俄专家：未来10年内“混动”必将胜出

张诗燕   

虽然近来世界各国出现电动汽车热，但是俄罗斯专家认为，在采用新的研发方案之后，混合动力将在未来10年内胜出……

    当今汽车制造业的重要任务之一就是研发节油环保的动力装置，各国研发人员 为此纷纷各显神通，或对现有的内燃机进行完善，或研究新型燃料发动机，或开发混合动力装置……

    但无论是从事理论研究的人，还是研发一线的人员，都认为未来10年内混合动力必将胜出。之所以这么认为，是因为多种客观因素的使然：

    {dy}，传统的交通工具从起点到终点往往平均只使用了30％～50％的额定功率。第二，车辆在制动时，损失了15％～60％的由发动机传输给车辆的动能。如果把这些能量蓄积起来重新用于车辆，那么就可以节省30％的燃油。第三，作为内燃机一部分的内燃机，可以恒定工作在最省油和xxx的状态下。

    专家一致认为混合动力的方案大致有三种，即并联式、串联式以及混联式。

    在采取{dy}种方案时，传输到车轮的机械能既来自于内燃机，也来自于电机。就是说，该方案本质上就是在传统动力装置上加上了电力驱动。显然，这种方案在节油及环保方面并没有太大的优势，不仅如此，它还不可避免地会导致动力装置的质量变大。

    在第二方案中，由内燃机带动发电机，而且只有电机驱动车轮，因此车辆的环保性好。内燃机的功率不高，节油效果显著。但是，该方案需要大容量电池及大功率电机，从成本及质量上说，这种方案不合算。

    第三种方案则减少了上述两种方案的不足，获得了较好的节油环保效果。正因为如此，日本丰田公司的普锐斯混合动力轿车采用了该方案（见图1）。

  1.内燃机；2.发电机；3.传动装置；4.主传动；5.控制器；6.电机；7.电池。

图1 混联方案示意图 

    丰田普锐斯混合动力轿车搭载52kW 1.5L汽油发动机以及33kW电机。镍氢电池在电压为274V时能输出25kW的功率。普锐斯混合动力轿车既可以采用汽油发动机驱动，也可以采用电池驱动，并可以采用汽油发动机和电池同时驱动。

    丰田Pruis混合动力系统有一个特点，就是采用行星齿轮变速结构，变速器内置动力分离装置，行星齿轮机构巧妙地将减速器、发电机和电动机等动力部件偶合在一起，同时行星齿轮又起到无级变速器的功能，结构十分紧凑，形成一个集成化混合动力总成系统。另外，普锐斯混合动力轿车的制动系统还具有能量回收功能。

    但是混联方案在吸收并联和串联方案优点的同时，也不可避免地继承了它们的缺点。而且由于具有传动装置，内燃机在汽车加速时的燃油经济性并不高，同时动力装置的质量较大，往往会达到1.5t左右，不利于节油，而且汽车的速度及动力性都有所下降。

    综上所述，现有的混合动力方案并不能使混合动力汽车同传统汽车一拼高下。因此，必须开发一种能把并联和串联方案各自优点结合起来的混合动力新方案。

这种新方案已经产生，它引起了人们的极大兴趣。该方案可称之为“传动方案”（见图2）。

1.电池；2.控制器；3.内燃机；4.发电机定子；5.发电机转子；6.发电机；7.电机；8.主传动。

图2 传动方案示意图 

    该方案看起来很像串联方案，比如内燃机只带动发电机，但是在这种方案中，发电机能起到多种作用。在这种发电机中，它的定子和转子都是旋转着的。发电机中的定子被机械连接到车轮上，而发电机的转子被机械连接到内燃机上。这是可行的，因为转子的转速始终等于内燃机的转速，一般在300～5000r/min。而定子的转速始终等于车轮的转速，也就是0～300r/min。因此，相对于发电机的定子，发电机的转子转速将在2700～5000r/min的范围内变化。这样就能像并联方案那样，把内燃机的部分机械能传输到车轮上，但省去了机械传动装置。

    由内燃机传输到车轮的机械能的大小，取决于发电机的工作规范。在通常情况下，它等于发电机形成的电能。换言之，调整发电机负荷就可以改变内燃机的机械能大小，以及直接由内燃机传输到车轮上的机械能的大小。

    该方案具有许多优点。{dy}，它提高了内燃机的使用效率和环保性，因为内燃机曲轴转速始终接近{zj0}油耗与{zd1}排放区间。第二，简化了动力装置的结构。第三，减小了电池容量、电机功率及其质量。

    在这种混合动力传动方案中，混合动力装置的工作原理如下：

    在汽车起动及低速行驶时，内燃机不工作，由电机驱动车轮。在汽车中速行驶时，内燃机以xxx的规范工作，即n_g=const。发电机形成的电能进入电机和电池。在发电机定子在磁力场的作用下，阻碍发电机转子旋转，从而使得内燃机的部分机械能传输到车轮上。

    在汽车加速和高速行驶时，内燃机同样也以该规范继续运行，而发电机则根据负荷情况，以发电机或者电制动规范工作。此时，电池电能进入电机，内燃机的部分机械能传输到车轮上。

    在倒车时电机作为驱动装置，只是旋转方向变了。

    而在停车时，如果电池电量耗尽，内燃机和发电机同时工作，为电池充电。在这种规范下，汽车的制动系统应该锁紧车轮。在汽车连续制动时，电机以“发电机”规范工作，从而回收了能量，即把它转化为电能储存到电池中。

    所以混合动力的传动方案具有了串联方案的所有优点，减少了动力装置的质量和尺寸。在{zd0}负荷时，动力装置的功率等于发电机和电机功率之和。值得注意的是，内燃机飞轮和发电机的转子在该方案还起到惯性蓄能器的作用，从而减少了电池的容量，并降低了内燃机的油耗。

    该方案的一个缺点就是，汽车在频繁起动的城市工况下效率不高。为了xx这一缺点，就需要在内燃机上机械连接上一个惯性蓄能器（飞轮）。这样就可以提高内燃机效率，同时减少电池容量，就意味着减轻了电池质量。对于短距离运行车辆，采用该方案时，可以不使用内燃机，但要把发电机换为电机-发电机，从而就实现了零排放，其工作原理如下。

    在较小和中等负荷时，电机-发电机以发电机的规范工作。此时电能进入电池，而飞轮的机械能传输到车轮上。在汽车中速行驶时，它又转向电制动规范。在电机-发电机的转子和定子磁力场的相互作用下，阻碍转子旋转，使得飞轮的部分机械能传输到车轮上。

    在汽车加速或者高速行驶时，电机-发电机也同时驱动车轮。在停车时，如果电池xx充满，那么电机-发电机以发动机规范工作，且转子的旋转方向与飞轮的旋转方向相反。如果电池电量耗尽，电机-发电机以发电机规范工作，为电池充电。此时，汽车的刹车系统应该锁闭车轮。当倒车时，电机-发电机以发动机规范工作，但旋转方向相反。跟其他方案一样，当汽车连续制动时，电机-发电机以发电机规范工作，回收能量并给电池充电。

    如果使用超级飞轮，那么它所蓄积的机械能几乎要比{zh0}的整体式飞轮大一倍。

    同传统汽车、电动汽车相比，这种新的混合动力装置具有无可比拟的优点。