混合動力電動汽車技術(shù)及其發(fā)展研究

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)ReviewondevelopmentofhybridelectricvehiclesAbstract:Hybrid-electricvehicle（HEV）isanimportantresearchanddevelopmentfieldoftheworld’sautoindustry，andthedevelopmentofHEVinChinaisstillinitsinfancy.Firstly，thebackgroundofHEVdevelopmentwasbrieflyintroduced，andtherepresentativeHEVproductsandtechnologiesathomeandabroadweresummarizedandanalyzed.Secondly，onhybridcardevelopment，themainproblemswerepointedoutintwoaspects，i.e.，powermanageandallocation.Finally，suggestionsonthedevelopmentdirectionofHEVinourcountrywereproposed.Keywords:automobile；HEV；review；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?；旌蟿恿ζ嚨亩x是由2個以上的動力源提供行車動力，當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-drivenstartergenerator）[9-10]皮帶傳動，以及ISG（integratedstartergenerator）[11-13]發(fā)動機和電機扭矩疊加混合動力。電。若使用汽油，通過能源轉(zhuǎn)換后，每升汽油可驅(qū)動17km，超過傳統(tǒng)汽車的2倍。（5）BMWX5X7。BMWX5是寶馬公司首款搭載其BMWActiveHybrid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。BMWActiveHybridX7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50∶50重量分配特點。（6）奔馳S400BlueHybrid。奔馳S400BlueHybrid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200V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CivicHybrid。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)趨于成熟。法國標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]?？傮w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]?；旌蟿恿ζ噷﹄姵氐囊笫谴鎯α看?、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?。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，其實時監(jiān)測的精準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)?；旌蟿恿ζ囉捎诩由狭穗姵叵到y(tǒng)，使得其動力分配裝置復(fù)雜程度遠高于純?nèi)加蛣恿ζ嘯21]，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準，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)普遍認為混合動力電動汽車是當前最具開發(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。”2010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30～40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的發(fā)展狀況來看，消費者能夠在理念上認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?、電池技術(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（PHEV）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，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，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，2009,18（4）：31-33.[4]王冬，田光宇，陳世全．混合動力電動汽車動力系統(tǒng)選型策略分析[J]．汽車工業(yè)研究，2011（2）：17-20．[5]AntoniSzumanowski.混合電動車輛基礎(chǔ)[M].陳清泉，孫逢春，譯.北京：北京理工大學出版社，2011：5-10.[6]ChanCC.Thestateoftheartofelectricandhybridvehicles[J].ProceedingsoftheIEEE，2010，90（2）：247-275.[7]WirasinghaSG，AliE.Classificationandreviewofcontrolstrategiesforplug-inhybridelectricvehicles[J].IEEETransactionsonVehicularTechnology，2011，60（1）：111-122.[8]鄧元望，王耀南，陳潔平.混合動力驅(qū)動系統(tǒng)及其在越野車中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2009，37（10）：38-41.[9]葉先軍，趙韓，張炳力，等.BSG混合動力轎車動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計及試驗研究[J].汽車技術(shù)，2008（6）：24-27.[10]朱喆.車用BSG系統(tǒng)簡介[J].汽車維修，2011（4）：46-47.[11]吳良，鐘文鋒.ISG混合動力電動汽車控制策略研究[J].儀器儀表學報，2009，30（6）：1164-1168.[12]王淵.并聯(lián)式混合動力車整車控制單元的開發(fā)[J].西華大學學報：自然科學版，2008，27（4）：34-37.[13]秦大同，葉心，胡明輝，等.ISG型中度混合動力汽車驅(qū)動工況控制策略優(yōu)化[J].機械工程學報，2010，46（12）：86-92.[14]楊超.國內(nèi)外混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和前景[D]．鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學，2011.[15]HuangKD，TzengSC.Developmentofahybridpneumaticpowervehicle[J].AppliedEnergy，2010，80（1）：56.[16]DonaldK，JamesF.USdepartmentofenergyhybridelectricvehiclebatteryandfuelec