混合时间
在纯电动车难以把钱全部投到的情况下，如果仅仅因为续航仍不尽如人意、电池不完善、长时间充电麻烦、环保良心担忧，混合动力解决方案成为合理的中庸之道。 这可以从汽车销售的结果中看出。
混合动力汽车 这辆车在一个典型的系统中配备 发动机 和一个或多个 (1)。 电驱动不仅可以降低油耗，还可以增加动力。 现代混合动力汽车 使用其他方法来提高能源效率，例如。 在一些实施方式中，内燃发动机用于发电以驱动电动机。
1. 柴电混合动力汽车示意图
在许多混合设计中 尾气排放 停车时关闭内燃机并在需要时重新打开它也可以减少它。 设计人员努力确保与电动机的相互作用优化其运行，例如，当内燃机以低速运行时，其效率很低，因为它需要最多的能量来克服自身的阻力。 在混合动力系统中，可以通过将内燃机的转速提高到适合为电池充电的水平来使用该储备。
几乎和汽车一样古老
汽车混合动力车的历史通常始于 1900 年，当时费迪南德·保时捷 (Ferdinand Porsche) 在巴黎世界博览会上展示了该车型。 Gibrid Lohner-Porsche Mixte (2)、世界上第一辆柴电混合动力汽车。 这台机器后来卖出了几百台。 两年后，Knight Neftal 制造了一辆混合动力赛车。 1905 年，Henri Pieper 推出了一种混合动力车，其中电动机可以为电池充电。
1915 年，电动汽车制造商 Woods Motor Vehicle Company 创造了配备 4 缸内燃机和电动机的 Dual Power 车型。 车速低于 24 公里/小时时，汽车仅靠电动机工作，直到 直到电池耗尽在这个速度之上，内燃机被打开，这可以将汽车加速到 56 公里/小时。 Dual Power 在商业上是失败的。 它的价格太慢而且太难驾驶。
1931 年，Erich Geichen 提出了一种汽车，它可以在下山时为电池充电。 能量来自压缩空气气缸，由于 动能 汽车零件走下坡路。
S制动过程中的能量回收是现代混合动力技术的一项关键发明，于 1967 年由 AMC 为美国汽车公司开发，并命名为能量再生制动器。
1989年，奥迪发布了实验车Audi Duo。 它是并行的 混合动力 基于奥迪 100 Avant Quattro。 该车配备了驱动后桥的 12,8 马力电动机。 他从 镍镉电池. 前桥由 2,3 马力的 136 升五缸汽油发动机驱动。 奥迪的目的是制造一辆在城外由内燃机驱动，在城里由电动机驱动的汽车。 驾驶员选择了燃烧模式或电动驱动模式。 奥迪只生产了十辆这种车型。 由于额外的工作量，客户兴趣低下是由于性能低于标准奥迪 100。
突破来自远东
混合动力汽车广泛进入市场并获得真正普及的日期只是1997年，当时它进入了日本市场。 丰田的普锐斯 (3)。 最初，这些汽车主要在环境敏感的圈子中找到买家。 在接下来的十年里，情况发生了变化，油价开始迅速上涨。 自上个十年后半期以来，其他制造商也开始将产品推向市场 混合模型，通常基于获得许可的丰田混合动力解决方案。 在波兰，普锐斯于 2004 年出现在展厅中。 同年，普锐斯第二代发布，2009年第三代发布。
她跟着丰田 本田，另一家日本汽车巨头。 模型销售 眼光 (4)、部分并联混合动力，公司于1999年在美国和日本推出。 这是一款比丰田产品更经济的汽车。 第一代普锐斯轿车在市内消耗 4,5 l/100 km，在城市外消耗 5,2 l/100 km。 两轮本田 Insight 第一代在市内消耗 3,9 l/100 km，在城外消耗 3,5 l/100 km。
丰田发布了新的混合动力版本的汽车。 生产 丰田Auris Hybrid 2010 年 XNUMX 月开始。 这是欧洲第一款售价低于普锐斯的生产型混合动力车。 Auris 混合动力车 它具有与普锐斯相同的驱动器，但汽油里程较少 - 联合循环中的 3,8 升/100 公里。
到 2007 年 2009 月，丰田汽车公司已售出第一百万辆混合动力车。 到 6 年 2013 月达到 2015 万，到 8 年 2015 月达到 2019 万。 50年XNUMX月，丰田混合动力车总数超过XNUMX万辆。 XNUMX 年 XNUMX 月，仅欧洲的丰田混合动力车销量就超过了 XNUMX 万辆。 XNUMX年第一季度，混合动力车已经占到XNUMX%。 丰田在我们大陆的总销售额。 最受欢迎的模特 然而，在这个类别中，没有更多的普锐斯，但始终如一 雅力士混合动力车, C-HR 混合 欧拉兹 卡罗拉混合动力. 到 2020 年底，丰田打算销售 15 万辆混合动力车，据该公司称，这是在今年 2017 月完成的，即一开始。 据制造商称，早在 85 年，就有 XNUMX 万吨排放到大气中。 二氧化碳 少。
在跨越二十多年的主流职业生涯中 汽车混合动力车 出现了新的创新。 混合动力现代伊兰特LPI (5) 于 2009 年 XNUMX 月在韩国上市，是第一款以 LPG 为燃料的内燃机混合动力车。 伊兰特 是第一次使用锂聚合物电池的部分混合动力车。 伊兰特每 5,6 公里消耗 100 升汽油，排放 99 克/公里的二氧化碳。2. 2012 年，标致推出了新的解决方案，在欧洲市场推出了首款量产柴油混合动力车 3008 Hybrid4。 据制造商称，3008 Hybrid 面包车消耗 3,8 l/100 km 的柴油燃料，排放 99 g/km 的二氧化碳。2.
5.混合现代伊兰特LPI
该车型于 2010 年在纽约国际车展上亮相。 林肯 MKZ 混合动力车，第一个与同型号的普通版定价相同的混合动力版本。
到 2020 年 1997 月，自 17 年具有里程碑意义的一年以来，全球已售出超过 2018 万辆混合动力电动汽车。 市场领导者是日本，截至 7,5 年 2019 月，混合动力汽车销量超过 5,4 万辆，其次是美国，到 2020 年共售出 3 万辆，到 450 年 XNUMX 月，欧洲共售出 XNUMX 万辆混合动力汽车。 除了普锐斯之外，最广为人知的混合动力车型还有其他丰田车型的混合动力版本：Auris、雅力士、凯美瑞和汉兰达、本田 Insight、雷克萨斯 GSXNUMXh、雪佛兰 Volt、欧宝 Ampera、日产 Altima Hybrid。
并联、串联和混合
几个不同的属目前隐藏在通用名称“混合”下。 推进系统 和提高效率的想法。 必须记住，现在，随着设计的发展和进步，清晰的分类有时会失败，因为使用了各种解决方案的组合以及违反定义纯度的新发明。 让我们从驱动器配置开始。
W 混合动力 并联式内燃机和电动机与驱动轮机械连接。 汽车可以由内燃机、电动机或两者提供动力。 使用该方案 在本田汽车中: 洞察力、思域、雅阁。 这种系统的另一个例子是雪佛兰 Malibu 上的通用汽车皮带交流发电机/起动机。 在许多模型中，内燃机也可以作为 发电机.
目前市场上已知的并联驱动器包括全功率内燃机和更小的（高达 20 kW）电动机，以及小型电池。 在这些设计中，电动机只需要支持主机而不是主要动力源。 并联混合动力驱动被认为比仅基于相同尺寸内燃机的系统更有效，尤其是在城市和高速公路驾驶中。
在顺序混合动力系统中，车辆仅由电动机直接驱动，并使用内燃机驱动系统。 电流发生器 也。 该系统中的电池组通常要大得多，这会影响生产成本。 这种安排被认为可以提高内燃机的效率，尤其是在城镇周围行驶时。 例子 串行混合 这是日产 e-Power。
混合动力驱动 结合了上述两种解决方案的优点——并行和串行。 与在低速时效率最高的串联和在高速时最佳的并联相比，这些“混合动力车”在性能方面被认为是最佳的。 然而，它们的生产作为更复杂的电路比 并联电机. 混合动力系统的主要制造商是丰田。 它们被用于丰田和雷克萨斯、日产和马自达（主要是获得丰田的许可）、福特和通用汽车。
来自两个内燃机和一个并联内燃机的动力可以使用一种类型的装置（功率分配器）传递到车轮驱动装置，这是一组简单的行星齿轮。 内燃机轴 连接到变速箱行星齿轮的叉子，发电机 - 带有中心齿轮，通过变速箱的电动机 - 带有外部齿轮，扭矩从外部齿轮传递到车轮。 这允许您转移部分 转速 以及内燃机对车轮和部分发电机的扭矩。 从而 发动机 无论车速如何，它都可以在最佳转速范围内运行，例如在起步时，交流发电机产生的电流用于为电动机提供动力，电动机的高扭矩由内燃机保持驱动车轮。 计算机协调整个系统的运行，调节发电机上的负载和电动机的电源，从而控制行星齿轮箱的运行，如 机电无级变速器. 在减速和制动过程中，电动机作为发电机为电池充电，在内燃机启动时，发电机作为发电机。 起动机.
W 全混合动力驱动 汽车可以单独由发动机供电，也可以单独由电池供电，或两者兼而有之。 这种系统的例子是 混合动力协同驱动玩具, 混合系统 涉, 双模混合 生产 通用汽车/克莱斯勒车辆示例：Toyota Prius、Toyota Auris Hybrid、Ford Escape Hybrid 和 Lexus RX400h、RX450h、GS450h、LS600h 和 CT200h。 这些汽车需要大型高效电池。 通过使用功率共享机制，车辆以增加系统复杂性为代价获得了更大的灵活性。
部分混合 原则上，这是一款带有扩展启动器的传统汽车，允许在汽车每次下坡时关闭内燃机，进行制动或停车，并在必要时快速启动发动机。
起动机 它通常安装在发动机和变速器之间，代替变矩器。 点燃时提供额外的能量。 当内燃机不运转时，可以打开收音机和空调等配件。 制动时为电池充电。 与全混合动力车相比 部分混合动力车有更小的电池和更小的电动机。 因此，它们的空重和生产成本较低。 这种设计的一个例子是 2005-2007 年生产的全尺寸雪佛兰 Silverado Hybrid。 他节省了多达 10%。 关闭和打开内燃机时以及制动期间的能量回收。
混合动力车和电动车的混合动力车
应该给另一类混合动力车更多的时间，这在某些方面是迈向“纯电动”的又一步。 这些是混合动力汽车 (PHEV)，其中的电池用于 电驱动 也可以从外部电源 (6) 充电。 因此，PHEV 可以被认为是混合动力和电动汽车的混合动力。 配备 充电插头. 结果，电池也大了几倍，这意味着可以安装更强大的电动机。
6.混合动力汽车示意图
因此，混合动力汽车比经典混合动力汽车消耗更少的燃料，通常可以在不启动发动机的情况下“按电流”运行约 50-60 公里，并且性能也更好，因为混合动力汽车通常是最强大的选择。 这个模型。
PHEV 电动汽车的续航里程比没有此功能的混合动力汽车大很多倍。 这几十公里对于环城旅行、上班或逛商店来说已经足够了。 例如，在 斯柯达 Superb iV (7) 电池最大可存储13千瓦时的电量，在零排放模式下可提供长达62公里的续航里程。 多亏了这一点，当我们将混合动力车停在家里并回家时，我们可以实现 0 l/100 km 的平均油耗。 内燃机可以保护电池在无法使用电源的地方放电，当然，您也不必担心长途旅行的续航里程。
7.充电过程中的斯柯达Superb iV混合动力车
同样重要 混合型 配备强大的电动马达 斯柯达 Superb iV 它的参数是116马力。 和 330 Nm 的扭矩。 多亏了这一点，汽车不仅立即加速（电动机以同样快的速度驱动汽车，无论它现在以何种速度行驶），因为斯柯达报告称 Superb 在 60 秒内加速到 5 公里/小时，它还可以将汽车加速到 140 公里/小时——这让您可以在零排放模式下轻松驾驶，例如在环形道路或高速公路上。
汽车在行驶时通常由两个发动机提供动力（内燃机是由电力驱动的，因此它比传统汽车使用更少的燃料），但是当您释放油门、刹车或匀速行驶时，内部内燃机关闭发动机，只有在 电动机 驱动轮子。 所以机器的工作方式就像 经典混合动力车 并以相同的方式恢复能量 - 每次制动时，能量都会恢复并以电流的形式进入电池； 将来，它的作用恰恰是确保内燃机可以更频繁地关闭。
中国制造商比亚迪汽车于 2008 年 3 月推出了第一款插电式混合动力汽车。 它是 F62DM PHEV-XNUMX 型号。 全球最受欢迎电动车插电混动版首发， 雪佛兰伏特发生在 2010 年。 T。大洋田 2012年首播。
虽然并非所有车型都以相同的方式运行，但大多数车型可以在两种或多种模式下运行：“全电动”，即发动机和电池为汽车提供所有能量，以及“混合动力”，即同时使用电力和汽油。 PHEV 通常在全电动模式下运行，依靠电力运行，直到电池耗尽。 一些车型在高速公路上达到目标速度（通常为 100 公里/小时左右）后会切换到混合动力模式。
除了上述斯柯达 Superb iV，最著名和最受欢迎的混合动力车型是起亚 Niro PHEV、现代 Ioniq Plug-in、BMW 530e 和 X5 xDrive45e、梅赛德斯 E 300 ei E 300 de、沃尔沃 XC60 Recharge、福特 Kuga PHEV、奥迪Q5 TFSI e，保时捷卡宴 E-Hybrid。
从海洋深处到天空的混合体
应该记住的是， 混合动力 不仅用于乘用车和一般汽车的细分市场。 例如 混合动力系统 使用 柴油机 或 涡轮电动 为铁路机车、公共汽车、卡车、移动液压机械和船舶提供动力。
在大型结构中，它通常看起来像这样 柴油/涡轮发动机 驱动发电机或 液压泵它驱动电动/液压马达。 在较大的车辆中，相对功率损耗减少，通过电缆或管道而不是机械部件分配功率的好处变得更加明显，特别是当功率传输到多个驱动系统（例如车轮或螺旋桨）时。 直到最近，重型车辆的二次能源供应很少，例如液压蓄能器/蓄能器。
一些最古老的混合设计是 非核潜艇驱动器使用原始柴油和水下电池运行。 例如，二战潜艇使用串行和并行系统。
鲜为人知但同样有趣的设计是 油液混合动力. 1978 年，明尼阿波利斯明尼苏达亨内平职业技术中心的学生将大众甲壳虫改装成 油液混合动力 与成品零件。 90 年代，来自 EPA 实验室的美国工程师为典型的美国轿车开发了一种“石油液压”变速器。
测试车在城市和高速公路混合驾驶循环中达到了约 130 公里/小时的速度。 使用 0 升柴油发动机，从 100 到 8 km / h 的加速时间为 1,9 秒。 美国环保署估计，批量生产的液压部件仅使汽车价格增加了 700 美元。 EPA 测试测试了福特 Expedition 的油液混合动力设计，该设计在城市交通中每 7,4 公里消耗 100 升燃油。 美国快递公司 UPS 目前经营两辆使用这种技术的卡车 (8)。
8. 为 UPS 服务的液压混合动力
美军一直在测试 悍马混合动力 SUV 自 1985 年以来。 评估不仅指出了更大的动力和更高的燃油经济性，而且还指出，例如，这些机器的热特征更小、运行更安静，正如您可能猜到的那样，这在军事应用中可能非常重要。
早期形式 海上运输混合动力推进系统 桅杆上有船帆， 蒸汽机 甲板下。 另一个例子已经提到 柴电潜艇. 较新的但又是老式的船舶混合动力推进系统包括 SkySails 等公司的大型风筝。 牵引风筝 它们可以在比最高船桅高几倍的高度飞行，拦截更强、更稳定的风。
混合动力概念终于进入了航空领域。 例如，原型飞机 (9) 配备了混合可交换膜系统 (PEM)，最高可达 电机电源它连接到传统的螺旋桨。 燃料电池为巡航阶段提供所有动力。 在起飞和爬升过程中，飞行中最耗电的部分，该系统使用轻型锂离子电池。 演示飞机也是由奥地利钻石飞机工业公司制造的迪莫纳机动滑翔机，该公司对飞机的设计进行了修改。 该飞机的翼展为 16,3 米，利用从燃料电池接收的能量，能够以约 100 公里/小时的速度飞行。
9架波音燃料电池演示飞机
并非一切都是粉红色的
不可否认的是，由于混合动力汽车的设计比传统汽车复杂，因此汽车排放量的减少远远超过了这些排放量的补偿。 混合动力汽车可以将导致烟雾的污染物排放量减少多达 90%。 并将碳排放量减半。
尽管如此 混合动力汽车 比传统汽车消耗更少的燃料，仍然存在对混合动力汽车电池对环境的影响的担忧。 当今大多数混合动力汽车电池属于以下两种类型之一：镍氢电池或锂离子电池。 然而，两者仍然被认为比铅电池更环保，铅电池目前占汽油车启动电池的大部分。
这里需要注意的是，数据不是明确的。 一般毒性和环境暴露水平 镍氢电池 被认为远低于本案 铅酸电池 或使用镉。 其他消息来源称，镍氢电池的毒性比铅酸电池大得多，而且回收和安全处置的负担要大得多。 各种可溶性和不溶性镍化合物，如氯化镍和氧化镍，已在动物实验中证实具有众所周知的致癌作用。
电池 litowo-jonowe 它们现在被认为是一种有吸引力的替代品，因为它们具有所有电池中最高的能量密度，并且可以在保持高容量的同时产生超过镍氢电池单元三倍的电压。 电能. 这些电池还可以产生更多的电力，效率更高，更大程度地避免电力浪费，并提供卓越的耐用性，电池寿命接近汽车。 此外，锂离子电池的使用降低了汽车的整体重量，还可以让你获得30%的重量。 与汽油动力汽车相比，燃油经济性提高，随后二氧化碳排放量减少2.
不幸的是，正在考虑的技术注定要依赖于难以找到和更昂贵的材料。 向下 电机设计 混合动力汽车的其他部件尤其需要稀土金属。 例如 镝，一种稀土元素，用于生产混合动力推进系统中的各种先进电动机和电池系统。 或者 钕，另一种稀土金属，是永磁电动机中使用的高强度磁铁的关键成分。
世界上几乎所有的稀土主要来自中国。 一些非中国来源，例如 霍伊达斯湖 在加拿大北部或 焊接山 在澳大利亚，它目前正在开发中。 如果我们没有找到替代解决方案，无论是新矿床还是替代稀有金属的材料，那么材料价格肯定会上涨。 这可能会破坏通过逐步淘汰市场上的汽油来减少排放的计划。
除了价格上涨之外，还有一些伦理问题。 2017 年，一份联合国报告揭露了滥用行为 钴矿中的儿童，对于我们的绿色技术来说是极其重要的原材料，包括刚果民主共和国 (DCR) 的最新一代电动机。 早在四岁时，全世界就已经了解到儿童被迫在肮脏、危险且经常有毒的钴矿中工作。 联合国估计，每年约有 40 名儿童死于这些矿井。 每天有多达 XNUMX 名未成年人被迫工作。 有时这是我们纯混合动力车的肮脏价格。
排气管创新令人鼓舞
不过，有个好消息 混合方法 以及对清洁汽车的普遍渴望。 研究人员最近开发了一种有前途且令人惊讶的 柴油发动机的简单改装它可以与混合动力系统中的电力驱动相结合。 柴油驱动 这可以使它们更小、更便宜且更易于维护。 最重要的是，它们会更干净。
桑迪亚国家实验室研究中心的查尔斯·穆勒和他的三位同事正在研究一种称为通道燃油喷射 (DFI-) 的改进。 它基于本生灯的简单原理。 科学家们说，DFI 可以减少废气排放和 DPF 被烟灰堵塞的趋势。 根据穆勒的说法，他的发明甚至可以通过减少曲轴箱中的烟灰量来延长换油周期。
那么它是怎样工作的？ 吸嘴 在传统柴油中，它们会在燃烧室区域产生丰富的混合物。 然而，据科学家称，这些区域所含的燃料是其完全燃烧所需燃料的 XNUMX 到 XNUMX 倍。 由于在高温下燃料过量，应该有形成大量烟灰的趋势。 DFI 管道的安装允许柴油燃料的有效燃烧，几乎没有或没有碳烟形成。 “我们的混合物含有更少的燃料，”Müller 在一份关于新技术的出版物中解释道。
穆勒先生所说的通道是安装在距离它们离开喷嘴孔的地方不远的地方。 它们安装在喷油器旁边的气缸盖下侧。 Müller 相信它们最终将由耐高温合金制成，以承受燃烧的热能。 然而，据他说，与实施他的团队开发的发明相关的额外成本将很小。
当燃烧系统产生较少的烟灰时，它可以更有效地使用。 废气再循环系统 (EGR) 以减少氮氧化物、NOx。 据该解决方案的开发人员称，这可以将发动机排出的烟灰和氮氧化物的量减少到当前水平的十分之一。 他们还指出，他们的概念将有助于减少二氧化碳排放。2 和其他导致全球变暖的物质。
以上不仅是一个信号，也许我们不会这么快地告别柴油发动机，许多人已经放弃了。 燃烧驱动技术的创新是混合动力日益普及背后的思考的延续。 这是一个小步骤的策略，逐步减少车辆对环境的负担。 很高兴知道这个方向的创新不仅出现在混合动力车的电气部分，还出现在燃料中。
