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混合動力汽車現狀及發展趨勢淺析

  • 2015-12-16 13:56:58
  • 來源:中國汽車工業信息網

2014年12月9日,出席《聯合國氣候變化框架公約》第20輪締約方會議(COP20)的中國政府代表表示,2016~2020年中國將把每年的CO2排放量控制在100億t以下。而作為CO2排放大戶——機動車,據公安部交管局發布的數據,截至2015年6月底,全國機動車保有量達到2.71億輛。其中,汽車保有量占機動車總量的60%,達到1.63億輛。僅2015年前6個月就增加了750萬輛的機動車。伴隨著迅速提升的龐大市場保有量與愈加嚴苛的排放要求和指標,促使汽車人不得不尋求其它解決途徑——發展新能源汽車已成為未來汽車工業發展的方向。

在眾多新能源汽車解決方案中,綜合傳統燃油汽車和純電動汽車優點的HEV,基本不改變現有汽車產業結構,不改變現有能源體系及用戶使用習慣,成為最具現實開發意義及產業化前景的節能環保汽車。所謂HEV,是在一輛汽車上同時配備電力驅動系統(Traction Motor)和輔助動力單元(Auxiliary Power Unit, APU),目前HEV通常是指燃油發動機與電機組成的油電混合動力汽車。

與純電動汽車相比,HEV仍以內燃機為主要動力源,其續駛里程和動力性與傳統汽車相當,且可選用較小的電池組,無需修建大量充電設施。而且,由于可借助發動機動力帶動空調、轉向助力及其它輔助電器等,不需消耗有限的電池組電能,保證了駕駛和乘坐的舒適性;而與傳統內燃機汽車相比,HEV借助電機助力,可采用較小排量發動機,且可使發動機經常運行在高效工作點附近,從而大大減少汽車變工況(如低速、怠速等)下的排放;通過電機回收汽車減速制動時的能量,還能進一步降低汽車能耗和排放?梢,HEV在技術要求、開發成本和節能環保等方面具有綜合優勢,世界各主要汽車生產國及跨國企業都在積極開發裝備各自混合動力系統的汽車。

HEV動力系統分類

HEV動力傳動結構各種各樣,由此構成不同類型的混合動力車輛。可用如圖1所示的拓撲圖形方式來表達。從該圖可清楚辨別混合動力汽車與傳統汽車、純電動汽車以及燃料電池汽車之間的關系。

1. 按電池-電機和內燃機動力搭配比例區分,混合動力車輛可劃分為微混、輕度混合、全混合和插電式混合(PHEV)4種類型。

①微混合系統,也叫“起/;旌稀,可實現5%~10%的節油效果,電池-電機功率比率很小,電機僅作為內燃機啟動機/發電機使用,車輛驅動功率主要來自內燃機。其工作模式:車輛短時停車時發動機熄火取消怠速工況,車輛重新啟動時則由電機即刻發動內燃機;制動時由電機發電,回收制動能量。

②輕度混合系統,與微混相比,電池-電機功率比率加大,內燃機功率比率降低,有資料將電機功率比率不超過發動機最大功率的10%定義為輕度混合動力汽車,其節油可達10%~15%。工作模式除包括微混的兩種模式外增加了車輛加速、爬坡等工況時,電機向發動機提供輔助驅動的模式。

③全混合系統,相比輕度混合動力系統,電池-電機功率比例更高,典型比例電機功率達到內燃機最大功率的40%,不同試驗工況節油達30%~50%。其工作模式:制動能量回收;電池-電動或內燃機單獨驅動以及混合驅動,車輛起步、倒車、低速、緩加速時可純電動行駛,急加速時則有電機與內燃機同時驅動。Toyota Prius、Lexus RX 400h、Ford Escape Hybrid等都是全混合動力汽車。

④插電式混合動力(PHEV),這是最接近純電動汽車的混合動力模式,電機功率與純電動汽車基本相同,內燃機功率比例與全混動力汽車基本相同,電池容量比全混大但比純電動車輛小。工作模式為在純電動續駛里程內,車輛純電動驅動,超出電池能量則運行混合動力模式,內燃機起保證續駛里程作用,電池可通過外部電網充電,PHEV具有純電動汽車的全部優點,已成為HEV重要的發展和研究方向。

2. 按系統能量流和功率流配置結構關系,HEV可分為串聯式、并聯式、混聯式3種(如圖2所示):

①串聯式,該結構將發動機和發電機串聯,兩者可為一體,同時蓄電池與電機串聯,電機為最終驅動汽車行駛的動力部件,其能源可來自蓄電池或發動機發電機組。適合用于大中型汽車,目前多見于公共汽車。

②并聯式,汽車可由發動機和電機共同驅動或單獨驅動。電機只用做輔助動力時,功率可選擇比較小,外形尺寸和質量都較小,效率也較高。比較適宜城市間公路及高速公路等行駛工況穩定的路況,且其需動力復合裝置,傳動系結構較復雜,控制上難度也較大。

③混聯式,混聯式HEV是串聯式與并聯式的綜合,可以充分發揮串聯式和并聯式的優點,低速時驅動系統主要以串聯方式工作,高速穩定行駛時則主要以并聯方式工作,與并聯式相比混聯式動力復合機構更加復雜,存在控制難度大,成本高的問題。

在決定混合動力驅動系統時,混合度即電機與發動機功率比例及采用何種結構方式至關重要。電機功率越大,其尺寸、質量也越大,且需要更大能量的電池組,整車布置難度也越大;而發動機與電機結構關系直接決定了動力傳動系統復雜程度,同時影響整車控制難度。顯然這兩方面設計要參照整車開發目標加以確定,選擇合適的電機發動機功率比例及傳動結構。

HEV發展趨勢

HEV在保留內燃發動機及變速機構,增加電動驅動裝置,通過電機對發動機工況調節保證發動機在較理想的動力輸出狀態工作及低排放,同時又可以獲得符合實際工況需求的動力輸出,除此之外,混合動力系統還可以實現對普通汽車換檔品質,操控性能的改善,回收制動能量等,可以說是亮點頗多。

2015年4月22日,財政部、科技部、工業和信息化部、國家發展改革委聯合發布《關于2016~2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》(財建[2015]134號)。通知中要求,以上四部委將在2016~2020年、全國范圍內開展新能源汽車推廣應用工作,中央財政對購買新能源汽車給予補助,實行普惠制。這無疑是給新能源汽車提供了更大的市場商機。

就上海而言,存在公共道路資源有限與汽車保有量不斷攀升的嚴重矛盾。自從上海實行網上競拍滬牌的地方政策后,每個月的第二個周六都是新車主們反復爭奪的“必爭之地”。而上海為了響應國家鼓勵新能源汽車發展的政策,表示在本市購買符合國家政策要求的新能源車,將免費獲得新能源乘用車專用牌照,這意味著購買新能源汽車可以直接上牌。這大大增加了新能源汽車的吸引力。

上海市經信委發布,2015年1~7月共計銷售上牌新能源汽車19480輛,同比增長900%。其中比亞迪秦在上海十分熱銷,并成為新能源汽車中的銷量明星。同樣的,根據中國工業協會發布的數據,2014年我國共銷售新能源汽車7.48萬輛,同比增長3.2倍,其中插電式混動車型銷售2.97萬輛,占據大盤總量的39.7%,同比超過增長8.8倍,混合動力汽車正在迅速崛起。

在汽車電池技術還不成熟的當下,油電混合動力汽車是一個兼顧駕駛樂趣與排放的折中方案。雖然被稱為過渡產品,但必定會因其既能延續汽油機的工業基礎、又能成為電動車技術“試驗田”載體,而長期存在。各大車企紛紛加碼、加大研發投入就能驗證這一點。

(管理員)



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