吉大刘昕晖:工程车辆液压混合动力技术

慧聪工程机械网   2010-11-08 15:24   来源:慧聪工程机械网

吉林大学机械科学与工程学院刘昕晖副院长发言 点击此处查看全部新闻图片 一、混合动力技术的提出

吉林大学机械科学与工程学院刘昕晖副院长发言

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一、混合动力技术的提出

1.混合动力技术的提出

能源问题日益凸现

车辆是石油产品的重要消耗者

现有汽车能源分布情况

提高能源利用效率的方法

混合动力车辆

2.混合动力(hybrid)车辆的概念

混合动力车辆是指具有两种或两种以上动力源的车辆。一般的,其中一种动力源能够回收并释放制动时车辆的动能,且各动力源可以相互协调工作。

3.混合动力车辆的分类

液压混合动力车辆动力传动系统的组成

采用液驱静液传动技术的液压节能车辆,其动力传动系统主要由发动机、液压泵、液压泵/马达(二次元件)、蓄能器、变速箱、车桥及电子控制单元(ECU)组成。

4.混合动力车辆节能机理

提供短暂的峰值功率,避免设计发动机功率时保留的不常用的过大裕量,减小发动机装机功率

回收制动时的动能在车辆加速或启动时释放,从而减少发动机输出功率

发动机可以始终工作在经济区域,减少燃烧不充分带来的效率低下和排放恶化

5.混合动力技术的优点

1、限制发动机怠速

2、制动能量回收

3、降低发动机排量

4、提高发动机效率

液压混合动力传动系统传动效率高、发动机能量优化管理、混合动力技术的对比

二、电混合动力技术存在的问题

就目前的研究开发情况来看,电混合动力技术普遍存在着如下问题:

(1)能量存储装置(电池)所具有的比功率(单位重量存储的功率)较小,所吸收的制动能量少,效率低。同时由于功率所限,难以满足大型车辆加速或者爬坡时对大功率的需求。目前高功率电池往往存在快速充电接受能力差的问题,电池快速充电能力不足,难以保证制动时能量的及时回收(对于制动能量的回收效率只有20%左右)。

(2)无论是镍氢电池还是锂电池,制造成本较高。因此目前投入商品化的电混合动力汽车都是处于政府补贴的状态。

电混合动力汽车存在的问题

(3)电池对环境较为敏感,给车辆带来不安全隐患的威胁。同时,电池的使用过程属于不可逆的化学变化过程,以目前性能最好的动力电池为例,它的充放电次数仅为500次,之后电池的性能会下降,直至报废。此外,报废电池的不科学处理会对环境造成很大污染。

(4)目前在混合动力汽车上运用最广泛的电机是交流感应电机,但这种电机本身就充斥着与生俱来的,很难轻易解决的功率和效率之间的矛盾。因此,需要进一步研制出能够用于混合动力汽车的,具有更高效率和功率密度的永磁电机、开关磁阻电机等先进电机来替代目前使用的交流感应电机。

关于超级电容混合动力系统

超级电容本身:电压较低、电解质泄露、漏电

电机:比功率、不能用于交流

与电混合动力比较,液压混合动力的优势

1 功率密度

2 制动能量回收效率

3 控制方式

4 制造成本

5 使用的安全性

6 使用的环保性

7 使用寿命

8 技术成熟度

三、研究的目的和意义

液压混合动力传动系统是基于二次调节静液传动技术而形成的一种新型传动系统。液压混合动力传动技术具有无级变速的精细速度调节、容易实现正反转、能防止发动机超负荷运转以及可靠性高等优点,同时还可回收车辆的制动动能,保证发动机工作于最佳燃油经济区。相对于电混合动力技术,静液传动技术有功率密度大的特点,短时间内完成能量释放和存储能力强,在中、重型车辆和工程机械上具有很强的竞争力。

液压混合动力汽车发展状况

多年以来,美国环保署(EPA)一直与其合作伙伴致力于液压驱动技术的应用和推广,取得多项专利和研究成果。2004年美国福特公司将EPA为其提供的液压混合动力技术应用在F-150TONKA皮卡车上,实验结果表明该技术提高燃油经济性55%以上,有害气体的排放量降低了30%-40%。同年,EPA在全球汽车工程师会议上展示了与其合作机构共同研发的一款基于液压混合动力技术的多功能商务用车(SUV),并宣称在较少的单车成本投入后可提高燃油经济性55%。

2005年EPA与Eaton公司联合开发了高度集成化的液驱动力传动系统,并将其应用在UPS(UnitedParcelService)的邮递车上,使其燃油经济性提高了60—70%。

澳大利亚Permo-Drive公司将其开发的一款基于液压技术的能量回收系统——RDS(RegenerativeDriveSystem)应用在城市垃圾车和重型卡车上,也取得了良好的节能、环保效果。此外,日本三菱公司及德国M.A.N公司也将液压蓄能系统运用在城市公共客车上。

OTAQ(OfficeofTransportationandAirQuality)在液压混合动力车轮的研究方面在美国处于领先地位;开发费用从1994年至2006年美国政府与民间企业总共投入一亿六千五百万美元。

EPA的液压混合动力项目的合作伙伴有:

EatonCorp.;

UPS;

InternationalTruckandEngineCorp.;

U.S.Army–NationalAutomotiveCenter;

Morgan-Olson

主要技术支持由FEVEngineTechnologyInc.和SouthwestResearchInstitute提供。

四、液压混合动力在工程机械中的应用前景

装载机:

循环工作工况、频繁制动启动、装机功率过大

挖掘机:

平台周期回转制动能量回收

推土机:

工作负载变化剧烈,发动机效率低

叉车:

重力负载下降时能量的回收、频繁制动启动

城市工况下工作的工程车辆:

垃圾运输车、混凝土搅拌运输车、混凝土泵车等

五、混合动力在工程机械中的应用情况

日本小松、神钢和美国凯斯先后推出混合动力挖掘机,节油20-40%。小松今年计划生产700台,其中500台将销往中国市场。

六、目前我们的工作

8m3混凝土搅拌运输车QDZ5250GJBA作为原型车,对其动力传动系统实施改进,将其改装为并联式液压混合动力汽车。

整车参数如下:

空载总质33400kg,满载总质量12500kg,

最大车速v=90km/h(纯发动机驱动)

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