節(jié)能趨勢---Hybrid系統(tǒng)與EV系統(tǒng)的種類
HEV(HybridElectricVehicle)-Hybrid油電混合車與EV(ElectricVehicle)電動車屬于現(xiàn)行GreenCar發(fā)展的兩大潮流。如果您深入研究就會發(fā)現(xiàn)，依照設(shè)計(jì)理念與結(jié)構(gòu)上的差異，其實(shí)HEV與EV各自還能細(xì)分出不同的種類。本篇就要為您整理車用Hybrid油電混合動力系統(tǒng)與EV電動車系統(tǒng)目前的種類與未來發(fā)展趨勢，以及介紹目前ToyotaGreenCar家族採用之系統(tǒng)。
HEV-Hybrid油電混合車的基本架構(gòu)就是發(fā)動機(jī)+電動機(jī)兩種動力系統(tǒng)，再加上控制模組、電池組等。而單就動力系統(tǒng)的搭配方式，還可分成(1)串聯(lián)式、(2)并聯(lián)式、(3)串并聯(lián)式三種型式。
Hybrid油電動力系統(tǒng)分類方式一：串聯(lián)式
串聯(lián)式Hybrid(Serieshybrid)–主要以電動機(jī)驅(qū)動車輛，發(fā)動機(jī)僅作為發(fā)電、充電用。
串聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)，主要是以電動機(jī)驅(qū)動車輛，而發(fā)動機(jī)的功率通常比電動機(jī)還小，因此僅用于帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，一邊供應(yīng)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需電力，一邊為電池組充電。這樣的設(shè)計(jì)，其實(shí)較接近EV電動車的基礎(chǔ)，只是比EV電動車多了隨車的發(fā)電機(jī)組(發(fā)動機(jī))。
串聯(lián)式Hybrid車款，由于僅以電動機(jī)驅(qū)動，因此其電動機(jī)規(guī)格功率較高、較大型。此設(shè)計(jì)的好處是，控制驅(qū)動力的方式比較簡單，如同電動車一般只要控制電流大小即可，也不需要如傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)車款需配備變速箱。另一個優(yōu)點(diǎn)則是發(fā)動機(jī)僅負(fù)責(zé)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，因此較容易控制其排污程度，而發(fā)動機(jī)配置位置也較彈性。
至于串聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，則是發(fā)動機(jī)僅用于發(fā)電、充電，能量利用效率較低，對車輛性能沒有任何幫助。串聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)目前多用于大型車輛，如Hybrid公車。
Hybrid油電動力系統(tǒng)分類方式一：并聯(lián)式
并聯(lián)式Hybrid(Parallelhybrid)–發(fā)動機(jī)與電動機(jī)直接連接，發(fā)動機(jī)為主驅(qū)動力，電動機(jī)為輔。
并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)特點(diǎn)在于發(fā)動機(jī)與電動機(jī)直接連結(jié)，動力輸出在同一個軸。例如本田Insight與奔馳S400Hybrid車型皆採此設(shè)計(jì)。
這樣的設(shè)計(jì)中，發(fā)動機(jī)為主要驅(qū)動車輛的動力系統(tǒng)，電動機(jī)則屬于輔助性質(zhì)。例如奔馳S400Hybrid車型在發(fā)動機(jī)與變速箱中間，增加一個碟型電動機(jī)(薄型電動機(jī))，在需要時(shí)，控制系統(tǒng)才會啟動電動機(jī)提供額外動力，或是利用此電動機(jī)進(jìn)行剎車動能回收電力，為電池組充電。
由于電動機(jī)僅屬輔助地位，因此多為小功率、小型化電動機(jī)，電動機(jī)兼具發(fā)電機(jī)。
并聯(lián)式Hybrid以傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)作為帶動車輛的主要動力來源，電動機(jī)則屬于輔助性質(zhì)，
這種Hybrid型式僅屬于輕度Hybrid，對于車輛性能的提升并無多大助益。
并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的動力系統(tǒng)為主，優(yōu)點(diǎn)是僅在發(fā)動機(jī)與變速箱中間加上碟型電動機(jī)，機(jī)械結(jié)構(gòu)更動不大，也較容易實(shí)現(xiàn)。電動機(jī)的加入，可提升一些舒適性(例如寧靜度)，但是缺點(diǎn)則是，電動機(jī)并未能提供更多的動力輔助，對提升性能的助益有限，屬于MildHybrid中度Hybrid的設(shè)計(jì)。文后會再深入介紹Hybrid的程度之分。
使用并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)的Hybrid車款包括HondaInsight、M.BenzS400h。
Hybrid油電動力系統(tǒng)分類方式一：串并聯(lián)
串并聯(lián)式Hybrid(SeriesParallelhybrid)–Toyota集團(tuán)旗下Hybrid車款皆採此一設(shè)計(jì)。
由于Toyota集團(tuán)Hybrid車型皆為串并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)，加上它們的Hybrid車型最多、全球銷量最大，因此我們?nèi)鐚⒋⒙?lián)式Hybrid設(shè)計(jì)視為市場主流，一點(diǎn)也不為過。
以全球銷售量最大的Hybrid車款─ToyotaPrius為例，它所採用的那套THS(ToyotaHybridSystem)系統(tǒng)，利用行星齒輪機(jī)構(gòu)，連接發(fā)動機(jī)、一號馬達(dá)兼發(fā)電機(jī)(MG1)、二號馬達(dá)兼發(fā)電機(jī)(MG2)三個動力系統(tǒng)，并依據(jù)精密的PCU控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)這三個動力來源，更有效率地驅(qū)動車輛。
串并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)為Toyota集團(tuán)Hybrid車款廣泛使用，可說是市場最主流、影響力也最大的Hybrid技術(shù)。
此Hybrid設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但能在節(jié)能與性能提升上有明顯的助益。
由于組成此Hybrid系統(tǒng)的動力源多達(dá)三個，而且電動機(jī)還要視情況在驅(qū)動車輛的馬達(dá)或是為電池組充電的發(fā)電機(jī)這二個角色中頻繁切換，因此可想而知，最大的挑戰(zhàn)在于其PCU控制系統(tǒng)能否勝任，否則將是個災(zāi)難。
在Prius車型上，三個動力源都不是只有單一功能。
●發(fā)動機(jī)：驅(qū)動車輛，同時(shí)也帶動MG1。
●一號電動機(jī)兼發(fā)電機(jī)(MG1)：發(fā)動機(jī)啟動電動機(jī)、為電池組充電、提供額外驅(qū)動力。
●二號電動機(jī)兼發(fā)電機(jī)(MG2)：提供純電動行駛模式驅(qū)動力、加速輔助動力、作為剎車動能回收的發(fā)電機(jī)，可讓能量再生。
HS(ToyotaHybridSystem)運(yùn)轉(zhuǎn)模式
1.起步或低負(fù)載行駛時(shí)；
2.一般行駛狀態(tài)；
3.全油門加速；
4.減速或剎車；
串并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)同時(shí)具備串聯(lián)式和并聯(lián)式兩者的優(yōu)點(diǎn)，可兼顧節(jié)能表現(xiàn)與性能表現(xiàn)。但是由于系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此技術(shù)門檻也高。
這三張圖片除了清楚標(biāo)示THS系統(tǒng)串并聯(lián)Hybrid型式，以一具發(fā)動機(jī)搭配兩具馬達(dá)的配置之外，
還能看出發(fā)動機(jī)與前后馬達(dá)的動力輸出狀態(tài)，視行車狀況而隨時(shí)改變，非常復(fù)雜又精妙。
雖然Toyota集團(tuán)旗下Hybrid車型都採用串并聯(lián)式Hybrid系統(tǒng)，但是工程師要將Hybrid技術(shù)運(yùn)用在不同車款時(shí)，仍會依車款特性進(jìn)行個別開發(fā)，以求達(dá)到最佳效果，因此結(jié)構(gòu)與復(fù)雜度仍有差異。
Hybrid油電動力系統(tǒng)分類方式二：重度Hybrid
前文所述的并聯(lián)式、串聯(lián)式與串并聯(lián)式Hybrid，其實(shí)常常讓人感到迷惑難懂。事實(shí)上，還有另一種依照Hybrid程度來區(qū)分混合動力系統(tǒng)的分類方法，我們這就為您介紹。
您應(yīng)該聽過人們說「中度Hybrid」、「重度Hybrid」？這又是如何區(qū)分「輕」、「中」、「重」程度的呢？很簡單，關(guān)鍵就在于電動機(jī)扮演角色的輕重。
重度Hybrid(FullHybrid)代表車型：LexusLS600hL
Toyota集團(tuán)如今位居全球HEV油電混合動力車款領(lǐng)域的龍頭，除了它起步得早，早在1997年就勇于推出量產(chǎn)化Hybrid車款-Prius進(jìn)入市場，因此累積了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，集團(tuán)的Hybrid技術(shù)也在不斷地改進(jìn)下，發(fā)展出極高的成熟性。
Toyota集團(tuán)旗艦豪華房車LexusLS600hL屬于重度Hybrid設(shè)計(jì)(串并聯(lián)Hybrid)，以5.0升
V8發(fā)動機(jī)搭配高功率電動機(jī)，可發(fā)揮總和約430匹的最大馬力，性能媲美V12發(fā)動機(jī)車型
Prius的成功，僅是Toyota集團(tuán)的第一步，它們在接下來的十年間，陸續(xù)將Hybrid技術(shù)運(yùn)用在不同車款上，并依車款特性進(jìn)行個別開發(fā)，以求達(dá)到最佳效果。
LS600h首度運(yùn)用變速箱整合雙電動機(jī)的作法，將MG1、MG2兩具電動機(jī)配置在變速箱內(nèi)，并利用雙減速比行星齒
輪組，將發(fā)動機(jī)輸出與另一端的MG2電動機(jī)連結(jié)產(chǎn)生無段變速效果，而LS600h也從LS460的后輪驅(qū)動改成全輪驅(qū)動。
例如集團(tuán)旗艦豪華房車LexusLS600hL，它必須具備優(yōu)異平順的乘坐品質(zhì)，與充沛的動力輸出，因此它的Hybrid系統(tǒng)雖然也是一具發(fā)動機(jī)搭配MG1與MG2兩具電動機(jī)(兼發(fā)電機(jī))的組合，但設(shè)計(jì)也不同于Prius。LS600h首度運(yùn)用變速箱整合雙馬達(dá)的概念。MG1主要功能為隨時(shí)啟動5.0升V8發(fā)動機(jī)，因?yàn)樵撥囆团鋫浒l(fā)動機(jī)自動啟閉系統(tǒng)，它必須能頻繁且平順地啟動這具發(fā)動機(jī)，而在此任務(wù)之外，MG1則擔(dān)任發(fā)電機(jī)的角色。
MG2是高功率的大型電動機(jī)，是驅(qū)動車輛的主要動力源之一，最大輸出高達(dá)224匹與31公斤米的MG2與5.0升V8發(fā)動機(jī)結(jié)合，可發(fā)揮總和約430匹的最大馬力，用「如虎添翼」一詞來形容最為恰當(dāng)，兩者合作帶動LS600hL逼近2.5噸的車身，可說輕松愉快，性能媲美V12發(fā)動機(jī)車型。在搭配ECVT八速手自排變速箱，靜止加速至?xí)r速100公里則有6.4秒的優(yōu)異成績。MG2同時(shí)作為煞車電能回收系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，還能回收剎車時(shí)的熱能轉(zhuǎn)換為電能，為鎳氫電池組充電。此外，為維持電動機(jī)的最佳工作效率，MG1與MG2二具電動機(jī)都採獨(dú)立水冷設(shè)計(jì)。
高效率鎳氫電池，額定電壓為288V。
LS600hl是「重度Hybrid」(FullHybrid)設(shè)計(jì)的最佳例證，其電動機(jī)功率大，可獨(dú)立驅(qū)動車輛，同時(shí)也對性能的提升有顯著貢獻(xiàn)。而其還具備純電動行駛模式，而這也是重度Hybrid車款有別于中度Hybrid車款的差異處之一。
Hybrid油電動力系統(tǒng)分類方式二：中度Hybrid
代表車型-HondaInsight與Mercedes-BenzS400LHybrid
在第一代Prius于1997年發(fā)表后二年，本田也發(fā)表了該品牌第一款Hybrid車型-Insight。兩者產(chǎn)品定位相同，但是設(shè)計(jì)理念與技術(shù)卻是告自不同的方向。
梅賽德斯奔馳S400Hybrid是屬于中度Hybrid車款，配置于發(fā)動機(jī)曲軸箱與變速箱中央的碟型電動機(jī)，
僅能提供額外的20hp作為輔助。
S400Hybrid的碟型電動機(jī)直徑325mm，厚度32mm，配置于發(fā)動機(jī)曲軸箱與變速箱中央。
Insight採用的是并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)，原廠稱其為IMA動力系統(tǒng)(IntegratedMotorAssist)。以現(xiàn)行的第2代Insight來說，以輸出動力95匹的1.3升四缸汽油發(fā)動機(jī)搭配可輸出14匹的電動機(jī)，總合動力輸出也僅有102匹。相較于採用98匹最大馬力的1.8升發(fā)動機(jī)搭配的82匹輸出電動機(jī)，總合動力輸出可達(dá)136匹的第3代Prius，兩者在動力性能上的差距，顯然就看出Prius採用屬于串并聯(lián)式Hybrid(也是重度Hybrid)所帶來的領(lǐng)先優(yōu)勢。
S400Hybrid因以發(fā)動機(jī)為主要動力來源，因此電池組不需要太大，
且採用體積如同一般電瓶的鋰電池即可供電動機(jī)使用。
梅賽德斯奔馳S400LHybrid是另一個採用中度Hybrid的代表車款，它的并聯(lián)式Hybrid設(shè)計(jì)，藉由一具配置于發(fā)動機(jī)曲軸箱與變速箱中央的碟型電動機(jī)(直徑325mm，厚度32mm，重量20公斤)，提供發(fā)動機(jī)動力之外，額外的20匹與16.3公斤米的輸出功率的輔助動能。它的電動機(jī)功率太小，因此并無純電動行駛功能，利用電動機(jī)來達(dá)到節(jié)能目的，或是提升一些舒適性，才是它真正的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
Hybrid油電動力系統(tǒng)分類方式二：輕度Hybrid
代表車型-SmartFortwomhd
在MicroHybrid-輕度Hybrid車款中，電動機(jī)僅扮演小小節(jié)能者的角色，好像家里頭那個會幫忙關(guān)掉沒使用的燈光的小朋友一樣。以代表車款SmartFortwomhd為例，它配備的發(fā)動機(jī)自動啟閉系統(tǒng)(Start-stopsystem)，會在停等紅綠燈時(shí)將發(fā)動機(jī)熄火，而當(dāng)駕駛者的剎車松開時(shí)，又會自動啟動發(fā)動機(jī)。由于電動機(jī)對車輛的節(jié)能或性能貢獻(xiàn)皆有限，因此僅屬于輕度Hybrid。
EV電動車分類：純電動車
電動車顧名思義就是以電池為能源，由電動機(jī)驅(qū)動的車輛，英文為Electriccar，或Electricvehicle，簡稱EV。不過，「電動車」或「EV」都只是個通稱、泛稱，實(shí)際上，以電動機(jī)驅(qū)動的所謂電動車，還有下列幾大分類：純電動車車上僅搭載電池，作為驅(qū)動車輛唯一的能源，這樣的車款又被稱為BatteryonlyElectricVehicle，簡稱BEV，中文為純電動車。(其電池組仍須以電纜連接外部電源進(jìn)行充電。)
并以租賃車方式供消費(fèi)者體驗(yàn)純電動車寂靜、平順、零污染的駕駛體驗(yàn)。
EV電動車分類：插電式電動車
插電式電動車Plug-inHybridElectricVehicle，簡稱PHEV，它應(yīng)該屬于HEV油電混合動力車的一類，同樣都具備發(fā)動機(jī)與電動機(jī)兩種動力系統(tǒng)，只是它又比HEV油電混合動力車多了一組可外接的充電插頭，可利用專屬充電器、充電站甚至是家用插座，來為車上搭載的電池組充電。在都會區(qū)通勤這樣的短程使用時(shí)，可完全以純電動模式行駛。而中長途則以發(fā)動機(jī)作為主要動力來源，電動機(jī)為輔，如同HEV油電混合動力車的運(yùn)作模式。它的電池組容量比純電動車小，但比HEV還大。關(guān)于PriusPlug-in車型，下一篇「Prius家族」另有詳細(xì)介紹。
PriusPlug-in是PHEV插電式電動車的代表車型，事實(shí)上它與HEV油電混合動力車款
同樣配備電動機(jī)與發(fā)動機(jī)兩種動力系統(tǒng)，但是它主要是以電動行駛為主力訴求，
因此電池組比HEV大，純電動行駛的續(xù)航力也比HEV大。
EV電動車分類：增程發(fā)動機(jī)EV電動車
增程發(fā)動機(jī)EV可以AudiA1e-tron為代表車型，雖完全由電動機(jī)驅(qū)動車輛，但車上又配備一具小排氣量轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，專為電池組充電，由于多了這個可以「增」加行駛里「程」的設(shè)計(jì)，故稱為增程發(fā)動機(jī)電動車。
AudiA1e-tron雖為電動車，但另有一具小排氣輛轉(zhuǎn)子引擎作為充電之用，可延長行駛里程。
EV電動車分類：氫燃料電池電動車
氫燃料電池電動車使用ˋ作為動力來源的電動車，又稱為燃料電池車(Fuelcellelectricvehicle，簡稱FCEV)。氫燃料電池是以氫或含氫物質(zhì)及空氣中的氧產(chǎn)生電力，再以電力推動電動機(jī)驅(qū)動車輛。燃料電池的普及門檻在于氫氣的儲存、補(bǔ)充，而制造生產(chǎn)氫氣同樣需要消耗能源并產(chǎn)生碳排放。
圖為以RAV4為基礎(chǔ)搭載燃料電池動力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)車。
太陽能電動車?yán)萌照仗柲馨瀹a(chǎn)生電力，供電動機(jī)驅(qū)動車輛?？此迫烊坏姆绞饺〉媚茉?，卻完全受制于天候狀況。
終極GreenCar-純電動車
純電動車具有零油耗、零污染、低噪音等優(yōu)點(diǎn)，被視為后石油時(shí)代的交通工具。不過，電池技術(shù)包括體積縮小化、容量極大化、快速充電技術(shù)等還待更關(guān)鍵性的突破，否則總會在重量體積過大、續(xù)航力與能源補(bǔ)充速度這些關(guān)卡上卡關(guān)，難以真正普及化。
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