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為節(jié)能努力 各種電動(dòng)車型結(jié)構(gòu)/原理淺析
隨著新能源汽車越來(lái)越受到國(guó)家和汽車廠商的關(guān)注和重視,各種純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車以及替代能源汽車如雨后春筍般推出,第25屆世界電動(dòng)車大會(huì)更是剛剛在深圳閉幕,到底這些電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)是怎樣的,工作原理是什么,所謂的插入式混合動(dòng)力、混合動(dòng)力有何區(qū)別,下面我們來(lái)一一介紹一下:

純電動(dòng)

    純電動(dòng)汽車是完全由可充電電池(如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池)提供動(dòng)力源的汽車。由蓄電池提供給電機(jī)動(dòng)力,電機(jī)帶動(dòng)車輪行駛。

    代表車型——電動(dòng)版高爾夫/朗逸

    結(jié)構(gòu)/性能:電動(dòng)版高爾夫朗逸的動(dòng)力系統(tǒng)完全相同,其電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高功率為85千瓦/115馬力,連續(xù)輸出功率為50千瓦/69馬力,最大扭矩為270牛·米。電池系統(tǒng)是由以180個(gè)鋰離子電池單元組成的30個(gè)電池模塊組成,容量為26.5千瓦時(shí)。

    其中高爾夫的電池系統(tǒng)安裝于后備箱下面底部(后背箱總?cè)莘e237升),后排座椅下面以及前后排座椅之間下面的底部。從靜止到時(shí)速100公里的加速時(shí)間僅11.8秒,行駛里程可達(dá)150公里。而電動(dòng)版朗逸的蓄電池通過(guò)專用的電池框架分別固定在乘員艙地板下及后備箱內(nèi),從靜止加速到百公里/小時(shí)用時(shí)約11秒,最高時(shí)速可達(dá)130公里/小時(shí)。

    充電方式:蓄電池可以通過(guò)家用220/230伏電源直接充電,根據(jù)蓄電池情況的不同,充電時(shí)間最長(zhǎng)需要7小時(shí)。如果連接340/400伏電源,充電時(shí)間明顯縮短,只要3.5小時(shí)。

    ● 混合動(dòng)力汽車

    混合動(dòng)力汽車指的是兩種動(dòng)力方式驅(qū)動(dòng)車輛的形式,通常我們所說(shuō)的混合動(dòng)力一般指油電混合動(dòng)力,即燃料(汽油,柴油等)和電能的混合。混合動(dòng)力有兩種分類方式。根據(jù)在混合動(dòng)力系統(tǒng)中,電機(jī)的輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率比中占的比重,也就是常說(shuō)的混合度的不同,混合動(dòng)力系統(tǒng)可以分為:微混合動(dòng)力系統(tǒng)、輕混合動(dòng)力、中混合動(dòng)力、強(qiáng)混合動(dòng)力。另外根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式,混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以分為串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)、并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)、混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。而如今,我們接觸得比較多的是第二種分類方法,下面我們就來(lái)了解一下:

  微混

    微混合動(dòng)力系統(tǒng)指的是:在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)(一般為12V)上加裝了皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)(也就是常說(shuō)的Belt-alternator Starter Generator, 簡(jiǎn)稱BSG系統(tǒng))。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機(jī),用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止,從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速,降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來(lái)講,這種微混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動(dòng)力汽車,因?yàn)樗碾姍C(jī)并沒(méi)有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。

    代表車型——風(fēng)神S30 BSG、奇瑞A5 BSG、駿捷FSV啟停版

    駿捷FSV啟停版/東風(fēng)風(fēng)神S30BSG,采用自動(dòng)啟停技術(shù),遇到紅燈或者交通堵塞停車狀況下通過(guò)微混合動(dòng)力技術(shù)取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速,與混合動(dòng)力其他技術(shù)相比,優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,和普通燃油車型一樣,沒(méi)有另外的電機(jī)系統(tǒng)。

  弱混

    弱混或者稱之為輕混合動(dòng)力系統(tǒng)指的是:弱混的混合度一般在20%以下的混合動(dòng)力系統(tǒng)。采用了集成啟動(dòng)電機(jī)的系統(tǒng)(Integrated Starter Generator,ISG系統(tǒng))。除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止,其還能夠?qū)崿F(xiàn):在減速和制動(dòng)工況下,對(duì)部分能量進(jìn)行吸收;在行駛過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動(dòng)需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 
 
    代表車型——旗云3 ISG

    奇瑞旗云3 ISG混合動(dòng)力汽車?yán)?.3升發(fā)動(dòng)機(jī)和10kW電機(jī)扭矩疊加方式進(jìn)行動(dòng)力混合,以發(fā)動(dòng)機(jī)為整車主動(dòng)力源,電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)起“補(bǔ)峰平谷”的作用,實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)效率,既能達(dá)到1.6升常規(guī)汽油車的動(dòng)力性,又能節(jié)省燃油消耗。

    中混

    中混合動(dòng)力系統(tǒng)指的是:同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同,混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。這種系統(tǒng)的混合程度較高,可以達(dá)到30%左右。另外,中混合動(dòng)力系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能:在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí),電動(dòng)機(jī)能夠輔助驅(qū)動(dòng)車輪,從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足,從而更好的提高整車的性能。

    代表車型——思域混合動(dòng)力版

    結(jié)構(gòu)/性能:混合動(dòng)力版新思域采用Honda以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為主體,通過(guò)1.3L排量的i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī),創(chuàng)造出良好的行駛性及燃油經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)輔以薄型直流無(wú)刷電機(jī)提升燃油效率,其中電機(jī)的功率為15kW。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的最大扭矩為123Nm/4600rpm。官方公布的綜合油耗能達(dá)到4.7L/100km。

 

    工作狀態(tài):在實(shí)際行駛過(guò)程中,混合動(dòng)力版新思域在初始加速、加速行駛和急加速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)工作,同時(shí)電機(jī)加以輔助驅(qū)動(dòng);在緩加速和低速巡航時(shí),則只有電機(jī)工作;高速巡航時(shí)則僅為發(fā)動(dòng)機(jī)在工作。此外在減速行駛時(shí),電池將回收動(dòng)力進(jìn)行充電;而停駛等待時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)保持怠速自動(dòng)停機(jī)的狀態(tài)。

  強(qiáng)混/完全混合動(dòng)力

   強(qiáng)混指的是混合程度更高的混合動(dòng)力系統(tǒng),該系統(tǒng)采用高功率、高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī),混合程度更高。一般情況下,強(qiáng)混的混合度可以達(dá)到甚至超過(guò)50%。

   代表車型——途銳

 

   動(dòng)力系統(tǒng)組成/性能:汽油動(dòng)力部分搭載V6機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī),最大輸出功率333馬力,最大扭矩為440Nm;匹配一款47馬力的電動(dòng)機(jī),合并最大功率為380馬力和最大扭矩為580N·m,其0-100公里/小時(shí)加速時(shí)間6.5秒。途銳混合動(dòng)力車型可以在純電動(dòng)模式下加速至48.3公里/小時(shí)。

    工作狀態(tài):

    ★在停車時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)由啟動(dòng)-停車系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)需要行駛時(shí),車輛完全通過(guò)電動(dòng)機(jī)和電池中的能量進(jìn)行啟動(dòng)、加速,其中電池為電動(dòng)機(jī)提供電能,在電池有電量的前提下,途銳城市道路中以30km/h的速度行駛時(shí)一直靠電力驅(qū)動(dòng)。

    ★從30km/h繼續(xù)加速到50km/h時(shí),TSI發(fā)動(dòng)機(jī)將啟動(dòng),通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)迅速達(dá)到預(yù)想的速度,此時(shí)電動(dòng)機(jī)不工作。以50km/h勻速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。

    ★繼續(xù)加速時(shí)候,途銳的電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作來(lái)滿足這種最大的動(dòng)力需求。同時(shí)電機(jī)如同發(fā)電機(jī)一樣工作,向混合動(dòng)力電池提供電力,進(jìn)行充電。

    ★當(dāng)減速時(shí),電機(jī)起到發(fā)電的作用的同時(shí)也起到輔助減速的作用,將回收部分動(dòng)能,將其轉(zhuǎn)化為電池中,也就是為混合動(dòng)力電池充電。而不是將制動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能散發(fā)掉。

插入式混合動(dòng)力

    由于加入了充電裝置,我們這里暫且把插入式混合動(dòng)力從普通式混合動(dòng)力中分離出來(lái)談。插入式混合動(dòng)力和普通的混合動(dòng)力車的區(qū)別在于:插入式混合動(dòng)力配有電池充電裝置,在電池沒(méi)電時(shí),可通過(guò)外接電源給蓄電池充電,另外由于電池蓄電能量高出以往的油電混合動(dòng)力車,因此在短途行駛時(shí),主要以EV模式為主,在長(zhǎng)途移動(dòng)時(shí)則可兼用發(fā)動(dòng)機(jī),更好的發(fā)揮了油電混合動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)。

    代表車型——第三代普銳斯

    動(dòng)力系統(tǒng)組成和性能:普銳斯外插式混合動(dòng)力車型搭載1.8L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)。其中1.8L發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為2ZR-FXE,最高輸出功率為99馬力/5200rpm,電動(dòng)機(jī)最高輸出功率為82馬力,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力耦合時(shí)的最高輸出功率為136馬力。動(dòng)力蓄電池為鋰離子型式,額定電壓為345.6V(3.6V X 96個(gè)單元),容量為5.2kWh。官方公布的EC工況下的油耗為2.6L/100km,二氧化碳的排量為59g/km。

 

『前端搭載的是發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī);后端為電池』

    工作狀態(tài):起步時(shí),普銳斯只用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),能量來(lái)自于車載電池,發(fā)動(dòng)機(jī)完全處于停止?fàn)顟B(tài)。純電動(dòng)狀態(tài)下,普銳斯能夠行使20km左右的范圍,同時(shí)在制動(dòng)時(shí)候產(chǎn)生的能源作為電力能源回收。EV模式行駛的最高時(shí)速可達(dá)100km/h。當(dāng)電池沒(méi)有電時(shí),可以通過(guò)外接電源來(lái)補(bǔ)充,在200V的電源時(shí),大約100分鐘的時(shí)候可以完成充電。

    當(dāng)需要達(dá)到100km/h時(shí)速以后,可以自動(dòng)的從電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)變到混合驅(qū)動(dòng)模式,及發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng)車輛。

增程式電動(dòng)車

    驅(qū)動(dòng)方式:完全靠電力驅(qū)動(dòng),汽油或者其他輔助動(dòng)力系統(tǒng)給電池提供電力。從“增程”的字面上我們就能簡(jiǎn)單的理解為這是一款能夠“增加行駛里程的”電動(dòng)車。在起步或者短途行駛時(shí),由電池經(jīng)過(guò)逆變器為電機(jī)提供動(dòng)力,電機(jī)帶動(dòng)車輛行駛;而當(dāng)電池組的電力耗盡后者不充足時(shí),則可以通過(guò)車載的汽油或其他形式發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電機(jī)來(lái)為車輛電驅(qū)系統(tǒng)繼續(xù)提供電能。值得注意的是,和插入式混合動(dòng)力車型的區(qū)別在于,這類型的車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)都偏小,并且只為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力,而不直接參與驅(qū)動(dòng)車輛。

    代表車型:進(jìn)口車型——雪佛蘭Volt

    雪佛蘭一直稱Volt是一款增程型電動(dòng)車,搭載得是通用大名鼎鼎的Voltec技術(shù)。這套系統(tǒng)除了在Volt上使用,還搭載通用其他車型上。雪佛蘭Volt混合動(dòng)力車采用一臺(tái)額定功率為45kW(峰值輸出功率為120kW)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪的驅(qū)動(dòng)方式,配合1.0L 3缸渦輪增壓ECOTEC汽油發(fā)動(dòng)機(jī)以及最大輸出功率為53kW的發(fā)電機(jī)共同工作。車載電池采用的是美國(guó)A123公司生產(chǎn)的,容量為16kwh的鋰離子充電電池。

 

Volt結(jié)構(gòu)示意圖』

    其電力系統(tǒng)可以產(chǎn)生大約150馬力(110kw),370Nm的扭矩輸出,最高車速能達(dá)到161km/h,百公里加速時(shí)間約為9秒。當(dāng)行駛里程在約64公里以內(nèi)時(shí),雪佛蘭Volt電動(dòng)車可以完全只依靠車載16千瓦時(shí)的鋰離子電池所儲(chǔ)備的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)。

    而當(dāng)電池組的電力耗盡時(shí),則可以通過(guò)車載的汽油或乙醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)為車輛電驅(qū)系統(tǒng)繼續(xù)提供電能。另外在提供電能的同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也同時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為電池充電。

    充電方式:如果說(shuō)通過(guò)外界電源充電獲取行駛所需電力,則Volt需在110伏電源上充電約6個(gè)小時(shí),如果使用220伏電源充電則只需三個(gè)小時(shí)就可以充滿。

    ● 燃料電池混合動(dòng)力

    燃料電池車是在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能,并作為主要?jiǎng)恿υ打?qū)動(dòng)的汽車。燃料電池混動(dòng)汽車是混東車型的一種,在車身、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面,與普通混動(dòng)汽車基本相同,主要區(qū)別在于動(dòng)力源的工作原理不同。

    代表車型——豐田FCHV-adv

    豐田FCHV-adv采用燃料電池混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式,其中燃料種類為氫氣,存貯在高壓貯氣罐里,最高充氣壓力可達(dá)70Mpa,貯氣罐的容積達(dá)到了156L;氫氣輸送到燃料電池中與氧氣經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)輸出電能,這個(gè)燃料電池為固體高分子型,可最高輸出90kW功率

『結(jié)構(gòu)/原理示意圖』

    給車輛提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)為交流同步電機(jī),最高輸出功率為90kW(122馬力),最大扭矩為260Nm,同時(shí)在車輛減速時(shí)還可作為發(fā)電機(jī),回收機(jī)械能量。而車后的蓄電池為最高輸出功率為21kW的鎳氫蓄電池,可在車輛減速時(shí)存儲(chǔ)回收能量,在加速時(shí)候則可以輔助燃料電池的動(dòng)力輸出。

    隨著技術(shù)的日新月異,簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)的混合動(dòng)力的分類已經(jīng)不能很好的描述以及區(qū)分現(xiàn)在各種電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)方式。其實(shí)是何種驅(qū)動(dòng)方式并不那么重要,重要的是如何真正的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,為減少汽車的排放做出實(shí)質(zhì)性的努力。

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