以丰田普锐斯为例,看混合动力车如何省油省钱

智电汽车

丰田普锐斯(Prius)作为超群的低油耗混合动力车,其燃料消耗率为综合值4.3L/100km(城市5L/100km , 城市以外 4.2L/100km*),居世界最高水平,我们可以看看混合动力汽车到底是如何省油、省钱的。

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1.混合动力汽车为什么能省油?

所谓的混合动力汽车,是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。

混合动力汽车是如何比单纯的汽油发动机汽车省油的呢,其实,总体一句话,就是充分利用各自动力系统的优势,即特别是让发动机尽可能的提高工作效率,减少在效率低的时候运行。

具体而言,在启动及低速的时候,采用驱动电机来行驶,因为这时候的发动机的工作效率不高而且排放也比较恶劣;在进入中高速等一般行驶状态时,发动机的工作效率高,这时不仅可以用来驱动车辆行驶也可将多于的功率给动力电池充电;另外混合动力能节油的另外一个重要原因就是,可以在制动或者减速的时候,进行能量回收给动力电池充电,而在后续的行驶中又可重新利用。

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下面,智电君以丰田混合动力系统THS (Toyota Hybrid System)为例,具体来解析一下混合动力汽车的工作过程,进而充分展现其节能减排的奥秘。

2.丰田混合动力系统工作过程

(1)起步工况

当汽车启动时,充分利用电机启动时的低速扭矩,THS仅利用动力电池向电机提供功率驱动车辆启动,此时发动机处在关闭状态,因为发动机不能在低速下输出驱动扭矩,而电机可以在低速进行高效驱动车辆起步行驶。

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(2)中、低速行驶工况

在低速和中下车速时,由高效利用能量的电动机驱动行驶 对于发动机而言,在低速-中速带的效率并不理想,而另一面,电动机在低速-中速带性能优越。因此,在用低速-中速行驶时,THS混合动力系统使用动力电池的电能,驱动车辆行驶。

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(3)正常行驶工况

正常行驶时 低油耗的驾驶,使用发动机作为主要动力源,THS混合动力系统采用发动机,使它在能产生最高效功率的速度带驱动。在这一行驶工况中,由发动机产生的动力直接驱动车轮,依照驾驶状况部分动力被分配给发电机,由发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机。利用发动机和电动机这一双重传动系统,发动机产生的动力以最小消耗驱动车辆。

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(4)行车充电工况

当动力电池的电量少时,发动机输出功率会被提高以加大发电量,来给HV蓄电池充电。一般行驶时/剩余能量充电 将剩余能量用于HV蓄电池充电 因为TOYOTA油电混合动力系统在高速运转时是采用发动机来驱动,而发动机有时会产生多余的能量。这时多余的能量由发电机转换成电力,用于储存在蓄电池中。

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(5)大负荷工况

全速开进(行驶)时 利用双动力来获得更高一级的加速 在需要强劲加速力(如爬陡坡及超车)时,动力电池也提供能量,来加大电动机的驱动力。通过发动机和电动机双动力的结合使用,THS混合动力系统得以实现与高一级发动机同等水平的强劲而流畅的加速性能。

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(6)能量回收,再生制动

减速/能量再生时 将减速时的能量回收到HV蓄电池中用于再利用 在踩制动器和松油门时,丰田油电混合动力系统使车轮的旋转力带动电动机运转,将其作为发电机使用。减速时通常作为摩擦热散失掉的能量,在此被转换成电能,回收到HV蓄电池中进行再利用。

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3、除了THS,丰田Prius还有什么特别的

普锐斯作为超群的低油耗混合动力车,其燃料消耗率为综合值4.3L/100km(城市5L/100km , 城市以外 4.2L/100km*),居世界最高水平。在采用混合动力系统的基础上,以世界最高水平的空气动力特性和轻型化设计,实现了低油耗目标。那么下面,我们再看看,除了上述先进的驱动系统之外还有什么?

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(1)更高效的驱动电机

高输出功率电动机,采用交流同步原动机,小型、轻量、高效率THS油电混合动力系统的电动机中采用了交流同步原动机。该装置一直到高旋转带都可高效地产生高扭矩,同时可任意控制转数和产生的扭矩。另外它还拥有小型、轻量、高效等特点,具有优秀的动力性能,可进行顺畅的启动、加速等各种操作。采用三相交流方式。 而且历经三代,每一代都经过不断的改进,不仅提升功率、效率而且一代比一代轻薄。

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(2)高能量密度的动力电池

拥有世界最高水平的输入输出密度,且轻型、耐用 安装在丰田油电混合动力系统上的高输出镍氢蓄电池,具有高输入输出密度、重量轻、寿命长等特点。无需利用外界电源进行充电,也无需定期交换。 全新设计了以往的电极材料及单电池(一个HV蓄电池)之间的连接结构,减少了HV蓄电池的内部电阻,因此安装在普锐斯上的电池单元实现了约540W/kg的输入输出密度,居世界最高水平。 另外,还使用车辆加速时的放电、减速时的再生制动器、以及用发动机行驶时产生的剩余能量来进行充电,从而累积充电放电电流,使充电状态保持稳定。

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(3)Atkinson循环发动机

Prius最值得一提的就是它的Atkinson循环发动机,该发动机技术达到当代的最高技术水平,尾气排放污染物降低到同类轿车排放污染物的10%左右,在车上的应用效果显示,加上再生制动能量回收,整车效率提高近一倍,CO2排放降低一半。

Atkinson 循环热效率较高是因为降低了两方面的损耗: 一是在部分负荷时它工作在最佳膨胀比下,燃料的热效率高; 二是进气冲程中没有节气门的节流作用减少了泵气损失。

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结语

通过上面的叙述,基本可以得知,不仅要有一套合理的驱动系统以及先进的关键动力部件,而且还需要与该驱动系统相匹配的控制系统,才能充分发挥各动力部件的最大节能潜力,提高整个动力系统的工作效率,实现混合动力汽车最大限度节能减排的目标。

智电汽车是一个汽车科技自媒体,一群汽车博士为社会更早普及高科技汽车呐喊。本文作者林博士是智电汽车联合创始人。

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