混合动力汽车研究现状和发展趋势.pdf

- 119 开发低排放、 低油耗的新能源汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。 由此人们越来越关注其他燃料的汽车和电动汽车的开发， 例如燃料电池汽车 （ 冯旭云摘 要本文简述了混合动力汽车相比于传统内燃机的主要优点， 介绍了其在国内外的研究现状及发展情况， 并对混合动力汽车发展前景进行了展望。关键词混合动力汽车 ； 清洁能源 ； 排放控制 ； 环保技术称 、 纯电动汽车 （ 称 和混合动力汽车 （ 称 。 利用氢、氧在常温下通过电化学反应产生电能来驱动汽车， 可以实现零排放。 但是 技术和氢能源基础设施建设等问题， 离产业化至少需要十至十五年的时间。 然也是实现汽车零排放的一大途径， 但是由于目前动力电池技术上并未取得突破性的进展， 而且电动汽车依然存在在续驶里程短和充电时间长等问题。 然不能实现零排放， 但针对以上 存在的问题， 目前环境更具有更强大的优势， 在世界范围内将成为新型汽车开发的热点。1. 混合动力汽车特点及关键技术根据国际电工委员会电动汽车技术委员会建议， 对混合电动汽车的定义如下 ： 在这种混合型车辆上， 至少有一种储能器、 能源或能量转换器提供电能。 混合电动汽车由牵引电机、 载荷均衡装置、 辅助动力单元以及传动系统组成。混合动力车辆上装有内燃机和电动机两种动力源， 它将传统的内燃机、电力驱动和储能装置结合在一起， 与常规的内燃机动力相比， 混合动力的主要优点是， 采用了高功率的能量储存装置 （飞轮、 超级电容或蓄电池）提供能量缓冲功能， 这样可以减小发动机尺寸、 提高效率、 降低排放。 混合动力车辆基本上不改变现有的汽车产业结构， 不改变现有能源的体系， 不表 1 典型混合动力电动轿车的结构型式和主要参数- 120 006 年第 18 期 这也是它能够迅速实现产业化的重要因素。2. 本混合动力汽车的发展在 1997 年日本就率先进入混合动力汽车商业生产， 现在技术已经完全成熟， 进入大批量生产， 产销量逐年增加， 现在混合动力汽车已经开始成为发展的主流 1 。丰田公司的 开始投产， 1998 年成为世界第一个小规模成批生产的汽油电动混合动力车。 如表1 所示， 例如丰田 油机采用 效率、 高膨胀比工作循环， 行星齿轮功率分配器、 电子控制变速器、 镍氢电池、 逆变器、 电动 /发电机集成为一体。 合动力电动轿车是单轴驱动并联式混合电动车辆 , 以行星齿轮作为动力连接装置。 发动机通过单向离合器将动力输出到行星架 , 行星架按固定比例将扭矩分配到中心轮连接的发电机 , 电动机通过齿轮减速机构进行动力输出。 电动机采用小型永磁同步交流电动机， 发电机采用永磁同步交流发电机， 可以工作于电动机状态。 另外车辆功率分配装置， 借助于控制发电机的发电量来调节发电机转速 ,用来调节动力分配比例 2 。 图1 ） 传动系统起到类似无级变速器的作用。 采用电动机助力驱动的运行状态，利用永磁同步电动机低速恒转矩的特性。 在车辆启动或加速运行时， 使得电动机的优异转矩特性发挥得淋漓尽致。 1997 年上市至 2000 年 9月底已经累计生产了 7 万辆。 2000 年 8月根据美国市场需求， 对 了重新设计。 其改进后的 2001 年型车， 被美国 汽车工程 杂志评选为世界最佳设计车。 2003 年重新设计了第二代在 年会上被选为2004 年的最佳设计车。 2004 年 它比以前的车型具有更强的动力性、 更好的燃料经济性以及更低的排放。 新型车的加速性从 0 97km/h 达到 10s; 它的燃料经济性， 按美国环保署 路 /城市里程为 (55， 前一代为 (48。 认证为超低排放车 （ ， 以及先进技术部分零排放车（ 。 该车的排放与传统的汽油车辆相比 下降 50 ， 排放可以降低 90 左右， 燃油节省一半。本田公司的混合动力汽车采用内燃机带电动机助力 （ 系统。 油机、 60的环状刷汝铁硼永磁电机、 镍氢电池、动力控制单元集成， 装于本田 采用手动或自动变速器， 每升汽油行驶里程分别为 3532 已经在美国、 日本销售， 2001年销量 4726 辆。 在美国售价 2 美元 , 由于成本很高 , 不能盈利， 实际销量小于预计。 最近本田宣布将在美国销售中等尺寸的 合动力轿车 , 采用的是 油机电动混合动力技术。变气缸管理 (技术是在某些条件下， 例如公路行驶以提高燃料经济性， 将使 6个气缸中的 3 个气缸休眠， 混合动力比只用汽油机提高性能。 本田 合动力汽车采用了转矩复合的方式， 其手动变速车创造了 3L 汽油行驶 105好成绩 （日本法规 10 15 工况）， 而装备了 车型也创下了 3L 汽油行驶了 96好成绩。在这种混合动力系统中， 以汽油发动机为主要动力， 电动机为辅助动力， 动力分配比为 9 ： 1 。 根据阿贡国家实验室的试验结果， 本田 燃油消耗比相当的传统轿车减少 55 ， 排放量是传统汽油机轿车的 0 20 ， 0 。国在混合动力车开发生产中的表现早在 1997 年， 美国 根据当时的进展情况， 筛选出压燃直喷(发动机， 混合动力电驱动系统 , 燃料电池 ( 含储能电池 ) 和轻质材料 4 项新技术 , 组织和号召大家重点突破， 混合动力技术是重点之一， 鉴于直喷柴油机也是一项重点， 为了容易达到) 的目标，美国三大汽车公司都发展了柴油机电动机混合动力， 而且都按计划于 1999 年制造出柴油机混合动力轿车。 如戴 - 克公司 适度混合动力系统（ ， 福特公司 低储能需求 (混合电驱动系统， 通用汽车公司 双轴混合电驱动系统等。虽然三家公司都完成了与政府的合图 1 力分配装置- 121 并获得了 资金补助 . 但是都没有考虑商业化问题。 现在为了实现商业化不得不重新开发市场需要的产品， 并安排制造计划， 这就比日本公司落后了大约 5 年。2000 年以来， 三大汽车公司总结了低批量生产电动汽车的经验教训， 决定实施战略转变， 将其混合动力系统装于高耗能和高价格的 轻型载货车上 . 轻型载货车和 类汽车在美国销售数量极大， 所以改善这些车辆的燃料经济性 , 将对降低总体燃料消耗和产生更有意义。已知的一些车型有 : 戴 - 克公司用一台 6 发动机 ),2 缸增压柴油机 ); 福特 ( 通用 M 采用 动机 ) 。洲对于混合动力汽车的观点欧洲的汽车公司认为 , 虽然汽油机混合动力技术节省汽油， 也能降低排放 , 但相比之下柴油机轿车更好， 因为柴油机已经发展成为清洁， 平顺， 安静的动力。 增压器 , 高压燃料喷射系统已经将柴油机改进得和汽油机一样好 , 加上清洁低硫的柴油燃料， 柴油机轿车已经具有更高的燃料经济性， 同时柴油机比汽油电动混合动力更加简单、 高效、制造费用较低 , 也能使制造者获得合理的利润。 油机轿车燃油经济性大约是 , 价格则低于本田的 所以欧洲汽车公司的主要精力放在发展现代增压直喷柴油机轿车上。国在混合动力汽车研发中的成果我国 863 电动汽车计划中 , 混合动力汽车是一项重点。 一汽集团、 东风汽车公司研制的混合动力轿车 , 天津清源公司开发的混合动力轿车和混合动力大客车 , 北京理工大学研制的混和动力大客车 , 还有深圳五洲龙汽车有限公司研制的混合动力大客车都有进展。 一汽已经与丰田达成协议 ,2005 年在中国生产销售混合动力 上海汽车集团也与通用汽车公司研究了发展混合动力汽车生产问题。3. 混合动力汽车前景展望及发展趋势在能源和环保的压力下， 世界各大汽车公司无不涉足电动汽车领域，但是由于技术和经济上存在的各种困难， 电动汽车还有相当长的路要走才有可能实现商品化， 而混合动力汽车技术相对更为成熟， 由于采用了精湛的机电耦合技术和智能化的整车控制策略， 从而实现整车的高性能， 低能耗和低排放， 因此日本、 美国等多家汽车公司已经和正向市场推出各种混合动力汽车产品， 世界主要地区汽车销售量及混合动力汽车销售量预测如表 2 （单位 ：辆）。预测表明到 2010 年全球混合动力汽车年产可达 294 万辆。从国内市场来看， 由于经济的持续快速增长， 城市规模不断扩大， 各大城市政府已纷纷将推广使用清洁燃料汽车作为净化空气、 改善环境的一项重要措施， 特别是北京申办 2008 年奥运会成功， 更为洁净型城市汽车提供了极佳的市场机遇。随着石油资源的枯竭、 人们环保意识的提高， 电动汽车及混合动力汽车将成为新世纪前几十年汽车发展的主流， 这一点也是我国汽车界所有业内人士的共识。 我国政府已经在国家高技术研究发展计划 (863 计划 ) 中专门有电动汽车重大专项 ( 包括燃料电池整车、 混合动力整车和纯电动车 ) ， 北京申报成功 2008 年奥运会后， 我国政府对汽车排放的要求将会越来越严， 北京市环保局明确表示北京市将与国际汽车排放的要求同步， 上海、 广州也将一步和国际接轨。 在我国大中城市都普遍存在着十分严重的汽车尾气排放污染问题， 其中轿车排放为城市汽车尾气排放污染的主要污染源之一， 因此混合动力汽车有着广阔的市场空间， 特别是开发用于城市交通 ( 如出租车 ) 和城市之间的混合动力汽车在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。表 2 混合动力汽车销售量预测参考文献1 、 张兴业 . 国际汽车工业的技术革命 . 汽车工程 ( 第 27 卷 ) 第一期。2 、 麻友良， 陈全世 . 公路交通科技。 混合动力电动汽车的发展 ) 。3 、 何洪文， 祝嘉， 光李剑 . 车辆与动力技术 . 混合