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楼主: 晨枫
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[工程技术] 混动汽车与中国

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发表于 2015-4-23 12:43:41 | 显示全部楼层 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2015-4-23 22:06 编辑 7 N& ], H4 D  @9 G7 U* B
# i& U) q: C: ~3 a
个人一向不赞成混动汽车。从工程技术的KISS角度来说,混动有两套动力系统,死重大,系统损耗大,维修复杂。但现在看来,混动还是有很大的优点,在可预见的将来可能将大量替代纯内燃机汽车,甚至延迟全电汽车的普及。
5 Z; B6 {9 {/ v# q
0 r8 Z+ b  C! r4 A混动通常指汽油发动机与电动混动,或者柴油发动机与电动混动,以前者居多。一开始,混动中电动的成分很少,主要在起步、加速时助力一下,更大的作用在于回收刹车发电。全电行程微不足道,主要动力还是来源于内燃机,充电完全靠内燃机动力,不能利用插电。现在,插电混动开始流行,全电行程以室内通勤为限,但单程不超过30-40公里的话,有可能实现全电通勤,这就可以大大降低油耗了。插电混动比非插电混动要合理得多,真正可以利用一点电网电力了。电网电力也有污染、传输损耗和对电网压力的问题,但汽油的分发也不是没有问题的,街坊上的加油站的跑冒滴漏造成的污染实际上相当严重,老加油站废弃不用要多少年后才有人不情不愿地清理场地(通常需要挖地三尺,把整个地块的地下土全部挖掉,倾倒到化学废物处理场),而不是迫不及待地开发成商业或者居民建筑用地,就是这个道理。估计下一步插电混动会进一步增加全电行程,但不会无限增加。( t4 G2 T' F1 L0 n% u/ H3 X- M

  S0 W& h  V% n1 r' J9 x插电混动的全电行程以日常通勤单程距离为限,能来回当然更好。但考虑到公司停车场通常有插电源的(尤其在美国北方和加拿大,冬天需要插电加热发动机,否则要冻住),白天停在公司可以充电。这当然是“揩油”,但在现在政治正确的气氛下,绝大多数公司不会计较这点电,工业用电本来就不贵,几分钱一千瓦。如果这样,估计全电行程到50公里以上就不会在迅速增长了,最终不大会超过100公里。更高的全电行程对电池的要求太高,过大、过重的电池大大加剧双套动力的缺点。
! z+ q3 T: R4 y: _# s/ ~# E# [
5 \& I2 _: U  s( ~4 S# N0 h8 k" n另一方面,对于远程出行,小功率内燃机确保巡航没问题。加速则由电动助力。事实上,用这一设计思路,跑车都可以用较小的发动机,或者同样的发动机得到大得多的复合功率,好些新一代混动超跑就是这个思路,复合功率可以上千马力,但内燃机功率“只有”总功率的2/3。大型豪华轿车也可以这么做。奔驰S500H实际上采用V6,但加上电动助力,总功率至少不比5升V8低,实际性能相当泼辣,但耗油则相当于V6。对于中低档插电混动,1.6I4甚至1.0I3、0.6I3都够用了,省油潜力大大的。混动还有一个本质优势,可以分时四驱。内燃机部分按照前置前驱(或者后置后驱),电动助力部分后置后驱(或者前置前驱),可以省却全时全驱的很多复杂机械系统,对于大部分日常应用来说也没有必要全时全驱,分时四驱足够。这样电动助力不仅可以用于起步、加速或者全电通勤,还可以在泥泞地、爬坡等需要四驱帮忙的时候人为接入,大大提高通过性。混动的另一个好处是可以灵活决定什么时候启用电动,这可以提供新的节能可能。比如说,如果知道前面有一个大下坡,可以事前转入电动模式,把电池用光,在下坡途中充电,而不是用刹车减速。如果知道前面就要进入城区,可以在高速公路上继续使用内燃机模式,在进城的时候转入全电,享受有关优待。或者在市内快速干道上使用内燃机模式,在进入居民区街道时转入全电,降低噪声和污染。$ t" @. F5 P! \4 J
# d% ~+ L, `; m5 u+ n, o8 x) _
汽油机混动比柴油机混动普及得多,这是因为汽油机加速快,污染低,运转平顺,噪音低。柴油机扭力大、油耗低的优点则由电动补偿。相反,柴油机混动似乎没有什么特别的优点。柴油机适合长时间满负荷运转,不适合忽上忽下的运转。但内燃机终究不能摆脱碳氢燃料,终究有污染,这就是氢燃料电池混动或者氢内燃机混动的用武之地了。- e; ?9 T5 q/ I9 l, P# B- M0 b

0 D1 ]0 a0 w( r! k) Y7 A过去对氢燃料电池或者氢内燃机混动很不理解,已经无污染了,为什么还要多此一举混动?现在想明白了:尽管氢燃料电池和氢内燃机无污染,纯氢燃料电池动力或者纯氢内燃机动力回到常规内燃机动力的老难题上:要保证足够的加速性能,发动机需要比巡航出力大得多的峰值出力,实际上也增加死重和系统损耗。混动助力起到对功率曲线削峰填谷的作用,实际上降低了对氢燃料电池或者氢内燃机的出力要求,这是有利的。. x+ k+ N: y/ u0 F* W3 V3 ^
$ N9 ~8 E6 x+ F* u: T7 x
那绕了半天圈子,索性全电岂不更好?彻底全电对电池的要求太高。大容量电池重量大,散热多,平常用不了那么多电,拖着反而是死重。内燃机加燃油也是死重,但燃油的能量密度高多了,电池的能量密度没法比,至少在可预见的将来电池技术的能量密度不可能达到汽油、柴油的水平。所以Tesla那样的全电汽车可能还会曲高和寡很长时间。另一方面,混动技术将主流化。奔驰在未来几年里要推出20种混动型号,绝大多数是现有系列里的混动型号,而不是像丰田Prius那样的专门系列。宝马、奥迪也是一样。这个趋势会很快“蔓延”到世界第二大的大众等主流品牌。- n+ ^! ~. u( [4 Q
# {7 }) l. O6 `- n' c8 m/ Z" n) o- k
但世界第一大的丰田似乎对插电和全电不大起劲,而是把力气花在氢汽车,只是为了讨好中国政府才勉强推出中国市场专有的。丰田的理由是充电系统不完善,将大大限制插电和全电的实际潜力。丰田不是没有道理的,但中国正在大力推动插电系统。以中国政府的执行力,插电系统普及化可能很快,可能相对于欧美反而是弯道超车。
! Y' p$ c; k1 f, h
* H# v6 j8 E; q( l; Q另一个问题是清洁电源。如果发电还是燃煤,那插电的低污染也是白搭。但这一点上,中国的发展惊人地迅速。法国在欧洲属于对太阳能利用较早、范围较大的,但中国2015年第一季度的新增太阳能发电能力就达到5.04吉瓦(仅新疆就1.1吉瓦,集中式太阳能电站4.38兆瓦,其余为紧贴用户的分布式小型太阳能电站),相当于法国太阳能发电的总能力。2015年计划新增太阳能发电达到17.8吉瓦,估计能实现至少15吉瓦,比2014年美国新增太阳能发电能力多2.5倍。预计到2030年,中国的低碳发电能力(估计包括核电、水电、太阳能、风能、潮汐能,可能还包括生物质)总量达到1438吉瓦,超过美国包括低碳和碳氢的总发电能力。8 p, N& l3 @4 k0 R' g' S
0 S) Y, D, _$ g+ V( Y0 t! V

0 S" `9 C4 w' I. m! g# }/ |左为美国,右为中国,灰色为化石燃料,蓝色为低碳,红色为新增低碳,单位为吉瓦8 o; q8 l# ^! P' {' f7 i
; V3 \+ n+ z. Y1 B* i
中国对新能源是非常认真的。一降低对中东石油的依赖,二降低空气污染,三形成新经济增长点,好处太多了,连苹果都到中国合作建设太阳能。在这种情况下,插电在中国是作为战略方向的。据说现在在中国合资汽车,没有插电就免提了,丰田也正是因为这个所以才推出中国市场专有的插电。
0 }& L* R8 ^" ^# e) H$ Y' F, n0 p5 D1 `1 g" ^  e! n* d: O& M* z
插电不是中国首创的,但中国这个世界最大市场的强力推广会影响世界汽车市场吗?拭目以待。

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沙发
 楼主| 发表于 2015-4-23 21:19:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 晨枫 于 2015-4-23 07:25 编辑 9 _1 g4 p5 Z) o; p! t
隧道 发表于 2015-4-23 00:58
9 M2 A0 F4 h9 q& o- H5 B晨大能搞到,混动车上常用的电动机重量的数据吗?# W% V! r( Q1 g% M
这样就好比较了,相似总功率和总扭矩下,一个小汽油机和 ...

2 {  q7 _+ v& {  z9 ]% R9 B
* F5 T; Q9 r# a3 R# p: P光有电动机还不够,要有变速器、传动轴、差动器等,这个只有具体负责设计的人才有这样的数据,我没有看到过。另外,你说的分时电动四驱现在欧洲很多,这也是混动的一个本质优势。多谢提醒,已经加入正文了。

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板凳
 楼主| 发表于 2015-4-23 23:12:31 | 显示全部楼层
洗心 发表于 2015-4-23 02:574 @( L, h- E4 ?' [3 O0 Q: Y% M
晨大对这篇怎么看?
% t3 }: Q1 `4 q/ T+ H( Z0 N5 c1 x
/ u  v  R  o' v* G% Thttp://www.ftchinese.com/story/001061582?full=y
2 k/ e) d& M% _2 P9 z
这篇软文水平太差,捧丰田臭脚厚颜无耻,而且无知。氢是终极无污染能源,那氢是从哪里来的?氢在生产、运输、储存、分发中的安全问题呢?这比汽油要严重100倍!

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地板
 楼主| 发表于 2015-4-24 21:26:30 | 显示全部楼层
一无所之 发表于 2015-4-23 23:52
2 p: `) X1 l& R/ C; q0 x大众就比较怪,貌似好像一款混动或者是纯电的都没有

4 f+ C! k+ e* a! |还真是的,VW和Audi在北美也没有全电或者混动,只有在欧洲有。

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5#
 楼主| 发表于 2015-4-24 21:27:58 | 显示全部楼层
奉孝 发表于 2015-4-24 02:15& H" y; q3 r$ d7 [0 b
氢燃料还有生产成本高的问题吧?成本降下来,没有什么是不可能的。
& d- U8 A: S' a发展氢动力汽车是日本的国策了好像。 ...

+ V1 h) B0 r4 r: c0 W$ K( Y5 y氢燃料的运输、储存、分发的安全问题怎么解决?不惜成本总是有办法的,但汽车是大众用的东西,成本肯定是不能不惜的。

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6#
 楼主| 发表于 2015-4-24 21:29:01 | 显示全部楼层
longpaijiao 发表于 2015-4-24 06:36
3 S) F; `$ p1 f, E6 n是的,市区停车场已经很成问题了,再竖起充电桩限制就更大了

$ ^7 ]7 N- F, O+ N事实上,竖起充电桩反而可能成为制约乱停车的好办法。

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7#
 楼主| 发表于 2015-4-24 21:51:27 | 显示全部楼层
奉孝 发表于 2015-4-24 07:477 P7 m# i* q$ i8 [0 `
丰田好像是用高压罐储存

( K( C5 Z3 E( e8 b: _能耐多高的压?工业上高压容器和管道需要定期检查,民用汽车上怎么办?氢对金属材料有氢脆问题,在汽车有效使用寿命内如何保证氢脆不造成问题,而且成本足够低?在封闭的地下停车场里如何控制氢泄漏造成的问题?汽油加完盖上盖子就完了,氢(不管是气态还是液氢)就没那么简单了。你还觉得使用方便、便于大众使用?

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8#
 楼主| 发表于 2015-4-25 00:57:22 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-4-24 09:34% j8 h/ R  o0 w
另外,toyota 用的储氢罐在wiki上是这么写的:
1 y, @1 N) x9 \# z/ L* M( q! j( D; K
A Hydrogen tank (other names- cartridge or canister)  ...

5 i* m, C4 t1 L+ a0 d' f* L* o我们的管道的rating是按15-24MPa设计的,每年都要boiler branch来检查structural integrity。我们的容器和管道里还不是氢,是化学性质温和的东西。我们的是在固定的开放钢筋水泥基座上的,70MPa在机动、颠簸、密闭的平台上,uninspected, year in year out,只能说:good luck!

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9#
 楼主| 发表于 2015-4-25 02:20:01 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-4-24 11:41
! x; p0 ]4 ]/ C7 V压力这个没啥好吐槽的,本来fuel cell car 就不是成熟技术。我回复里也说了还在发展低压系统。以后说不定 ...
! |# }. }( K) h4 T  R0 c5 @# N
要“阿猫阿狗”都能自己随时加氢,就和家用核电站一样。技术上总是可能的,现实里只能哈哈了。

该用户从未签到

10#
 楼主| 发表于 2015-4-25 02:36:17 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-4-24 12:28% Y4 X" L7 _8 h
这个只有等以后固态储氢技术成熟,车主才有机会自己添加燃料了。国内这方面也在加紧做。5 t. {! ^/ U8 d# d

& n% c- J6 _  ahttp://www.cni ...

$ U, Y! t3 R! u; o4 N$ t那就查一下金属氢化物的化学活性和危害吧。十几年前,有人提议用金属氢化物研制“非核核弹”呢。

该用户从未签到

11#
 楼主| 发表于 2015-4-25 02:50:41 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-4-24 12:38
+ ~& p, n! q2 G8 E/ p那这世界上就不要有核电站这样的东西了。装满了汽油的汽车危害也很大。这个世界太危险,到处都是爆炸物。 ...
/ Q$ b( a/ Y$ q. i. z7 K
所以用家用核电站作为参照嘛。技术上是可能的哦。

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12#
 楼主| 发表于 2015-4-25 06:09:45 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-4-24 16:08$ F% I+ Y' c; q) T  \4 ~9 g
呵呵,人类社会也不可能一直烧汽油烧下去,终归要进入氢能源时代,虽然也许要一百年。 ...
% E. n# Z1 p. o; ?1 ^" t
呵呵,“人类社会也不可能一直烧汽油烧下去”和“终归要进入氢能源时代”没有必然联系哦。

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13#
 楼主| 发表于 2015-4-25 07:54:51 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-4-24 16:119 K9 E7 G" o8 v3 a( j# Z/ B( x
那你指望能源用什么,我是不看好核聚变发电的。

7 B% A5 w. h2 ~0 c, ~2 d: H- W. B如果只是汽车、飞机、船舶用燃料的话,碳氢可以至少用50年,100年也没准。现在看,碳氢储量超过预期。常规油气不算,页岩油气、油砂油、煤田气、海底(尤其是北冰洋和南极海域)油气、煤变油气都有巨大潜力,还有生物质燃料(包括植物和海洋藻类)。比石油(常规和非常规)蕴藏量大得多的是天然气(常规和非常规),气变油在技术上不是问题,也是一个经济性问题。另外,太阳能、风能、潮汐能、波浪能可以在很大程度上顶替碳氢用于发电,加上核电的补充,氢能源时代不会那么快到来,在可预见的将来只会是补充。

点评

一百年以后,我觉得还是引力场驱动技术靠谱!  发表于 2015-4-27 10:28
100年以后没准核动力汽车真成现实了  发表于 2015-4-25 08:15
我又没说现在。  发表于 2015-4-25 08:07

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14#
 楼主| 发表于 2015-6-16 23:09:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 晨枫 于 2015-6-16 09:10 编辑
3 {& v2 z' r! w, [8 J
隧道 发表于 2015-6-16 08:24
4 s8 a0 Q- d/ L8 Q最新的讨论。电机加速只在低速的时候效果好,速度上来后,电机加速就吃力了。) K' ^. L: O8 q8 e% r
看来只能内燃机照顾中间一 ...

& D, Z$ u% K& z. E& Z' V+ D
( D. w8 K3 R) S那看来混动要存在很长时间了,而不只是过渡。电动机是能变速的,但交流电机变速需要一套设备,还有效率问题,直流电机则是另一大套问题。电动机配用专用变速器太重,通过离合器和内燃机共用变速器则有变速比的问题。不好办呢。

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15#
 楼主| 发表于 2015-6-17 02:30:10 | 显示全部楼层
沉宝 发表于 2015-6-16 09:26( W/ P" n( y/ y& m8 B3 d/ o0 L
直流电机的输出转矩/转速曲线非常理想,直接用就可以了。交流电机的变速做在电源端,现代功率电子技术的 ...
& o! s( U/ b( l% l3 p! u" a
大功率直流电机有电流问题,车用上百伏直流的安全问题很大,否则电流大了也是麻烦。交流变频是有损失的,而且有最低转速限制。

该用户从未签到

16#
 楼主| 发表于 2015-6-17 02:31:06 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-6-16 09:261 |9 ^' }3 o. z
速度上来后,电机加速为什么会吃力?

0 _+ K8 f2 D5 a) Q常规电动机的扭力随转速急剧下降。

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17#
 楼主| 发表于 2015-6-17 05:01:55 | 显示全部楼层
冰蚁 发表于 2015-6-16 14:11  W" W0 F; d. g- z* a8 w0 j8 g3 f3 p
汽车上用得应该是某种优化过的非常规的吧?5 X8 y# i4 U$ r- m

5 Y; {5 h: y$ [PS,扭力这个下降在内燃机上也一样啊。内燃机上可以踩油门, ...

1 |! r" N2 `1 B. c1 P" M; \8 T0 v不知道电动汽车上的电动机是否在原理上有什么不一样?汽油机的扭力随转速上升,要过顶点才开始下降,顶点很高;柴油机的扭力曲线平一些,一开始随转速上升,然后不怎么变,过顶点之后开始下降,柴油机的顶点较低。

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