还地球一片蓝天 新能源汽车技术全解析

2011-06-19 08:58:03来源: 太平洋汽车网  关键字:地球  蓝天  汽车技术  解析

  目前地球的石油资源越来越匮乏,为了保证人类出行便利,各大汽车厂家纷纷研制新能源汽车采用混合动力技术的丰田普锐斯可谓是最早进入中国的新能源汽车了。实际上,除了混合动力汽车,新能源车还包括电动车和燃料电池车。接下来,笔者将为大家做一个全面的介绍。 

  新能源汽车概述

  新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。其中以混合动力汽车和电动车是目前新能源汽车发展的主流。具体形式参见下表

  混合动力技术:让堵车时不再费油

  顾名思义,混合动力汽车就是动力系统由燃油动力和电动力两部分组成。所谓燃油动力是指使用传统内燃机燃烧汽油或者柴油,释放化学能驱动汽车前进的动力系统。电动力则是由车载电池提供电力辅助燃油动力系统的电动系统。

  由于有了电动机介入,整套动力总成可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控,让发动机保持在综合性能最佳的工况内工作,从而降低油耗与排放。不过这只是笼统的概念,实际上混合动力技术也有轻型、中型、重型三种分类。

  电动汽车:零排放低噪音

  所谓电动汽车,是指以纯电动车是指完全由动力蓄电池或燃料电池提供电力驱动的电动车。纯电动车只能依靠电力行驶,因此其有害空气排放为零。另外,由于电动机本身的特质电动汽车的噪音也远低于传统内燃机汽车。理论上讲,由于纯电动汽车的变速箱只有一档即最终减速机。因此纯电动汽车的动力总成也要比传统内燃机小很多,有利于提升车内空间。

  轻型混合动力:并非真正的混合动力

自动启停工作原理

  由于汽车在拥堵时发动机怠速的油耗几乎可以说就是浪费,因此让怠速时发动机不工作也就是轻型混合动力研发的初衷。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机上加装了皮带驱动启动电机。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。

SMART Fortwo

  出于成本考虑,采用这种混合动力的多是微型车或者小型车,SMART Fortwo就是最典型的例子,该车在刹车减速时。当车速低于8公里每小时,发动机会自动熄火;而你要继续行驶时,只需轻触油门发动机就可以重新工作了。严格意义上讲,轻型混合动力不算是混合动力,因为其仍是靠燃油提供动力。由于轻型混合动力降低了排放和油耗,所以很多汽车厂商宣传其为混合动力。

  中型混合动力:电机不能独立驱动汽车  

本田思域混合动力

  而中型混合动力则在轻型混合动力增加了电动机。在汽车行驶过程中,中型混合动力的电动机可以辅助发动机驱动汽车行进。中型混合动力车型可以在减速和刹车时进行能量回收,为蓄电池充电以备电动机使用。但是这台电动机不能独立驱动汽车行驶。通常在城市路况下,采用中型混合动力系统的车辆平均节能20%。

大众途锐混合动力

  目前中型混合动力技术成熟,应用广泛。现款思域混合动力汽车就是其中的典型代表。该车搭配一台1.3升汽油发动机和CVT变速箱组成的动力总成,一台功率为26马力的电动机作为其辅助。除此之外,中型混合动力还广泛应用于一些高端车型,例如雷克萨斯的LS600h以及大众的途锐混合动力。尽管如此中型混合动力的节能效果仍然很有限。

  重型混合动力:节能效果最好

  重型混合动力是目前动力混合形式最好的混合动力技术,我们在文章开头所提到的丰田普瑞斯就是首款量产重型混合动力车型。与中型混合动力不同的是,重型混合动力的电动机可以独立驱动汽车前进。在城市拥堵道路上,重型混合动力车型的发动机工作得更少,自然也就更加节能环保。

国内现售款丰田普瑞斯

普锐斯在低速(左)和正常行驶(右)时的工作状态

  以国内现售丰田普瑞斯为例,该车采用1.5升汽油发动机和CVT变速箱,另有一台68马力的电动机作为辅助。车辆启动和低速驾驶时,只靠电动机来启动和运行,不发生燃油消耗。正常行驶时,交替使用发动机和电动机,电脑控制动力分离装置和动力控制单元,使燃油消耗保持很低的水平。

普锐斯在高速(左)和制动(右)时的工作状态

  高速行驶时,动力控制单元将电池的电压升至500伏,驱动发动机的同时和发电机一起驱动电动机,提供更高的输出功率。制动、减速、下坡时,电动机作为发电机,把损耗的动能转化成电能贮存在蓄电池中,这更适合路况复杂的城市道路。

海外版第三代丰田普锐斯

  目前,已经在海外上市的第三代普锐斯(国内现售款为第二代),则换装了1.8升发动机,最大输出功率为73kW(99马力);而电动机最大功率为60kW(82马力),系统那个输出功率为136马力;电力蓄电池为锂离子电池,额定电压为345.65V,在纯电动模式行驶时的最高时速可达100km/h,而充电时间则为180分钟(AC100V),100分钟(AC 200V)。

  插电式混合动力:重型混合动力的升级

丰田普锐斯插电式混合动力概念车

  可以预见的是,电动车将是未来的发展方向。因此,目前大行其道的混合动力车也就成为了一种过渡产品。丰田等厂家纷纷推出插电式混合动力车型也是延长混合动力车寿命的一种方法。由于插电式混合动力车可以直接由电网充电,个人用户在家中也可为车辆充电。当电动车普及之后,插电式混合动力汽车仍将有一定生存空间。

  充电式电动车:简单易行的新能源车

  既然我们说电动车是大趋势,那么什么是电动车呢?用最直白的话讲,就是用电力驱动的车。没错,充电式电动车的原理十分简单,而且电动机和电池技术目前都已经十分成熟。

宝马 Active E动力结构

  目前,以量产车改装而成的电动车,都由于放置电池等原因占用了很多的空间。宝马的Active E就是个典型的例子。由于需要放置电动机,相比其原型车1系Coupe,宝马Active E的车内空间以及行李箱空间都大为减少。

日产聆风

日产聆风的充电插头(左)和电池组(右)

  不过以目前的技术,由于锂电池的大量应用,电动车的续航能力和电池寿命已经有了明显的改善。日产 LEAF聆风,配备了由锂离子电池驱动的电动机为动力,巡航里程可以达到160公里以上。日产LEAF聆风使用220伏交流电,大约需要8小时左右就可以充满。如果有紧急情况,通过10分钟的快速充电,日产聆风就可行驶50公里,方便车主长途行驶。

  日产LEAF聆风的层叠式紧凑型锂离子电池最大输出功率可以达到90千瓦,电动机的输出功率则有80千瓦,扭矩峰值可以达到280牛·米。另外,由于日产LEAF聆风的电池布置在车底,并没有挤占行李箱空间。相对于同平台的骐达而言,日产LEAF聆风的实际使用空间还要大一些。

  增程式电动车:用汽油提供更多的电力

雪佛兰VOLT沃蓝达

雪佛兰VOLT沃蓝达的发动机(左)以及电池和油箱(右)

  目前,电动车的推广面临最大的困难就是充电不方便,为此雪佛兰推出了VOLT沃蓝达增程式电动车。除了靠电力驱动的特点外,在这辆车上面,雪佛兰还安装了一台发动机。这台传统内燃机是专门为电池充电的。它在平时并不启动的,只有VOLT沃蓝达的电池电力不足时才工作。雪佛兰VOLT沃蓝达的油箱可以存储45升汽油,可以为该车提供450公里的续驶里程。

  燃料电池车:少数派

  目前除了普通的充电式电动车和增城市电动车,还有一种用燃料电池驱动的电动车。燃料电池车通常有一个储存氢气的液态气体罐。其电池的能量是通过氢气和空气中的氧气发生化学作用,直接变成电能的。以B级燃料电池车为例,其续航里程达到了400公里。奔驰官方称,该车每次充满燃料仅需3分钟,相对于充电式电动车动辄8个小时的充电时间,燃料电池车非常适合日常使用。

奔驰B级燃料电池车

  不过氢燃料电池汽车离量产还有很长的距离,而且氢燃料罐是否足够安全性也有待考察。氢燃料电池需要氢气作为燃料,工业上生产较纯氢气的传统办法是电解水发,但是该方法生产氢气产能有限,而且耗能较高,据美国专家介绍生产一升液态氢气平均需要需要45度的电能。另外和充电式电动车一样,氢燃料电池车也面临着加氢站建设难的问题。

  电动车的其他优势:科技感更强

雪佛兰VOLT沃蓝达和日产聆风的中控台十分具有科技感

  除了众人皆知的零排放的优势,电动车还具有其他一些传统内燃机车不具备的优势。由于电动机的变速箱一般只有一个最终减速机,所以车内空间会得到一定的提升。在驾驶感觉方面,电动机在较低转速时就可以输出最大扭矩,十分适合城市拥堵路段行驶。另外,电动车在人机交互方面也具有很强的科技感科技感。

  新能源汽车发展的瓶颈

  对于新能源汽车而言,目前还有很多的瓶颈。混合动力汽车的高昂售价是其最主要制约因素。以凯美瑞240车型为例,普通汽油版车型售价为25.38万元;混合动力版车型售价为33.98万元。两款车售价相差了8.6万元。

凯美瑞混合动力版

  假设汽油版240V至尊版车型平均油耗为13升/百公里,其混合动力车型240HV至尊版的油耗约为8.6L/百公里。如果以一年行驶20000公里计算,混合动力车型一年可省油880L。以93#汽油每升8元计算,则每年可因汽油而节省约7040元,12年才可以填平车型指导价上的“先天劣势”。

比亚迪F3DM 2008款  

  充电式电动车的普及,关键在于充电设施的建设。目前电力供应商和汽车厂商就还在充电标准问题讨价还价。不过,一旦充电标准形成,大规模建设充电桩的成本将成本相对较低。在我国深圳等试点城市,电力供应商可以为每一个购买比亚迪电动汽车的市民免费安装充电桩。具比亚迪官方介绍说,F3DM低碳版底盘串联了100节铁电池,可在使用2000次后容量还有80%以上,实际可使用4000次。该车实际续驶里程为1.5万公里,则一辆车上的铁电池实际可以使用23年。

  总结

  综上所述,充电式电动车将是未来主流。在不久的将来混合动力汽车将逐步被电动车代替。因此,非插电式的混合动力汽车的前景将会越来越小。等待充电式电动车的普及,购买增程式电动车或者插电式混合动力汽车就是目前最可行的新能源汽车解决方案。


 

 

 

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0619/article_3893.html
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