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只是錦上添花 變速器不是純電動車的必須

發佈時間:2012年07月02日 11:10 | 進入復興論壇 | 來源:科技日報 | 手機看視頻


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  首先,電動汽車概念是涵括常規混合動力汽車、插電式混合動力汽車、增程式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等,不同動力系統結構方案電動汽車對變速器的需求也不同,探討這個問題時不能將電動汽車一概而論。

  其次,常規混合動力汽車一般加裝內燃機並匹配相應的變速器(這裡指動力系統結構採用並聯式或狹義混聯式方案,如果發動機工作時其轉速可以自由設定,並相對恒定,如串聯式混合動力汽車,則發動機工作轉速不受車速影響,可以不加裝變速器),決定加裝變速器的一個重要原因是發動機在不同轉速、負荷下的工作效率差別很大,發動機萬有特性曲線(效率map圖)可以證實這一點,通過加裝變速器,實現發動機工作點的調節和優化,從而使發動機工作在高效區,其效率提高的幅度明顯大於加裝變速器帶來傳動系統效率降低幅度,從而使車輛動力傳動系統總體效率提高,提高了車輛燃油經濟性總體水平。

  再次,對於純電動汽車,動力系統匹配時,電機的特性曲線形狀主要由車輛最高車速、爬坡能力、加速時間等動力性要求決定,從而得到電機的額定轉速、最高轉速、額定轉矩、最大轉矩需求,在此需求下進行電機本體和控制器設計。當然,在進行車輛主電機特性匹配時,還必須考慮其制動能量回收能力。如果採用定傳動比減速器,車輛的加速時間和最高車速性能往往相互制約,因此,對於追求車輛加速性能好、最高車速高的高性能純電動汽車尤其是純電動跑車,在電機重量和成本增加空間受限情況下,可以考慮加裝變速器,從而既提高車輛最高車速,又縮短車輛加速時間。而對於大部分純電動汽車,通過合理設計電機特性曲線,匹配減速器減速比,在車輛加速能力好的情況下,其最高車速也可以設計在時速150公里以上,基本上能夠滿足市場需求,因此沒有必要加裝變速器。

  值得注意是,雖然電機和內燃機均存在效率場,但發動機低效區的效率遠遠低於高效區的效率,如某發動機高效區燃油消耗率約為200g/kWh,其低效區燃油消耗率高達400g/kWh以上,相比之下,電機高效區效率可達到95%以上,而其低效區效率也可以達到70%以上,因此電機在其效率場內效率變化沒有發動機那麼明顯,其高效區比例遠大於發動機高效區比例,這也決定純電動汽車不是非常必要加裝變速箱。但是,通過加裝變速器可以減少電機工作在弱磁控制區域,並使其在車輛起步加速時減少以銅損為主的功率消耗,快速進入高效區,從而使電機大部分時間工作在高效區,提高了車輛動力傳動系統效率(這裡有個前提條件:加裝變速器後,傳動系統總體效率變化小,如果傳動系統由於加裝變速器而增加了齒輪副、摩擦副等能量消耗環節,則加裝變速器後車輛動力傳動系統總效率提升不多,車輛總體等效燃油經濟性水平提高也不明顯)。

  最後,從電機及電機控制單元設計角度分析,加裝變速器的純電動汽車,可以減少電機工作在弱磁控制等工況下的IGBT等功率開關單元工作電流,這應有利於提高電機及控制器單元的壽命,同時可以減少對功率單元元件的性能要求,有利於降低電機及控制單元的成本。(寧國寶 作者係科技部863電動汽車重大項目管理辦公室寧國寶博士)

熱詞:

  • 變速器
  • 弱磁控制
  • 發動機
  • 加裝
  • 齒輪副
  • 摩擦副
  • 銅損
  • 純電動車
  • 傳動比
  • 電動汽車