混合動力電動汽車技術(shù)及其發(fā)展研究

1、 編號：30電動汽車課程論文混合動力電動汽車技術(shù)及其發(fā)展研究班級： 姓名（及手機）： 學(xué)號： 任課教師：2013-05-14 混合動力電動汽車技術(shù)及其發(fā)展研究摘要：混合動力汽車是當(dāng)前各國汽車產(chǎn)業(yè)的一個重要研究發(fā)展方向，我國混合動力汽車發(fā)展總體上還處于起步階段。首先，簡要介紹混合動力汽車發(fā)展背景，綜述國內(nèi)外混合動力汽車具有代表性的產(chǎn)品，并分析國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展情況，指出混合動力汽車目前主要面臨的電池系統(tǒng)管理、動力分配等問題，展望混合動力電動汽車發(fā)展的前景，最后對我國混合動力汽車發(fā)展方向提出相應(yīng)建議。關(guān)鍵詞：汽車；混合動力；綜述；產(chǎn)品；技術(shù) Review on development of hybri

2、d electric vehiclesAbstract: 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 and

3、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.Key words: automobile；HEV；rev

4、iew；product；technology0 引言 在石油資源供應(yīng)的日益缺乏和環(huán)境友好可持續(xù)發(fā)展的要求下，尋找新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料已成為國際共識。近年來，我國機動車保有量迅猛增長，其尾氣排放已成為影響城市大氣質(zhì)量最主要的污染源之一，嚴(yán)重影響和制約城市的可持續(xù)發(fā)展；因此，新能源汽車研究項目被國家列入了“863”重大科技課題。純電動汽車雖然具有突出的環(huán)保優(yōu)勢，但是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究總體上處于起步階段1，受限于燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)，其動力差、行駛路程短以及成本高等問題沒有得到解決。目前純電動汽車的局限導(dǎo)致其很難市場化2-3。作為傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車的過渡產(chǎn)品和折衷方案，混合動力汽車（HEV）已經(jīng)成為

5、國際范圍內(nèi)新型環(huán)保車輛開發(fā)的熱點4，具有很好的發(fā)展前景和市場潛力。混合動力汽車的定義是由2 個以上的動力源提供行車動力，當(dāng)前一般的混合動力汽車采取的是由內(nèi)燃機車發(fā)電機加上一個蓄電池發(fā)電機組成動力系統(tǒng)?；旌蟿恿ζ嚢磩恿ο到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)可劃分為3種類型，即串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）、并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV）、混聯(lián)式混合動力電動汽車（SPHEV）5-8。另外常見的有應(yīng)用廣泛的BSG（belt-driven starter generator）9-10皮帶傳動，以及ISG（integrated starter generator）11-13發(fā)動機和電機扭矩疊加混合動力。混合動力汽車按混合

6、程度不同其技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度也不同，往往混合程度越高，整車難度和成本也越高。1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國非常重視混合動力電動汽車的研究與開發(fā)，在“十五”期間，科技部組織國內(nèi)多家高校、科研機構(gòu)和企業(yè)進行聯(lián)合攻關(guān)，確立了“三縱三橫”的發(fā)展布局。即以混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（BEV）和燃料電池汽車（FCEV）為“三縱”，以動力控制系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)和電池及其控制系統(tǒng)為“三橫”。之后，國家“863”計劃中專門確立了含混合動力汽車在內(nèi)的節(jié)能與新能源汽車的重大專項。在這樣的大環(huán)境下，我國混合動力汽車的自主創(chuàng)新得到了重大發(fā)展。1.1 國內(nèi)具有代表性的混合動力汽車產(chǎn)品 （1）中國長安杰勛混合動力轎車。杰勛混

7、合動力轎車是國內(nèi)第一款自主研發(fā)將中度混合技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并且量產(chǎn)的混合動力轎車14。杰勛整車都采用自主研發(fā)的技術(shù)設(shè)計，擁有完整的自主知識產(chǎn)權(quán)，獲得專利80 余項，其中發(fā)明專利18 項。長安建成了國內(nèi)第一條完全自主研發(fā)的混合動力的生產(chǎn)線。 該車的動力系統(tǒng)是由自主研發(fā)的1.5 L 的高效發(fā)動機和13 kW 的永磁同步無刷電機組合而成，續(xù)駛里程和整體動力水平與2.0 L 汽油發(fā)動機車型相比基本相當(dāng)。節(jié)油在20%以上，排放限制達到國際領(lǐng)先水平。 （2）一汽奔騰B70。奔騰B70 混合動力版的動力系統(tǒng)采用雙電機方案，屬于全混合結(jié)構(gòu)。該款混合動力轎車成本是燃油型同款車的23 倍，但隨著批量化生產(chǎn)的實現(xiàn)，成本

8、將逐漸降低。 （3）上汽榮威750。榮威750 混合動力版于2011年10 月20 日上市，價格為23.68 萬元，比同排量同系車型高10%40%左右。該款混合動力轎車具備“智能停機零排放”和“環(huán)保與動力性兼?zhèn)洹眱纱笸怀鎏攸c，最大續(xù)駛里程能達500 km，節(jié)油率為20%左右，采用的是BSG 系統(tǒng)。 （4）奇瑞A3ISG。奇瑞A3 是柴油雙離合器并聯(lián)式混合動力轎車，動力系統(tǒng)匹配奇瑞ACTECO 1.3 L柴油發(fā)動機，并匹配強混合動力系統(tǒng)，實現(xiàn)了百公里3.01 L 的超低油耗。 （5）奇瑞A5BSG。奇瑞A5BSG 是一款并聯(lián)式混合動力轎車，與傳統(tǒng)轎車相比，該車在城市路況可節(jié)省燃油10%15%，減

9、少二氧化碳排放量約12%，成本增加了25%30%。（6）東風(fēng)EQ7200HEV。東風(fēng)EQ7200HEV 是東風(fēng)汽車公司的重大戰(zhàn)略項目，同時也是“863”項目的重大專項。該款混合動力轎車以EQ7200-II 為基礎(chǔ)，采用電控自動變速箱與創(chuàng)新型并聯(lián)機電耦合的方案。 （7）比亞迪F6DM 雙模電動汽車。比亞迪F6DM雙模電動汽車采用的是EV（純電動）+HEV 的模式，其續(xù)駛里程為純電動模式100 km+混合動力模式330 km，最高時速為160 km/h。成本增加5 萬元左右，量產(chǎn)后可降低到增加3 萬元左右。 除上述車型以外，還有多家汽車公司正積極研發(fā)混合動力汽車，吉利和江淮汽車也已分別擁有上市的I

10、SG 和BSG 混合動力車型。 綜合來看，國內(nèi)混合動力汽車產(chǎn)品因為大量零部件特別是先進的作用于混合動力系統(tǒng)的動力復(fù)合裝置都需要進口，從而很難壓低成本，因此還沒有出現(xiàn)能夠量產(chǎn)的中度混合以上的混合動力汽車。BSG低度混合和SHEV 等結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的車型較多，但是其節(jié)油性能并不是很好。 另外我國在混合動力客車的研發(fā)上取得了一定成果，當(dāng)前在北京、大連、上海、昆明等地推廣混合動力客車較多。1.2 國內(nèi)混合動力汽車技術(shù) 國內(nèi)混合動力技術(shù)主要集中在低、中度混合的研發(fā)（BSG、ISG+離合器+MT），較發(fā)達國家相對落后，只有比亞迪的雙?；旌蟿恿δＪ捷^為先進。 國內(nèi)如吉利也在模仿豐田Prius 制造雙IS

11、G+行星輪系混合形式的混合動力 汽車，但仍處于研發(fā)階段，較之Prius 的成熟技術(shù)仍有很大差距。2 國外發(fā)展情況 美國、日本和德國是主要的混合動力研發(fā)國家，掌握很多成熟先進的混合動力技術(shù)以及產(chǎn)品15-16。 美國福特、日產(chǎn)北美和Tesla 公司在2009 年獲得80 億美元的貸款用于混合動力和純電動汽車的研發(fā)，同年又從奧巴馬政府的綠色新政獲得24 億美元的支持。2009 年美國混合動力汽車銷量達到29.03 萬輛，占其本國汽車市場2.8%的份額。 日本政府對混合動力汽車研發(fā)的支持起步更早，豐田普銳斯（Prius）是世界最早的量產(chǎn)混合動力汽車，其銷量超過100 萬輛，遠超世界其他混合動力汽車。當(dāng)

12、前日本混合動力汽車市場占有率已經(jīng)接近10%。2.1 國外具有代表性的混合動力汽車產(chǎn)品 （1）美國通用別克君威EcoHybrid。別克君威EcoHybrid 采用BSG 混合動力模式，BSG 電機布置在發(fā)動機前端輪系處，36 V 鎳氫電池布置在后備箱。較普通車型，百公里油耗從9.8 L 降低到了8.3 L。 （2）福特Escape SUV。福特Escape SUV 采用雙ISG+行星輪系的混合動力形式，電池采用300 V鎳氫電池。混合動力百公里油耗6.32 L，燃油經(jīng)濟性較普通車型提高了25%以上。 （3）凱迪拉克Escalade。凱迪拉克Escalade 采用雙ISG+行星輪系和發(fā)動機的雙?；?/p>

13、合模式，該車工作模式分為兩種。在兩種模式下汽車均可以在純電動、混合動力以及純?nèi)加湍Ｊ较鹿ぷ?，不同的是在低速輕負荷模式下發(fā)動機有4 個缸在運作，而在高速大負荷模式下發(fā)動機有8 個缸在運作。 （4）通用雪弗蘭VOLT。該車采用串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)（SHEV），發(fā)動機的動力經(jīng)過發(fā)電機轉(zhuǎn)化后再傳遞給驅(qū)動電機。電池采用16 kW·h 鋰電池，用220 V電源3.5h 可將電池充滿，純電池驅(qū)動可以行使64km，同時也可在行使中使用發(fā)動機充電。若使用汽油，通過能源轉(zhuǎn)換后，每升汽油可驅(qū)動17 km，超過傳統(tǒng)汽車的2 倍。 （5）BMW X5 X7。BMW X5 是寶馬公司首款搭載其BMW Active

14、Hybrid 系統(tǒng)的車型。其混合動力形式為ISG+AT，鋰電池包布置在后備箱內(nèi)，電機串聯(lián)在變速器與發(fā)動機之間，在車頂還配置有太陽能轉(zhuǎn)化板。BMW ActiveHybrid X7 鋰電池安裝在輪拱之間的行李箱內(nèi)，維持了寶馬代表性的5050 重量分配特點。 （6）奔馳S400 BlueHybrid。奔馳S400 BlueHybrid為奔馳首款搭載鋰電池的量產(chǎn)車型。采用ISG+AT 混合動力模式，采用鋰電池組，梅賽德斯公司將電池組與汽車溫控系統(tǒng)進行整合，采用全新設(shè)計的鋰電池單元組、電池管理及檢測系統(tǒng)等。 （7）豐田Prius（普銳斯）。豐田Prius 于1997 年10 月底誕生，是世界上最早實現(xiàn)批

15、量生產(chǎn)的混合動力汽車，其全球銷量早已經(jīng)超過了100 萬輛。最新一代Prius 混合動力系統(tǒng)采用雙ISG+行星輪系混合動力模式，電池使用200 V 鎳氫電池，豐田Prius 是一款技術(shù)非常成熟的混合動力汽車。 （8）本田Civic Hybrid。本田CivicHybrid 車型采用ISG+CVT 混合模式，是本田新一代混合動力系統(tǒng)，發(fā)動機、ISG 與CVT 串聯(lián)起來，橫向布置在機艙內(nèi)。2.2 國外混合動力汽車技術(shù) 美國通用汽車公司掌握成熟的BSG 技術(shù)和并聯(lián)混合動力（PHEV）技術(shù)；美國福特主要致力于雙ISG+行星輪系混合動力汽車的研發(fā)，技術(shù)也已成熟；克萊斯勒面向高端的串聯(lián)式PHEV 研發(fā)，技術(shù)

16、趨于成熟。 法國標(biāo)致雪鐵龍主要面向柴油發(fā)動機的混合動力研發(fā)，主要采用BSG+ISG+AMT+離合器混合形式，技術(shù)成熟。德國大眾奧迪的ISG 和PHEV 技術(shù)也趨于成熟；奔馳BSG 和ISG 成熟，雙?；旌宪囆驼谘邪l(fā)；寶馬X 系列采用ISG+AT 混合動力形式，7 系混合動力已上市17。 日本豐田的雙ISG+行星輪系混合動力技術(shù)非常成熟完善，占有大量市場；本田的ISG+CVT 混合動力技術(shù)成熟18。 總體來看，美國和日本都以汽油混合動力為主，美國以中高端大排量車型的混合動力研發(fā)為主，日本以豐田和本田為代表的ISG+行星輪系和ISG+CVT 為主。而歐洲主要以柴油混合動力車型和少量的低排量汽油混

17、合動力車型為主。3 目前混合動力汽車面臨的主要問題混合動力汽車面臨的主要難點有2 個：（1）電池組系統(tǒng)，包括電池和電池管理系統(tǒng)兩個部分；（2）動力分配裝置和能量管理系統(tǒng)。3.1 電池組系統(tǒng) 電池組系統(tǒng)包括電池和電池管理系統(tǒng)2 部分19。 混合動力汽車對電池的要求是存儲量大、功率高、壽命長和充電所需時間短。同時成本要盡可能壓縮，要經(jīng)濟、實用、高效。鎳氫電池和鋰離子電池是目前主要能達到混合動力汽車和電動汽車對電池系統(tǒng)要求的兩種電池，但它們?nèi)杂谐杀靖呋驂勖痰娜毕荨?電池管理系統(tǒng)的作用是實時監(jiān)測電池參數(shù)并評估其使用狀態(tài)（SOC），為駕駛員提供電池狀態(tài)信息；能防止電池過充、過放、過流、過壓、溫度過高，

18、其實時監(jiān)測的精準(zhǔn)程度直接決定著動力電池組的使用效率和壽命，一個合格的電池管理系統(tǒng)能夠在充分發(fā)揮電池優(yōu)越性能的同時，保證電池性能，延長電池壽命。同時這也意味著能降低混合動力汽車的行駛成本。3.2 動力分配裝置和能量管理系統(tǒng) 動力分配裝置的作用是將混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)的電機、內(nèi)燃機以及發(fā)電機結(jié)合在一起20，實現(xiàn)不同驅(qū)動方式的組合，以達到針對不同路況進行不同組合的目的。其要求是能快捷、高效地實現(xiàn)驅(qū)動零件的組合和分離。 能量管理系統(tǒng)就是綜合分析電池的荷電狀態(tài)、內(nèi)燃機（或燃料電池）的最佳工況、電機及發(fā)電機的效率等信息，針對不同路況自動實現(xiàn)不同的最優(yōu)化的驅(qū)動組合，使汽車在任何路況下都維持最佳工作狀態(tài)。混合

19、動力汽車由于加上了電池系統(tǒng)，使得其動力分配裝置復(fù)雜程度遠高于純?nèi)加蛣恿ζ?1，事實上，實時地根據(jù)外界情況自動調(diào)節(jié)驅(qū)動組合極為困難，因此要研發(fā)出高性能的能量管理系統(tǒng)非常具有挑戰(zhàn)性。4 混合動力汽車的發(fā)展前景 無需置疑環(huán)保和節(jié)能汽車已經(jīng)成為未來混合動力汽車市場發(fā)展的主流方向，一方面世界原油價格持續(xù)攀升，2012 年3 月中國的成品油價格再創(chuàng)歷史新高，宣告油價全面進入“8 元時代”，汽車需求結(jié)構(gòu)發(fā)生著巨大的變化。另一方面，世界主要汽車市場進一步強化汽車燃氣排放的標(biāo)準(zhǔn)，如2012 年歐盟范圍內(nèi)銷售的所有汽車平均排放量必須低于每公里130 克。因此國內(nèi)外汽車制造業(yè)企業(yè)普遍認(rèn)為混合動力電動汽車是當(dāng)前最具

20、開發(fā)和推廣前景的環(huán)保型交通工具之一，放眼世界，世界各國都在混合動力汽車的研發(fā)領(lǐng)域內(nèi)加大投入，以期在未來的市場競爭中占得先機，如在美國，20 世紀(jì)90 年代美國能源部就與三大汽車公司簽訂了混合動力電動汽車的開發(fā)合同，2005 年通用汽車、戴姆勒·克萊斯勒與寶馬集團簽署了構(gòu)建全球合作聯(lián)盟，以共同開發(fā)混合動力推進系統(tǒng)的合作協(xié)議。2009 年美國混合動力汽車銷量達到了30 余萬輛，逐年上升趨勢非常迅速，預(yù)計到了2013 年將達到87.2 萬輛，市場占有率將達6%以上。由于我國汽車工業(yè)才剛剛起步，因此在混合動力汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略上，有更大的自由選擇度和比較優(yōu)勢，相對常規(guī)汽車而言，我國混合動力

21、汽車研發(fā)戰(zhàn)略計劃包括近期、中期和長期3 個階段的研究發(fā)展規(guī)劃，力爭在2030 年之前混合動力汽車呈大幅度増長的發(fā)展勢態(tài)，占到所有汽車總產(chǎn)量的50%以上，而傳統(tǒng)的燃油汽車數(shù)量則會下降到汽車總產(chǎn)量的25%左右。當(dāng)前我國的混合動力汽車的研發(fā)已取得了實質(zhì)性的進展，相關(guān)技術(shù)已趨于成熟，以BSG和ISG為代表的輕度混合動力汽車目前已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化的條件。2007 年10 輛奇瑞B(yǎng)SG混合動力轎車率先在奇瑞出租車公司投入使用，單車運行計劃達到10萬公里以上。同年由長安汽車集團自主研發(fā)的第一款量產(chǎn)混合動力轎車杰勛HEV正式下線，2010 年產(chǎn)量達到了5000 輛，奇瑞也推出了混合動力A5，華晨則推出了混合動力版

22、尊馳。在北京車展上亮相的9 款自主品牌的混合動力汽車中已有4 款確定將在國內(nèi)的汽車市場上投入生產(chǎn)，這也標(biāo)志著中國混合動力汽車的研發(fā)方面邁出了重要一步。在政策方面，“十一五”期間混合動力汽車被列入國家科技部“863”計劃的12 個重大專項之一，國家投入30 億元的研發(fā)經(jīng)費，支持混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)、平臺集成技術(shù)以及整車和關(guān)鍵零部件的開發(fā)。正如著名新能源汽車開發(fā)專家萬鋼指出的那樣：“混合動力汽車的發(fā)展，一事關(guān)國家能源安全，二事關(guān)減輕大氣污染，維護社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略?！?010 年6 月，節(jié)能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法開始實行，確定每輛混合動力汽車補貼3000 元，國家支持混合動力

23、汽車發(fā)展的意圖非常凸顯。廣闊的市場前景促使企業(yè)投入更多的精力去進行技術(shù)升級和市場推廣，因此未來中國混合動力車的政策支持力度進一步提高是大勢所趨。根據(jù)2009 年國家出臺的汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃內(nèi)容所示，在2020 年之前我國新能源汽車銷售規(guī)模將要達全球第一，未來10 年政府財政計劃投入超過1000 億元來打造新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈似乎也印證了這一點。5 我國混合動力汽車發(fā)展思路按照現(xiàn)在世界電動汽車發(fā)展趨勢，混合動力汽車作為一個過渡產(chǎn)品在未來的3040 年內(nèi)擁有非常良好的市場前景，隨著技術(shù)發(fā)展，如混聯(lián)型（SPHEV）等擁有高混合度、高環(huán)保節(jié)能性能、高工況適應(yīng)性的車型將占領(lǐng)主要市場。 從目前我國電動汽車

24、的發(fā)展?fàn)顩r來看，消費者能夠在理念上認(rèn)可混合動力汽車和純電動汽車，但是卻只有很少數(shù)人愿意購買，主要是因為國內(nèi)混合動力汽車在成本、性能和方便性上的劣勢。因此，我國混合動力汽車應(yīng)該以努力占領(lǐng)市場為突破口?；旌蟿恿ζ噭恿Ψ峙洹㈦姵丶夹g(shù)和能量管理系統(tǒng)非常復(fù)雜，由此產(chǎn)生一系列問題，其一是成本過高，性價比低于燃油汽車；其二是維修困難，更復(fù)雜的汽車系統(tǒng)需要更高素質(zhì)的維修人才；其三是混合動力汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏，使得給電池充電非常麻煩。相對世界上其他汽車技術(shù)先進的國家，我國的汽車產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)相對落后，部分發(fā)動機等主要零部件甚至需要從國外進口。因此，想要突破豐田Prius 等高性價比成熟的混合動力汽車對

25、市場的壟斷，就需要國家政策的大力支持，例如對購買國產(chǎn)混合動力汽車實施補貼制度，廣泛添置電動汽車充電站等基礎(chǔ)設(shè)施等。除了政策上的支持，最主要的是要在關(guān)鍵技術(shù)上取得突破創(chuàng)新，因此提出以下3 點建議。 （1）首先應(yīng)大力發(fā)展混合動力電池組的研發(fā)，比亞迪掌握的電池組技術(shù)在性能上已經(jīng)能基本滿足要求，目前應(yīng)著力于降低電池成本，盡早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 （2）繼續(xù)大力發(fā)展應(yīng)用于城市公交車的混合動力系統(tǒng)。由于國內(nèi)技術(shù)相對落后，小型家用混合動力汽車難以在近期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因此將混合動力模式應(yīng)用于城市公交車，從混合動力客車的研發(fā)中積累經(jīng)驗解決問題是一條很好的途徑。 （3）著力于動力復(fù)合裝置的研發(fā)。無論是對并聯(lián)式混合動力（PH

26、EV）還是混聯(lián)式混合動力（SPHEV），其動力復(fù)合裝置都是至關(guān)重要的。只要擁有自主開發(fā)的高效能的動力復(fù)合裝置，就可以大大削減混合動力汽車的生產(chǎn)成本，極大地促進產(chǎn)業(yè)化的進程。未來電動汽車將逐步取代燃油汽車占領(lǐng)汽車市場，在這之前，市場將被各種耗油少、高效能、高環(huán)保性的混合動力車型占領(lǐng)。所以盡早占領(lǐng)市場份額至關(guān)重要，我國應(yīng)加速混合動力汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化速度。參考文獻1 付翔. 中國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展動力系統(tǒng)研究D. 武漢：武漢理工大學(xué)，2008.2 黃睿 我國純電動汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展分析D 上海：同濟大學(xué)，2008.3 胡斌祥，王仲范，鄧楚南，等. 我國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究J. 科技進步與對策，200

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