以豐田雙擎技術(shù)為例 解析混合動(dòng)力系統(tǒng)

時(shí)至今日，乙醇燃料車、甲醇燃料車、混合動(dòng)力車、純電動(dòng)車、插電式混合動(dòng)力車、太陽(yáng)能電動(dòng)車、氫燃料電池車均層出不窮。

混合動(dòng)力車在駕駛和維修保養(yǎng)方面與傳統(tǒng)汽車幾乎沒有區(qū)別，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)汽車油耗減少40%的環(huán)保效果，與此同時(shí)，混合動(dòng)力車的動(dòng)力性能還能提升30%。正是因?yàn)樵诠?jié)能環(huán)保上更好的兼顧了駕駛體驗(yàn)，混合動(dòng)力車被認(rèn)為是目前最有利于普及的環(huán)保車。

提到混合動(dòng)力車，堪稱"鼻祖"的豐田無(wú)疑是一枝獨(dú)秀，實(shí)際上，豐田早在1997年12月就發(fā)布了世界上第一款量產(chǎn)混合動(dòng)力車--普銳斯。自第一臺(tái)普銳斯誕生18年來(lái)，豐田混合動(dòng)力車已經(jīng)在全球?qū)崿F(xiàn)了累計(jì)銷量突破800萬(wàn)輛，全球平均月銷量保持在10萬(wàn)輛左右的水平。當(dāng)然提及豐田混動(dòng)，更不能忽視著名的THS系統(tǒng)，THS系統(tǒng)全稱Toyota Hybrid System，屬于混聯(lián)式混合動(dòng)力，豐田旗下普銳斯、凱美瑞尊瑞等混合動(dòng)力車型均搭載的THS系統(tǒng)。

THS系統(tǒng)主要部件有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、永磁交流同步電機(jī)、發(fā)電機(jī)、高性能金屬氫化物電池盒以及功率控制單元。其中不同的車型搭載搭載的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)各異，但相同的一點(diǎn)就是采用的阿特金森循環(huán)。

卡羅拉雙擎采用了豐田油電混合雙擎動(dòng)力技術(shù)，它能夠使汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，充分利用各動(dòng)力源的優(yōu)勢(shì)，高效地控制輸出分配，從而實(shí)現(xiàn)高加速性能和靜謐性、低油耗、低排放的并存。

高效的混合動(dòng)力技術(shù)確保出色的動(dòng)力性能，同時(shí)兼顧低油耗、低排放?？_拉雙擎1.8L阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)搭配E-CVT電子無(wú)極變速系統(tǒng)，與電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)工作。在日常生活尤其是城市道路行駛時(shí)最常見的時(shí)速20-50公里/小時(shí)下，加速達(dá)到3.1秒，而百公里油耗僅為4.2升。此外，其高效發(fā)動(dòng)機(jī)自身已經(jīng)最大限度地減少了尾氣排放，在單獨(dú)依靠電動(dòng)機(jī)行駛時(shí)，減少環(huán)境污染。

油電混合車的基本架構(gòu)是引擎+電動(dòng)馬達(dá)兩種動(dòng)力系統(tǒng)，再加上控制模塊、電池組等。

一.按照動(dòng)力系統(tǒng)的搭配方式可分為：

(1) 串聯(lián)式 (2) 并聯(lián)式 (3)串并聯(lián)式

串聯(lián)式(SHEV)特點(diǎn)：

SHEV是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。在車輛行駛之初，蓄電池組處于電量飽和狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作，蓄電池輸出的直流電經(jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輪。蓄電池組電量低于 60%時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾碗姵剌敵龅闹绷麟娊?jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

并聯(lián)式(PHEV)特點(diǎn)

PHEV是由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩大動(dòng)力總成組成。它們采用"并聯(lián)"的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，可以：(1)在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸處進(jìn)行組合;(2)在變速器(包括驅(qū)動(dòng)橋)處進(jìn)行組合;(3)在驅(qū)動(dòng)橋處進(jìn)行組合。驅(qū)動(dòng)模式為：1)以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪;2)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪;在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四驅(qū)動(dòng)模式。

混聯(lián)式(PSHEV)特點(diǎn)

PSHEV是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大動(dòng)力總成組成。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相適合，可以在變速器(包括驅(qū)動(dòng)橋)處進(jìn)行組合，也可以在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合。其驅(qū)動(dòng)模式為：1)以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)，并獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪;2)以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪;3)在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四輪驅(qū)動(dòng)模式。

二.按照Hybrid程度來(lái)區(qū)分混合動(dòng)力系統(tǒng)：

輕度/微混合動(dòng)力

這種混合動(dòng)力系統(tǒng)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，但是它的電機(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。

本田"輕混"車型

中度混合動(dòng)力

該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。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。這種系統(tǒng)的混合程度較高，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。

全混合動(dòng)力

該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，通過車載電池供電，電動(dòng)機(jī)可以在啟動(dòng)或巡航過程中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，在加速或者電池能量不足的情況下，再由內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)或者聯(lián)合電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度更高。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)力技術(shù)的主要發(fā)展方向。[!--empirenews.page--]

插電混合動(dòng)力

插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)，是一種將純電動(dòng)系統(tǒng)和現(xiàn)有混合動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于車輛帶有外接插入式充電系統(tǒng)，車輛可以單獨(dú)利用電動(dòng)機(jī)行駛較長(zhǎng)的距離，將內(nèi)燃機(jī)的工作比例進(jìn)一步縮小，提供更好的節(jié)油比例，但會(huì)消耗一定的電能。同時(shí)，又解決了目前純電動(dòng)汽車巡航里程短的問題。但隨著電池技術(shù)的發(fā)展，插電式混合動(dòng)力僅僅是一種過渡方案。

所以在所有新能源車型中與“弱混”系統(tǒng)相比，"輕混"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，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)。

雖然都采用的是ISG系統(tǒng)，與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。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。完全混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了272-650v的高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，混合程度更高。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度可以達(dá)到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)力技術(shù)的主要發(fā)展方向。在技術(shù)層面上"完全混合"還沒有"中度混合"成熟。