2012年3月1日 星期四

油電混和車輛設計 / 劉彥呈


B9930234 /劉彥呈 /油電混和車輛設計

混合動力車輛是使用兩種或以上能源的車輛,。目前的混合動力車多數以內燃機及電動機推動,能源則來自汽油及電池,此類混合動力車叫油電混合動力車(Hybrid electric vehicle 簡稱HEV)。多數油電混合動力車使用汽油,但消耗汽油較少,而加速表現卻較佳,被視為比普通由內燃引擎發動車輛較為環保的選擇。近年有的可以從輸電網路上向內部電池充電,叫插電式混合動力汽車(Plug-in hybrid簡稱PHEV) ,如果發電廠使用可再生能源或碳排放量低的發電方法,那就可以進一步降低碳排放量


描述: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/81/11-09-04-iaa-by-RalfR-095.jpg/360px-11-09-04-iaa-by-RalfR-095.jpg
油電混合動力車
本田ZE2油電混合引擎
原理:
混合動力車輛指的是所有使用超過一種燃料或能量來源的車輛,而推動系統可以有一套或多套。絕大多數的混合動力車的推動裝置不外乎內燃機電動機,若當中有使用電力推動電動機作為其中一種推動裝置者即可以用電池進行再生制動,把能量回收,以節省能源,現在較普遍使用的油電混合動力車就屬於這一類。油電混合動力車的推動裝置可以是同時擁有電動機及內燃機引擎,也有隻使用電動機的設計。
歷史:
混合動力的技術最早在柴電潛艇上出現。這類潛艇在水上時用柴油發動機推進及為電池充電,在水下則由電池推動。第一輛混合動力的車輛由斐迪南‧保時捷1899製成。大量生產的混合動力車則要在1990年代才出現,分別為本田豐田生產的 Insight Prius。這兩款車都可由電動機直接推動車輪提供動力。
引擎種類:
油電混合動力              
                          柴油作燃油的柴電混合BMW未來效能動力車
油電混合動力車(Hybrid electric vehicle 簡稱HEV),這是最普及的混合動力車,例如豐田Prius。油電混合動力車使用內燃機(汽油引擎柴油引擎)電動機(摩打)作為動力來源,視設計而定,內燃機有用作直接推動車輛,也可發電為電池充電。 世上第一輛油電混合動力車是汽油電力混合動力,在1899年由Pieper研發。利用剎車時進行能量再生制動的設計要到1978年才由電機工程師david Arthurs發明。
 燃料電池混合動力
                            燃料電池車簡化結構圖,當中包括了可充電電池
使用燃料電池作為動力來源的車輛稱作燃料電池車(Fuel cell electric vehicle 簡稱FCEV)多會另加設可充電電池,以減低對燃料電池輸出功率的要求,及使燃料電池輸出功率保持穩定以保護燃料電池,這正正就等於串聯混合動力系統,只是把由內燃機充作的發電機改為燃料電池,因此也屬於混合動力車的類別。
混合燃料
有些引擎設計容許使用多種燃料,稱為複合燃料引擎或彈性燃料引擎,這類車只有一個油箱內可混合多種燃料使用,如汽油生物燃油甲醇乙醇等。再進一步,加設有儲存氣體燃料天然氣石油氣的裝置,同一車可以使用液體燃料及氣體燃料,但由於多了一個燃料容器,佔去了多些空間,在一些用途上做成不便。
流體混合動力
是指液壓動力或壓縮空氣引擎,原理是以加壓液體或氣體推動車輛,以電力或內燃機把工作流體再增壓。液力儲蓄器(蓄壓器)的價格較低,而耐用性比電池高很多。
富豪汽車(Volvo)曾在1980年代曾亦這原理發明在巴士貨車等重型車輛上使用,現在是一種仍在研究的項目。200210月,巴黎國際汽車展覽會上展出了一款Compressed air car,使用壓縮空氣作動力,由於作為溫度低,省去了冷卻裝置等設備,引擎也因此可以使用較輕的物料製造,進一步增加效率。同樣原理的傳動模式被廣泛應用在鐵路的液傳動柴油機車上。
人力電力混合動力
一些以人力及其也動力的車輛,例如電動自行車也是混合動力車的一種。
耗油量與碳排放量:
耗油量:混合動力車輛可以回收能量,電動機的效率又比引擎高,所以比用內燃機的汽車有較低的耗油量。
碳排放量: 雖然耗油量低不代表總碳排放量低,因為混合動力車輛在製造過程中產生的二氧化碳比一般汽車高,但根據英國的減碳車輛聯合會(Low Carbon VehicleLowCVP)一份報告,混合動力車的總排碳量(包括生產過程中產生的二氧化碳)的確比一般使用內燃機的車低。純電動車: 19 46% 8.8
值得注意的是當中純電動車及插電式混合動力汽車所使用的電力,發電的排碳量以英國的情況為準,英國近年燃煤發電佔總發電最的33.08%,其餘為燃氣發電、核能發電及可再生能源發電等。與純電動車相比的話,就要視乎如當地發電的能量來源,如果大部份發電燃料是煤的話,由於燃煤發電的效率較低,加上輸電網路的損耗,為純電動車充電而產生的二氧化碳比混合動力車行走時產生的還多,因此混合動力車會比全純電動車排碳更小,更環保。所以在使用以燃煤發電為主的地區,例如中國,混合動力車會比全純電動車更環保。
應用: 早在1911年,德國已經開始採用混合動的鐵路車輛,混合動力鐵路車輛是使用可充電儲能裝置輔助牽引系統的鐵路動力車輛。起動時以電動機推動,在車輛加速或上斜時引擎提供牽引裝置額外的動力,減輕主要動力源的負擔,下坡時以電動機發電回收能量至儲能裝置,因此可以達到省油效益,個別系統可以節省30%40%耗油量。日本、英國、北美及捷克都有使用混合動力鐵路車輛,當中美國有部份設計使用生質燃油配合電池,使碳排放量進一步降低。
道路運輸
        用鋰離子電池的混合動力火車KiHa E200
 
                  使用串聯柴電混合動力的悍馬車XM1124
 
裝上電動機的混合動力自行車 2004 豐田Prius電油混合動力車

有觀點認為純電動車才是終極目標,混合動力車只是過渡性產品,投入資源研發會浪費,但事實並非如是:混合動力車在基建落後,供電不穩定的地區都比純電動車適合。在以燃煤發電的地方,混合動力車比純電動車有更低的碳排放量。
混合動力車輛就算是一個過渡方案,也是不會浪費研發能量,因應混合動力車輛所發展的技術,大多也是燃料電池車及純電動車所需的技術(電動機(馬達)、高品質充電電池、輕量化車體)。而在串聯式混合動力車上就更是內燃發電機直接供電給充電電池及電動機,並無傳動系統,所以只要等待高性能電池出現後把發電機換作高性能電池就馬上變化完整的純電動車。