汽车电控技术发展:混动车电动车的未来

摘要:新能源汽车技术标准也将在近期陆续出台,新能源汽车未来的国产化发展路线也将确定. 相比国外的新能源汽车进程来说,国内新能源汽车的发展在之前仍然是犹抱琵琶半遮面,众多厂家都纷纷表示要推出混合动力车型和纯电动车等新能源车型,但由于技术原因……

2010年6月1日,财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合出台《关于开展私人购买补贴试点的通知》,私人购买新能源汽车补贴标准正式公布.同时,新能源汽车技术标准也将在近期陆续出台,新能源汽车未来的国产化发展路线也将确定.

相比国外的新能源汽车进程来说,国内新能源汽车的发展在之前仍然是犹抱琵琶半遮面,众多厂家都纷纷表示要推出混合动力车型和纯电动车等新能源车型,但由于技术原因和市场的不确定性都没有推出来,但,随着《通知》的颁布,相信新能源时代汽车时代即将绽放.

想必,大家对新能源汽车的概念都已经有了一个大概的了解.就目前国际上新能源汽车的推出来看,其发展的方向主要集中在和纯电动汽车以及可替代能源三大方向上,其中,最受人关注的还是油电混合动力汽车和纯电动汽车,而这两种车型的核心技术是.要了解这些新能源汽车,我们应该先了解其技术因素.为此,本文在这里就对这两种新能源车型原理做一个简单介绍.

油电混合动力车——发展快速,技术层面参差不齐

说起油电混动动力车想必大家不会陌生,已经在国内上市很久的丰田普锐斯就是最早推出的油电混合动力车,早在1997年普锐斯就已经在日本上市销售,而在2006年普锐斯正式引入中国国内,历经4年时间,期间本田思域混合动力、f3dm等混动车型也慢慢的跃入人们的眼帘,混合动力车型也慢慢的为人们所接受.由于处在技术过渡阶段,目前,这种车型的数量在新能源车型中所占比例是最大的.

f3dm

思域混合动力

通常意义上的混合动力是指油电混合动力,包括汽油、柴油和电能的混合.利用电能来减少汽油（或柴油）的消耗是混合动力汽车节油的方式:利用电动机瞬间高扭矩输出的特性,弥补、改善车辆启动、加速时能量消耗大的问题.同时,利用减速、刹车对电池进行充电,达到能量回收的目的.

普锐斯

混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机,依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力.其结果是提高了总体效率,同时并未牺牲性能.混合动力车设计成可回收制动能量.在传统汽车中,当司机踩制动时,这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了.而混合动力车却能大部分回收这些能量,并将其暂时贮存起来供加速时再用.当司机想要有最大的加速度时,汽油发动机和电动机并联工作,提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能.在对加速性要求不太高的场合,混合动力车可以单靠电机行驶,或者单靠汽油发动机行驶,或者二者结合以取得最大的效率.比如在公路上巡航时使用汽油发动机.而在低速行驶时,可以单靠电机拖动,不用汽油发动机辅助.即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能,提供比传统液压系统更大的效率.

混合动力车的分类很多,按照混合动力单元对车辆的驱动形式分类,大致可把混合动力汽车分为串联式、并联式和混连式三种,（这个很好理解,类似与我们在初中物理中学习过的电路连接方式）

串联方式

串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电,产生的电能通过控制单元传到电池,再由电池传输给电机转化为动能,最后通过变速机构来驱动汽车.在这种联结方式下,电池就象一个水库,只是调节的对象不是水量,而是电能.电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节,从而保证车辆正常工作.这种动力系统在城市公交上的应用比较多,轿车上很少使用.

并联方式

并联式混合动力系统有两套驱动系统:传统的内燃机系统和电机驱动系统.两个系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作驱动汽车.这种系统适用于多种不同的行驶工况,尤其适用于复杂的路况.该联结方式结构简单,成本低.本田的思域混合动力采用的就是并联式联结方式.

混联方式

混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,两套机构或通过齿轮系,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.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.此联结方式系统复杂,成本高.丰田普锐斯采用的是混联式联结方式.

以混联方式为例,我们为大家简单介绍下混合动力汽车的工作原理,希望大家看过后对此有一个浅显的了解.

启动及中低速行驶时

当汽车启动时,油电混合动力系统仅使用由hv蓄电池提供能量的电动机的动力启动,这时发动机并不运转.因为发动机不能在低旋转带输出大扭矩,而电动机可以灵敏、顺畅、高效地进行启动.对于发动机而言,在低速－中速带的效率并不理想,而另一面,电动机在低速-中速带性能优越.因此,在用低速-中速行驶时,油电混合动力系统使用hv蓄电池的电力,驱动电动机行驶.

一般行驶时

油电混合动力系统采用发动机,使它在能产生最高效功率的速度带驱动.由发动机产生的动力直接驱动车轮,依照驾驶状况部分动力被分配给发电机.由发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机.利用发动机和电动机这一双重传动系统,发动机产生的动力以最小消耗被传向地面.

一般行驶时剩余能量充电

油电混合动力系统采用发动机,使它在能产生最高效功率的速度带驱动.由发动机产生的动力直接驱动车轮,依照驾驶状况部分动力被分配给发电机.由发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机.利用发动机和电动机这一双重传动系统,发动机产生的动力以最小消耗被传向地面.

全速行驶时

在需要强劲加速力（如爬陡坡及超车）时,hv蓄电池也提供电力,来加大电动机的驱动力.通过发动机和电动机双动力的结合使用,油电混合动力系统得以实现与高一级发动机同等水平的强劲而流畅的加速性能.

减速行驶时

在踩制动器和松油门时,toyota油电混合动力系统使车轮的旋转力带动电动机运转,将其作为发电机使用.减速时通常作为摩擦热散失掉的能量,在此被转换成电能,回收到hv蓄电池中进行再利用.

停车时

在停车时,发动机、电动机、发电机全部自动停止运转.不会因怠速而浪费能量.当hv蓄电池的充电量较低时,发动机将继续运转,以给hv蓄电池充电.另外有时因与空调开关连动,发动机会仍保持运转.

根据在混合动力系统中,电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重,也就是常说的混合度的不同,混合动力系统还可以分为以下四类:

一、微混合动力系统.

smart fortwo mhd

代表的车型是smart fortwo mhd.这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12v）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的belt-alternator starter generator, 简称bsg系统）.该电机为发电启动(stop-start)一体式电动机,用来控制发动机的启动和停止,从而取消了发动机的怠速,降低了油耗和排放.从严格意义上来讲,这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车,因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力.在微混合动力系统里,电机的电压通常有两种:12v 和42v.其中42v主要用于柴油混合动力系统.

二、轻混合动力系统

别克君越eco-hybrid

代表车型是长安的杰勋、上海通用称别克君越eco-hybrid等车型.该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的integrated starter generator,简称isg系统）.与微混合动力系统相比,轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止,还能够实现:（1）在减速和制动工况下,对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中,发动机等速运转,发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节.轻混合动力系统的混合度一般在20％以下.

三、中混合动力系统

civic混合动力车

本田旗下混合动力的insight, accord 和civic都属于这种系统.该混合动力系统同样采用了isg系统.与轻度混合动力系统不同,中混合动力系统采用的是高压电机.另外,中混合动力系统还增加了一个功能:在汽车处于加速或者大负荷工况时,电动机能够辅助驱动车轮,从而补充发动机本身动力输出的不足,从而更好的提高整车的性能.这种系统的混合程度较高,可以达到30％左右,目前技术已经成熟,应用广泛.

四、重混合动力系统

丰田的普锐斯 和未来的estima属于重混合动力系统.该系统采用了272-650v的高压启动电机,混合程度更高.与中混合动力系统相比,完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50％.技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向.以上各种不同的混合方式,都能在一定程度上降低成本和排放.各大汽车厂商在过去的十几年,通过不断的研发投入,试验总结,商业应用,形成了各自的混合动力技术之路,而在市场上的表现也是各具特色.

纯电动汽车——各大厂家相逐追捧,大面积推广尚需时间

从广义上理解,纯电动汽车是指利仅利用电能进行驱动的汽车.至于车内电量的来源,无论是利用电池、太阳能、燃料提供电力的车辆都可以看做是纯电动汽车.但是,由于摄取电能的方式直接决定了车辆的内部构造和运作原理,为了方便介绍,我们这里指的纯电动汽车仅为利用车载电池作为电力来源的电动汽车.

电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成.由于电动机具有良好的牵引特性,因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器.车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现.

比亚迪e6纯电动车

纯电动汽车利用电源、驱动电动机、传动装置、形式装置等一些列结构,将电能转化为车辆行驶的动能.电动汽车本身不排放污染大气的有害气体,因此是十分环保的车型.即使是从生产电动汽车的整个周期上看,其各种有害气体和co2的排放量也比传动汽油车更低.

奥迪纯电动跑车e-tron

目前,影响电动汽车发展的关键因素是车载电池.对于车载电池来说,能量密度、充电时间、连续放电率和自放电率、运行环境、安全可靠性和寿命维护都是关键性的指标.

电动车具有如此之多的优点,各大汽车厂商都将目光瞄准到这块未经开垦的市场上,其中丰田、本田等日本厂商对这方面关注较早,通用、大众、奔驰、宝马以及咱们国产的各大汽车厂商都将未来的重点发展方向集中在这一块.

朗逸纯电动车

其中,大众集团在不久前的北京车展上展示了大众汽车朗逸电动车（e-lavida）.大众汽车集团中国电动车战略的另一重要车型——高尔夫电动车则会在上海世博会亮相.大众汽车还将组建一支由高尔夫电动车和朗逸电动车组成的示范车队,环游中国各大城市.在2013至2014年间,首款国产的大众汽车电动车型将下线.

而奔驰集团则在前不久宣布与比亚迪汽车合作,成立合资公司,研发电动汽车的关键技术.而在去年年11月份,戴姆勒集团开始生产smart fortwo电动小车.未来,奔驰还将推出e-cell纯电动汽车,采用锂电池提供能量,利用一台100千瓦电动机驱动,峰值扭矩达到320牛米,不过该车型行驶距离有限,在经过两个小时充电后最长可以行驶200公里,显然更适合在市区行驶.

在世博会期间,通用在上海全球首发了其en-v电动联网概念车,整车重量仅400多公斤,长约1.5米.目前一个传统汽车的停车位可以容纳五辆en-v,这将极大地提高城市现有停车面积的利用率.en-v的马达动力由锂电池提供,可通过普通家庭电源进行充电,每次充满电后可行驶40公里.而其早在08年久展示了其volt电动车.

力帆320ev

吉利ig

荣威e1

而咱们的自主厂商对这一块同样也没有那下,比亚迪、奇瑞、吉利、长安、力帆等中国汽车企业也将在未来推出其电动车型,在其本土优势下,未来国产电动汽车的前景必然不错.

总结:

能源问题是全人类需要共同面对的问题,随着全球石油储备的日益减少,新能源的开发迫在眉睫,而作为能源消耗的大头之一的汽车,更需要推出更多的新能源汽车和节能汽车.

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