混合动力汽车原理及发展前景研究(4)

2019-04-22 18:35

发。日本丰田汽车公司开发了混合动力轿车。美国三大汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力汽车。目前,混合动力汽车技术及市场均被看好。日本国内拥有的混合动力电动汽车已超过7万辆,预计在2010年将达到210万辆。美国通用公司将在5年内销售100万辆混合动力汽车。目前日本丰田汽车公司是走在混合动力汽车研发前沿的汽车公司,其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车。到2002年底,丰田汽车公司生产的混合动力汽车在日本国内和海外的累计销量均突破了10万辆,现在已经在全世界20多个国家上市销售。丰田混合动力系统(THS)电子控制装置的特点是:分别利用电能、汽油或两者组合同时工作。根据车速和负荷情况,THS可以控制每种能源所提供的功率比例,以保证汽车按最有效的模式运行。在车辆的行驶过程中,乘客对THS的转换是感觉不到的。THS系统的关键部分是功率分流装置。该装置利用一套行星齿轮组将发动机功率直接传递到车的前轮和发电机上。电控式变速器将汽油机、发动机和电动机的功率输出加以混合,从而达到汽车加速和减速的需要。2002年,丰田混合动力面包车投产,其混合动力系统采用了世界首次批量生产的电动四轮驱动力/制动力综合控制系统,它给混合动力汽车的行驶性能带来了革命性的改进。所有这些都表明丰田公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界同行前列。丰田汽车公司计划在2012年在其全部汽车产品上采用汽油电力混合动力发动机,以提高燃油经济性和降低排放污染。

据统计,美国市场上售出混合动力汽车接近7万辆,2002年美国的混合动力汽车市场规模达到35000辆。美国已有近20个城市在试用混合动力公共汽车。欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车。法国BE集团先后推出了贝灵格型和萨拉型混合动力汽车。排放量较同类普通汽车降低35%,一次行程可高达1000km。

国内90年代末期开始了混合动力汽车的研发工作。1999年,清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。2001年底,国家863电动汽车科技公关项目正式启动,第一批项目中主要是混合动力车,目前正在进行当中。一汽和东风汽车集团联合在所在地的高校和研究所,在各自客车底盘上,研发混合驱动公共汽车和大型客车。此外,东风电动汽车公司还承担了混合动力轿车的研究开发。十五目标是攻克关键技术、推出新产品,主要研究内容包括:发动机、电动机、蓄电池等各种单元技术;各系统的电子控制技术和整车的动力系统优化与控制技术,应节省燃料50%,排放下降80%;制动能量回收技术,应能回收30%制动能量。

目前东风电动车辆股份有限公司开发出的混合动力汽车。其中,EQ7200 HEV型混合动力轿车以风神蓝鸟轿车为平台,以满足未来城市公务、出租用车需求为目标,最大限度利用东风公司现有产品平台及社会资源开发而成,实现产品系列化、通用化、标准化设计。主要技术参数:最高车速160km/h,锂离子电池。EQ6110V型混合动力城市公交车采用混联 方案,专为2008年北京奥运会公交用车而开发。主要性能参数:采用东风康明斯6BTA型柴油机(最大转矩488N·m,额定转速2200r/min);中科院电工所研制的交流发电机,纯电池电动运行最高车速72km/h。

天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中型客车。其主要技术特点:使用燃油和电力双能源,同时兼顾了传统汽车的方便性和电动汽车的环保性能;排放达到欧Ⅲ标准,燃油经济性提高15%以上,适于城市和城际之间的公共交通。

深圳明华环保汽车有限公司开发出混合动力电动轻型客车。其技术特点:采用并联式混合动力系统,内燃机采用达到欧Ⅱ排放标准的柴油机,电动机采用国际先进的异步交流电机,具有变频调速的矢量控制系统;自身反充功能:内燃机做动力源驱动车辆行驶中可同时通过电动机/发动机功能互换将发动机用作发电机为车载蓄电池组充电以补充能量,提高电驱动续驶里程。

第一汽车集团公司、美国电动车(亚洲)公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作推出一款混合动力轿车——CA7180AE。该款串联式的混合动力轿车属中高档,13kW油机,15kW流电机,144V(105Ah)铅酸电池,4×2前驱动形式,最高车速可达135km/h。

4.2混合动力汽车的市场推广情况

目前从全球范围来看,混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕,国际、国内的汽车企业在竞相研发混合动力汽车。但要真正实现自主混合动力车型的普及,还有诸多障碍需要克服,包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。面对交通能源与环境问题的巨大挑战,以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的节能与新能源汽车迅速发展,相互竞争,并引发了汽车动力的电控化和电气化两大技术变革,促进了汽车能源及动力的快速转型。

混合动力汽车可在不改变既有的汽车产业结构、能源(石油燃料)体系以及用户对车辆使用习惯的前提下,最大限度地发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点,达到节能和环

保的目的。因而被业界认为是目前最现实可行且长远有效的节能环保方案。

混合动力汽车融合了纯电动汽车和燃油汽车优点,较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求,并较好地解决了汽车节能与环保问题,因而逐渐成为世界各大汽车生产企业开发的热点,其市场前景也越来越被看好。目前,丰田公司是混合动力汽车领域的佼佼者。1997年12月,日本丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车“普锐斯(PRIUS)”,该轿车于2000年7月开始出口北美,同年9月开始出口欧洲。普锐斯在达成高水平的燃油经济性和环保性能的前提下,实现了出色的动力性和舒适性。“PRIUS”的正式量产上市标志以混合动力汽车为代表的新一轮汽车研发竞争的开始。为保持领先地位,丰田公司加大了对混合动力车的投入。2005年,丰田投资1000万美元在美国肯塔基州工厂改造设备和训练员工,以生产混合动力车。2006年10月,肯塔基州工厂生产的第一辆佳美(Camry)混合动力家庭轿车下线,预计年产量为4.8万辆。日本本田公司推出了“Insight”、“CIVIC”等混合动力汽车,福特公司紧随其后,推出了“ESCAPE”混合动力汽车,戴克、通用、雪铁龙、日产等公司也纷纷加快了混合动力技术的产业化开发。普锐斯1997年在日本上市后一直反应平平,2002年的销售量不到40000辆。2003年下半年第二代普锐斯上市,由于技术得到很大的改进,销量迅速增长到12万辆。随着油价的持续上涨,更多的消费者开始购买节油和环保的混合动力汽车,这使得美国和日本混合动力汽车市场率先经历了“井喷式”增长。2005年,混合动力汽车的全球销量增长到45万辆,是2003年的近4倍。2000年以来,美国混合动力车市场实现了大幅增长。在美国市场,2004年混合动力汽车的销售量仅为5万辆,而2005年的销售量快速增长到20.5万辆,占全部新车销量的1.2%。从1997年到2006年,丰田已在全球销售75万辆普锐斯、雷克萨斯等品牌的混合动力车,占有混合动力汽车市场近70%的份额。2006年,丰田汽车公司在美国市场上推出了4款从现有车型改造成的混合动力汽车,这些混合动力汽车的外形、操控以及车内的设备和普通车完全一样。丰田的目标是最终将推出旗下几乎所有车型的混合动力版,并在2012年把混合动力汽车的产量提高到100万辆。丰田公司预测,在未来的10年内,其在美国的全部轿车销量中,混合动力车型将占有25%的市场份额。

4.3混合动力汽车面临的问题

环境污染问题全世界都很关注,如何保持良好的生态环境,维护人类自身和子孙后代的健康,是全人类共同的责任。推出更加节能减排的汽车产品是所有汽车生产厂商的

愿望。目前世界范围内,丰田、本田、别克等公司均有成熟的混合动力车型,在我国市场上的混合动力车型相对较少,主要为车田的普瑞斯、本田思域Hybrid、别克君越ECO-Hybrid、雷克萨斯LS600hL、奔驰S400、奇瑞混合动力A5 BSG等车型,目前的市场销售状况一般,消费者评论褒贬不一。

(1)混合动力车辆价格偏高制约消费者的购买力。

以普锐斯为例。目前由于技术限制,普锐斯售价一直偏高,在国外和国内的售价上相差也较大。一辆普瑞斯在日本的售价相当于人民币16万元,比同级别汽油车仅贵3万元人民币,在获得部分政府补贴后,价格相当;但在我国售价要30万元左右。虽然能降低油耗,但节省下的钱并不能抵消消费者的购车款。故有“普锐斯PRIUS所节省的汽油的价值远低于普锐斯PRIUS比同级别全汽油车高出的价值”之说。据调查,中国的汽车消费主要还是倾向于经济型车辆,偏高的售价让普通消费者对混合动力车望而却步。

(2)新能源汽车的开发研究对混合动力汽车的发展有一定影响。石油资源的日渐短缺,人们越来越多地将目光投入到新兴能源的开发上。目前已经获得认可的石油替代能源有:电能、氢气、醇类、天然气、液化石油气、生物质能和二甲醚等,其中有些已经获得了一定的应用。尤其电动汽车作为一种零排放、高效率、结构简单及维修、使用方便的汽车,无疑是交通运输工具的最佳选择。汽车厂商将更多的人力资源和资金投入新能源汽车的开发和研究,一旦新能源技术有了较大的突破,对混合动力汽车的发展将有着一定的制约。

混合动力汽车要进入实用化,需要具备高比能量和高比功率的能量储存装置,低成本、高效率的功率电子设备和燃料经济性 高排放低的发动机。所面临的关键性技术和需要解决的问题包括一下几个方面。

第一,内燃机与电机最优耦合功率分配比的控制和实现、功率分配装置及其与变速器一体化的设计。混合动力汽车发动机频繁启动、关闭,使驱动系统和附件的电能管理变得复杂,因此需要先进的检测和控制系统;现有的以热力发动机为主的混合动力单元在将燃油转化为有用功的同时,需要提高转化效率,同时还要满足严格的排放标准。

第二,电池性能的提高。能量储存装置——要具有较高的比功率,以满足汽车加速和爬坡时对大功率的需要;同时,要有较高的比能量、较长的使用寿命和低廉的制造成本。

第三,减小电力电子器件尺寸、减轻质量和降低制造成本。混合动力汽车的产业化发展,依赖于上述电动汽车配套的一次或二次动力电池技术的进步或突破,也有赖于传统内燃机技术提高,更重要的是完善驱动系统、控制系统的系统集成。

第四,电力驱动系统。电机必须要具有良好的可控性和容错能力,以及具有低噪声、高效率的特点。

4.4混合动力汽车的前景与展望

汽车动力系统是一个完整的体系,包括燃料、发动机、动力传动系统三个主要层次。根据生命周期循环分析,从油井到车轮的效率来看,源于石油的最佳组合是:汽油/柴油—内燃机—混合动力;源于天然气、煤的氢燃料电池及其混合动力可与合成燃料内燃机及其混合动力竞争。近年来,汽车动力系统最大的突破是混合动力技术,它为汽车动力系统的转型奠定了基础平台。

4.4.1混合动力汽车的市场

混合动力电动汽车比较纯电动汽车和原动机具有以下优点:

(1)电池的数量减少,因此混合动力电动汽车自身质量可减轻。辅助动力单元(APU)的选用使汽车的续驶里程与动力性能可以达到内燃机汽车的水平。

(2)混合动力汽车废气排放量低,符合“低碳经济”的发展规律。面对全球气候变化,急需世界各国协同减低或控制二氧化碳排放,“低碳经济”在这种形势下应运而生。所谓“低碳经济”是指在可持续发展理念指导下,通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。据资料显示,混合动力汽车的混合动力装置发挥发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以充分利用电动机无污染、低噪声的好处,二者“并肩战斗”,取长补短,使汽车的热效率提高10%以上,废气排放改善30%以上,大大降低污染,符合“低碳经济”低污染发展规律。

(3)虽然原动机会有排放产生,但是由于原动机主要工作在最佳工况点附近,因而大大减少了汽车上内燃机变工况(特别是低速、怠速)时的排放,由于可回收制动能量,使得混合动力电动汽车成为较低排放的节能汽车。


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