请问油电混动汽车的节能原理是什么?

请问油电混动汽车的节能原理是什么?

众所周知,混合动力汽车省油,是因为有了电机的参与,用电来减少发动机的参与,从而省油。

但很多人知其然,而不知其所以然。电机到底是如何使油耗降低的呢?今天丰丰就来给大家剖析一下。

首先,咱们有必要先复习一下传统发动机和变速箱的特性。

下图是某款发动机的万有特性图,它反映了发动机在不同转速、不同扭矩下的燃油效率情况。其横轴是发动机转速,纵轴是扭矩,等高线则是比油耗。

比油耗这个词大家应该比较陌生。它反映的是每克燃料转换成多少能量,也就是燃料的转化效率,数值越小代表效率越高。图中的绿色区域,就是这款发动机的效率相对比较高的区间。颜色越绿,代表此时的热效率越高(越省油);颜色越红,代表热效率越低(越费油)。

细心的朋友会发现,发动机并不是转速越低越省油,并不是说你开车的时候,一直把转速压在2000转以内就是最省油的开法。

实际上在2000-3000转之间,扭矩充分释放的时候,才是比较省油的工况。

是不是不太好理解?这么说吧:

燃油车在120km/h匀速行驶的时候,发动机转速通常在2500-3000转左右;

而在0-40km/h这个速度区间走走停停的时候,发动机基本就是从怠速到2000转之间。

转速高喷油频率也高,是不是应该更费油?其实问题在于燃油效率上。发动机在低负载和低转速下,燃料燃烧是不充分的,能量损失较多,转化效率低,自然就更费油。反映在万有特性图上,就是那些红色的地方。

那么如何使发动机尽可能工作在高效区间呢?这就是变速箱的功劳了。

变速箱可以通过不同的挡位,来调节发动机转速和扭矩的关系:

当车辆需要加速时,可以选择较大的传动比(低挡位),使发动机获得较高转速,既能爆发出更大扭矩,又能避免燃料不充分燃烧,从而提高热效率。

而在匀速稳定行驶时,又可以选择较小的传动比(高挡位),使发动机的转速维持在高效区间里面的较低处(并不是越低越好),以确保燃油效率。

所以为什么档位越多的变速箱越有利于省油,核心原因就在于挡位越多,传动比范围越宽泛,就越能有效地调节发动机转速。

随着化石能源日益枯竭,汽车需要寻找新的替代能源。电,就是一种比较理想的选择。1997年,丰田经过十余年的研发,终于实现了油电混合动力汽车的量产,就是大家熟悉的普锐斯。

那么“电”,到底是如何与“油”,共同驱动车辆,并实现节油目的的呢?

核心原理其实并不复杂——电机通过电池供电,在发动机低效率区间,代替发动机工作。

就是这么简单。

具体来说,可以分为以下几种场景:

起步时,提供额外的扭矩,弥补内燃机较差的低扭表现;

低速时,电机可以单独驱动车辆,内燃机关闭,直接不烧油了;

加速时,电机和发动机共同输出,提供额外的动力,减轻发动机负荷;

减速时,电机回收动能,转化为电能给电池充电,为下一次电驱做准备。

核心原理如此,但实际上油电混合动力在过去几十年的发展中,还是分化出了几种不同的技术路线。

根据电机辅助发动机的方式不同,混合动力系统又分为四种主要的技术路线:

串联式:也就是增程式,其内燃机作为增程器,只发电,驱动则完全依靠电机,因此也被叫做增程式电动车,它能实现和纯电车型完全一致的平顺性。但电池亏电后,以油换电的模式能量转化效率低,造成动力受限且油耗过高。

并联式:内燃机和电机两者既可以分别单独驱动车辆,也可以共同驱动。这是较为低成本的方案,加一个电机就可以快速把一台燃油车改成混动车,但由于保留了传统变速箱,导致结构过于只要亏电,顿挫且费油。

混联式:既能串联,又能并联,是目前市场上较为主流的混动形式。这种路线融合了串联和并联的优点,但后期调校难度大,容易造成顿挫,影响驾驶体验。

功率分流式:这是一种非常巧妙的结构,取消了传统的多挡变速箱,通过PSD行星齿轮组和两个电机(一个发电机一个驱动电机)构成的E-CVT调速机构,对发动机的转速进行全天候全速域的调节。这种路线对于油电混动策略的控制也最为智能,是最为高效且可靠的一种混动构型。

广汽丰田旗下的智能电混双擎系列车型,采用的正是这种技术路线。

早在1997年,丰田就首次把油电混合动力车型实现了量产。经过26年的更迭,最新的第五代智能电混双擎系统已经搭载于广汽丰田雷凌、凌尚、锋兰达等车型上。

除了发动机热效率高、动力输出极为顺畅这两大优势之外,丰田双擎混合动力在电机、电控、电池同样有着明显优势,并且在全球累计售出的两千万辆丰田混动车型中,没有出现过因电池故障引发的事故,可靠性毋庸置疑。

全新第五代智能电混双擎,三电系统得到了进一步的升级强化。

首先是高速驱动电机的输出功率提升32%,能量损耗降低19%。其次,全新开发的锂电池体积缩小34%,重量降低44%,同时电能输出提升8%。更强的输出和更强的重量,让车辆加速更加迅猛。

而在电控方面,第五代系统对发动机工况和混动逻辑的判断更加智能化,PCU动力控制单元的重量降低了17%,能量损耗降低约10%,这使得整套混动系统更加高效节油。

毫无疑问,全新升级的第五代智能电混双擎,在燃油经济性、动力性和可靠性方面,具备较大的优势。品质过硬且持续创新,是丰田混动始终保持行业领先的根本原因。广汽丰田扎根中国市场,未来也将持续为中国消费者创造更具颠覆性和质价比的品质座驾。

广汽丰田大家庭,期待你的加入!