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为什么轿车不用汽油机发电,然后用电机来驱动?这样不会省油吗?

作者:机械网
文章来源:本站

  明确的说这样可以省油。但必须配合一台高效的引擎,和高效组合的电动机。汽油机之所以费油并不是因为他始终都是费油的。汽油机有一个最高效的运转转速。让汽油机始终工作在这个最高效的区间给发电机发电带动车轮就可以做到省油节能。举个栗子,丰田卡罗拉双擎,本田雅阁混动。都是这种类型。,我们开车,最费油的情况是频道的起步,真正匀速走是不费油的,利用电动机来弥补起步这个阶段汽油机的低效能,当这台引擎的工作在最高效区间节省出来的能量大于油电转换损失的能量做到省油了。

  用发动机带动发电机发电给电瓶充电然后再通过电瓶给电动机提供电力驱动车子行驶的车子驱动方式早就有实际制造出来的。名称叫增程电动车,这种车有两个明显优势:一是在日常上下班行驶旅程不远时可以利用电池的电来驱动车子,不用烧油,故比较经济实惠。如果需要走比较长的旅途时在电池电量不够的情况下可以启动燃油发动机来带动发电机给电池充电,并且发动机在给电池充电时可以让发动机在一个稳定的工况下工作,即在使用发动机给电池充电时也可以设计成让发动机在燃油经济性最好的工况下工作。这也是提高燃油经济性和降低汽车尾气排放的理想选择。但是为什么这样的增程电动车无法实际推广?主要还是增程电动车本身也存在几个致命的缺陷,并且这些缺陷有些等待技术发展后可能会得到解决,有些缺陷却是无法解决的。

  增程电动车第一个缺陷就是重量问题。普通燃油车或纯电动车的车上要么就只有一个发动机,要么就是只有一个电池和电动机等组成。而增程电动车的车上要安装发动机,发电机电瓶,电动机以及油箱等。无论是和燃油车还是纯电动车增程电动车都要多出几个设备来。多出来的设备要安装在车子上就必然要占不少的地盘,让整车的布局变得更困难,也让整车的质量更重。所以一辆同样座位的增程电动车就要比燃油车或纯电动车更长或更宽才可以很好的安装下所有的这些设备。

  

为什么轿车不用汽油机发电,然后用电机来驱动?这样不会省油吗?

  增程电动车的第二个缺陷是成本问题。由于增程电动车上既安装有发动机,油箱等这些传统燃油车的设备,还要安装有电池,电机和电源管理系统等纯电动车上的设备,并且还要另外安装一个给电池提供电力充电的发电机,那么增程电动车的成本自然是无论与传统燃油车还是纯电动车的成本都要高。试问如果这样的一个增程电动车与另外两种车的价格要高出好几万甚至十几万的话,在市场上还有多少人会选择这样的车子?所以一个产品要在社会上有一定市场,价格和市场上类似产品的价格对比是一个绕不开的,必须要考虑的因素。

  增程电动车的第三个缺陷是续航能力问题。刚开始就说增程电动车在日常上下班和短途旅程上可以使用电池电力来驱动,所以电池的续航能力就是这个车子使用经济性的参考指标。如果这个车子的电池续航能力才五六十公里,估计也满足不了多少人的上下班需求。而要延长车子的续航能力以目前的技术只有两个方法。一是增加电池容量,二是减轻车子的重量。增加电池容量以目前的电池价格,那是多少电动车厂家都是不愿意制造续航能力更长的主要因素。毕竟目前电动车的制造成本仅电池就占了整车的价格成本的一半甚至更多。所以再加大电池容量车子就得卖上天价了。所以现在的纯电动车都是尽量从整车重量上下功夫,尽量要把车子做的小以减轻风阻,再减轻重量以减小行驶阻力来提高续航能力。而增程电动车却还要增加发动机,发电机和油箱等这些设备,整车的重量能够降的下来吗?所以增程电动车在配同样的电池容量时续航能力只能比纯电动车的要短的多。如果使用一辆增程电动车的电池开上下班还经常要通过启动发动机来给电池充电的话愿意买这个车子的人也没有几个了!

  最后一个缺陷就是动力(或燃油方面)的经济性问题。前面虽然说在续航能力不够时可以通过启动发动机来给电池充电,并且在充电过程中都是让发动机工作在最佳油耗的工况下,听起来好像是可以提高了整车的燃油经济性。但是实际运行过程是发动机输出动力给发电机,这个过程有动力传输损失,然后发电机接受动力后转换成电力输出这个过程又有损失,因为发电机不可能把所有的动力100%转换成电力,然后将电力充到电池上又有一定损失,最后是电池上的电能再到电动机上转换成电力输出还得有损失。整个转换过程损失下来还不如直接将动力传给轮子驱动车子前进的更经济。

  所以增程电动车本身所拥有的这些缺陷导致它无法在市场上顺利推广,目前也只能停留在实验室里做研究了。也许哪天电池的能量密度大大提高了,电池成本又极大降低了,发动机的体积也可以做的更小却可以输出更大动力的增程电动车也有可能会满大街跑在路上。不过话又说回来,如果电池能量密度足够大,充一次电可以跑上几百甚至上千公里了我还要增程电动车干嘛?我相信一般也没有多少人一天要跑上千公里,所以只要电池的续航能力足够了,在纯电动车上充一次我可以从早开到晚,然后在休息时再给电池充电就可以了,也没有必要再用发动机给电池充电了!

  有的,这种形式叫做增程式混合动力,是混合动力领域的主流技术之一。

  纯电模式,由电池供电给电机,驱动车辆,混动模式,汽油机发电给电池充电,然后电池再供电给电机,驱动车辆。

  由于汽油机全程不参与驱动车辆,因此从严格意义上它属于电动车。

  增程式混动最具代表性的车企莫过于通用,通用也凭借在该领域的领先优势,成为混合动力的一股重要力量。

  代表车型有雪佛兰沃蓝达、宝马i3、奥迪A1 e-tron。

  很多人会质疑增程式混动的效率,认为能量经由电池再驱动车辆,中间多了一个环节,导致更多的能量浪费。

  实际上,由于发动机仅做发电机使用,所以它可以一直工作在效率最高的转速范围,从而实现比燃油车高的效率。

  当前,业内普遍认为混合动力是燃油车到纯电动车之间的过渡方式,而增程式混合动力被认为是最好的过渡方式。因为它除了有一个发动机给电池充电,其他跟纯电动车没什么差别。

  理论上讲,经过一个发电过程,会增加消耗,但实际上还是省油的,原理也不复杂,用汽油机发电,汽油机总是工作在一个最理想的状态,没有了起步、提速等燃油利用率低的问题。恒定在最佳运转速度,能源利用率是最高的,车提速和起步等高耗能段可以通过电瓶储存的电能来调节。所以总的耗能是降低的。另外电瓶还可以采取电网充电模式,在充电电量不足是才采用发动机发电,这样就更加节能了,电网电价远低于发动机发电成本,这样更能体现出发电机电瓶储能方式的经济性,不过从技术和制造成本方面,曾程式电动汽车的成本还是比较高的。

  看了一圈发现了都没说到点子上。这种模式的汽车早几年就有了,有些厂家称为,增程式电动汽车。但是在全世界一直不能普及。因为有两大问题始终不能很好的解决。第一,发动机带动发电机的转化效率。曾经奥迪尝试过用一台0.3升的转子发动机作为发电机的运转载体,来给电池充电。但最后这个项目不了了之。之所以采用转子发动机。是因为转子发动机的体积小。并且所产生的动力是强于活塞式发动机。这样可以带动功率更大的发电机。第二,发电机给电池充电的转换效率要强于电池的放电效率。只有这样车辆才有采取这种工作模式的必要。不然车主回到家还是需要给电池充电。这就失去了车辆发动机充电的意义。不解决这两个问题增程电动车是发现不起来的。所以现在人们的发现方向是燃料电池。

  汽油机发电+电机驱动,已经有车在这么做了,比如本田iMMD混动和所有增程式混动。以我的混动雅阁为例,除了高速巡航外,行驶中只要是发动机介入的工况,都是发动机带动发电机发电,驱动电机利用发出来的电驱动车子行驶,也就是俗称的串联混动模式,本质上也是增程式混动的逻辑。

  这样做的好处是灵活调节发动机的负载和转速,可以让发动机始终保持在热效率最高的状态工作,在低速低负载和急加速时可以大幅度节油还不需要以牺牲动力为代价,巧妙地避开了传统燃油车热效率较差的费油工况。

  这种增程式驱动模式虽然可以保证发动机的热效率,但由于能量的两次转化,传动效率有一定损失,在高速巡航时这种发动机热效率本来就可以最大化的场合就没什么节能优势了。所以本田混动的发动机与车轮之间,还有一套传动比相当于燃油车最高档位的齿轮组。在高速巡航时,这套齿轮组结合,动力系统就切换到发动机直驱模式,继续让综合能效最大化。如果有需要,发动机还可以同时给电池充电,或者电池放电给驱动电机,与发动机共同驱动车轮,相当于并联混动。

  当然,串联混动只是省油的必要不充分条件,除此之外还需要发动机自身的热效率足够高,能量控制单元PCU的调校完善。目前已上市的量产车能同时做到这几点的,只有本田、丰田、现代、起亚、福特和通用的HEV车型,比亚迪最新的DMi超级混动的综合能笑理论上也非常强大,不过具体如何还是要等上市后再见分晓。

  为回答题主的问题,我还特意去查了下矿车的定义。根据百度百科的描述,矿车是矿山中输送煤、矿石和废石等散状物料的窄轨铁路搬运车辆,一般须用机车或绞车牵引,所以用矿车来作比显然不合适。我想题主可能想说的是以前老式烧煤的火车?但那也是蒸汽机原理呀。

  好了,不纠结这些了。我们切回正题,用汽油机发电,然后用电来驱动汽车当然是可行的。最经典的就是增程式电动汽车,它的唯一动力来源就是电。

  具体来说,在电力充足的时候,依靠自身的动力电池行驶,此时燃油发动机不工作,当动力电池电量不足时,将启动燃油发动机,通过燃油发动机的动力来驱动发电机发电,以此驱动汽车运动,如果在这个过程中产生的电量有富余,还可以存储到动力电池中为后续使用。

  不过要知道在增程式电动汽车中,燃油发动机和动力电池都很重要。拿大家最熟悉的理想ONE举例,这台车长超过5米的七座SUV,燃油发动机却是一台1.2T三缸,它还搭载了一组容量为37.2kwh的动力电池包,纯电综合续航180km。

  如果不选择充电,单独依靠内燃机发电,车辆的根本动力源还是燃油,而燃油驱动车辆的过程增加了发电这一道工序,必然是有能源损耗的,显然不划算。

  为什么增程式还能存活下来,是因为在城市工况下,增程式汽车的燃油发动机发动机可以一直处在阿特金森循环,效率极高。但如果在持续高速工况下,增程就不行了,反而燃油经济性极低。

  所以发动机和电池的组合,二者缺一不可,如果说全程都用燃油发动机来给电机提供能量,既增加了车重和复杂性不说,对整体能源利用率也是很大的伤害。

  只从理论上就能直接告诉你:不行!

  其实回答这个问题很简单,初中物理中就讲到一个能量守恒定律,世间万物都要遵守这个定律,目前人类发明的机械都会有一定的能量损失,所以机械越复杂能行损失就越大,你设想的这种方法会更复杂,所以理论上会更费油。

  还有一种原因就是成本控制,两套系统会增加汽车成本,增加汽车重量,机械更复杂导致故障率也会增高,消费者的后期维修成本也会更高,所以这个想法肯定不行。

  不过现在有些电动三轮车会安装増程器,其实就是一个汽油发电机,不过安装増程器的一般都是对运输距离有较高要求的,出于利润考虑会默认使用増程器增加的成本,但是他们也会先用蓄电池的电,再使用増程器。

  但是,万事都不是绝对的,目前市场上也有一部分这样的车,我关注过的有比亚迪的秦和丰田卡罗拉(双擎),他们都是巧妙的绕过了费油这个问题,秦是把两套驱动系统合在一起了,卡罗拉是利用发动机动力冗余时利用冗余动力发电,动力不足时电动机动力介入。所以他们才会有超低的油耗。但是这些车绕不过去的是成本,秦不过是一台紧凑型车,按照一般逻辑,这样一台汽油版的车也就7-8W顶天了,但是它的售价却高达15-6W,卡罗拉(双擎)价格曾经打破了汽车界人士的心理底线,但也比普通版贵了2-3W ,试问,光靠节省的燃油费,猴年马月能省出这些钱?还有一个绕不过去的问题就是维修,我们都知道在同等技术水平条件下,4S店要贵出不少,到时候车出故障了,一般维修店修不了,只能认4S 店压榨。再说,万一车在路上抛锚了,路边店维修会方便很多,再拖到4S 店要麻烦的多。所以这类车也只是商家或者出于宣传环保理念,或者应付国家政策才出的,他们根本就没指望赚钱。

  

「REEV·增程系统」暂时未能普及-未来前途无限

  • 内容概述:增程汽车概念解析,增程器与电动机组合的节油原理,REEV&PHEV制造成本与产品定位差异。(全文2000字·阅读需要8分钟)

 

  「使用内燃机发电·利用电机驱动」,这种存在三次能量转化损耗的系统,为什么会比纯燃油动力汽车节能呢?这一问题想来大部分汽车爱好者都不能理解或认同,然而客观事实摆在面前也无法否认。要知道混合动力的大巴车(以公交车为主),以及少数卡车都在用这种技术,节油效果是非常明显的,这是为什么呢?

  「增程」指增加汽车的续航里程,需要考虑续航问题的车辆自然是电动汽车。由于动力电池的制造成本偏高,导致普通电动汽车无法装备大容量电池包,而造成续航里程往往有些短。那么在不考虑扩容电池包的前提下,增程就需要用到内燃机或“氢燃料电池”这两类增程器了。

  (氢燃料的清洁制造标准需要消耗电能,用电制造氢再用氢转化电有3倍之高的损耗;同时液态氢的能量密度过大,车辆安全性仍有很大不确定性。所以这种技术并未得到主流车企认可,本篇不讨论这种必然会被淘汰的技术)。

  「燃油动力·增程汽车」是目前的主流选项,其概念正是以消耗燃油为代价,以“内燃机+发电机”组成增程器(发电机组),实现纯电行驶续航过短时即时发电满足续航电耗。这种模式其实并不新鲜,早期的火车以及今天的部分潜艇和生产机械均使用这套系统,即使是核潜艇也是发电后利用电驱潜航。那么为什么要采用增程呢?核心因素有两点。

  很显然这是一种相当节能的汽车,因为燃油动力汽车的紧凑级车辆,其平均油耗也得在10L/100km左右,这是为什么呢?原因在于燃油车装备的【内燃式热机】能量转化效率(热效率)很低,平均只有35%左右;剩余的65%热能会被冷却、运动阻力以及进排气压力等因素消耗掉,也就是说消耗10升汽油其中只有3.5升左右实际被利用了,所以这种机器的能耗很高。

  标准答案为【能节油】,因为电动机的转化效率高达95%左右,浪费的能量是非常非常少的。节油的方式可以理解为内燃机低功率输出发出的电能,可以满足电动机正常驱动汽车行驶的消耗——内燃机能够始终以中低转速运行,车辆自然能够节油了。

  (红色为主流永磁同步电机效率,绿色为少数异步电机效率)

  比如某电动汽车的电耗为15kwh/100km,行驶中需要内燃机输出的功率也就是15kw/1hour!要知道内燃机怠速运行时也能够输出8kw左右的功率,增程模式中只需要以稍微高于怠速的转速运行则能够满足电车的需求了。

  而内燃机直驱汽车行驶则要在1000~5000rpm区间来回波动,耗油量想当然会更高——城市道路驾驶油耗高是因为转速波动范围大, 定速巡航油耗低是因为低转速恒定转速运转,增程汽车能实现定速巡航的运行状态,这样解释能理解了吧。

  (下图为低转速进气喷油量与高转速进气喷油量的差异·理论空燃比为14.7:1kg)

  其实很多混动汽车都已经用了增程系统,只是受限于技术储备限制或制造成本的控制,亦或者是对高性能的兼顾而没有使用「纯增程」。比如本田ECVT双擎是以增程驾驶为主,广汽传祺系列PHEV、上汽EDU混电变速箱、宝马i系列、别克沃蓝达等车辆都是这种模式,然而为什么这些车的销量不理想呢?原因在于没有找准产品定位。

  知识点1:增程式汽车等于「便宜的节油汽车」!要知道增程系统使用的动力电池包容量不高,燃油动力系统中没有传统多挡变速箱,这两大模块就能大幅降低汽车的制造成本了。而且增程车辆使用的电动机往往不会是大功率,说白了就是性能会略显平庸。所以增程汽车是应该足够便宜的,此类车辆节省制造成本的水平已经达到了极限;然而因混动汽车目前仍然是个“新鲜物”,主机厂们就着热度还是不愿放低姿态,所以这些车的低销量也就是必然的结果了。

  知识点2:PHEV插电式混动汽车与「REEV·增程」存在定位差异。PHEV除上文提及的几款车以外,参考比亚迪DM系列、WEYPHEV、长安CS系列以及诸多合资品牌,此类车辆有涵盖传统变速箱的内燃机驱动系统,以及全套的电机驱动系统。也就是说两套发动机都能参与驱动,核心总成一样没少反而多出一套;所以这些车的价格就可以高一些,因其制造成本偏高,同时两套动力系统并联输出还能实现高性能——贵有贵的道理。

  下图1:电驱摸快与内燃机和变速箱

  下图2:普通并联式PHEV双驱系统概念

  下图3:并联输出的动力走向概念

  总结:增程汽车在PHEV车辆的价格逐步走低之后,未来有可能主攻8.0/10/15万区间的快销车,成为真正理想的节油代步车辆。PHEV并联式插电混动则会主攻性能车,类似于≥20万级的诸多后驱与四驱车型。

  增程系统的前景非常广阔,全面普及就要等各大主机厂找准产品定位了。

  编辑:天和Auto

  内容:原创发布

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  这样肯定会更费油。这句话一说估计很多网友会拿混动车为例来反驳,其实我觉得题主所说的并不是混动,发动机只负责带动发电机,而动力完全由电动机提供,就像题主说的重型矿用卡车一样。这其实就是纯电动,油耗绝对高于混动,也高于纯燃油驱动。理由如下:

  混动的核心思想是利用电动机弥补发动机经济性不足的工况,比如起步、低速行驶、走走停停。而高速行驶是依然靠的是发动机直接提供动力。

  如果像矿用车那样发动机只带动发电机的话对于起步、低速行驶这类工况会省油,但是高速行驶中肯定不如发动机直接驱动车辆省油,因为这时候发动机动力会有一部分损失在发电机上了,不如发动机直接驱动车辆。所以说综合下来肯定更费油。

  但是为什么矿用卡车是这样的驱动方式呢?我觉得主要是这几个原因:

  1、这车太大了,载重量几百吨,需要极其强大的动力,同时动力传输系统也要设计的非常强大才能承受住如此大的负荷。这样以来无疑会增加成本和自重。

  2、对动力耦合装置要求极高,简单来说就是需要一个非常牛逼的离合器或者液力变矩器。几百吨的载重量那得需要多大的离合器啊?想想都顶不住。

  3、这种车辆对速度的要求不高,所以用柴油机驱动发电机提供电能,然后用电动机通过减速增扭后直接驱动车轮无疑是最好的办法。

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