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串聯、并聯、混聯 哪種方式更省油?

作者:

時間:1900/1/1 0:00:00

作者曾寫道,只要汽車采用內燃機,混合動力電動汽車將成為必然。簡而言之,混合動力和內燃機是共存的。如今,外部充電混合動力汽車(包括增程汽車)的發展有成為新能源汽車主流產品的趨勢。然而,在串聯、并聯和串并聯混合動力中,哪種技術路線更省油?這一直是爭論的焦點。此外,由于車輛的用途、運行環境、設計水平和技術路線的不同,混合動力汽車的油耗受到很大影響,因此從未有過更科學的答案。

有很多不同的意見。JARI進行的對比實驗不僅給出了明確的答案,而且對技術方案和關鍵部件對油耗的影響因素進行了詳細的比較和技術分析。。。這些信息對于選擇新能源汽車的技術路線和進行相應的技術開發具有非常重要的參考價值。

首先,測試車輛類型

被稱為ACE(AutoCAD Electrical)技術研究,其能耗對比實驗選取了兩個模型。一種是整備質量為2500公斤、額定載荷為2000公斤的小型卡車;另一種是大型城市公交車,整備質量為10000公斤,額定載客量為65人。

1.車輛設計依據

車輛設計所依據的基本原理和技術要求如下:

(1) 將先進的節能技術指標作為首選,不考慮車輛的空間布局和成本;

(2) 與混合動力相關的總成和零部件都是基于滿足車輛的基本性能;

(3) 它可以滿足城市道路條件的動態要求,而不考慮其他使用條件下的動態要求;

(4) 汽車性能應滿足日本M15車型,坡道的平均比例為4%;

(5) 電機應滿足日本M15測試模式下全過程能量回收的要求;

(6) 蓄電池能滿足電動機滿負荷的正常運行(并聯混合動力電動汽車包括帶發電機的內燃機的能量輸出);

(7) 滿足最高速度運行的傳動比;

(8) 發動機功率或發電機功率,可使車輛保持最高速度運行;

(9) 考慮到小型卡車不僅可以在城市中行駛,還可以滿足城際道路的行駛要求,最高速度設定為100公里/小時;

(10) 大型城市公交車在城市道路上行駛的最高速度限制在60公里/小時,同時考慮到公交車的使用特點,完全滿足啟動和加速所需的大扭矩和高速度要求。

2.日本M15和JE05測試模式

試驗采用日本標準,M15和JE05的工作模式如圖1所示。

圖1 M15和JE05在日本的工作模式

3.車輛技術參數

6種混合動力電動汽車和8種由2種車型改裝而成的汽車的主要技術參數如表1和表2所示。其中:

(1) 混合動力電動汽車采用與基準柴油汽車相同的空氣阻力系數;

(2) 行駛部件的等效慣性質量應確定為路緣質量的7%;

(3) 考慮到不同的功率類型會導致零件質量的變化,當車輛配置相同質量負載時,允許的負載誤差范圍為:小型卡車為6%,大型公共汽車為3%;

(4) 大型客車使用的柴油發動機應選擇最大扭矩和最大效率的方案;

(5) 串聯混合動力電動汽車的電機為高速型,并聯混合動力電動車輛的電機為低速型,其轉速相當于發動機轉速;電機的轉矩和效率參數采用ACE技術的研究成果;

(6) 串聯混合動力電動汽車的發電機是高速的,發電機的轉矩和效率參數采用ACE的技術成果;

(7) 混合動力電動汽車的所有儲能裝置均采用商用鎳氫電池,其充放電效率符合日本JARI標準。

用于試驗的八種型號的主要技術參數如表1和表2所示。其中,SHEV是一種串聯混合動力,PHEV是一種并聯混合動力,SPHEV是一種并行混合動力。作者曾寫道,只要汽車采用內燃機,混合動力電動汽車將成為必然。簡而言之,混合動力和內燃機是共存的。如今,外部充電混合動力汽車(包括增程汽車)的發展有成為新能源汽車主流產品的趨勢。然而,在串聯、并聯和串并聯混合動力中,哪種技術路線更省油?這一直是爭論的焦點。此外,由于車輛的用途、運行環境、設計水平和技術路線的不同,混合動力汽車的油耗受到很大影響,因此從未有過更科學的答案。

有很多不同的意見。JARI進行的對比實驗不僅給出了明確的答案,而且對技術方案和關鍵部件對油耗的影響因素進行了詳細的比較和技術分析。。。這些信息對于選擇新能源汽車的技術路線和進行相應的技術開發具有非常重要的參考價值。

首先,測試車輛類型

被稱為ACE(AutoCAD Electrical)技術研究,其能耗對比實驗選取了兩個模型。一種是整備質量為2500公斤、額定載荷為2000公斤的小型卡車;另一種是大型城市公交車,整備質量為10000公斤,額定載客量為65人。

1.車輛設計依據

車輛設計所依據的基本原理和技術要求如下:

(1) 將先進的節能技術指標作為首選,不考慮車輛的空間布局和成本;

(2) 與混合動力相關的總成和零部件都是基于滿足車輛的基本性能;

(3) 它可以滿足城市道路條件的動態要求,而不考慮其他使用條件下的動態要求;

(4) 汽車性能應滿足日本M15車型,坡道的平均比例為4%;

(5) 電機應滿足日本M15測試模式下全過程能量回收的要求;

(6) 蓄電池能滿足電動機滿負荷的正常運行(并聯混合動力電動汽車包括帶發電機的內燃機的能量輸出);

(7) 滿足最高速度運行的傳動比;

(8) 發動機功率或發電機功率,可使車輛保持最高速度運行;

(9) 考慮到小型卡車不僅可以在城市中行駛,還可以滿足城際道路的行駛要求,最高速度設定為100公里/小時;

(10) 大型城市公交車在城市道路上行駛的最高速度限制在60公里/小時,同時考慮到公交車的使用特點,完全滿足啟動和加速所需的大扭矩和高速度要求。

2.日本M15和JE05測試模式

試驗采用日本標準,M15和JE05的工作模式如圖1所示。

圖1 M15和JE05在日本的工作模式

3.車輛技術參數

6種混合動力電動汽車和8種由2種車型改裝而成的汽車的主要技術參數如表1和表2所示。其中:

(1) 混合動力電動汽車采用與基準柴油汽車相同的空氣阻力系數;

(2) 行駛部件的等效慣性質量應確定為路緣質量的7%;

(3) 考慮到不同的功率類型會導致零件質量的變化,當車輛配置相同質量負載時,允許的負載誤差范圍為:小型卡車為6%,大型公共汽車為3%;

(4) 大型客車使用的柴油發動機應選擇最大扭矩和最大效率的方案;

(5) 串聯混合動力電動汽車的電機為高速型,并聯混合動力電動車輛的電機為低速型,其轉速相當于發動機轉速;電機的轉矩和效率參數采用ACE技術的研究成果;

(6) 串聯混合動力電動汽車的發電機是高速的,發電機的轉矩和效率參數采用ACE的技術成果;

(7) 混合動力電動汽車的所有儲能裝置均采用商用鎳氫電池,其充放電效率符合日本JARI標準。

用于試驗的八種型號的主要技術參數如表1和表2所示。其中,SHEV是一種串聯混合動力,PHEV是一種并聯混合動力,SPHEV是一種并行混合動力。表1四種小型卡車的主要技術參數

項目

單元

柴油發動機汽車

SHEV汽車

PHEV汽車

SPHEV汽車

馬車的長度

毫米

一千八百

一千八百

一千八百

一千八百

發動機質量

公斤

三百三十三

二百

二百一十六

二百一十六

電機控制器逆變器等。

公斤

一百三十

46

92

發電機逆變器

公斤

72

變速+變速器

公斤

一百七十

一百二十

一百七十

二百九十

儲能裝置

公斤

一百七十六

一百三十二

一百三十二

燃油和油箱

公斤

一百

一百

一百

一百

測試負載

公斤

一千零五十五

一千零五十五

一千零五十五

一千零五十五

另外

公斤

42

42

42

42

總試驗質量

公斤

三千五百

三千六百九十五

三千五百六十一

三千七百二十七

發動機

最大速度

轉速/分鐘

三千五百

三千五百

三千五百

三千五百

最大輸出扭矩

牛·米

二百七十九

一百六十七

一百八十

一百八十

最大輸出功率

千瓦

一百

六十

65

65

怠速

轉速/分鐘

五百

五百

五百

五百

串聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

一萬三千

最大輸出扭矩

牛·米

二百八十一

94

最大輸出功率

千瓦

一百

35

并聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

三千五百

三千五百

最大輸出扭矩

牛·米

三百五十九

三百五十九

最大輸出功率

千瓦

35

35

串聯和混合發電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

三千五百

最大輸出扭矩

牛·米

一百四十

三百五十九

最大輸出功率

千瓦

55

35

儲能裝置

最大輸出功率密度

重量/千克

三百

三百

三百

最大容量

瓦時

七千二百

五千四百

五千四百

發電結束時的SOC

%

65

65

65

發電開始時的SOC

%

55

55

55

最低SOC

%

四十

四十

四十

最大SOC

%

95

95

95

最大輸出功率

千瓦

五十

四十

四十

串聯和混合動力齒輪傳動系統

減速器傳動比

二點五八一

二點五八一

傳輸效率

零點九五

零點九五

減速器傳動比

六點二一七

六點二一七

傳輸效率

零點九五

零點九五

發動機和發電機的傳動比

一點五九

傳輸效率

零點……

ne五

并聯和串聯齒輪傳動系統

減速器傳動比

六點零四五

六點零四五

6.045

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

變速箱前進檔

1檔傳動比

三點零二八

三點零二八

三點零二八

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

二檔傳動比

一點七

一點七

一點七

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

三檔傳動比

傳輸效率

零點九八

零點九八

零點九八

四檔傳動比

零點七二二

零點七二二

零點七二二

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

發動機和電機的傳動比

傳輸效率

與該車輪關聯的所有參數

主動輪滾動半徑

零點三四七

零點三四七

零點三四七

表2四輛大型城市公交車的主要技術參數

項目

單元

柴油發動機汽車

SHEV汽車

PHEV汽車

SPHEV汽車

馬車的長度

毫米

九千二百七十八

九千二百七十八

九千二百七十八

九千二百七十八

發動機質量

公斤

五百三十三

二百五十一

三百三十三

三百三十三

電機控制器逆變器等。

公斤

二百零八

八十二

一百六十

發電機逆變器

公斤

94

變速+變速器

公斤

四百

二百二十

四百

六百二十

儲能裝置

公斤

三百五十二

二百二十

二百二十

燃料和染料箱

公斤

二百

二百

二百

二百

測試負載

公斤

一千八百一十五

一千八百一十五

一千八百一十五

一千八百一十五

另外

公斤

一百五十

一百五十

一百五十

一百五十

總試驗質量

公斤

一萬二千三百七十六

一萬二千五百六十八

一萬二千四百七十八

一萬二千七百七十六

發動機

最大速度

轉速/分鐘

二千五百

二千五百

二千五百

二千五百

最大輸出扭矩

牛·米

六百五十六

二百九十二

三百九十

三百九十

最大輸出功率

千瓦

一百六十

75

一百

一百

怠速

轉速/分鐘

五百

五百

五百

五百

串聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

一萬三千

最大輸出扭矩

牛·米

四百三十

一百七十二

最大輸出功率

千瓦

一百六十

六十

并聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

二千五百

二千五百

最大輸出扭矩

牛·米

八百七十四

八百七十四

最大輸出功率

千瓦

六十

六十

串聯和混合發電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

二千五百

最大輸出扭矩

牛·米

一百八十九

……

八百七十四

最大輸出功率

千瓦

七十

六十

儲能裝置

最大輸出功率密度

重量/千克

三百

三百

三百

最大容量

瓦時

一萬四千四百

九千

九千

發電結束時的SOC

%

65

65

65

發電開始時的SOC

%

55

55

……表1四種小型卡車的主要技術參數

項目

單元

柴油發動機汽車

SHEV汽車

PHEV汽車

SPHEV汽車

馬車的長度

毫米

一千八百

一千八百

一千八百

一千八百

發動機質量

公斤

三百三十三

二百

二百一十六

二百一十六

電機控制器逆變器等。

公斤

一百三十

46

92

發電機逆變器

公斤

72

變速+變速器

公斤

一百七十

一百二十

一百七十

二百九十

儲能裝置

公斤

一百七十六

一百三十二

一百三十二

燃油和油箱

公斤

一百

一百

一百

一百

測試負載

公斤

一千零五十五

一千零五十五

一千零五十五

一千零五十五

另外

公斤

42

42

42

42

總試驗質量

公斤

三千五百

三千六百九十五

三千五百六十一

三千七百二十七

發動機

最大速度

轉速/分鐘

三千五百

三千五百

三千五百

三千五百

最大輸出扭矩

牛·米

二百七十九

一百六十七

一百八十

一百八十

最大輸出功率

千瓦

一百

六十

65

65

怠速

轉速/分鐘

五百

五百

五百

五百

串聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

一萬三千

最大輸出扭矩

牛·米

二百八十一

94

最大輸出功率

千瓦

一百

35

并聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

三千五百

三千五百

最大輸出扭矩

牛·米

三百五十九

三百五十九

最大輸出功率

千瓦

35

35

串聯和混合發電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

三千五百

最大輸出扭矩

牛·米

一百四十

三百五十九

最大輸出功率

千瓦

55

35

儲能裝置

最大輸出功率密度

重量/千克

三百

三百

三百

最大容量

瓦時

七千二百

五千四百

五千四百

發電結束時的SOC

%

65

65

65

發電開始時的SOC

%

55

55

55

最低SOC

%

四十

四十

四十

最大SOC

%

95

95

95

最大輸出功率

千瓦

五十

四十

四十

串聯和混合動力齒輪傳動系統

減速器傳動比

二點五八一

二點五八一

傳輸效率

零點九五

零點九五

減速器傳動比

六點二一七

六點二一七

傳輸效率

零點九五

Z……

o點九五

發動機和發電機的傳動比

一點五九

傳輸效率

零點九五

并聯和串聯齒輪傳動系統

減速器傳動比

六點零四五

六點零四五

6.045

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

變速箱前進檔

1檔傳動比

三點零二八

三點零二八

三點零二八

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

二檔傳動比

一點七

一點七

一點七

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

三檔傳動比

傳輸效率

零點九八

零點九八

零點九八

四檔傳動比

零點七二二

零點七二二

零點七二二

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

發動機和電機的傳動比

傳輸效率

與該車輪關聯的所有參數

主動輪滾動半徑

零點三四七

零點三四七

零點三四七

表2四輛大型城市公交車的主要技術參數

項目

單元

柴油發動機汽車

SHEV汽車

PHEV汽車

SPHEV汽車

馬車的長度

毫米

九千二百七十八

九千二百七十八

九千二百七十八

九千二百七十八

發動機質量

公斤

五百三十三

二百五十一

三百三十三

三百三十三

電機控制器逆變器等。

公斤

二百零八

八十二

一百六十

發電機逆變器

公斤

94

變速+變速器

公斤

四百

二百二十

四百

六百二十

儲能裝置

公斤

三百五十二

二百二十

二百二十

燃料和染料箱

公斤

二百

二百

二百

二百

測試負載

公斤

一千八百一十五

一千八百一十五

一千八百一十五

一千八百一十五

另外

公斤

一百五十

一百五十

一百五十

一百五十

總試驗質量

公斤

一萬二千三百七十六

一萬二千五百六十八

一萬二千四百七十八

一萬二千七百七十六

發動機

最大速度

轉速/分鐘

二千五百

二千五百

二千五百

二千五百

最大輸出扭矩

牛·米

六百五十六

二百九十二

三百九十

三百九十

最大輸出功率

千瓦

一百六十

75

一百

一百

怠速

轉速/分鐘

五百

五百

五百

五百

串聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

一萬三千

最大輸出扭矩

牛·米

四百三十

一百七十二

最大輸出功率

千瓦

一百六十

六十

并聯和混合動力驅動電機

最大速度

轉速/分鐘

二千五百

二千五百

最大輸出扭矩

牛·米

八百七十四

八百七十四

最大輸出功率

千瓦

六十

六十

系列屬和雜交屬……

無線電

最大速度

轉速/分鐘

一萬三千

二千五百

最大輸出扭矩

牛·米

一百八十九

八百七十四

最大輸出功率

千瓦

七十

六十

儲能裝置

最大輸出功率密度

重量/千克

三百

三百

三百

最大容量

瓦時

一萬四千四百

九千

九千

發電結束時的SOC

%

65

65

65

發電開始時的SOC

%

55

55

……最低SOC

%

四十

四十

四十

最大SOC

%

95

95

95

最大輸出功率

千瓦

一百

65

65

串聯和混合動力齒輪傳動系統

減速器傳動比

六點零三九

六點零三九

傳輸效率

零點九五

零點九五

減速器傳動比

六點二一七

六點二一七

傳輸效率

零點九五

零點九五

發動機和發電機的傳動比

二點二三

傳輸效率

零點九五

并聯和串聯齒輪傳動系統

減速器傳動比

七點二三

七點二三

七點二三

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

變速箱前進檔

1檔傳動比

三點六七九

三點六七九

三點六七九

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

二檔傳動比

二點一九七

二點一九七

二點一九七

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

三檔傳動比

一點三四一

一點三四一

一點三四一

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

四檔傳動比

傳輸效率

零點九八

零點九八

零點九八

發動機和電機的傳動比

傳輸效率

與該車輪關聯的所有參數

主動輪滾動半徑

零點四六八

零點四六八

零點四六八

第二,混合動力類型對油耗的影響

1.滾動阻力對油耗的影響

滾動阻力的變化對油耗的影響是不言而喻的。混合動力電動汽車滾動阻力的增加不僅受到駕駛模式的影響,還受到減速過程中能量回收的影響。

在日本采用M15工作模式測試了小型卡車和大型城市公交車的滾動阻力及其對油耗的影響。結果分別如圖2和圖3所示。當滾動阻力系數在縱軸上增加1%時,兩款基準柴油車和其他混合動力電動汽車的每公里油耗(L/km)的變化和比較。

對于小型卡車來說,混合動力電動汽車因滾動阻力而增加的油耗(每公里油耗)相當于標準柴油車的1.7~2.2倍。對于大型城市公交車來說,由于滾動阻力的增加,混合動力車的油耗大致相當于基準柴油車的兩倍。

圖2小型貨車滾動阻力變化對油耗的影響

圖3滾動阻力變化對大型城市公交車油耗的影響。

2.工作效率對油耗的影響

每個主要組件的工作效率,包括電池、驅動電機、能量回收、發電機……

發動機、減速器和傳動系統,都會對油耗產生不同的影響。縱軸顯示了不同混合動力電動汽車的工作效率變化對油耗(每公里油耗)的影響。

與基準柴油車相比,小型卡車混合動力電動汽車的發動機和減速傳動系統的工作效率對油耗的影響更大。其中,串聯混合動力電動汽車(SHEV)各要素帶來的油耗影響平均可達2%;

在并聯混合動力電動汽車(PHEV)中,與電機和電池相比,發動機、減速器和傳動系統的影響也更大。然而,在串并聯混合動力(SPHEV)中,電機、電池、發動機、減速和傳動系統的影響基本相同(圖4)。

對于大型城市公交車,每個組件的工作效率的影響與上述基本相同。然而,電池效率的影響高于小型卡車(圖5)。

圖4小型貨車各組件工作效率對油耗的影響。

圖5大型城市公交車各總成工作效率對油耗的影響。

3.ACE開發技術對油耗的影響

AutoCAD Electrical技術的發展對提高混合動力電動客車的油耗有著明顯的效果。這里,ACE發展因素對油耗影響的評估主要針對超級電容器、鋰離子電池、輪轂電機和低滾動阻力輪胎。各種模型的經濟性及其評估結果如圖6和圖7所示。

在小型卡車的測試中,分別采用了M15和JE05兩種操作模式。大型城市公交車測試采用M15運行模式。

縱軸是每個主組件每公里燃油消耗量的影響。其中,輪轂電機驅動主要采用串聯或串聯方式,并采用兩級減速。如果改為第一次減速,傳動效率將得到提高,后橋的質量將減少。此外,低滾動阻力輪胎可將滾動阻力降低25%。

對于小型卡車來說,怠速熄火裝置的節油效果突出,尤其是在停車時間較長的情況下,M15測試模式下的節油率可以達到20%。

在混合動力中使用低滾動阻力輪胎的效果可以是標準柴油車的兩倍,節油率可以達到10%。此外,對電力依賴性高的串聯/串聯混合動力、儲能裝置和輪電機驅動模式也可以獲得10%的節油率。對于M15和JE05測試模式的比較,JE05測試方式的節油效果不是很明顯,但對于其他測試效果,這兩種模式基本相同(圖6)。

圖6小型貨車使用ACE技術帶來的燃油經濟性效果。

對于大型城市公交車,基準柴油車使用低滾動阻力輪胎的效果僅接近5%,混合動力車使用低阻力輪胎的影響僅接近10%。

此外,混合動力儲能裝置的改進可以將節油效果提高4%~9%。如果采用輪轂電機驅動串聯混合動力,可以將節油效果提高11%。方法

混合動力儲能裝置可獲得4%~9%的節油效果。其中,串聯模式SHEV的輪驅動電機可以節省11%的燃油(圖7)。

圖7小型貨車使用ACE技術帶來的燃油經濟性效果。

盡管小型卡車和大型城市公交車有不同的用途和條件,但ACE技術也可以達到不同的節油效果。特別是,使用超級電容器或鋰離子電池,以及使用串聯和串聯的輪內電機,可以將節油效果提高約10%。

第三,各種動力形式的節油效果評價

各種動力類型的節油效果分別如圖8、圖9和圖10所示。縱軸表示基準柴油車的每公里油耗為100%,并將各種混合動力車的油耗與基準柴油車進行比較。

1.小型貨車M15測試模式(圖8)

(1) 采用鋰離子電池組、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎的串聯混合動力,油耗可分別降低6.8%、7.5%和4.8%,每公里油耗相當于基準柴油卡車的47.6%。

(2) 對于并聯混合動力,使用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎可以分別降低0.8%和3.7%的油耗,每公里油耗(L/km)與串聯混合動力相當,也相當于基準柴油卡車的47.6%。

(3) 對于串并聯混合動力,使用鋰離子電池組、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎可分別降低6.6%、4.6%和3.9%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油卡車的42.7%。

圖8小型貨車M15試驗模式的節油效果

2.小型卡車JE05測試……

判定元件

配備怠速熄火裝置的柴油車具有明顯的節油效果。如果采用ACE開發技術,燃油經濟性的改善效果將更加明顯。

(1) 對于串聯混合動力,使用鋰離子電池、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎可分別降低8.2%、7.3%和6.7%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油卡車的74.4%。

(2) 對于并聯混合動力,使用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎可以分別降低2.7%和6.5%的油耗,每公里油耗(L/km)相當于基準柴油卡車的71.0%。

(3) 對于串并聯混合動力,使用鋰離子電池、輪內電機和低滾動阻力輪胎可分別降低6.3%、4.2%和4.4%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油卡車的67.5%。

圖9小型貨車JE05試驗模式的節油效果

3、大型客車M15測試模式

(1) 對于串聯混合動力,采用鋰離子電池組、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎的串聯混合動力可分別降低5.4%、7.9%和5.4%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油公交車的50.1%。

(2) 對于并聯混合動力,使用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎可分別降低4.9%和6.1%的油耗,每公里油耗(L/km)相當于基準柴油公交車的45.60%。

(3) 對于串并聯混合動力,使用鋰離子電池、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎可分別降低5.6%、2.7%和5.8%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油公交車的44.8%。

圖10大型城市公交車M15測試模式的節油效果。

測試表明,JE05測試模式的平均速度更高,因此混合動力的節油效果相對較小。如果采用日本M15測試模式,混合動力電動汽車的油耗與基準柴油汽車相比可以節省30%以上。如果進一步采用ACE技術進行優化設計,每公里油耗可以比基準柴油車降低1/2以上。

結論

通過對小型卡車和大型城市公交車混合動力的仿真實驗,得出串聯、并聯和串并聯混合動力的油耗評估結論如下:

(1) 三種混合動力模式對車輛質量、滾動阻力系數、工作效率和能量回收等因素敏感,這些技術因素對燃油經濟性有明顯影響。

(2) 根據串聯、串聯和并聯對電力的不同依賴性,電池和電機的能量及其工作效率也成為影響油耗的主要因素。

(3) 測試車輛采用了基準混合動力電動汽車常用的鎳氫電池和普通電機。如果使用專門開發的鋰離子電池和輪轂驅動電機,每公里的油耗可以降低10%~20%,從而將油耗降低到傳統內燃機的1/2左右。

2011年12月,由第一電網主辦的“2011全球新能源汽車大會”將在北京舉行,主題為“全球新能源車與中國的未來”。會議期間,第一電氣研究院將在主題論壇上發布三份專業研究報告:《2011年中國充換電站建設運營調查報告》、《2011年新能源客車示范運營調查報告和2011年中國新能源汽車產業投資報告》。歡迎業內朋友關注本次大會。如果您需要與我們聯系,請致電010-58769630至810,并發送電子郵件至zcc@d1ev.com.

(編輯/李燕郊)最低SOC

%

四十

四十

四十

最大SOC

%

95

95

95

最大輸出功率

千瓦

一百

65

65

串聯和混合動力齒輪傳動系統

減速器傳動比

六點零三九

六點零三九

傳輸效率

零點九五

零點九五

減速器傳動比

六點二一……

甚至

六點二一七

傳輸效率

零點九五

零點九五

發動機和發電機的傳動比

二點二三

傳輸效率

零點九五

并聯和串聯齒輪傳動系統

減速器傳動比

七點二三

七點二三

七點二三

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

變速箱前進檔

1檔傳動比

三點六七九

三點六七九

三點六七九

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

二檔傳動比

二點一九七

二點一九七

二點一九七

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

三檔傳動比

一點三四一

一點三四一

一點三四一

傳輸效率

零點九五

零點九五

零點九五

四檔傳動比

傳輸效率

零點九八

零點九八

零點九八

發動機和電機的傳動比

傳輸效率

與該車輪關聯的所有參數

主動輪滾動半徑

零點四六八

零點四六八

零點四六八

第二,混合動力類型對油耗的影響

1.滾動阻力對油耗的影響

滾動阻力的變化對油耗的影響是不言而喻的。混合動力電動汽車滾動阻力的增加不僅受到駕駛模式的影響,還受到減速過程中能量回收的影響。

在日本采用M15工作模式測試了小型卡車和大型城市公交車的滾動阻力及其對油耗的影響。結果分別如圖2和圖3所示。當滾動阻力系數在縱軸上增加1%時,兩款基準柴油車和其他混合動力電動汽車的每公里油耗(L/km)的變化和比較。

對于小型卡車來說,混合動力電動汽車因滾動阻力而增加的油耗(每公里油耗)相當于標準柴油車的1.7~2.2倍。對于大型城市公交車來說,由于滾動阻力的增加,混合動力車的油耗大致相當于基準柴油車的兩倍。

圖2小型貨車滾動阻力變化對油耗的影響

圖3滾動阻力變化對大型城市公交車油耗的影響。

2.工作效率對油耗的影響

每個主要組件的工作效率,包括電池、驅動電機、能量回收、發電機、發動機、減速器和傳動系統,都會對油耗產生不同的影響。縱軸顯示了不同混合動力電動汽車的工作效率變化對油耗(每公里油耗)的影響。

與基準柴油車相比,小型卡車混合動力電動汽車的發動機和減速傳動系統的工作效率對油耗的影響更大。其中,串聯混合動力電動汽車(SHEV)各要素帶來的油耗影響平均可達2%;

在并聯混合動力電動汽車(PHEV)中,與電機和電池相比,發動機、減速器和傳動系統的影響也更大。然而,在串并聯混合動力(SPHEV)中,電機、電池、發動機、減速和傳動系統的影響基本相同(圖4)。

對于大型城市公交車,每個組件的工作效率的影響與上述基本相同。然而,電池效率的影響高于小型卡車(圖5)。

圖4小型貨車各組件工作效率對油耗的影響。

圖5大型城市公交車各總成工作效率對油耗的影響。

3.ACE開發技術對油耗的影響

AutoCAD Electrical技術的發展對提高混合動力電動客車的油耗有著明顯的效果。這里,ACE發展因素對油耗影響的評估主要針對超級電容器、鋰離子電池、輪轂電機和低滾動阻力輪胎。各種模型的經濟性及其評估結果如圖6和圖7所示。

在小型卡車的測試中,分別采用了M15和JE05兩種操作模式。大型城市公交車測試采用M15運行模式。

縱軸是每個主組件每公里燃油消耗量的影響。其中,輪轂電機驅動主要采用串聯或串聯方式,并采用兩級減速。如果改為第一次減速,傳動效率將得到提高,后橋的質量將減少。此外,低滾動阻力輪胎可將滾動阻力降低25%。

對于小型卡車來說,怠速熄火裝置的節油效果突出,尤其是在停車時間較長的情況下,M15測試模式下的節油率可以達到20%。

在混合動力中使用低滾動阻力輪胎的效果可以是標準柴油車的兩倍,節油率可以達到10%。此外,對電力依賴性高的串聯/串聯混合動力、儲能裝置和輪電機驅動模式也可以獲得10%的節油率。對于M15和JE05測試模式的比較,JE05測試方式的節油效果不是很明顯,但對于其他測試效果,這兩種模式基本相同(圖6)。

圖6小型貨車使用ACE技術帶來的燃油經濟性效果。

對于大型城市公交車,基準柴油車使用低滾動阻力輪胎的效果僅接近5%,混合動力車使用低阻力輪胎的影響僅接近10%。

此外,混合動力儲能裝置的改進可以將節油效果提高4%~9%。如果采用輪轂電機驅動串聯混合動力,可以將節油效果提高11%。方法

混合動力儲能裝置可獲得4%~9%的節油效果。其中,串聯模式SHEV的輪驅動電機可以節省11%的燃油(圖7)。

圖7小型貨車使用ACE技術帶來的燃油經濟性效果。

盡管小型卡車和大型城市公交車有不同的用途和條件,但ACE技術也可以達到不同的節油效果。特別是,使用超級電容器或鋰離子電池,以及使用串聯和串聯的輪內電機,可以將節油效果提高約10%。

第三,各種動力形式的節油效果評價

各種動力類型的節油效果分別如圖8、圖9和圖10所示。縱軸表示基準柴油車的每公里油耗為100%,并將各種混合動力車的油耗與基準柴油車進行比較。

1.小型貨車M15測試模式(圖8)

(1) 采用鋰離子電池組、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎的串聯混合動力,油耗可分別降低6.8%、7.5%和4.8%,每公里油耗相當于基準柴油卡車的47.6%。

(2) 對于并聯混合動力,使用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎可以分別降低0.8%和3.7%的油耗,每公里油耗(L/km)與串聯混合動力相當,也相當于基準柴油卡車的47.6%。

(3) 對于串并聯混合動力,使用鋰離子電池組、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎可分別降低6.6%、4.6%和3.9%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油卡車的42.7%。

圖8小型貨車M15試驗模式的節油效果

2.小型卡車JE05測試……

判定元件

配備怠速熄火裝置的柴油車具有明顯的節油效果。如果采用ACE開發技術,燃油經濟性的改善效果將更加明顯。

(1) 對于串聯混合動力,使用鋰離子電池、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎可分別降低8.2%、7.3%和6.7%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油卡車的74.4%。

(2) 對于并聯混合動力,使用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎可以分別降低2.7%和6.5%的油耗,每公里油耗(L/km)相當于基準柴油卡車的71.0%。

(3) 對于串并聯混合動力,使用鋰離子電池、輪內電機和低滾動阻力輪胎可分別降低6.3%、4.2%和4.4%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油卡車的67.5%。

圖9小型貨車JE05試驗模式的節油效果

3、大型客車M15測試模式

(1) 對于串聯混合動力,采用鋰離子電池組、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎的串聯混合動力可分別降低5.4%、7.9%和5.4%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油公交車的50.1%。

(2) 對于并聯混合動力,使用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎可分別降低4.9%和6.1%的油耗,每公里油耗(L/km)相當于基準柴油公交車的45.60%。

(3) 對于串并聯混合動力,使用鋰離子電池、輪內電機驅動和低滾動阻力輪胎可分別降低5.6%、2.7%和5.8%的油耗,每公里油耗相當于基準柴油公交車的44.8%。

圖10大型城市公交車M15測試模式的節油效果。

測試表明,JE05測試模式的平均速度更高,因此混合動力的節油效果相對較小。如果采用日本M15測試模式,混合動力電動汽車的油耗與基準柴油汽車相比可以節省30%以上。如果進一步采用ACE技術進行優化設計,每公里油耗可以比基準柴油車降低1/2以上。

結論

通過對小型卡車和大型城市公交車混合動力的仿真實驗,得出串聯、并聯和串并聯混合動力的油耗評估結論如下:

(1) 三種混合動力模式對車輛質量、滾動阻力系數、工作效率和能量回收等因素敏感,這些技術因素對燃油經濟性有明顯影響。

(2) 根據串聯、串聯和并聯對電力的不同依賴性,電池和電機的能量及其工作效率也成為影響油耗的主要因素。

(3) 測試車輛采用了基準混合動力電動汽車常用的鎳氫電池和普通電機。如果使用專門開發的鋰離子電池和輪轂驅動電機,每公里的油耗可以降低10%~20%,從而將油耗降低到傳統內燃機的1/2左右。

2011年12月,由第一電網主辦的“2011全球新能源汽車大會”將在北京舉行,主題為“全球新能源車與中國的未來”。會議期間,第一電氣研究院將在主題論壇上發布三份專業研究報告:《2011年中國充換電站建設運營調查報告》、《2011年新能源客車示范運營調查報告和2011年中國新能源汽車產業投資報告》。歡迎業內朋友關注本次大會。如果您需要與我們聯系,請致電010-58769630至810,并發送電子郵件至zcc@d1ev.com.

(編輯/李燕郊)

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