「插电式混合动力」技术科普及解读

导读

混合动力的英文单词 “Hybrid” 来自拉丁语， 表示 “两种、 两类”， 转义表示 “父母”。联合国在 2003 年对混合动力汽车给出如下定义：混合动力汽车是指至少搭载两种用于驱动车辆的动力源和两种蓄能系统的汽车。从理论上而言， 化学能、 电能或机械能的储存皆有可能。实际上， 传统化学蓄能器的搭配， 即可在行驶中回收能量的蓄能器将提升车辆操作自由度。在此， 化学蓄能器即能量载体， 是指汽油和柴油， 而回收能量的蓄能器是蓄电池或机械蓄能系统。

插电式混合动力

插电式混合动力汽车或称插电式混合动力电动汽车， 是混合动力技术的一种， 其车载电池可以通过外接电源充电。一般情况下， 插电式混合动力汽车所使用的电池大于纯混合动力汽车的电池。这种混合模式介于全混合动力和电动车之间， 个别情况下由一辆前面所介绍的混合动力汽车加载一块电池和充电装置， 构成插电式混合动力汽车 （如丰田普锐斯）， 如下图所示。

插电式混合驱动模式主要还是电动机驱动， 称为混合电动， 所以第二种驱动模式 （即增程器） 有不同的选择。目前的车型和样机通常使用常规发动机作为第二种驱动模式。当然， 未来会出现别的方案， 例如用燃料电池作为驱动。

插电式混合动力汽车融合了电动汽车和汽油车的优势：短途行驶和城市交通环境中， 使用电动模式噪声小、 零排放、 节省电池电量， 当电池电量耗尽时仍可通过第二种驱动模式 （如发动机） 行驶， 续航能力理想。劣势在于造价高， 如果使用大容量电池， 造价比独立的混合动力汽车还要高。

原则上， 插电式混合动力汽车向电动汽车时代又迈进了一步。插电式混合动力汽车搭载发动机作为增程器的研发是合乎逻辑的一步， 这样一来， 电池续航能力无需太强， 成本可以控制， 而发动机根据不同的结构保证车辆达到所需的功能。各种研究表明， 到 2025 年搭载增程器的高度电动化汽车将占据重要地位， 如下图所示。

目前几乎所有汽车都不同程度地采用混合动力技术， 而微混合动力汽车以其高性价比的优势成为行业重心。当前占主导地位的全混合动力车大多采用功率分流设计， 将会被搭载强大增程器的车辆取代。

这种覆盖率要求广泛的用户基础， 比如在德国必须达到 85% 的汽车单程可行驶 30km， 就是说约等于 45% 车辆的每日平均行驶里程， 如下图所示。

纯电池驱动要达到 100km 的续航里程， 必须接外网充电， 而且根据电池的容量和充电状态会持续长达几个小时。在电池充电装置的帮助下将电网的 220V 交流电转换为高压电池所需的高压直流电进行充电。对于用户而言， 这一方案具有成本优势， 可以利用夜间电价低的时候充电。

插电式混合动力汽车， 例如重新设计的雷诺 Kangoo Elect′road 及其下一代， 雷诺 Kangoo Cleanova 二代， 这两款汽车有一个特别设计的驱动系统， 车速 80km / h 以下时使用串联式， 车速超过 80km / h 时并联模式被激活。该驱动系统配备 60kW 的电机和 40kW 的发动机， 可 36 混合动力汽车技术以实现比常规汽车更好的性能。戴姆勒 - 克莱斯勒有一款由小型运输车 Spinter 发展而成的插电式混合动力汽车。

2007 年， 通用汽车公司在国际汽车博览会上展出了欧宝 Flextreme 和雪佛兰 Volt 插电式混合动力车 （ “看， 灵动未来” 作为参展口号），大众 twinDrive （双驱动） 是极具创新的一款车， 作为组合混合动力汽车， 其以电驱动为主的， 同时兼备串并联工作方式。配备4台轮毂电机的沃尔沃 Recharge 混合动力汽车， 也值得一提。这4 个轮毂电机甚至代替了制动器， 如下图所示。

到目前为止， 介绍的插电式混合动力汽车与常规混合动力相比， 电动程度高、 电池容量大以及车速中电动驱动比例大。相对而言， 机械驱动比例可以减少。另一种方案是一个纯电动车的配置。该方案放弃使用机械驱动装置， 而是通过一个一体化增程器对再充电装置进行独立供电。其优势在于， 这种装置在汽车内部的安装位置灵活， 在单点工作下发动机可自由设置和优化。除发动机以外， 两冲程发动机、 旋转式活塞发动机、 燃料电池等都可以作为增混合动力方案的定义和分类程器。 下图所示为 AVL 公司的用转子发动机 （又称汪克尔发动机） 设计的增程器模型。