如何評價 PSA 集團的空氣混動技術,它的前景如何?
目前主流的混合動力基本是電力混動的天下,法國人卻依然特立獨行的進行著非主流研發。網上有一些關於這個空氣混動的描述,作為外行,我能看得出這個技術在節能和環保上應該是比電力混動要好的。請各位懂汽車的大神評價一下該技術的優缺點和發展前景。
1. 首先,先說一下對於PSA開發這個技術的一些看法。
我覺得,在混合動力這個大熱門話題下,當大家都在大談HEV(hybrid electric vehicle)時,PSA在談論HHV(Hydraulic Hybrid Vehicle),倒也蠻符合其一貫的特立獨行(不是一般人能理解)的風格(審美)的。
我向來對如SAAB,TESLA這些汽車行業特立獨行的公司都是抱有好感的。當然有些事大家都知道:比如後來SAAB破產了,TESLA正在被醒過來的傳統汽車公司圍追堵截...
當然還有......最近傳出的由於空氣混合動力的技術開發因缺錢受困,需要年產50萬輛才能達到規模經濟,PSA正在忙著找小夥伴來拉攏分攤救火......2. 接下來我們看看 什麼是HEV和HHV
所謂混合動力,就是同時裝備兩種動力來源。一般我們大家現在所熟知的混合動力汽車,是熱動力源(即汽油機或柴油機)和電動力源(電池與電動機)的汽車,也就是HEV。如下示意圖,發動機與電動機都可以獨立或者一起驅動車輪,發動機還可以給電池充能。相比傳統汽車,主要增加了電動機這個驅動裝置、電池這個儲能裝置,當然還有相關的一些輔助機構。
而空氣混合動力,相似的,可以理解成只不過儲能裝置換成了壓縮空氣,新增的驅動裝置換成了驅動泵,發動機還可以給。
更多細節大家可以參考 之前@銃蒙的回答以及How Series Hydraulic Hybrid Vehicles Work;How Parallel Hydraulic Hybrid Vehicles Work3.接下來說一下HEV與HHV的技術特點比較
很多常規的和HEV可以實現具備的一些技術,HHV也是可以實現的,比如:制動能量回收,發動機可以在效率更高的區域運轉等。
一般而言,混合動力車包括HEV和HHV,比常規汽車在市區的走走停停這種工況更具有優勢,因為一般這種工況內燃機很難在最優效率的工況運轉,而在市郊高速工況更適合內燃機發揮優勢。下圖為常規汽車與串聯式HHV的效率比較,一般常規汽車工作效率在虛線範圍,而SHHV可以工作在綠色實線區域。(如果你眼神好,能猜得出這是一台汽油機還是柴油機那簡直是萌萌噠!)相比而言,HHV比HEV在制動能量回收可以實現更高的效率。HEV一般可以實現不超過25%的制動能量回收,而HHV則高的可以實現70%的制動能量回收。
那麼,從上面的分析,我們很容易得出結論:速度不高,走走停停的工況,慣性質量更大的車輛(可以回收更多的制動能量)比較適合HHV去發揮。
所以正如 @銃蒙的回答一開始提到的那樣,HHV最早是用在公交車上的。
接下來比較一下油耗
很誇張是不是?當然這是在Transit Bus上的測試結果,HEV也是柴油混動大巴,與之比較的柴油巴士。
(source:http://www.fta.dot.gov/documents/FTA0018_Research_Report_Summary.pdf)當然還有續航里程上的較量,同樣是基於上面的測試結果。
4.最後該回答題主提到的前景啦
對於HEV,相信大家對拿獎拿到手軟的普銳斯應該都不陌生。
對於HHV,大多應用在商用車上,乘用車目前尚未有量產車型。如果PSA真的如它所期望的那樣2016量產,應該是第一個吧?但,如 @銃蒙 的回答提到的那樣,HHV方案應用到乘用車上,還有太多問題需要解決,而且基本都是不容易啃的硬骨頭。
而對於PSA而言,如果想要把它的Hybrid Air 折騰到SOP(start of production),提振股價和股東信心,走上巔峰之路,至少從目前的新聞來看,想像不要太美好。對回答不滿意。我再來寫一下
要了解所謂的空氣混動,必須了解液壓混動。
液壓混動在上個世紀70年代就有人提出,日本更是在1994年就將液壓混動系統應用在大型的公交車上。
一輛液壓混動車輛組成部分如下注意:圖片來自網路。回頭有時間自己畫個簡易圖。可以看到,主要的組成部分如下:
液壓蓄能器,液壓油箱,液壓動機,液壓油泵。本質上,混動系統都是通過回收機械能來存儲,並再次使用來達到節能的效果。所以混動系統必須具備的就是蓄,放能的載體,比如油電混動和燃料電池車的的電池組,
而相對於電池,液壓蓄能器具有極高的比功率,可以以每升幾千瓦的功率存儲和釋放能量。且存/放效率非常高,達到97%以上,遠高於電池或者超級電容。所以能量在回收以及利用中的損耗是較低的。作為混合動力的儲能裝置,它正好可以應對起步停車較多的城市工況來回收制動浪費掉的能量。所以作為能量的載體,液壓蓄能器有其優勢。
我們知道,為了提振股價和股東信心,PSA也十分希望空氣混動能夠迅速投入市場,但是為什麼2012年發布的技術,2016年才能夠投入量產? 大家知道,一個平台車輛從前期研發到上市差不多也要3到4年這個周期。在這個周期里,氣動混合要做的工作比汽油機車輛的工作要多,主要是動力輸出的平順性和混動系統的標定,還有關於儲能,能量回收,以及安全等因素的測試。因為是開創性的工作,所以相對於其他的混動要困難得多。
接下來我們看一看,這套空氣混合動力系統和上面的液壓混動有什麼不同。
答案是:幾乎完全相同,所謂的空氣混動,就是液壓混動。
一個蓄能器(壓縮空氣儲能系統),一個液壓油箱(低壓儲氣系統),液壓泵和液壓馬達,提供動力並回收動力。
優點 :
1.環保氣動系統儲能使用的是氮氣壓縮,氮氣的製備技術是非常成熟的。工業用氮氣的製備技術也很成熟,相對於電池組的巨大污染,電動機大量的材料製造成本和環保影響,氮氣罐液壓蓄能器和液壓驅動的馬達顯然要環保得多 。且氮氣作為空氣的主要成分,即使排放到大氣中,也不會對環境有負面影響。另外,如果能夠控制得好,液壓油不受外界污染,其生涯更換的比率也較低。維護的成本也不高。2.功耗我們知道汽車的能耗與幾個方面有關。車輛的自重,能量利用效率,能量回收的效率
從網上獲取的資料可以看到空混系統中的液壓部件只比傳統汽油機多出約100公斤的重量,而普銳斯光是電池組就已經達到了150公斤。除此之外,相對於電動機中的線圈組和永磁體來說,液壓傳動系統的自重要輕得更多。
下面我們可以看看液壓驅動單元的構造和大小。從能量的利用率來說,空氣混合動力號稱2.9升百公里的油耗十分可觀。而目前官方公布的普銳斯油耗最低也在2.7L 左右。
3.無需起動機點火,液壓動機可能可以提供某些需要電機才能傳動的能量,更好的提高能量利用率。
車輛完全可以先動起來,在城市路況中不僅可以做到平順的起步停車(STT)系統的效果,還避免了啟動導致的發動機爆震,電池能量損失和油耗。但是我們也要看到這類系統一直存在的問題。
1. 蓄能器+液壓動機的輕量化和可靠性
液壓混動一直使用在工業用機車和大型機車上,原因在於要將蓄能器,液壓馬達等零件輕量化並非易事,PSA+博世做到了,並不代表這個系統的可靠性就能夠耐受考驗。輕量化意味著蓄能器變小了,液壓節流閥變小了,密封件也變小了,對零件意味著更高的密封型要求和儲能性能。如果液壓油泄露,氮氣泄露,污染,蓄能器鋼瓶耐久性成問題,液壓油無法在極端工況下工作,都將造成整個系統的不穩定。
2 .液壓蓄能系統的安全性。
實際上由於蓄能載體是高粘度的液壓油以及氮氣,相比電池組,它已經安全很多了。PSA在發布這項技術的時候強調了出現泄露後自動探測並自動降壓的控制策略(採訪原話),但是如何應對各種類型的碰撞要求,如何保證高壓,低壓氣瓶在碰撞後的安全性,都是全新的課題,工程師的目的應該遠遠不止於滿足EUROCAP ,還要達到更高的安全水準並展現給顧客,才能讓顧客更放心的使用。
3.駕駛愉悅性和混動的控制策略
實際上,這套控制策略也發展的很成熟,在大型工程機械上,控制策略應該不是問題。但是我們需要考慮到問題是〉續航里程續航里程直接關係到駕駛模式對油耗的影響,如果續航里程較短,那麼在城市工況中還可堪一用。如果續航里程較長,在場里程駕駛過程中沒有辦法通過制動力回收能量,如何保證能量的回收?油耗也會隨之上升。
〉在動力耦合前後的駕駛愉悅性。氣動混合動力的動力模式有幾種:發動機驅動,純液壓動力驅動,混合驅動。由於液壓的動機完全是通過液壓泵和液壓動機推動齒輪與變速箱的動力進行耦合的,如何在行駛過程中平順的切換?在極限駕駛的情況下(急加速,急減速),如何保證液壓驅動系統的正常工作?這些都是需要零件本身的設計和實驗來確認。混動目前最大的問題不是儲能裝置問題,而是發動機與電動馬達或液壓馬達如何組合的問題。
至於這個混動裝置是蓄能電池,還是液壓蓄能,還是空氣蓄能,其實沒所謂。
以Pruis為例,Pruis至今使用的還是鎳氫電池(Pruis plug-in是鋰電池),其能量密度只有鋰電池的一半,循環壽命只有鋰電池的三分之一,但是Pruis的電池壽命幾乎與發動機同壽命。因為Pruis的鎳氫電池多數時候都是淺充淺放,對電池壽命及電池有效容量影響極小。
在沒有提供更佳效能的情況下,推倒現有的蓄能電池技術採用空氣蓄能並沒有太大必要。
倒不如豐田的解決辦法來得更直接,看一下豐田最新研發的活塞式發電機:
活塞運動也能發電 豐田研發新型發電機這個就是內燃機與發電機的合體,可以使現有的發動機更輕、更小、更高效。這才是釜底抽薪的解決辦法。
空氣混動之類的技術其實是捨本逐末,偏離了混合動力的初衷,即如何隔絕發動機的不良工況,讓發動機工作在最高效的工況下。
不解決發動機效率以及發動機跟電動機如何組合的問題,什麼混動都是白扯!而豐田、本田、馬自達甚至大眾、比亞迪都在這方面做出了很好的榜樣,那就是用阿特金森循環引擎、小排量增壓引擎甚至轉子引擎代替原有的內燃機,組合形式也是百花齊放。
雖然阿特金森循環引擎在低負荷條件下效率很差,但是豐田用VVT-IW、本田馬自達利用直噴技術降低缸內油氣混合氣的溫度,增加進氣含氧量,解決了低負荷效率低下的問題。
所以,我判斷,所謂的「空氣混動」根本就是找死,雖然我是法系車的Fans,但是絕不看好空氣混動。因為空氣混動之類只是在外圍上的小修小補,並沒有從根本上解決問題。搬運自雷鋒科普:混合動力的儲能方式有哪些本文將介紹制動能量回收的幾種典型能量存儲方式,為各位讀者梳理一下該類技術的發展現狀。
目前具有代表性的用於行駛車輛的能量儲存方式有以下三種:
飛輪蓄能飛輪蓄能是機械蓄能的一種形式,以慣性能(動能)的方式,將能量儲存在高速旋轉的飛輪中。
當車輛制動時,飛輪蓄能系統托動飛輪加速,將車身的慣性動能轉化為飛輪的旋轉動能。當車輛需起動或加速時,飛輪減速,釋放其旋轉動能給車身。
按構成材料劃分,飛輪主要有兩種:金屬制飛輪與超級飛輪。
金屬制飛輪以鋼製飛輪為主,能量密度較低,價廉且宜於加工;而超級飛輪選用強度較高的碳素纖維材料製造,轉速極高,最大可以達到 78 000R/Min,能量密度高,是鋼製飛輪的 10 倍。為了減少空氣阻力損耗,可以將飛輪運行於真空罩中,而目前這方面的前沿研究是飛輪軸承採用高溫超導磁懸浮技術。
真空罩內,碳纖維包裹的高速飛輪
在設計飛輪時,既要考慮本身強度,又需注意系統的共振及穩定性,這裡就不展開了。
飛輪混合動力系統的應用實例是 F1 的 KERS 系統,在保留 F1 賽車原有動力總成的基礎上,加裝由 IVT(Infinitely Variable Transmission,無限變速器,和傳統 CVT 相比特點在於速比變化範圍極大)和真空飛輪構成的機械動能回收系統。沃爾沃正在嘗試將 F1上的KERS技術應用在了量產車型上,技術合作方是為 F1 車隊提供技術支持的 Torotrak 與 Flybrid System 公司。
Torotrak 供應的大傳動比無級變速箱,與傳統鋼帶式無級變速原理不同
Flywheel KERS
飛輪儲能的應用領域非常廣闊,除了汽車之外,還經常用於 UPS (不間斷電源系統) ;美國航母上的電磁彈射器也藉助飛輪原理,提供瞬時大電流;有研究人員使用飛輪提供核聚變所需要的瞬時能源。
液壓蓄能液壓蓄能以液壓能的方式儲存能量。
系統由一個具有可逆作用的泵馬達實現蓄能器中的液壓能與車輛動能之間的轉化,即在車輛制動時,蓄能系統將泵馬達以泵的形式工作,車輛行駛的動能帶動泵旋轉,將高壓油壓入蓄能器中,實現動能到液壓能的轉化;在車輛起動或加速時,蓄能系統再將泵馬達以馬達的形式工作,高壓油從蓄能器中輸出,帶動馬達工作,實現液壓能到車輛動能的轉化。
蓄能器主要有重鎚式、彈簧式和充氣式,其中以氣體儲能器使用最為廣泛。該儲能器是在鋼製的壓力容器內裝有氣體和油,中間以某種材料隔開,按隔離方式分為活塞式和皮囊式兩種,都是利用密封氣體的可壓縮性原理製成。
液壓儲能的能量密度比飛輪儲能與蓄電池儲能都小,但其在三者中,具有最大的功率密度,能在車輛起步和加速時提供給車輛所需要的大扭矩。同時,液壓儲能系統可較長時間儲能,各個部件技術成熟,工作可靠,整個系統實現技術難度小,便於實際商業化應用。
液壓儲能的應用實例包括 PSA(標緻雪鐵龍集團)的Hybrid Air技術,相比油電混動,Hybrid Air 的優點在於結構簡單、成本低、可靠性高。不存在電池壽命問題,理論上可以做到整套系統與車輛同壽命,降低成本。
而該技術的潛在缺點包括,儲存能量不足導致的混合深度可能有限,另外壓縮釋放空氣還會出現震動、噪音控制問題。
目前這項技術尚處於研發階段,根據雪鐵龍官方給出的信息——在城市道路上節油能達到 45%,在綜合道路上則能達到 35%。此項技術與 1.2VTi 發動機搭配裝在雪鐵龍 C3 上,已經能夠實現 2.9L 的百公里油耗。而據雪鐵龍的技術人員稱,他們的終極目標,是要做到 2.0L/ 百公里。如果屆時量產車型能達到這樣的效果,Hybrid Air 有可能會成為混合動力中的另一大分支技術而受到更廣泛的應用。
電池儲能油電混合是最主流的混合動力原理。系統以具有可逆作用的發電機/電動機實現電池中的電能和車輛動能的轉化。
在車輛制動時,發電機/電動機以發電機形式工作,車輛行駛的動能帶動發電機將車輛動能轉化為電能並儲存在電池中。在車輛起動或加速時,發電機/電動機作為電動機驅動汽車。
電池儲能的功率密度低,過充電、過放電和頻繁充放電都會影響壽命,不能迅速轉化吸收大量能量,難以滿足車輛在制動或起動時的功率需求。因此人們開發了車用超級電容,可以適應瞬間充放電和頻繁充放電,循環壽命長,受低溫影響小,電量檢測方便,而且超級電容器的生產成本每年都在以低於 10% 的比例減少。
但是超級電容也有能量密度與電池差距較大、容易漏電等缺點,無法長期儲存能量,所以也有研究人員在嘗試電池電容混合的電力系統,同時兼顧電容充放電迅速和電池能量密度相對較大的優點,用電容進行緊急充放電,用電池長期儲存能量,電池和電容分工合作。
謝邀,前景應該是很美好的,相對油電混動更加環保節能,但是缺點也有,那就是發生碰撞時,其車身內部的高壓氣罐可能發生爆炸,後果不堪設想。
不用再討論了,該項目在PSA已經下馬,被信任CEO親自斃掉。全都沒了
這是概念視頻截圖,我們可以看到放出和回收動力的液壓裝置位置處於和內燃機非常近的地方,那麼當內燃機做功且空氣動力系統儲能的時候,空氣是被類似空調壓縮機的東西硬生生靠內燃機提供的扭矩壓成液態,這個過程放出大量的熱。
沿用過去那套散熱結構對於空氣混動汽車肯定是不夠的了,但想提高散熱,目前於技術上又是一大難關。推薦閱讀:
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