9.2 混合动力汽车有很多种

电动汽车(EV)和燃料动力汽车(FCV)的未来很光明,但目前仍未广泛普及到取代汽油动力车的程度。

电动汽车(EV)有一个亟待解决的问题,即充一次电无法行驶过长的距离。而燃料动力汽车(FCV)的难点在于,价格高,但能够供给作为燃料的氢的加氢站还不够完备。

因此,混合动力汽车普及开来了。它不仅使用了电动机,还解决了电动汽车和混合动力汽车无法解决的难题。由于是同时使用发动机和电动机,因此就用了表示混合、混种等意思的单词——Hybrid。

汽车从静止到发动时需要的能量最大,无论是汽油动力车、电动汽车(EV)还是燃料动力汽车(FCV)都是如此。使重达1吨的重物开始运动,是需要很大能量的。

在需要如此之大的能量时,电动机发挥的作用最大。就像我在第8章中讲到的一样,如果电动机的电功率足够大,那么它随时都能产生很大的扭矩。如果不大幅加快发动机的转速,发动机就无法产生很大的力。因此,为了能利用齿轮将很小的力增大,就需要使用用于发动汽车的、齿轮比较大的变速器。

混合动力汽车同时拥有发动机和电动机,发动时使用能产生很大力量的电动机,发动后再使用发动机。这是因为当汽车加速至发动机处于能产生最大扭矩的转速时,发动机就能以效率高、油耗低的状态驱动汽车继续行驶了。

这样看来,混合动力汽车正是考虑到了发动机和电动机的优缺点,根据汽车行驶状况的变化区别使用,从而大大降低了油耗。并且,因为使用了不排放二氧化碳和有害物质的电动机,混合动力汽车还有利于环境保护。

而且,混合动力汽车无需充电。当需要给车载的启动电动机的蓄电池充电时,可以使用发动机的动力,或者利用汽车减速时作为发电机发挥作用的再生功能。这里的再生功能与我在第8章中讲到的电动汽车的再生功能是相同的。在接下来讲解混合动力汽车的种类时,我会介绍使用发动机的动力进行发电的结构。

之前我们是按照只有一种混合动力汽车的情况来讲解的,但实际上混合动力汽车有并联式串联式两种。之前讲到的是并联式,通常是小型载客混合动力汽车。它发挥了发动机和电动机各自的优点,将两者同时作为驱动汽车的动力。

而串联式多用于大型公共汽车,只用电动机作为驱动汽车的动力。发动机只用于启动发电机,并利用发电机发出的电转动电动机。电动机即使转速很低也能产生很大的力,因此它适用于驱动公共汽车等笨重的汽车。并且由于启动发电机就能转动电动机,因此比起公共汽车所用的大排量的发动机,它只需使用小排量的发动机就足够了,这样一来也就降低了油耗。

小型载客混合动力汽车所用的并联式实际上还分为两种(表9.2)。第一种是除发动机和电动机之外还拥有发电机的方式;第二种是使用发动机和电动机,但没有发电机的方式。

混合动力汽车(并联式)的两种方式

表9.2 混合动力汽车(并联式)的两种方式
※两者都搭载了电动机和发动机。插入式混合动力汽车主要使用电动机

有无发电机 行驶时主要使用的装置 使用其他装置的情况
电动机 在急加速等需要助力时以及为降低油耗时使用发动机
发动机 在汽车发动以及超车等需要加速时使用电动机作为助力

第一种拥有发电机的混合动力汽车主要是依靠发电机行驶,发动机多在急加速时充当电动机的助力,或者保持一定的转速以降低油耗。除此之外,发动机还能作为发电机的动力,时常为蓄电池储备充足的电。因此,这种方式还被称为串联·并联式

第二种没有发电机的串联式主要是依靠发动机的驱动力来行驶,电动机仅在发动机力量不足的情况下发挥作用。例如在汽车发动或超车等情况下因加速而需要更大的力时,电动机就可以作为发动机的助力发挥作用。

图9.2所展示的就是混合动力汽车有发电机和无发动机两者情况下的不同。在汽车静止处于空转状态时,两者并无差别。在接下来汽车发动时,两者的不同就显现出来了。拥有发电机的汽车仅靠电动机就可以行驶,而没有发电机的汽车则需要先启动发动机,依靠发动机发动。

图9.2 混合动力汽车中发动机和电动机的区别
※在有发电机的汽车和没有发电机的汽车上用法不同

加速时,拥有发电机的混合动力汽车主要使用电动机,发动机仅起到辅助作用。而没有发电机的混合动力汽车则主要使用发动机,电动机起到辅助作用。

低中速行驶时两者都是依靠的都是电动机。但当没有发电机的汽车蓄电池电力不足时,就不得不依靠发动机行驶。拥有发电机的混合动力汽车在蓄电池电力不足时也需要启动发动机,但启动发动机也是为了发电,因此归根结底都是以电动机为主要动力。

高速行驶时,拥有发电机的混合动力汽车并用电动机和发动机,而没有发电机的混合动力汽车只使用发动机。

这样看来,拥有发电机的汽车主要依靠电动机行驶,而没有发电机的汽车则多依赖发动机行驶。

在上一节中我们了解了装有发电机、主要依靠电动机行驶的并联式混合动力汽车。如果从这一点出发,对主要使用电动机这一方面进行一些延伸,再多增加一些蓄电池,是否能设计出在短距离内像电动汽车(EV)一样只依靠电动机行驶的汽车呢?插入式混合动力汽车就是这样的汽车。

所谓插入式,就相当于将插头插入插座,即依靠充电行驶的混合动力汽车。通过搭载更多的充好电的蓄电池,即使行驶的距离不像电动汽车(EV)那样长,也能够仅仅依靠电动机开车去附近买东西。

这种想法的产生正是基于我在讲解电动汽车(EV)时所介绍的蓄电池性能的提高。如果使用高性能的小型锂离子电池,即使不大幅增加车载蓄电池的数量,也能延长依靠电动机行驶的距离。

但想要使插入式混合动力汽车只依靠电动机就能行驶像电动汽车(EV)那样的长距离是不太可能的,而且希望依靠电动机能行驶几十km的想法也不现实。由于插入式混合动力汽车所搭载的蓄电池数量少于电动汽车(EV),因此长距离行驶时可以给汽车加满油,依靠发动机来行驶。而电动汽车(EV)耗尽电量时必须充电,如此说来,插入式混合动力汽车无需面临电动汽车(EV)的这种麻烦和不安,随时都可以出行。

插入式混合动力汽车的原型仍是混合动力汽车,只是增加了蓄电池的数量并延长了只依靠电动机行驶的距离,因此两者的结构并无二致。插入式混合动力汽车是在混合动力汽车的基础上研发的,诞生于2010年。

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