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雷锋科普什么是混合动力技术

2019-08-16 20:10:25来源:励志吧0次阅读

  雷锋科普:什么是混合动力技术

  (公众号:)按:本文来自公众账号啸语,原创技术观察,写给万分之一的创新者。

  首先,请欣赏故事一则:

  奥巴马沮丧地说:“你们这些大英雄也都不敢接任驻华大使了?雾霾那么可怕

  ?”钢铁侠、绿巨人、蝙蝠侠、蜘蛛侠等纷纷羞惭地低下了头。忽然,金刚狼提议道:”擎天柱肯定可以!他不需要呼吸!“热烈的掌声响起……擎天柱默默抬起头说:“我需要摇号!”

  段子归段子,现实不能被忽视——随着汽车的普及,能源问题越来越突出。来看一组数据:

  目前世界汽车保有量约为 8 亿,预计到 2030 年全球汽车保有量将突破 20 亿辆,主要增量来自发展中国家。石油在交通领域的消费逐年增长。国际能源机构(IEA)的统计数据表明,2001 年全球 57% 的石油消费在交通领域(其中美国达到 67%)。预计到 2020 年交通用油占全球石油总消耗的 62%以上。美国能源部预测,2020 年以后,全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口,2050 年的供需缺口几乎相当于 2000 年世界石油总产量的两倍……

  自 1966 年深受“光化学烟雾事件”之害的美国加州首先制定排放法规对汽车排出的 HC 和 CO 加以控制后,世界各国关于汽车尾气排放法规陆续出台,要求愈来愈严格,这就要求各整车厂商积极开发各种节能减排技术。

  同时随着油价上涨,消费者也逐渐开始关注汽车燃料经济性,但是内燃机的效率存在极限,为了以更小的代价提升汽车的经济性和排放指标,混合动力成为了必然的技术路线。

  那么,混合动力到底是什么?

  在良好的工况下,传统的曲轴式内燃机具有相对较高的热效率(约为 30 %~40 %),但在实际行驶中这个数字很少达到。发动机存在一个最佳工作效率点,而主人对于汽车的指令则是多变的,死板的发动机君表示不可能既做到大扭矩起步又兼顾高速行驶,正因为如此工程师们才发明了汽车变速器来帮忙。

  P=T*n/9550(P 为功率,T 为扭矩,n 为转速,由此式可以看出,在发动机功率一定的前提下,扭矩和车速成反比。使扭矩和车速灵活变化,这就是变速箱的工作本质。)

  变速器的功能就是适应不同的行驶速度下对转速扭矩组合的不同要求,具体原理包括手动变速器(MT,Manual Transmission)、自动变速器(AT,Automatic Transmission)、无级变速器(CVT,Continuously Variable Transmission)、双离合变速器(DCT,dual-clutch transmission)等等,将来有机会再为大家详细介绍。

  变速箱小妹妹虽然从扭矩和转速的平衡方面解决了问题,但并不能满足灵活的功率需求。在堵车环境下,频繁加减速例如堵车环境,当发动机的输出功率远小于最大功率(如市区公共汽车),其内燃机平均输出功率约为其最大功率的(10 %~20 %)时,发动机君有劲使不出来,会严重降低发动机君的实际工作效率,为了让发动机能始终按燃料经济性(Fuel-economy)曲线在最佳状态下运转而与负载功率无关,人们想出了很多办法,以实现对车辆的制动能量回收与再利用,其中混合动力是最典型的解决方案。

  然后,混合动力小哥适时地出场了。

  混合动力(Hybrid - propulsion)是一种典型的新能源车辆技术。相当于增加了一个能量的“蓄水池”,其基本思想是:汽车在保留传统内燃机的基础上,加装第二能量源,为汽车提供辅助动力,这样可以使发动机工作速度以及功率恒定,甚至减少发动机运转时间,从而实现节能减排的效果。有很多人从常识出发,不理解用油发电,再用电驱动汽车为什么会减少损耗,认为这是很傻的做法。其实内燃机用来驱动汽车时候,经常处于低效率工作状态,而发电时候效率最优,这个差距非常大,弥补电池充放电损失绰绰有余。

  此外,混合动力车辆和电动车还可以通过回收汽车在减速时车身的动能并通过某种方式储存起来,在需要加速的时机释放,避免了在刹车时能源的浪费,还附带有延长刹车片寿命的效果。

  表 1 是车用发动机的能量分配图。所谓可逆能量是指可以回收再利用的能量,对行驶车辆而言主要是指它的动能。这样汽车的制动方式就有两种:一种为通常意义上的耗能制动(就是刹车片制动),一种为回收制动。

  表 1 车用发动机的能量分配图

  较之纯电动车,混合动力车具有如下优点:

  由于有内燃机作为辅助动力,蓄电池数量和质量可以减少,从而有效减轻汽车自身重量和成本;

  汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机水平;

  电池寿命限制减小,因此耐久性更高.

  较之内燃机车,混合动力车具有如下优点:

  可使原动机始终在最佳工况区域稳定运行,有效减少发动机变工况下的不良运行,从而带来发动机油耗和排放的降低;

  由于通过混合动力补充,因此可配备功率相对较小的发动机,并可回收汽车减速和制动时的能量,进一步降低汽车的能耗和排放;

  动力总成的能源优化控制策略决定了混合动力汽车节能和降低排放的效果,堪称混合动力汽车研究的核心问题。

  混合动力汽车可充分发挥内燃机和电动车各自的优点,同时避免各自不足。虽然不如纯电动的特斯拉那样炫酷,但是也因此摆脱了电池产能不足的困扰,价格方面也更为亲民,堪称目前技术条件下最具实际开发意义的节能技术之一,本系列文章下一篇给大家介绍混合动力技术的详细分类。

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