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1、混合动力汽车发展综述 吴瑞竹;肖继学;宋春华;张汉中;廖旋;殷巧【摘 要】Hybrid-electric vehicle(HEV)is an important research and development field of the worlds auto industry,and the development of HEV in China is still in its infancy.Firstly,the background of HEV development was briefly introduced,and the representative HEV products
2、 and technologies at home and abroad were summarized and analyzed.Secondly,on hybrid car development,the main problems were pointed out in two aspects,i.e.,power manage and allocation.Finally,suggestions on the development direction of HEV in our country were proposed.%混合动力汽车是当前各国汽车产业的一个重要研究发展方向,我国混
3、合动力汽车发展总体上还处于起步阶段.首先,简要介绍混合动力汽车发展背景,综述国内外混合动力汽车具有代表性的产品,并分析国内外技术发展情况,指出混合动力汽车目前主要面临的电池系统管理、动力分配等问题,最后对我国混合动力汽车发展方向提出相应建议.【期刊名称】中国测试【年(卷),期】2012(038)006【总页数】4 页(P26-29)【关键词】汽车;混合动力;综述;产品;技术【作 者】吴瑞竹;肖继学;宋春华;张汉中;廖旋;殷巧【作者单位】西华大学机械工程与自动化学院,四川成都 610039;西华大学机械工程与自动化学院,四川成都 610039;西华大学机械工程与自动化学院,四川成都610039;
4、西华大学机械工程与自动化学院,四川成都 610039;西华大学机械工程与自动化学院,四川成都 610039;西华大学机械工程与自动化学院,四川成都 610039【正文语种】中 文【中图分类】U464.9+3;U46;TM911;U472.7 0 引 言 在石油资源供应的日益缺乏和环境友好可持续发展的要求下，寻找新能源代替传统燃料已成为国际共识。近年来，我国机动车保有量迅猛增长，其尾气排放已成为影响城市大气质量最主要的污染源之一，严重影响和制约城市的可持续发展；因此，新能源汽车研究项目被国家列入了“863”重大科技课题。纯电动汽车虽然具有突出的环保优势，但是其产业发展的研究总体上处于起步阶段1，
5、受限于燃料电池等关键技术，其动力差、行驶路程短以及成本高等问题没有得到解决。目前纯电动汽车的局限导致其很难市场化2-3。作为传统燃油汽车与纯电动汽车的过渡产品和折衷方案，混合动力汽车（HEV）已经成为国际范围内新型环保车辆开发的热点4，具有很好的发展前景和市场潜力。混合动力汽车的定义是由2 个以上的动力源提供行车动力，当前一般的混合动力汽车采取的是由内燃机车发电机加上一个蓄电池发电机组成动力系统。混合动力汽车按动力系统的结构可划分为3 种类型，即串联式混合动力电动汽车（SHEV）、并联式混合动力电动汽车（PHEV）、混联式混合动力电动汽车（SPHEV）5-8。另外常见的有应用广泛的BSG（be
6、lt-driven starter generator）9-10皮带传动，以及 ISG（integrated starter generator）11-13发动机和电机扭矩叠加混合动力。混合动力汽车按混合程度不同其技术结构复杂度也不同，往往混合程度越高，整车难度和成本也越高。1 国内发展现状 我国非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，在“十五”期间，科技部组织国内多家高校、科研机构和企业进行联合攻关，确立了“三纵三横”的发展布局。即以混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）和燃料电池汽车（FCEV）为“三纵”，以动力控制系统、驱动控制系统和电池及其控制系统为“三横”。之后，国家“863
7、”计划中专门确立了含混合动力汽车在内的节能与新能源汽车的重大专项。在这样的大环境下，我国混合动力汽车的自主创新得到了重大发展。1.1 国内具有代表性的混合动力汽车产品（1）中国长安 杰勋混合动力轿车。杰勋混合动力轿车是国内第一款自主研发将中度混合技术实现产业化并且量产的混合动力轿车14。杰勋整车都采用自主研发的技术设计，拥有完整的自主知识产权，获得专利 80 余项，其中发明专利 18 项。长安建成了国内第一条完全自主研发的混合动力的生产线。该车的动力系统是由自主研发的 1.5 L 的高效发动机和 13kW 的永磁同步无刷电机组合而成，续驶里程和整体动力水平与 2.0 L 汽油发动机车型相比基本
8、相当。节油在 20%以上，排放限制达到国际领先水平。（2）一汽 奔腾 B70。奔腾 B70 混合动力版的动力系统采用双电机方案，属于全混合结构。该款混合动力轿车成本是燃油型同款车的23 倍，但随着批量化生产的实现，成本将逐渐降低。（3）上汽 荣威 750。荣威 750 混合动力版于 2011 年 10 月 20 日上市，价格为23.68 万元，比同排量同系车型高 10%40%左右。该款混合动力轿车具备“智能停机零排放”和“环保与动力性兼备”两大突出特点，最大续驶里程能达 500 km，节油率为 20%左右，采用的是 BSG 系统。（4）奇瑞 A3ISG。奇瑞 A3 是柴油双离合器并联式混合动力
9、轿车，动力系统匹配奇瑞 ACTECO 1.3L 柴油发动机，并匹配强混合动力系统，实现了百公里 3.01L 的超低油耗。（5）奇瑞 A5BSG。奇瑞 A5BSG 是一款并联式混合动力轿车，与传统轿车相比，该车在城市路况可节省燃油 10%15%，减少二氧化碳排放量约 12%，成本增加了 25%30%。（6）东风 EQ7200HEV。东风 EQ7200HEV 是东风汽车公司的重大战略项目，同时也是“863”项目的重大专项。该款混合动力轿车以EQ7200-II 为基础，采用电控自动变速箱与创新型并联机电耦合的方案。（7）比亚迪 F6DM 双模电动汽车。比亚迪 F6DM 双模电动汽车采用的是 EV（纯
10、电动）+HEV 的模式，其续驶里程为纯电动模式 100 km+混合动力模式 330km，最高时速为 160km/h。成本增加 5 万元左右，量产后可降低到增加 3 万元左右。除上述车型以外，还有多家汽车公司正积极研发混合动力汽车，吉利和江淮汽车也已分别拥有上市的 ISG 和 BSG 混合动力车型。综合来看，国内混合动力汽车产品因为大量零部件特别是先进的作用于混合动力系统的动力复合装置都需要进口，从而很难压低成本，因此还没有出现能够量产的中度混合以上的混合动力汽车。BSG 低度混合和 SHEV 等结构简单、成本较低的车型较多，但是其节油性能并不是很好。另外我国在混合动力客车的研发上取得了一定成果
11、，当前在北京、大连、上海、昆明等地推广混合动力客车较多。1.2 国内混合动力汽车技术 国内混合动力技术主要集中在低、中度混合的研发（BSG、ISG+离合器+MT），较发达国家相对落后，只有比亚迪的双模混合动力模式较为先进。国内如吉利也在模仿丰田 Prius 制造双 ISG+行星轮系混合形式的混合动力汽车，但仍处于研发阶段，较之 Prius 的成熟技术仍有很大差距。2 国外发展情况 美国、日本和德国是主要的混合动力研发国家，掌握很多成熟先进的混合动力技术以及产品15-16。美国福特、日产北美和 Tesla 公司在 2009 年获得 80 亿美元的贷款用于混合动力和纯电动汽车的研发，同年又从奥巴马
12、政府的绿色新政获得 24 亿美元的支持。2009 年美国混合动力汽车销量达到 29.03 万辆，占其本国汽车市场 2.8%的份额。日本政府对混合动力汽车研发的支持起步更早，丰田普锐斯（Prius）是世界最早的量产混合动力汽车，其销量超过 100 万辆，远超世界其他混合动力汽车。当前日本混合动力汽车市场占有率已经接近 10%。2.1 国外具有代表性的混合动力汽车产品（1）美国通用 别克君威 EcoHybrid。别克君威 EcoHybrid 采用 BSG 混合动力模式，BSG 电机布置在发动机前端轮系处，36V 镍氢电池布置在后备箱。较普通车型，百公里油耗从 9.8L 降低到了 8.3L。（2）福
13、特 Escape SUV。福特 Escape SUV 采用双 ISG+行星轮系的混合动力形式，电池采用 300 V 镍氢电池。混合动力百公里油耗 6.32L，燃油经济性较普通车型提高了 25%以上。（3）凯迪拉克 Escalade。凯迪拉克 Escalade 采用双 ISG+行星轮系和发动机的双模混合模式，该车工作模式分为两种。在两种模式下汽车均可以在纯电动、混合动力以及纯燃油模式下工作，不同的是在低速轻负荷模式下发动机有 4 个缸在运作，而在高速大负荷模式下发动机有 8 个缸在运作。（4）通用雪弗兰 VOLT。该车采用串联式混合动力系统（SHEV），发动机的动力经过发电机转化后再传递给驱动电
14、机。电池采用 16 kWh 锂电池，用 220 V 电源 3.5h 可将电池充满，纯电池驱动可以行使 64km，同时也可在行使中使用发动机充电。若使用汽油，通过能源转换后，每升汽油可驱动 17km，超过传统汽车的2 倍。（5）BMW X5 X7。BMW X5 是宝马公司首款搭载其 BMW ActiveHybrid 系统的车型。其混合动力形式为 ISG+AT，锂电池包布置在后备箱内，电机串联在变速器与发动机之间，在车顶还配置有太阳能转化板。BMW ActiveHybrid X7 锂电池安装在轮拱之间的行李箱内，维持了宝马代表性的 5050 重量分配特点。（6）奔驰 S400 BlueHybrid
15、。奔驰 S400 BlueHybrid 为奔驰首款搭载锂电池的量产车型。采用 ISG+AT 混合动力模式，采用锂电池组，梅赛德斯公司将电池组与汽车温控系统进行整合，采用全新设计的锂电池单元组、电池管理及检测系统等。（7）丰田 Prius（普锐斯）。丰田 Prius 于 1997 年 10 月底诞生，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车，其全球销量早已经超过了 100 万辆。最新一代Prius 混合动力系统采用双 ISG+行星轮系混合动力模式，电池使用 200 V 镍氢电池，丰田 Prius 是一款技术非常成熟的混合动力汽车。（8）本田 Civic Hybrid。本田 CivicHybrid
16、车型采用 ISG+CVT 混合模式，是本田新一代混合动力系统，发动机、ISG 与 CVT 串联起来，横向布置在机舱内。2.2 国外混合动力汽车技术 美国通用汽车公司掌握成熟的 BSG 技术和并联混合动力（PHEV）技术；美国福特主要致力于双 ISG+行星轮系混合动力汽车的研发，技术也已成熟；克莱斯勒面向高端的串联式 PHEV 研发，技术趋于成熟。法国标致雪铁龙主要面向柴油发动机的混合动力研发，主要采用BSG+ISG+AMT+离合器混合形式，技术成熟。德国大众奥迪的 ISG 和 PHEV 技术也趋于成熟；奔驰 BSG 和 ISG 成熟，双模混合车型正在研发；宝马 X 系列采用ISG+AT 混合动
17、力形式，7 系混合动力已上市17。日本丰田的双 ISG+行星轮系混合动力技术非常成熟完善，占有大量市场；本田的ISG+CVT 混合动力技术成熟18。总体来看，美国和日本都以汽油混合动力为主，美国以中高端大排量车型的混合动力研发为主，日本以丰田和本田为代表的 ISG+行星轮系和 ISG+CVT 为主。而欧洲主要以柴油混合动力车型和少量的低排量汽油混合动力车型为主。3 目前混合动力汽车面临的主要问题 混合动力汽车面临的主要难点有 2 个：（1）电池组系统，包括电池和电池管理系统两个部分；（2）动力分配装置和能量管理系统。3.1 电池组系统 电池组系统包括电池和电池管理系统 2 部分19。混合动力汽
18、车对电池的要求是存储量大、功率高、寿命长和充电所需时间短。同时成本要尽可能压缩，要经济、实用、高效。镍氢电池和锂离子电池是目前主要能达到混合动力汽车和电动汽车对电池系统要求的两种电池，但它们仍有成本高或寿命短的缺陷。电池管理系统的作用是实时监测电池参数并评估其使用状态（SOC），为驾驶员提供电池状态信息；能防止电池过充、过放、过流、过压、温度过高，其实时监测的精准程度直接决定着动力电池组的使用效率和寿命，一个合格的电池管理系统能够在充分发挥电池优越性能的同时，保证电池性能，延长电池寿命。同时这也意味着能降低混合动力汽车的行驶成本。3.2 动力分配装置和能量管理系统 动力分配装置的作用是将混合动
19、力汽车驱动系统的电机、内燃机以及发电机结合在一起20，实现不同驱动方式的组合，以达到针对不同路况进行不同组合的目的。其要求是能快捷、高效地实现驱动零件的组合和分离。能量管理系统就是综合分析电池的荷电状态、内燃机（或燃料电池）的最佳工况、电机及发电机的效率等信息，针对不同路况自动实现不同的最优化的驱动组合，使汽车在任何路况下都维持最佳工作状态。混合动力汽车由于加上了电池系统，使得其动力分配装置复杂程度远高于纯燃油动力汽车21，事实上，实时地根据外界情况自动调节驱动组合极为困难，因此要研发出高性能的能量管理系统非常具有挑战性。4 我国混合动力汽车发展思路 按照现在世界电动汽车发展趋势，混合动力汽车
20、作为一个过渡产品在未来的 3040 年内拥有非常良好的市场前景，随着技术发展，如混联型（SPHEV）等拥有高混合度、高环保节能性能、高工况适应性的车型将占领主要市场。从目前我国电动汽车的发展状况来看，消费者能够在理念上认可混合动力汽车和纯电动汽车，但是却只有很少数人愿意购买，主要是因为国内混合动力汽车在成本、性能和方便性上的劣势。因此，我国混合动力汽车应该以努力占领市场为突破口。混合动力汽车动力分配、电池技术和能量管理系统非常复杂，由此产生一系列问题，其一是成本过高，性价比低于纯燃油汽车；其二是维修困难，更复杂的汽车系统需要更高素质的维修人才；其三是混合动力汽车充电基础设施的缺乏，使得给电池充
21、电非常麻烦。相对世界上其他汽车技术先进的国家，我国的汽车产业起步较晚，技术相对落后，部分发动机等主要零部件甚至需要从国外进口。因此，想要突破丰田Prius 等高性价比成熟的混合动力汽车对市场的垄断，就需要国家政策的大力支持，例如对购买国产混合动力汽车实施补贴制度，广泛添置电动汽车充电站等基础设施等。除了政策上的支持，最主要的是要在关键技术上取得突破创新，因此提出以下3 点建议。（1）首先应大力发展混合动力电池组的研发，比亚迪掌握的电池组技术在性能上已经能基本满足要求，目前应着力于降低电池成本，尽早实现产业化。（2）继续大力发展应用于城市公交车的混合动力系统。由于国内技术相对落后，小型家用混合动
22、力汽车难以在近期实现产业化。因此将混合动力模式应用于城市公交车，从混合动力客车的研发中积累经验解决问题是一条很好的途径。（3）着力于动力复合装置的研发。无论是对并联式混合动力（PHEV）还是混联式混合动力（SPHEV），其动力复合装置都是至关重要的。只要拥有自主开发的高效能的动力复合装置，就可以大大削减混合动力汽车的生产成本，极大地促进产业化的进程。未来电动汽车将逐步取代燃油汽车占领汽车市场，在这之前，市场将被各种耗油少、高效能、高环保性的混合动力车型占领。所以尽早占领市场份额至关重要，我国应加速混合动力汽车的研发和产业化速度。参考文献 【相关文献】1付翔.中国电动汽车产业发展动力系统研究D.
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