效、低排放的区域内,由此提高车辆的燃油经济性能并且降低排放。这是由于串联式混合动力汽车的发动机和传动系之间没有直接的机械连接而只有电气连接,发动机的工作状态可以不受汽车行驶状态的约束。此优点是串联式混合动力汽车得到人们认可的重要原因。
2. 并联式混合动力汽车
并联式混合动力汽车采用内燃机和电动机两套各自独立的驱动系统。内燃机可以单独驱动车辆,电动机也可以单独驱动车辆,内燃机与电动机还可以联合驱动车辆,当内燃机输出的功率大于驱动车辆所需要的功率或者再生制动时,电动机将工作在发电机状态,将多余的能量转化成为电能充入蓄电池。显然,并联式混合动力汽车能够减少汽车尾气的排放以及燃油消耗量。
并联结构可以简单理解为在普通汽车的基础上加装一套电能驱动系统(电动机和动力电池),发动机和电动机能单独驱动车轮,也可以同时工作,共同驱动车辆行驶。当动力电池电量不足的时候,发动机还能带动发电机反转为动力电池充电。
并联结构的混合动力车型一般有三种模式。
1.纯电模式。发动机关闭,电池为电动机供电,驱动车辆行驶,该模式多用于中低速行驶,也有部分车型可以实现高速巡航。
2.纯油模式。发动机启动,驱动车辆行驶,同时能够带动发电机反转为动力电池充电。
3.混合模式。发动机和电动机同时起动,驱动车辆行驶,该模式多用于爬坡、急加速以及其他高负荷工作的状况。
与串联结构不同的是,并联结构中的发动机和电动机可以同时驱动汽车,动力性能更加优越。
1.由于发动机的机械能可以直接输出到汽车驱动轴,中间没有能量转换,与串联式布置相比较,系统效率高,燃油消耗较少。
2.电动机同时又可以作为发电机使用,系统仅有发动机和电动机两个动力总成,整车质量下降和成本大大降低
3.设备功率较小,附加的设备费用也较低。
由于发动机与车辆驱动轮之间有直接的机械连接,发动机运行工况不可避免地受到汽车具体行驶工况的影响,要维持发动机在最佳工作区工作,则需要复杂的控制系统和控制策略
3. 混联式混合动力汽车
混联式装置包含了串联式和并联式的特点。其主要的衍生结构由开关式和分路式两种。
开关式是通过离合器的结合与脱离来实现串联分支与并联分支间的相互切换:离合器分离,切断发动机和电动机与驱动轮的机械连接,系统以串联模式运行;离合器接合,发动机与驱动轮有了机械连接,系统以并联模式运行。
分路式是串联分支与并联分支都始终处于工作状态,而由行星齿轮传统在串联分支和并联分支间进行发动机输出能量的合理分配。此结构可以通过发电机对串联分支实施各种控制,同时又可以通过并联分支来维持发动机与驱动轮之间的机械连接,最终实现对发动机的转速控制。
混联的结构优点和使用优点更加接近于并联结构车型,但混联的驱动模式更加丰富,在并联的混合驱动模式基础上,加入了充电功能,这就意味着发动机和电动机全力驱动车辆时不用担心电量消耗的问题。
参考文献:
[1]刘红. 混合动力汽车现状及发展前景探究[J]. 机电信息, 2013(27):176-177.
[2]房于博, 王臻龙, 张晶晶. 浅谈混合动力汽车[J]. 汽车与驾驶维修(维修版), 2017(4):125-125. [3]景天. 混合动力汽车[J]. 汽车实用技术, 2003(10):33-34.
关键词:混合动力汽车 串联式 并联式 混联式
混合动力汽车拥有两种或者两种以上的动力源。根据不同的动力源的布置方式,混合动力汽车主要可以分为串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车和混联式混合动力汽车。典型的是串联和并联两种构型方式,两者的主要不同之处在于动力源和车轮的连接方式的不同,混联式构型则是融合了以上两种构型方式的优点。
1. 串联式混合动力汽车
在串联式混合动力汽车当中,通常是将发动机和发电机这两个部件做成一体,组成APU。发动机带动发电机发电,所产生的电能通过控制器直接送到发动机,有发动机产生驱动力矩从而驱动汽车。电池实际上起到平衡发动机-发电机组输出功率和电动机输入功率的作用:当发电机发出的功率高于电动机所需要的功率时(当汽车减速滑行、低速行驶或者短时停车等工况),控制器控制发电机向电池充电;当发电机发出的功率低于电动机所需要的功率时(当汽车起步、加速、高速行驶和爬坡等工况),电池则会向电动机提供额外的电能。
串联式混合动力汽车的传动形式和其他种类的混合动力汽车的传动形式(并联、混联)相比较,具有自己明显的特点和优势:
1.发动机和发电机、传动系之间没有直接的机械连接,使整车布置的自由度较大,同时也使得发动机的工作状态不会受到汽车行驶状态的影响,发动机能够保持在稳定、高效、低排放的运行状态下工作,使得汽车具有良好的燃油经济性和较低的污染物排放。
2.在串联式混合动力汽车上,由于发动机带动发电机所产生的电能和电池组输出的电能共同带动电动机来驱动汽车行驶,电力驱动式其唯一的驱动模式,因而控制技术比较简单。
3.串联传动形式的驱动模式决定了电动机的功率应该接近或者等于汽车所需要的最大驱动功率,因此电动机的功率较大,外形和质量也都较大。所以串联布置形式在中小汽车上不容易实现。
4.在发动机-发电机-电动机系统中的热能-电能-机械能的能量转换当中,能量损失比较大,因此,串联式混合动力汽车的燃油经济性和并联式混合动力汽车相比较差。
5.该传动形式更加适合用于在路况复杂的城市内公路行驶的车辆。在环保要求较高的市区,汽车在起步和低速行驶时也可以关闭发动机进入纯电动状态,使得汽车达到零排放的要求。
串联式混合动力汽车驱动功率的直接来源是驱动电机,而发动机-发电机组和电池组作为驱动电机动力的来源,二者之间可以相互协调,根据各自不同的工作特点对各自工作状态和工作形式进行补充,达到节能减排的目的。和并联传动形式的混合动力汽车一样,串联式混合动力汽车也可以解决传动汽车发动机功率偏高的问题并且消除发动机怠速,并且能够在制动时通过电机回收制动能量。除此之外,串联式混合动力汽车还有一个显著的优点:可以更好地进行发动机的区域控制,优化发动机的工作区域,使得发动机始终工作在高效、低排放的区域内,由此提高车辆的燃油经济性能并且降低排放。这是由于串联式混合动力汽车的发动机和传动系之间没有直接的机械连接而只有电气连接,发动机的工作状态可以不受汽车行驶状态的约束。此优点是串联式混合动力汽车得到人们认可的重要原因。
2. 并联式混合动力汽车
并联式混合动力汽车采用内燃机和电动机两套各自独立的驱动系统。内燃机可以单独驱动车辆,电动机也可以单独驱动车辆,内燃机与电动机还可以联合驱动车辆,当内燃机输出的功率大于驱动车辆所需要的功率或者再生制动时,电动机将工作在发电机状态,将多余的能量转化成为电能充入蓄电池。显然,并联式混合动力汽车能够减少汽车尾气的排放以及燃油消耗量。
并联结构可以简单理解为在普通汽车的基础上加装一套电能驱动系统(电动机和动力电池),发动机和电动机能单独驱动车轮,也可以同时工作,共同驱动车辆行驶。当动力电池电量不足的时候,发动机还能带动发电机反转为动力电池充电。
并联结构的混合动力车型一般有三种模式。
1.纯电模式。发动机关闭,电池为电动机供电,驱动车辆行驶,该模式多用于中低速行驶,也有部分车型可以实现高速巡航。
2.纯油模式。发动机启动,驱动车辆行驶,同时能够带动发电机反转为动力电池充电。
3.混合模式。发动机和电动机同时起动,驱动车辆行驶,该模式多用于爬坡、急加速以及其他高负荷工作的状况。
与串联结构不同的是,并联结构中的发动机和电动机可以同时驱动汽车,动力性能更加优越。
1.由于发动机的机械能可以直接输出到汽车驱动轴,中间没有能量转换,与串联式布置相比较,系统效率高,燃油消耗较少。
2.电动机同时又可以作为发电机使用,系统仅有发动机和电动机两个动力总成,整车质量下降和成本大大降低
3.设备功率较小,附加的设备费用也较低。
由于发动机与车辆驱动轮之间有直接的机械连接,发动机运行工况不可避免地受到汽车具体行驶工况的影响,要维持发动机在最佳工作区工作,则需要复杂的控制系统和控制策略
3. 混联式混合动力汽车
混联式装置包含了串联式和并联式的特点。其主要的衍生结构由开关式和分路式两种。
开关式是通过离合器的结合与脱离来实现串联分支与并联分支间的相互切换:离合器分离,切断发动机和电动机与驱动轮的机械连接,系统以串联模式运行;离合器接合,发动机与驱动轮有了机械连接,系统以并联模式运行。
分路式是串联分支与并联分支都始终处于工作状态,而由行星齿轮传统在串联分支和并联分支间进行发动机输出能量的合理分配。此结构可以通过发电机对串联分支实施各种控制,同时又可以通过并联分支来维持发动机与驱动轮之间的机械连接,最终实现对发动机的转速控制。
混联的结构优点和使用优点更加接近于并联结构车型,但混联的驱动模式更加丰富,在并联的混合驱动模式基础上,加入了充电功能,这就意味着发动机和电动机全力驱动车辆时不用担心电量消耗的问题。
参考文献:
[1]刘红. 混合动力汽车现状及发展前景探究[J]. 机电信息, 2013(27):176-177.
[2]房于博, 王臻龙, 张晶晶. 浅谈混合动力汽车[J]. 汽车与驾驶维修(维修版), 2017(4):125-125. [3]景天. 混合动力汽车[J]. 汽车实用技术, 2003(10):33-34.