混合時間

在很難把所有的錢都花在純電動車上的情況下，如果只是因為續航里程仍不令人滿意、電池不完善、長期充電麻煩以及環境意識問題，混合動力解決方案成為合理的中間立場。 這一點可以從汽車銷售業績看出。

混合動力汽車 這是一輛配備了典型系統的車輛 發動機 以及一個或多個 (1)。 採用電力驅動不僅可以降低油耗，還可以提高動力。 現代油電混合車 使用其他方法來提高能源效率，例如。 在一些實施方式中，內燃機用於發電來為電動馬達提供動力。

1. 柴電混合動力車示意圖

在許多混合設計中 廢氣排放 停車時關閉內燃機並在必要時打開它也可以減少熱量。 設計者努力確保與電動馬達的相互作用優化其性能，例如，當內燃機低速運行時，其效率較低，因為它需要最多的能量來克服自身的阻力。 在混合動力系統中，可以透過將內燃機的速度提高到適合為電池充電的水平來使用該儲備。

幾乎和汽車一樣古老

混合動力車的歷史通常始於 1900 年，當時費迪南德保時捷 (Ferdinand Porsche) 在巴黎世界博覽會上推出了一款車型。 羅納-保時捷混合動力車 (2)、世界上第一輛柴電混合動力汽車。 後來，這輛車賣出了幾百輛。 兩年後，Knight Neftal 製造了一輛混合動力賽車。 1905 年，亨利·皮珀 (Henri Pieper) 推出了一種混合動力車，其中電動馬達可以為電池充電。

1915 年，電動車製造商伍茲汽車公司創造了一款配備 4 缸內燃機和電動馬達的雙動力車型。 車速低於 24 公里/小時時，汽車僅依靠電動馬達運行，直到 直到電池耗盡超過這個速度，內燃機就會啟動，可以將汽車加速到 56 公里/小時。 雙電源在商業上是失敗的。 就其價格而言，它的速度太慢，而且駕駛起來也太困難。

1931 年，埃里希·蓋興 (Erich Geichen) 提出了一種汽車，其電池可以在下山行駛時充電。 能量由壓縮氣缸提供，該氣缸透過泵泵送 動能 汽車零件走下坡路。

S制動時能量回收是現代混合動力技術的關鍵發明，由AMC於1967年為美國汽車公司開發，稱為能量再生煞車。

1989年，奧迪發布了一款實驗車－奧迪Duo。 本來是平行的 混合動力 基於奧迪 100 Avant Quattro。 該車配備了驅動後軸的 12,8 馬力電動馬達。 他從中汲取能量 鎳鎘電池。 前軸由 2,3 升五缸汽油引擎驅動，功率為 136 匹馬力。 奧迪的目的是製造一輛在城外由內燃機驅動、在城內由電動馬達驅動的汽車。 駕駛員選擇燃燒模式或電動驅動模式。 奧迪僅生產了十輛該車型。 由於額外負載，性能低於標準奧迪 100，因此客戶興趣較低。

突破來自遠東

混合動力汽車廣泛進入市場並真正普及的時間被認為是1997年進入日本市場。 豐田的普銳斯 （3）。 最初，這些汽車的買家主要是對環境問題敏感的人。 在接下來的十年裡，當石油價格開始迅速上漲時，這種情況發生了變化。 自從上個十年的下半葉以來，其他製造商也開始推出 混合動力車型，通常基於豐田混合動力解決方案的許可。 2004 年，Prius 出現在波蘭的陳列室。 第二代普銳斯於同年發布，第三代普銳斯於 2009 年發行。

她追隨豐田 本田另一家日本汽車巨頭。 賣模型 眼光 (4)、部分並聯混合動力，該公司於1999年在美國和日本推出。 這是一款比豐田產品更省油的車款。 第一代普銳斯轎車市內油耗為4,5L/100公里，城外油耗為5,2L/100公里。 兩門本田 Insight 第一代城市內油耗為3,9公升/100公里，城外油耗為3,5公升/100公里。

豐田發布了新的混合動力版本的汽車。 生產 豐田 Auris 混合動力車 2010年XNUMX月開始。 它是歐洲第一款量產的混合動力車，售價低於普銳斯。 耳里斯混合體 它具有與普銳斯相同的動力傳動系統，但油耗較低 - 聯合循環為 3,8 公升/100 公里。

到 2007 年 2009 月，豐田汽車公司已售出第一百萬輛混合動力車。 到 6 年 2013 月將達到 2015 萬，到 8 年 2015 月將達到 2019 萬。 50年XNUMX月，豐田混合動力車總數突破XNUMX萬輛。 XNUMX年XNUMX月，豐田混合動力車僅在歐洲的銷售就突破了XNUMX萬輛。 XNUMX年第一季度，混合動力車已佔XNUMX%。 豐田在我們大陸的總銷量。 最受歡迎的模特 然而，在這一類別中，不再有普銳斯，但始終如一 雅力士混合動力車, C-HR 混合動力 歐拉茲 卡羅拉混合動力。 到2020年底，豐田計劃銷售15萬輛混合動力車，該公司表示，這一目標已於今年2017月實現，即首先。 據製造商稱，85 年已有 XNUMX 萬噸被釋放到大氣中。 二氧化碳 較少的。

在跨越二十多年的主流職業生涯中 油電混合車 新的創新已經出現。 混合動力現代伊蘭特 LPI (5) 於 2009 年 XNUMX 月在韓國上市，是第一款採用液化石油氣驅動的內燃機的混合動力車。 伊蘭特 是一款使用鋰聚合物電池的部分混合動力車，這也是首次。 伊蘭特每 5,6 公里消耗 100 公升汽油，排放量為 99 克/公里。₂。 2012年，標緻提供了新的解決方案，在歐洲市場推出了3008 Hybrid4車型，即首款量產柴油混合動力車。 據製造商稱，3008 Hybrid 貨車每 3,8 公里消耗 100 公升柴油，每公里排放 99 克二氧化碳。₂.

5.現代伊蘭特LPI混合動力車

該車型於 2010 年紐約國際車展上亮相。 林肯MKZ混合動力車首款混合動力版，售價與同型號普通版相同。

自 2020 年這一具有里程碑意義的年份以來，到 1997 年 17 月，全球混合動力汽車銷量已超過 2018 萬輛。 市場領導者為日本，截至7,5 年2019 月，其混合動力汽車銷量超過5,4 萬輛；其次是美國，截至2020 年，其混合動力汽車銷量總計3 萬輛；截至450 年XNUMX 月，歐洲銷售了XNUMX萬輛混合動力汽車。 除了普銳斯之外，最廣為人知的混合動力車型還有其他豐田車型的混合動力版本：Auris、Yaris、凱美瑞和漢蘭達、本田 Insight、Lexus GSXNUMXh、雪佛蘭 Volt、歐寶 Ampera、日產 Altima Hybrid。

平行、串列和混合

目前，幾個不同的屬隱藏在通用名稱“雜交”下。 推進系統 以及實現更高效率的想法。 必須記住，現在，隨著設計的發展和進步，清晰的分類有時會失敗，因為使用了不同解決方案的組合以及違反定義純粹性的新發明。 讓我們先按驅動器配置進行劃分。

W 混合動力 並聯式內燃機和電動馬達與驅動輪機械連接。 車輛可由內燃機、電動馬達或兩者提供動力。 該方案採用的是 在本田汽車中：洞察力、思域、雅閣。 這種系統的另一個例子是雪佛蘭 Malibu 上的通用汽車皮帶交流發電機/起動機。 在許多型號中，內燃機也作為 能量發生器.

目前市面上已知的並聯驅動器由全功率內燃機和較小（最高 20 kW）的電動馬達以及小型電池組成。 在這些設計中，電動機必須僅支援主電動機，而不是主要動力源。 並聯混合動力驅動被認為比相同尺寸的僅基於內燃機的系統更高效，特別是在城市和高速公路駕駛中。

在順序混合動力系統中，車輛僅由電動馬達直接驅動，並使用內燃機來推動系統。 電流發生器 和。 該系統中的電池組通常要大得多，這會影響生產成本。 這種佈置被認為可以提高內燃機的效率，特別是在城市駕駛期間。 例子 串聯混合動力 這是日產 e-Power。

油電混合驅動 結合了上述兩種解決方案的優點——並行和串行。 與在低速時效率最高的串聯和在高速時最佳的並聯相比，這些“混合動力車”在性能方面被認為是最佳的。 然而，它們的生產作為更複雜的電路比 並聯電機。 混合混合動力系統的主要製造商是豐田。 它們用於豐田和雷克薩斯、日產和馬自達（大部分獲得豐田許可）、福特和通用汽車的汽車。

來自兩台內燃機和一台並聯內燃機的動力可以使用諸如（動力分配器）之類的裝置（一組簡單的行星齒輪）傳輸到車輪驅動裝置。 內燃機軸 連接到變速箱行星齒輪的叉子，發電機 - 帶有中心齒輪，通過變速箱的電動機 - 帶有外部齒輪，扭矩從外部齒輪傳遞到車輪。 這允許您轉移部分 轉速 以及內燃機對車輪和部分發電機的扭力。 從而 發動機 無論車速如何，例如從停止啟動時，它都可以在最佳速度範圍內運行，並利用發電機產生的電流為電動馬達提供動力，電動馬達的高扭矩由內燃機支持來驅動輪子。 電腦協調整個系統的運行，調節發電機的負載和電動機的電源，從而控制行星齒輪箱的運行 機電無段變速器。 當減速和煞車時，電動馬達充當發電機為電池充電，當內燃機啟動時，交流發電機充當發電機。 起動機.

W 全混合動力驅動 汽車可以僅從引擎、僅從電池或同時從兩者獲取動力。 這種系統的例子有 混合動力協同驅動玩具, 混合動力系統 福特汽車, 兩種模式混合 生產 通用汽車/克萊斯勒t. 汽車範例：Toyota Prius、Toyota Auris Hybrid、福特 Escape Hybrid，以及雷克薩斯 RX400h、RX450h、GS450h、LS600h 和 CT200h。 這些汽車需要大型、高效的電池。 透過使用動力分配機制，車輛獲得了更大的靈活性，但代價是增加了系統複雜性。

部分混合 原則上，它是一輛帶有擴展啟動器的普通汽車，可讓您在每次汽車下坡、煞車或停車時關閉內燃機，並在必要時快速啟動引擎。

起動機 它通常安裝在引擎和變速箱之間，取代液力變矩器。 點燃時提供額外的能量。 當內燃機不運轉時，可以打開收音機和空調等配件。 煞車時電池會充電。 與全混合動力車相比 部分混合動力車具有較小的電池和較小的電動馬達。 因此，它們的空重和生產成本較低。 這種設計的一個例子是 2005 年至 2007 年生產的全尺寸雪佛蘭索羅德混合動力車。 他存了高達百分之十的錢。 當關閉和打開內燃機以及煞車期間的能量回收時。

混合動力和電動的混合動力

另一類混合動力車值得花更多時間，從某種程度上來說，這是邁向「純電動」的又一步。 這些是混合動力汽車 (PHEV)，其中的電池用於 電力驅動 也可以從外部電源 (6) 充電。 因此，PHEV可以被認為是混合動力汽車和電動車之間的混合動力汽車。 配備有 充電插頭。 因此，電池也變大了幾倍，這意味著可以安裝更強大的電動馬達。

6. 混合動力汽車圖解

因此，混合動力汽車比傳統混合動力汽車消耗更少的燃料，它們通常可以在不啟動內燃機的情況下行駛約50-60 公里，並且還具有更好的性能，因為混合動力汽車通常是最強大的選擇。 這個模型。

插電式混合動力車的續航里程比沒有此功能的油電混合車大很多倍。 這幾十公里對於環城、上班或去商店來說已經足夠了。 例如，在 斯柯達速派 iV (7)電池可儲存高達13kWh的電力，零排放模式下續航里程可達62公里。 由於採用此，當我們將混合動力車停在家中並返回家中時，我們可以實現 0 公升/100 公里的平均油耗。 內燃機可以保護電池在沒有電源的地方不會放電，當然，也可以讓您不用擔心長途旅行的續航里程。

7. 充電時的Skoda速派 iV Hybrid

同樣重要 混合型 配備強大的電動馬達 斯柯達速派 iV 其參數為116馬力。 和330牛頓米的扭力。 由於此，汽車不僅可以立即加速（無論當前運行速度如何，電動馬達驅動汽車的速度都一樣快），因為Skoda表示 Superb 將在 60 秒內加速到 5 公里/小時，還可以將汽車加速到140公里/小時– 這可以實現無壓力和零排放的駕駛，例如在環路或高速公路上。

行駛時，汽車通常由兩台發動機提供動力（內燃機由電力提供動力，因此比傳統汽車使用更少的燃料），但當您鬆開油門、制動或勻速行駛時，內部發動機內燃機關閉發動機，然後 電動機 驅動輪子。 所以機器的工作原理就像 經典混合動力 並以相同的方式恢復能量 - 每次製動時，能量都會恢復並以電流的形式進入電池； 將來，它的作用恰恰是確保內燃機可以更頻繁地關閉。

中國製造商比亞迪汽車於 2008 年 3 月向市場推出了第一款插電式混合動力車。 這是 F62DM PHEV-XNUMX 型號。 全球最受歡迎的電動車插電式混合動力版本首次亮相， 雪佛蘭伏特，發生在2010年。 T。醒來 於2012年首播。

雖然並非所有車型的運行方式都相同，但大多數車型都可以以兩種或多種模式運行：“全電動”，即發動機和電池為車輛提供所有動力；以及“混合動力”，即同時使用電力和汽油。 插電式混合動力汽車通常以全電動模式運行，依靠電力運行直到電池耗盡。 一些車型在達到高速公路目標速度（通常為 100 公里/小時左右）後會切換到混合動力模式。

除了上述SkodaSuperb iV 之外，最著名和最受歡迎的混合動力車型還有起亞Niro PHEV、現代Ioniq Plug-in、寶馬530e 和X5 xDrive45e、梅賽德斯E 300 ei E 300 de、VolvoXC60 Recharge 、福特Kuga PHEV、Audi Q5 TFSI e、保時捷卡宴 E-Hybrid。

從海洋深處到天空的混合體

值得記住的是 混合動力 不僅用於乘用車領域和一般汽車。 例如 混合動力驅動系統 使用 柴油機 或 渦輪電動 用於為鐵路機車、巴士、卡車、移動液壓機和船舶提供動力。

在大型結構中，通常看起來像這樣 柴油/渦輪發動機 驅動發電機或 水力泵浦它驅動電動/液壓馬達。 在大型車輛中，相對功率損耗會減少，並且透過電纜或管道而不是機械部件分配功率的好處變得更加明顯，特別是在將功率傳輸到車輪或螺旋槳等多個驅動系統時。 直到最近，重型車輛還擁有少量的二次能源，例如液壓蓄能器/蓄能器。

一些最古老的混合設計是 非核潛艇驅動裝置，使用原始柴油和潛水艇電池運作。 例如，二戰潛水艇同時使用串列和平行系統。

鮮為人知，但同樣有趣的設計 燃油液壓混合動力。 1978 年，明尼蘇達州亨內平職業技術中心的學生將一輛大眾甲蟲車改裝成 油液混合動力 與現成的零件。 在 90 年代，美國 EPA 實驗室的工程師為典型的美國轎車開發了一種「石油液壓」變速箱。

測試車在城市和高速公路混合行駛循環中達到了約130公里/小時的速度。 使用 0 升柴油發動機，100 至 8 公里/小時加速僅需 1,9 秒。 EPA 估計，批量生產的液壓部件僅使車輛的價格增加了 700 美元。 EPA 測試測試了福特 Expedition 的汽油液壓混合動力設計，該設計在城市交通中每 7,4 公里消耗 100 公升燃油。 美國快遞公司 UPS 目前營運兩輛使用該技術的卡車 (8)。

8. UPS 中的液壓混合動力

美軍進行了測試 混合動力悍馬 SUV 自1985年起。 評估不僅指出了更大的動力和更高的燃油經濟性，而且還指出了這些機器的較低熱特徵和更安靜的運行，正如您可能猜到的那樣，這在軍事應用中非常重要。

早期形式 海洋運輸中的混合動力推進系統 有一些船，桅杆上掛著帆， 蒸汽機 甲板下方。 另一個例子已經提到過 柴電潛水艇。 較新但又是傳統的船舶混合動力推進系統包括 SkySails 等公司生產的大型風箏。 拖風箏 它們可以飛行到比船舶最高桅杆高出幾倍的高度，攔截更強、更持續的風。

混合動力概念終於進入了航空領域。 例如，原型機 (9) 配備了混合膜系統 (REM)，最高可達 馬達電源它連接到傳統的螺旋槳。 燃料電池為巡航階段提供所有動力。 在起飛和爬升期間，即需要最多電力的飛行階段，該系統使用輕型鋰離子電池。 這架示範機也是一架迪莫納機動滑翔機，由奧地利鑽石飛機工業公司製造，該公司對飛機的設計進行了修改。 該飛機翼展16,3米，利用燃料電池提供的能量，能夠以約100公里/小時的速度飛行。

9.波音燃料電池驗證機

並不是所有的東西都是粉紅色的

不可否認的是，由於混合動力車的設計比傳統汽車複雜，汽車運行過程中排放的減少足以抵消這些排放。 混合動力汽車可以減少 90% 的霧霾污染物排放。 並將碳排放量減少一半。

儘管如此 混合動力汽車 儘管混合動力汽車比傳統汽車消耗更少的燃料，但仍有混合動力汽車電池對環境產生有害影響的問題。 如今，大多數混合動力汽車電池都是兩種類型之一：鎳氫電池或鋰離子電池。 然而，這兩種電池仍然被認為比鉛電池更環保，鉛電池目前佔汽油車啟動電池的大部分。

這裡要注意的是，數據並不明確。 一般毒性水平和環境影響 鎳氫電池 被認為比案例中低得多 鉛酸電池 或使用鎘。 其他消息人士稱，鎳氫電池的毒性比鉛酸電池大得多，回收和安全處置也更加繁重。 各種可溶性和不溶性鎳化合物，如氯化鎳和氧化鎳，在動物實驗中已被證明具有眾所周知的致癌作用。

累加器 Litowo-jonowe 它們現在被認為是一種有吸引力的替代品，因為它們具有所有電池中最高的能量密度，並且可以產生比鎳氫電池多三倍的電壓，同時儲存更大的容量。 電能。 這些電池還可以產生更多電力，效率更高，更大程度地消除電力浪費，並提供超長的使用壽命，電池壽命接近車輛的壽命。 此外，鋰​​離子電池的使用使車輛整體重量減輕了30%。 比汽油動力車輛提高燃油經濟性，進而減少二氧化碳排放₂.

不幸的是，正在考慮的技術注定要依賴難以找到且更昂貴的材料。 向下 電動機設計 混合動力汽車的其他部件需要稀土金屬等。 例如 鎝是生產混合動力系統中各類先進電動馬達和電池系統所必需的稀土元素。 或者 釹，另一種稀土金屬，是永久磁鐵馬達中使用的高強度磁鐵的關鍵成分。

世界上幾乎所有稀土都主要來自中國。 一些非中文來源，例如 霍伊達斯湖 在加拿大北部或 費爾德山 在澳大利亞，它目前正在開發中。 如果我們找不到替代解決方案，無論是新礦床還是替代稀有金屬的材料，那麼材料的價格肯定會上漲。 這可能會破壞透過逐步將汽油擠出市場來減少排放的計劃。

除了價格上漲之外，還存在道德問題。 2017年，一份聯合國報告發現了濫用行為 鈷礦中的兒童是我們綠色科技極為重要的原料，包括剛果民主共和國 (DCR) 最新一代的電動馬達。 全世界都了解到，年僅四歲的兒童就被迫在骯髒、危險且常有毒的鈷礦中工作。 聯合國估計每年約有八十名兒童死於這些礦坑。 每天有多達40名未成年人被迫工作。 有時，這就是我們純混合動力車的骯髒代價。

排氣管創新令人鼓舞

不過，也有一個好消息 混合方法 以及對清潔汽車的普遍渴望。 研究人員最近開發出了一種有希望且令人驚訝的 柴油引擎的簡單改裝它可以與混合動力系統中的電力驅動相結合。 柴油引擎驅動 這可以使它們更小、更便宜並且更容易維護。 最重要的是，它們會變得更乾淨。

桑迪亞國家實驗室研究中心的查爾斯·穆勒 (Charles Muller) 和三名同事致力於一項稱為通道燃料噴射 (DFI-) 的改進。 它基於本生燈的簡單原理。 科學家表示，DFI 可以減少排放和 DPF 被煙灰堵塞的趨勢。 根據穆勒介紹，他的發明甚至可以透過減少曲軸箱中的煙灰量來延長換油週期。

那麼它是怎樣工作的呢？ 吸嘴 在傳統柴油引擎中，它們在燃燒室區域產生豐富的混合。 然而，據科學家稱，這些區域含有的燃料比完全燃燒所需的燃料多出兩到十倍。 在高溫下使用如此過量的燃料應該會形成大量煙灰。 安裝 DFI 管道可以使柴油高效燃燒，幾乎不會形成煙灰。 「我們的混合物含有更少的燃料，」穆勒在有關新技術的出版物中解釋道。

穆勒先生所說的通道是安裝在距離噴射器孔不遠的地方的管道。 它們安裝在氣缸蓋下側，靠近噴油嘴。 穆勒相信它們最終將由高耐熱合金製成，以承受燃燒的熱能。 然而，據他介紹，與實施他的團隊開發的發明相關的額外成本將會很小。

當燃燒系統產生的煙灰較少時，可以更有效地使用。 廢氣再循環系統 (EGR) 減少氮氧化物、NOx。 據該解決方案的開發人員稱，這可以將引擎排出的煙灰和氮氧化物的量減少到目前水平的十分之一。 他們也指出，他們的概念將有助於減少二氧化碳排放。₂ 以及其他導致全球暖化的物質。

上述情況不僅是一個信號，表明我們也許不會那麼快告別柴油發動機，許多人已經放棄了柴油發動機。 燃燒驅動技術的創新延續了推動混合動力車興起的思維。 這是一個逐步減少車輛對環境影響的小步驟策略。 很高興知道這個方向的創新不僅出現在混合動力的電動部分，而且還出現在燃料部分。