一名政策研究人员眼中的混动系统:混淆动力为什么能省

浏览次数: 作者:admin 来源:未知 日期:2017-11-19
一名政策研究人员眼中的混动系统:混合动力为什么能省油? | 混动五讲 I

原标题:一名政策研究人员眼中的混动系统:混合动力为什么能省油? | 混动五讲 I

本文是驾仕派的原创文章,来自撰稿人鱼非鱼。

编者按:在一名政策研究人员眼中,什么是混合动力体系?它是怎样由来的?它将来的标的目标在哪里?此次,驾仕派常设驻扎在北美的特约撰稿人鱼非鱼,为小错误们发回了一轮科普了系列文章《混动五讲》--从政策研讨职员角度,以及集团的理解,用系统而又让巨匠比较好懂的方法,显现出当今汽车制造工业中混合动力范围的全貌。来日是该系列的第一讲:混杂能源为什么能省油?

写在前面:

随着各国政府对汽车油耗和排放的恳求日趋严格,混动化几乎是给内燃机“续命”的唯一方式;而另一方面,如果电动车终极真的将取代燃油车,在电池能量密度、价格,充电技术、充电装备树立尚未成熟之前,发展插电混合动力也是很有需要的过渡手段。因而,有越来越多的厂商都投入了更多的本钱研发混合动力技术,很有可能在十年以内就有一半的新售乘用车是某种形式的混动汽车--跟明天的车迷热衷于讨论发动机缸数、形式,变速箱类型,以及整车发动机和驱动安排方式一样,未来的车迷很可能也会对混动的各类技术情势耳熟能详。

作为一名政策研究人员,汽车工程本不是我的强项,但出于研究新动力汽车的须要,我也曾专门进修过混动技巧的情理和分类。这个系列一共5篇文章,包括混动为什么省油,混动的基本构型,行星齿轮混动技术,电机的位置和组合,以及混合水平分级等外容。写作的目的,是渴望让广大车迷和破费者对混合动力有一个基本的概念,同时也是我自己的一份深造笔记。如有不准确之处,还欲望各位友人不惜金玉。


提到混合动力,可能绝大部分人的第一印象,是省油。其实这个说法不太准确,以比亚迪秦、唐和三大混动超跑法拉利LaFerrari、保时捷918 Spyder、迈凯轮P1为代表的车型,偏偏是以动力机能而非油耗取胜(作为取向)的,在这些例子中,增加电机、电池的目的是突破内燃机技术的限制,省油并不是重点。所以,混动实践上提升的是“效率”,而不是燃油经济性。

那么,为什么混合动力的效率更高呢?

一个盛行的说法是,由于混动系统增添的电机在低速的效率更高。这个说法似是而非。

电机在绝大年夜多数转速和负荷区间效率都在85%以上,而内燃机今朝的最高记录是丰田最新的2.5L直列四缸直喷发动机,也只有41%。所以切实如果只是比两个动力机构的效率,电机无论在低速还是高速都是比内燃机更高的。

但另一方面,混合动力汽车上的电力并非凭空而来。年夜多数的混合动力汽车其实并不“混合能量”,而只是混合了“驱动系统”(drivetrain)--驱动电机的电力仍然来自于内燃机,但内燃机输出的能量经由了发电机跟电念头的两步额定损耗,总效力实在是低于内燃机直接驱动车辆的,网上现金打鱼

这套机构不电池的话,其实就是火车上用来调换机械变速箱的“电传动”机构。应用在柴油火车特别是柴油动力分散式的火车(即柴油动车组)上,存在结构简单、坚固性高和方便疏散部署的优势。但对汽车则效益无穷,二战时期斐迪南保时捷研发的虎P坦克就是一个反面例子,兰桂坊文娱城

假如电力来自于外接充电,火电厂的发电效率一般也只是比50%略多,经过电力输送、充电及电机驱动过程中的损耗,再考虑到电池增加的车重,最终驱动效率比运行在最佳状态下的纯内燃机汽车也只不过是略高。而且它省油也并不是因为电传动效率高,而是经过转化化学能的低点从车载热机转移到了范畴更大更高效的电厂热机。

当然了,整合两种动力驱动系统在某些情况下也可以提高效率。目前生界上先进的军用舰船,普遍设备了将柴油推进、柴电推进、燃气推动、蒸汽推进、核动力推进中的某两种或某一种的两型混合在一起的联合推进系统,从而统筹日常巡航的经济性和战斗时的高动力输出。

实践上,汽车也可能在日常行驶时使用小型高效发动机降落油耗,激烈驾驶再加入大排量高性能发动机增加输出。但轻型汽车的体积无限,需要克服的阻力对分量也十分敏感,如果仅仅是搞出两套动力系统,往往得不偿失。所以只要像涡轮增压、歇缸、可变气门正时、可变气门升程等让发动机特点可以改变的技能。额外增加一套动力系统的不是没有,但多半是为了四驱和高性能,油耗则一点都不低。


实际上,混动高效的关键,并不在于电机,而在于电池。或者更正确的来说,在于拥有一个峰值动力存储装置PPS(peaking power source)。跟油箱、天然气罐这些储能装置不合,PPS即使在车辆行驶的进程中也可以填充能量,而不只是释放能量。这个安装在混动系统中经过三个方面来晋升效率--

起首,如下面这张BSFC图所示,内燃机的高效任务区间非常狭窄,往往只局限在中低转速、中高负荷的狭小领域。汽车日常行驶的功率需求远比最佳区间低,而剧烈驾驶或爬坡时转速和负荷又都比这个区间高,效率就低了很多。而PPS则起到了“削峰填谷”的感召,发动机最优任务功率高于路况需要功率时,多余功率经过电机转化为电能储存在电池中;低于路况需求功率时则电池贮存的电能驱动电机与发动机奇特驱动车辆。多么一来,内燃机就可以永远(或在更多情形下)任务在最优或濒临最优的区间。

下图中横轴为转速,纵轴为扭矩,蓝线为功率,也即动力需要,百分比曲线为节气门开度,等高线色块为单元做功的燃油消耗量,即燃油效率,可以看出,内燃机的低转速低负荷时的效率可能只要最优区间的60%或更低。

而更进一步的,因为电机可以对内燃机形成补充,削峰填谷,所以内燃机的设计可以更为极端,只斟酌在最优工况任务时的热效率和NVH(振动、噪音战斗顺性),而不需要像传统动员机一样兼顾其他工况。

今朝丰田、本田等车厂生产的混合动力系统广泛采用的阿特金森循环发动机,在低转速、低骨气门开度时扭矩很差,如果没有电机的低转速高扭矩做弥补的话,是分歧适使用在家用汽车上的。

最后,PPS的存在也使得动能回播种为可能。传统汽车不才坡或减速、制动时动能转化为刹车片的热能,兰桂坊文娱城,白白浪费失踪还增长刹车片磨损,但混合动力汽车因为有一个相对大的储能机构,就可以将这些动能收受接收,之后再用于驱动车辆。

虽然大部分混合动力汽车都用电池作为PPS,但其实PPS还可以采用其余的装置。


马自达在创驰蓝天动力系统中使用的i-Eloop微混系统就采取充放电更快、也更长久的电容作为PPS。不外超级电容的单位能量所需的体积太大,因此极少在电动化程度更高的弱混和强混系统上采用。

F1赛车的动能收受接管系统,即所谓的KERS(Kinetic energy recovery system),则往往采用飞轮作为储能机构。飞轮固然有能量随时光损耗较快的弊病,但充能功率更高,并且单位重量能储存的能量也更高,F1赛车的版本可以供应120kW的加力,很合适短时间高频率充放能的赛车。沃尔沃也曾经发布过平易近用飞轮混合动力系统的概念,网上现金打鱼

液压装置也能够作为PPS。与飞轮一样,网上现金打鱼,相同分量的液体比电池储存的能量更多,诚然充放能的功率和义务效率没有飞轮高,但损耗较小,多在中大型车辆上采用。美国的UPS曾经应用过一批液压混合动力车辆,也有公司研发过液压混合动力的城市公交车和工程车。

与液压很相似的还有压缩空气,重量更低,但体积则更大。法国的PSA在紧缩空气混合动力方面研究多年,已经推出过样车。

飞轮、液压跟压缩空气都并非用来存储动力,自然这几多种混淆动力也就并不利用电机了。

明天将来将推出《混动五讲》第二篇--混合动力系统有哪些“姿势”? 敬请等候

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