混合动力汽车技术

混合动力汽车技术（精选12篇）

混合动力汽车技术 篇1

2013年9月26~27日, 由中国汽车工业协会 (CAAM) 主办的“混合动力汽车技术及推广研讨会”在北京顺利召开。工信部装备司苏怀山处长、发改委产业协调司吴卫处长、科技部高新司李宏刚处长、国家税务总局赵东辉处长、财政部王守业处长、认监委王昆处长、北京市经信委朱晓龙处长、国家863节能与新能源汽车监理咨询专家组王秉刚组长、清华大学汽车产业与技术战略研究院院长赵福全博士和国内外混合动力汽车及零部件企业领导等200余名中外嘉宾参加了此次会议。

本次混合动力汽车技术及推广研讨会由主题论坛和试乘试驾活动组成。9月26日召开了主题论坛, 中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长董扬致开幕词。他在开幕词中表达了三个观点:第一, 要坚定不移地推进节能减排, 推进节能与新能源汽车的发展;第二, 不要把混合动力看成是电动车的过渡, 混合动力就是传统发动机的升级版;第三, 目前存在一种现象, 政府和企业在互相等待, 企业在等政府指出一条明路, 政府在等企业研制出产品才给予支持。希望企业不要等政府规定政策, 而是要切实的推进新能源汽车, 特别是混合动力汽车的开发和研究, 因为跟政策相比, 国际化大趋势更重要, 技术发展规律更重要, 节能减排的大政方针基本国策更重要, 等的结果只能耽误自己。

工信部装备司苏怀山处长在发言中指出, 当前汽车工业处于升级转型关键阶段, 车企应抓住机遇, 落实好国家产业发展规划, 提高创新能力和产业化水平, 增强汽车工业的整体竞争力。同时, 他强调, 混合动力技术是有效的汽车节能手段, 加快普及推广混合动力汽车, 可有效降低汽车燃料消耗量水平。

混合动力技术势在必行

清华大学汽车产业与技术战略研究院院长赵福全博士做了激情的演讲, 他从政策、法规、企业和技术等多方面做了全面的分析。根据2013年工信部要求, 我国乘用车产品平均燃油消耗量2015年降至6.9L/100km, 2020年进一步降至5.0L/100km。针对此赵福全博士表达了三个观点:一是仅仅依靠传统动力总成无法满足2020年中国油耗法规。未来节能减排的挑战, 将不容我们忽视任何节能的可能, 最终15%~20%的节能目标是从1%、2%逐步积累起来的。这要求决策者必须对油耗改善的性价比做到心中有数。二是由于纯电动车的成熟度、成本等的不足, 依靠纯电动技术来实现2020年中国油耗法规的突破是不充分的。要正确看待新能源技术的发展, 对纯电动车理性的期待和要求可能比个别的技术进步更关键, 因此先在合适的工况下把电动车充分用起来才是关键。三是混合动力技术是满足2020年排放法规的必然选择。全世界解决能源问题的措施, 实际上也就是开源和节流, 混合动力处于开源和节流的交叉位置, 两方面的进步都能使混合动力受益。随着新能源关键技术 (电动机、电池等) 的逐步完善, 相对于传统动力, 混合动力将和新能源汽车一样, 份额持续提升。

如何满足2020年中国油耗法规要求赵福全博士站在国家和企业层面做了如下思考:国家应尽快启动有关2020年油耗法规的咨询讨论程序, 因为任何技术走向成熟, 都需要前瞻性的投入、长期的积累并经过市场的验证, 政府理应为企业明确方向, 也给企业尽可能多的准备时间。另外目前的油耗法规必须执行到位。再有, 对于技术含量高、节油效果好的其他技术也应该予以支持, 以减轻企业的成本负担, 加速有效技术的快速导入, 从而真正达到节油的目的。对于企业, 无论从法规角度还是从消费者角度, 油耗都是未来企业绝对的产品力, 是企业最重要的核心的竞争力之一, 因此企业容不得半点懈怠, 必须未雨绸缪, 必须加大投入, 寻求适合本企业的有效的技术解决方案。

国家863节能与新能源汽车监理咨询专家组王秉刚说道:“目前混合动力客车自主创新的中度混合技术趋于成熟, 节油明显, 成本下降, 实现了自动变速, 逐步具备了市场竞争力, 并且带动了客车厂技术创新能力的提高, 一些整车厂借新能源机遇取得快速发展。但是还要进一步提高性价比, 在实现中度混合客户市场目标节油率25%的情况下, 研发深度混合客车技术, 实现20L/100km, 40%以上节油率。另外还要改进评价方法, 建立符合我国城市典型工况的客车排放与油耗测试方法与评价标准。”他还说, 混合动力乘用车进展缓慢, 示范的车型为微混 (起停功能) 、中混车型, 只有少数企业提供了示范产品, 深混及插电式混合动力车型的研发相对滞后, 但是深度混合动力技术已经达到世界汽车产业的普遍认可与重视, 它不仅能够实现明显节能效果, 还是插电式混合动力乘用车的基础, 是燃油汽车节能减排、实现技术升级的主要途径之一, 我国汽车产业应高度重视, 期待今后三年内取得进步。还要加强混合动力专用发动机、机电耦合机构、高功率密度锂电池、电子控制系统、能量回收系统和高效电动空调系统等核心技术的研发投入, 培植具有自主创新能力的零部件产业。

沃尔沃汽车中国总监陆军

整车厂家各显其能

一汽集团从1998年开始从事新能源汽车技术研究工作, 历经15年的技术突破, 初步掌握新能源整车集成开发技术, 基本具有整车及总成的试验验证能力。2010年集团公司投资建设的新能源汽车分公司, 具备单班一万台整车的生产能力。一汽集团的奔腾B70HEV整车节油41.2%, 获得多项发明专利, 其动力构型获得美国专利, 获得汽车行业科技进步一等奖, 曾参加2008年北京奥运会示范运行。一汽集团规划部副部长田洪福在演讲中说到, 在混合动力汽车方面, 一汽集团的路线是, 近期开发、生产混合动力过渡产品进行示范运行和用户体验, 拉动混合动力产品技术逐渐成熟, 探索市场, 2016年前后建成熟混合动力平台, 完成混合动力重点车型商品化开发, 2020年实现全系列产品布局。田洪福也提出了一些政策建议:建议在公务用车政策上给予混合动力车型一定的支持, 加强示范、引导力度;建议在补贴方案中, 以发动机排量和节油效果为基准设定混合动力车型的补贴额度, 鼓励技术进步;在企业方面, 由于混合动力平台开发投入大、见效慢, 建议政府加强对核心技术研发以及核心零部件生产技术开发的补贴力度。

上海汽车集团股份有限公司高级经理程伟在分析国内外新能源汽车发展情况的基础上, 讲了上汽集团节能与新能源汽车发展规划:贯彻国家能源战略, 瞄准汽车驱动电力化趋势, 重点加快推进混合动力和电动汽车产业化, 同时推动燃料电池汽车研发升级和示范运行。通过实施节能和新能源汽车战略, 快速降低公司平均燃油消耗值, 达到国家2015年和2020年平均燃油消耗量限值目标, 并争取使上汽在国内汽车市场占有率达到20%。在讲到混合动力商业化推广方面的建议时, 程伟说, 受到技术复杂性和销量的影响, 目前混合动力零件物料成本较高, 商业化竞争力较弱, 因此混合动力汽车应聚焦在以提高效率、降低成本为导向的技术进步上。另外混合动力汽车的发展规划应以下阶段油耗标准为目标, 与传统车的节油减排措施结合起来一并考虑。

东风汽车公司技术中心总工程师章国光汇报了东风混合动力轿车的研发现状和展望。东风混合动力轿车实行弱混、中混、强混、插电式并行开发的技术路线。其中弱混轿车能够实现节油率>5%, 中混节油率15%~25%, 匹配中端车型, 强混节油率30%~35%, 匹配高端车型, 插电式能够实现节油率50%以上, 匹配SUV及中高端车型。由于弱混车在降油耗方面有5%左右的效果, 且对传统汽车改动小, 在市场上继续考验耐久性与应对降成本工作。为满足油耗限值的要求, 中混和强混有望在中等排量轿车上得以商业化, 争取在2015年开始投放市场。插电式混合动力汽车的续驶里程是制约成本的主要因素, 受益于政策支持和补贴, 有望小批量试运行, 争取2021年投放市场。

沃尔沃汽车中国总监陆军在演讲中说, 随着汽车尾气排法法规和油耗标准越来越苛刻, 要求汽车生产厂家不断采用小型的内燃机和研发出更节能环保的新技术。现在越来越多的汽车生产厂商接受新能源技术, 沃尔沃将加大在新能源领域的研发投入, 尽快形成产能, 推动其电气化策略的实施。陆军还讲到, 混合动力不等于电气化, 但有很大的重合区间, 因此在一定程度上需要用相同的技术能力去解决。沃尔沃在环保汽车和节能技术及产品方案方面, 具有悠久的历史。早在1990年, 沃尔沃就推出了ECC环保概念车, 经过10年的发展, 于2001年推出了I S G混合动力车。沃尔沃有代表性的C30纯电动汽车于2010年开始小批量生产, 这款车车身结构和电池布置位置的精心设计, 极大地消除了电池碰撞安全隐患。全方位安全碰撞保护, 体现了沃尔沃安全品质的要求如一。沃尔沃相信, 将来在一个比较长的时间段里, 传统的内燃机和新能源将并存, 而且是汽车驱动的主要方式。

重庆长安新能源汽车有限公司总经理任勇讲了长安汽车在节能与新能源汽车发展方面的思路, 他主要提到以下几点:实现节能新产品规模化, 提高油耗贡献率;加大产品研发力度, 加快节能新产品上市步伐;突破关键核心技术, 支撑产品研发;稳步推进合资合作步伐, 搭建零部件产业链;以精益化管理为核心, 助推节能新产品汽车实业发展。在提到长安混合动力技术发展路线时, 任勇说, 以满足法规油耗为需求, 逐步应用高效制动能量回收、动力耦合、纯电驱动等技术, 各平台将实现持续节油20%、25%、30%……直到100%的提升。通过平台的开发和移植, 优选技术路线, 2020年前实现长安混合动力汽车规模化的快速发展, 2020年后逐步推进纯电动技术的应用, 实现低油耗向零油耗的转变。在新一代混合动力产品系统及零部件性能方面, 长安以大量示范运营数据为基础, 以提高整车和动力系统动力性、经济性、驾驶性等为目标, 多方面、不断优化系统及零部件性能, 共完成设计优化140项。已建成的混动汽车专用生产线, 双班最大产能达3万辆/年。

镍氢汽车动力电池为混合动力汽车提供动力支持

湖南科力远新能源股份有限公司总经理罗韬主要介绍了他们的镍氢汽车动力电池生产线, 这是中国首条镍氢汽车动力电池全自动生产线。这条生产线引进全球领先的成熟技术, 并进行了消化吸收和创新改进, 首次实现了世界先进镍氢汽车动力电池高端制造的国产化。解决了中国混合动力汽车产业动力电池的后顾之忧, 使中国汽车动力电池制造技术与世界先进水平的差距缩短了20年。同时科力远建立了以满足国际一流车厂要求为目标的电芯量产体制, 从材料、配件、生产过程、品质保障、环境与制度还有人员方面做了全方面的准备、规定和培训。

结语

来自丰田、本田、广汽和上海大众的代表也都进行了精彩的演讲。与会专家丰富翔实、精彩纷呈演讲后的互动环节, 再一次将会议推向高潮。此次混合动力汽车技术及推广研讨会引起了业内的广泛关注, 加深了全社会对混合动力汽车发展的认知度, 推动了混合动力汽车的发展, 同时深化了国内外汽车界交流, 促进了全球汽车工业可持续发展。

关键词：混合动力,汽车工业,新能源

混合动力汽车技术 篇2

新型混合动力汽车检测技术的研究及应用 作者：王 波 徐智敏

来源：《现代电子技术》2009年第17期

混合动力汽车技术 篇3

从2015年10月26日声势浩大的“双擎之夜”开始，实现国产化的卡罗拉 双擎、雷凌 双擎陆续以震撼价格（13.98万起）上市。一向低调的丰田，以一系列密集的组合拳，展现出在华大力发展混合动力技术的决心和气势。

为什么丰田汽车能在上世纪90年代就开启了混合动力领域的技术研发，并痴心不已，坚持到现在？

1992年，世界正在发生巨变，探讨环境与发展的联合国会议——地球高峰会议在巴西里约热内卢举行，环境问题开始受到关注。丰田汽车洞悉到了这一社会变革，并悄然开始了新一轮的创新。

丰田汽车前会长丰田英二先生曾说过，现在的汽车，尽顾着增加功能，技术都用在脱离本质的地方，面向21世纪，我们应该造什么样的汽车？

带着这种思考，丰田汽车发现，资源匮乏，温室效应，大气污染等问题，在当时看起来并不严重，但是进入21世纪后，它们会变成严重的社会问题，并对汽车制造业带来；中击。

1993年，丰田汽车开始正式考虑创新应该面向21世纪，甚至是下一个百年。也就是在这一年，丰田汽车成立了G21项目组，组长就是现任丰田汽车董事长内山田。

面向21世纪的创新应该如何进行？这一问题在丰田汽车内部引起了争论。最初，和大多数汽车企业一样，丰田汽车考虑对传统汽车进行改良，比如改进传统发动机，最大限度提升变速器的传动效率，这样可以使燃油经济性提升1.5倍。

当然，在当时，丰田汽车还有另外一种选择一一将油耗一举降低为零。1993年，丰田汽车在日本国内开始销售Townace电动车，而RAV4电动车也已经准备上市。

遗憾的是，当时的充电设施等基础设施并不完善。更重要的是，对于消费者来说，全新的产品要想普及，必须保证和普通汽车一样方便。毕竟消费者已经习惯了在加油站快捷地解决续航问题，不可能想去改变使用习惯。

丰田汽车认为，要是想彻底地突破，燃油经济性提升1.5倍是不够的；另一方面，21世纪的汽车，决不能强迫消费者在使用便利性上进行妥协、判断到底走哪条技术路线，这是一个艰难的抉择。

丰田汽车认为，混合动力汽车不需要外部设施，在使用方面也和普通汽车基本相似，而且具有跨时代的燃油经济性。

基于这一理由，丰田汽车将目光聚焦到了混合动力技术上。这种技术将车辆减速、刹车或者低速运转时浪费掉得能力加以回收，并为电池充电，所以混合动力汽车可以在不借助外部设施的情况下，将燃油经济性大幅提升至2倍。

由于要将两种不同动力系统结合在一起，研发难度可想而知。但丰田汽车认为，混合动力汽车的很多核心组件都将是未来汽车比不可少的部分，如果把它们嫁接到传统汽车上，也会对未来汽车的普及有所帮助。

与此同时，2014年，丰田推出了氢燃料电池车Mirai。Mirai成功商业化的实现，正是因为丰田选择了该作的，选择了混合动力技术的研发。

Mirai这款氢燃料电池的核心技术或来源于或完全共通于混合动力技术，它的价格能够降低，这就是一个很大的原因。在丰田汽车，Mirai的研发团队和混合动力系统的研发团队在一个大楼办公，只不过是5楼和6楼的距离，这很耐人寻味，恰似两种技术的关系。

混合动力汽车技术 篇4

随着能源短缺和环境保护问题的凸显，混合动力电动汽车HEV (Hybird Electric Vehicle)作为燃油发动机汽车和电动汽车的中间产品，以其节约能源，降低排放的优势出现在人们的视野。所谓混合动力，即在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元(Auxiliary Pow e rUnit，简称APU)等两个动力装置。混合动力汽车通过存储能量装置(如蓄电池等)与控制系统对能量的调节以实现最佳的能量分配，整车达到低排放、低油耗以及高性能的要求。尽管混合动力汽车是传统汽车向纯电动汽车转化的过渡产品，但较电动汽车和传统内燃机汽车而言还是拥有自身鲜明的优势，如电池的容量较小，电动汽车自重过大等矛盾有所缓和，同时动力单元(APU)的选用使续驶里程数与动力性能能够达到内燃机汽车的水平，汽车尾气的排放却大大的降低了，在一些对废气排放严格限制的诸如商业中心、旅游区等区域，混合动力汽车可以由纯电力来驱动而成为零排放的汽车。而运用原动机输出的动力直接带动车内空调、暖风、制动空压机以及动力转向等等系统，无需消耗电池组内的有限电能，从而保证了驾驶的轻便性和乘员的舒适性。

2 日益成熟的混合动力汽车动力系统及其分类

随着各种高新技术的应用，混合动力汽车的动力系统得到了全面的改进，燃油动力和电动动力系统集成优化技术较从前取得很大的进展，节能效果不断获得提高，轻量化技术和电器结构安全性技术也得到了系统应用。在混合动力技术的发展方式上，表现出明显的模块化与平台化的趋势，随着电功率比例的逐步提升，混合动力程度不断得到提高，最终过渡到可充电的串联式“全混合”方式。由于混合动力汽车各个组成部件、布置方式以及控制策略的不同，形成各式各样的结构，目前按照动力系统两种不同能量的搭配比例不同，混合动力汽车分为四大类。1)微混合，也称为“起—停混合”(Microhybrids)，在微混合动力系统中，电机仅作为内燃机的启动机/发电机使用，从严格意义上来讲，微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车提供持续动力。2)轻混合，也称辅助驱动混合(Mild hybrids)，与微混合相比，汽车驱动的电池—电机功率的比例增大，内燃机功率的比例相对减少，这种混合动力系统一般采用集成启动电机，车辆还是以发动机为主要动力来源。3)全混合(Fullhybrids)，既可以使用汽油引擎驱动或电动机单独驱动也可以同时使用两种动力混合驱动的汽车，普遍采用大容量的电池以供给电动机做纯电动模式的运行，同时还具有动力切换装置用以电动机、发动机各自动力的耦合及分离，内燃机功率的比例更小。4)插电式混合(Plug-in hybrids)，即通过接入家用电源为系统中配备的充电电池充电，充电后可仅凭充电电池作为电动汽车行驶，这种混合动力汽车比全混合动力汽车有较长纯电动行驶里程，内燃机功率比例与全混合系统基本相同，电池容量一般比全混合系统的大，比纯电动车辆的小，这是最新的一代混合动力汽车类型。

3 混合动力汽车的发展前景和政策趋势

无需置疑环保和节能汽车已经成为未来混合动力汽车市场发展的主流方向，一方面世界原油价格持续攀升，2012年3月中国的成品油价格再创历史新高，宣告油价全面进入“8元时代”，汽车需求结构发生着巨大的变化。另一方面，世界主要汽车市场进一步强化汽车燃气排放的标准，如2012年欧盟范围内销售的所有汽车平均排放量必须低于每公里130克。因此国内外汽车制造业企业普遍认为混合动力电动汽车是当前最具开发和推广前景的环保型交通工具之一，放眼世界，世界各国都在混合动力汽车的研发领域内加大投入，以期在未来的市场竞争中占得先机，如在美国，20世纪90年代美国能源部就与三大汽车公司签订了混合动力电动汽车的开发合同，2005年通用汽车、戴姆勒·克莱斯勒与宝马集团签署了构建全球合作联盟，以共同开发混合动力推进系统的合作协议。2009年美国混合动力汽车销量达到了30余万辆，逐年上升趋势非常迅速，预计到了2013年将达到87.2万辆，市场占有率将达6%以上。由于我国汽车工业才刚刚起步，因此在混合动力汽车的产业化发展战略上，有更大的自由选择度和比较优势，相对常规汽车而言，我国混合动力汽车研发战略计划包括近期、中期和长期3个阶段的研究发展规划，力争在2030年之前混合动力汽车呈大幅度増长的发展势态，占到所有汽车总产量的50%以上，而传统的燃油汽车数量则会下降到汽车总产量的25%左右。当前我国的混合动力汽车的研发已取得了实质性的进展，相关技术已趋于成熟，以BSG和ISG为代表的轻度混合动力汽车目前已经具备产业化的条件。2007年10辆奇瑞BSG混合动力轿车率先在奇瑞出租车公司投入使用，单车运行计划达到10万公里以上。同年由长安汽车集团自主研发的第一款量产混合动力轿车杰勋HEV正式下线，2010年产量达到了5000辆，奇瑞也推出了混合动力A5，华晨则推出了混合动力版尊驰。在北京车展上亮相的9款自主品牌的混合动力汽车中已有4款确定将在国内的汽车市场上投入生产，这也标志着中国混合动力汽车的研发方面迈出了重要一步。在政策方面，“十一五”期间混合动力汽车被列入国家科技部“863”计划的12个重大专项之一，国家投入30亿元的研发经费，支持混合动力汽车关键技术、平台集成技术以及整车和关键零部件的开发。正如著名新能源汽车开发专家万钢指出的那样：“混合动力汽车的发展，一事关国家能源安全，二事关减轻大气污染，维护社会可持续发展战略。”2010年6月，《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》开始实行，确定每辆混合动力汽车补贴3000元，国家支持混合动力汽车发展的意图非常凸显。广阔的市场前景促使企业投入更多的精力去进行技术升级和市场推广，因此未来中国混合动力车的政策支持力度进一步提高是大势所趋。根据2009年国家出台的《汽车产业调整和振兴规划》内容所示，在2020年之前我国新能源汽车销售规模将要达全球第一，未来10年政府财政计划投入超过1000亿元来打造新能源汽车产业链似乎也印证了这一点。

4 结语

混合动力汽车目前已实现了产品的市场化和技术的稳定化，仅丰田混合动力普锐斯目前在全球的保有量就已超过300万辆。可以预见，在世界各国环境立法日趋严厉以及石油的日益短缺背景之下，随着混合动力汽车性能的日益提高以及使用成本的持续降低，其市场份额将逐年增大，甚至能够逐渐成为汽车市场的主导产品。混合动力汽车兼具纯电动汽车和传统汽车的优势，未来在汽车技术工作者的共同努力之下，进一步的提升完善和应用推广混合动力技术，混合动力汽车必将具有极其光明发展前景。

摘要：混合动力电动汽车以其节能减排的优势兼具纯电动汽车和传统汽车的特点, 随着各种高新技术的应用, 其动力系统得到了全面的改进, 节能效果不断获得提高, 已实现了技术的稳定化和产品的市场化。可以预见, 在世界各国环境立法日趋严厉以及石油日益短缺背景之下, 混合动力汽车的市场份额将逐渐增大, 拥有极其光明发展前景。

混合动力汽车技术 篇5

促进者肖澜

2003年3月28日，我们在巴中工商总会负责人和一家巴西咨询公司代表陪同下到圣保罗市郊参观了一家专业从事油—电混合动力汽车动力系统研发和生产的企业，初步调研了其技术特点，实地考察了混合动力公交汽车的运营情况，亲自乘坐了以这家企业产品为动力的公交车，感觉收获很大，双方具有较多的合作前景，下面介绍一下具体情况。

我们考察的这家巴西企业具有90多年的历史，是一个家族式企业，从事机车混合动力系统研究和生产已经有相当基础，据说被英国的技术权威人士评价为此领域内全世界技术最先进的企业。据厂商介绍，其混合动力车的技术特点是用普通柴油发动机与铅酸蓄电池组合成的混合动力来驱动，经测试，它比一般的汽油车节能30%，排放污染物总量减少26%，尾气颗粒减小50%，目前已经达到欧洲—3号排放标准，经过改进可以达到欧洲—5号排放标准。相比目前国内现有的混合动力汽车，我们发觉这家企业的确有明显技术优势。

目前在亦庄北京经济技术开发区内有几家企业从事混合动力汽车的研发和生产，目前已经有两部样车在试验运行。这两部样车采用的混合动力是汽油发动机与蓄电池组合，其中汽油发动机是引进的美国技术，使用的是专门的大功率涡轮发动机，不是普通汽车发动机，因此造价昂贵，另外还有一个比较大的技术缺陷是这种混合动力装置不能安装在现有汽车的底盘上，必须特殊定制底盘，这也导致了成本上升。目前这两部样车的造价在20万美金，而巴西这家公司的动力系统可以安装在普通汽车底盘上，动力系统成本约6万美金，相比之下采用巴西的技术更加实用、经济。

从技术成熟度和实用性上考察，巴西这家企业优势也很明显。据介绍，在巴西圣保罗市郊已经有30辆使用这种混合动力的公交车在运营，我们现场参观了企业的厂房和产品，看到了使用这种动力的18米长的大通道公交车，类似北京的大公共，说明这项技术已经进入实用阶段。据说美国福特公司一直对这家公司技术感兴趣，有较强的合作意向。这家巴西企业对中国市场具有浓厚的兴趣，非常愿意采用适当的方式与中国进行多方位合作。

混合动力汽车已不是一家独秀 篇6

丰田的实践说明，深度混合的混合动力技术能获得40%～50%的节油效果，这是其他技术难以做到的。在其基础上扩展的插电式混合动力技术，进一步大幅度降低了油耗，使得实际使用油耗降到了普通燃油汽车的20～30%。同时，由于电机具有优越的低速扭矩特性，它与内燃机的联合工作，可以获得更好的加速性，使得混合动力技术也开始应用于讲究运动性能的汽车上。

但是相当一段时间，混合动力技术只是丰田一家独秀，其他汽车厂家在观望中。这种情况现在已经发生了改变。尤其是随着国际上对减少碳排放的要求增高，汽车油耗限值的愈加严格。研发混合动力技术成为了各大汽车厂的急迫任务。美国政府预测到2015年将有100万辆插电式混合动力汽车上路，并承诺拿出逾110亿美元纳税人资金支持清洁技术的发展。

近日据海外媒体报道称，采用了插电式混合动力系统与轻量化技术的大众XL1概念车，整车重量仅为795kg，百公里油耗仅为0.9L，将于2013年小批量生产。宝马、福特、奔驰、本田、保时捷等公司也都有混合动力车型投放市场。

前不久，我应邀去了位于浙江枫泾的吉利新能源汽车研发中心参观，看到了他们研发的深度混合动力系统，该系统采用了具有很高技术难度的行星齿轮机电耦合机构。第一轮样机已经制造出来，并在装车调试中。吉利详细地向我介绍了产品的设计与试验情况，我还非常荣幸地试驾了样车，了解了他们取得的初步成果。由于产品还未投产，技术细节不便展开。看过吉利的研发情况，我有以下体会：1.深度混合动力技术形式多种多样，丰田的方案只是其中一种，仍有很多其他可选方案与发展空间；2.深度混合技术具有很大技术难度，涉及多种技术应用，涉及汽车的许多系统，要想成功，需要相当大的投入，需要团队分工合作，需要埋头苦干一段时间，不能急于求成；3.要想获得最佳效果，必须重新设计发动机，掌握发动机的控制匹配技术必不可少，这又涉及到我们的短处。吉利已经走出重要的一步，但愿能够坚持努力，直到成功。

世界汽车工业已经迎来了混合动力技术新阶段，中国的汽车工业也要勇敢面对，在大力发展新能源汽车同时，加大混合动力技术的研发力度。中国已经是世界汽车生产大国，绕开混合动力技术路径的观点不可取。

混合动力汽车技术 篇7

汽车作为目前人类社会最重要的交通工具,已有超过100年的历史,并逐渐成为人们生活中必不可少的一部分。然而随着汽车保有量与日俱增,由此产生的环境和能源问题也越来越引起人们的重视。急剧增长的石油消费、日益严峻的环保压力以及每况愈下的城市交通状况,都迫使汽车产业必须走节能环保的发展道路。中国制造2025规划中明确指出新能源汽车与智能互联汽车是十个重点发展产业其中之一。电动汽车作为新能源汽车中的代表类型,无疑是最具发展前途的。但针对中国目前的能源结构,发电过程中的环境污染不容忽视。根据“wells to wheels”概念[1],任何与汽车生产、运行相关的环节所造成的排放都应归类于车辆排放,基于此考虑,电动汽车在目前并不是严格意义上的低排放汽车。同时,由于电池的能量密度与汽油相差很大,使得目前电动汽车的续航里程受限。在这种情况下,油电混合动力汽车作为汽柴油车向电动车转化的过渡产品,在接下来的一段时间内会在市场上占领很大的份额,并且向多元化发展。

将电能与传统能源结合使用不仅能改善车辆的燃油经济性及尾气排放,同时车辆原有的动力性能也能得到保证。混合动力汽车与传统车相比具有低油耗和低排放的优势,与电动汽车相比则不需要专门的场外充电设施。[2]参考国际电子电气技术委员会的定义,可将油电混合动力汽车理解为同时利用燃油发动机和电动机两种推动力能源的车辆。

1、油电混合动力汽车的分类

混合动力汽车根据动力源能量耦合方式的不同可以分为三类,分别是串联混合动力汽车、并联混合动力汽车和混联混合动力汽车。[3]还有另一种根据电功率占全部功率输出百分比的分类,可以将混合动力汽车分为轻度混动、中度混动和中度混动这三类。[4]

1.1基于结构的分类

根据发动机、电机与传动系统的连接形式不同,混合动力汽车有三种结构形式,分别是:串联式、并联式和混联式。

1.1.1串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车是三种中结构相对简单的一种,发动机与发电机直接连接作为能量产生环节,而电动机与减速机构连接作为驱传动环节,其结构简图如图1所示。串联式混合动力系统中,能量产生环节中产生的电能通过逆变器进行转化后,提供给电动机工作,多余的部分储存到蓄电池中。当发动机不工作或发电机产生的电功率不足时,蓄电池也向电动机供电。该结构中发动机与电机控制相对独立,燃油发动机可工作在较优工况,但是由于所有能量经过了机械能-电能-机械能的转换过程,整体效率较低。此系统较适用于公交等大型车辆,在大功率或较高车速工况下表现不好。

1.1.2并联式混合动力

并联式混合动力系统通常用在插电式混合动力车辆中,发动机与电动机同时与减速机构连接,驱动车辆行驶,其结构简图如图2所示。目前除丰田外的油电混合动力车辆多采用的是此种结构,该系统结构相对简单且油耗水平及动力性能变现良好,但是动力辅助作用受蓄电池容量的制约。

1.1.3混联式混合动力

混联式混合动力系统是三种中结构最复杂的一种,它集合了串联式和并联式结构的优点,如图3所示为混联式混合动力结构简图。在混联式系统中,通常需配备行星排等功率耦合装置以将发动机功率分流成为机械功率和电动率两部分,从而尽可能地合理利用发动机功率,提高发动机的工作效率。该系统又可根据行星传动装置与发动机、两电机间及行星传动构件间的不同连接方式分为输入分流式、输出分流式和复合分流式。

输入功率分流式和输出功率分流式系统只需要单行星排进行功率耦合分流。其中输入分流式的行星传动机构中两构件分别与发动机和一个电机机械连接,第三构件同时与输出端和另一电机连接,如图4所示。此结构在低传动比区域有较好的工作效率,高速下电机2转速过高,电功率比例增加,电功率传递路径反向,会产生功率循环,传动效率急速下降。

输出分流式的行星传动机构的三构件中,一个同时与发动机和某一电机相连,第二个构件与另一电机连接,第三构件为输出端,其连接方式及低速工作时能量传递路径如图5所示。此结构在高传动比区域有较好的工作效率,低速下会产生如图所示的功率回流现象,系统传动效率很低。

复合功率分流式结构通常需配备双行星排等耦合装置,双行星排的六个构件中有两组相互连接产生四个独立接点,其中三个分别与发动机及两电机机械连接,另一个为输出端口。该方式兼顾输入和输出分流模式的优点,具有多种能量流路线,此结构在一定传动比范围内都具有较高的工作效率,如图6所示位复合分流模式构型。

1.2基于混合度的分类

也有学者根据混合度,即电功率占总功率的比例,将油电混合动力车辆分为轻度混合动力、中度混合动力和重度混合动力三种类型。

(1)轻度混合动力系统。这种混合动力系统通常是配备了一台ISG电机,即启动发电一体化电机,该电机的作用是使发动机不再在怠速工况下工作,但是电机本身不参与驱动或能量转换过程。

(2)中度混合动力系统。该系统可理解为采用了更大功率ISG电机的轻混系统,不同的是在中混系统中,ISG电机可为车辆的行驶提供驱动力。

(3)重度混合动力系统。通常定义重度混合动力系统为混合度大于或等于30%的混动系统,这种结构通常需配备大功率的发电机和电动机。

2、关键技术

油电混合动力系统有机械功率和电功率两条能量传递路线,包含发动机、变速箱、电机及其驱动、电池等多个环节,是一个集成度很高的系统。相信在未来10~20年的发展过程中,要想使混合动力系统具有更加优良的燃油经济性和出色的动力性能,还需在以下几点关键技术上下功夫。

2.1高能量密度电池及其管理系统

一定程度上,油电混合动力汽车的出现是为了解决现阶段电池性能不足而造成的纯电动汽车续航里程较短的问题。但同时,为确保混合动力汽车在加速与爬坡时能有效提供较大的峰值功率,对电池的能量密度和功率密度也提出了很高的要求。特别是随着汽车轻量化革命的推进,为混动汽车配备高能量密度的电池以及更加高效的电池管理系统成为需要重点解决的问题。具体来讲,插电式混合动力汽车的电池容量直接影响到车辆的油耗水平,而以丰田“PRIUS”为代表的非插电式混合动力为延长电池寿命,对其电池系统设计了浅充浅放的控制策略,无形中降低了电池的有效能量密度,与汽车轻量化的发展趋势不符。因此,无论未来的油电混合动力汽车是采用镍氢电池、磷酸铁锂电池还是三元锂电池,都急需提高电池的能量密度,同时为其配备一套完善的电池状态监测管理系统,以最大限度的发挥电池性能、延长电池使用寿命。

2.2高可靠性、高效率的机械传动结构

纯电动汽车已没有传统意义上的变速箱,但现阶段的混合动力车辆都还或多或少有机械传动环节,尤其是在混联式混合动力系统中,由行星排和齿轮传动构成的功率耦合装置作为核心环节,其效率和可靠性很大程度上决定了整车的性能。丰田“PRIUS”在进行换代改进时,为降低传动环节的磨损、增强可靠性,专门将定传动比的第二排行星传动改成了平行轴齿轮传动。

2.3高性能电机及其驱动技术

随着混合动力技术的发展,电机已经不仅仅作为一项驱动单元,还要作为能量转换过程中极为重要的一环,在电动以及发电模式下都能高效运行。并且,在电机峰值功率上,需具备启动发动、电驱动、整车加速、制动回收等各方面的能力。现阶段在混动汽车上使用的电机主要有交流永磁同步、直流永磁、开关磁阻以及异步电机等四种类型。在进行电机选用时,需要综合考虑性能、质量、效率、成本等因素。因此,接下来的电机研发工作集中在质量改进、性能提升以及体积缩小上。电机的高效工作与其驱动技术密不可分,随着混合动力汽车的发展,系统中电机功率不断增大,这就对驱动电路中的功率放大模块提出了很高的要求。此外,电机转速、转矩控制的精确性和稳定性也离不开优化的控制算法。2.4优化的整车控制策略

混合动力汽车的控制策略是整个混合动力系统的大脑,国内早期的有关研究主要是利用实验数据映射出发动机工作点,与所建立的控制策略仿真结果进行对比,反推国外车型的控制策略。控制策略通常可分为基于确定规则的控制策略、离线全局优化算法和预测控制算法三种,它们各具优缺点。基于确定规则的控制算法难以充分发挥行星混联系统的节能潜力,控制效果有限;离线全局优化算法往往难以保证实时性,也不具有普遍的工况适应性,预测控制摆脱了工况局限性,但实时性仍是应用瓶颈。因此,若要使混合动力系统的综合性能再上一个台阶,还需设计出实时性良好,可应用于实车控制器,又能大幅提升整车燃油经济性的控制策略。

3、结论

(1)油电混合动力汽车具有优良的燃油经济性和低排放特性,是现阶段纯电动汽车续航里程瓶颈无法突破时的情况下,推进新能源汽车产业的不二选择。

(2)混合动力汽车的发展离不开电池技术、电机及驱动技术和整车控制策略的优化改进,未来的混合动力车辆对电池的能量密度、电机的性能和控制策略的实时性将提出很高的要求。

摘要：新能源汽车产业革命推动了油电混合动力汽车的高速发展,在燃油经济性、整车动力性和续航里程上,混合动力系统具有不可比拟的优势。文章介绍了油电混合动力系统的定义及基本原理、混合动力汽车的发展现状,对比分析了不同类型混合动力系统的结构和特点。最后,对油电混合动力系统的关键技术进行了介绍,并对其发展趋势进行了预测。

关键词：油电混合动力,新能源,油耗,动力性能

参考文献

[1]李旭海.混联式混合动力电动客车动力系统设计[D].武汉理工大学,2008.DOI:10.7666/d.y1364475.

[2]余志生.汽车理论.第3版[M].北京:机械工业出版社,2003.

[3]孙逢春,何洪文.混合动力车辆的归类方法研究[J].北京理工大学学报,2002,22.

混合动力汽车技术 篇8

所谓混合动力电动汽车, 顾名思义是指在同一辆汽车上同时安装两个动力系统, 即电力驱动系统和辅助动力单元的汽车, 其中电力驱动系统是利用电动机为汽车提供驱动力, 这是汽车驱动力的主要来源。而辅助动力单元是燃烧石油、天然气这类化石燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组, 这为汽车的驱动提供辅助动力。这样的组合在充分利用内燃机汽车带来的方便、快捷优点, 又可以发挥电动汽车节能、环保的优点, 同时还可以避免他们各自作为动力系统所带来的缺点。这样一来就可以从根本上解决当前内燃机汽车排放量高和油耗量大的的问题, 而不用通过限行、摇号等治标不治本的方法了。

2 混合动力电动汽车的基本构成

根据混合动力电动汽车驱动系统分为串联式混合动力驱动系统、并联式混合动力驱动系统和混联式混合动力驱动系统3种类型。

2.1 串联式混合动力驱动系统

原动机通过在内燃机中燃烧石油、天然气等化石燃料经过一些列化学反应获得原动力, 发电机在将其动能转化为电能, 进行发电, 控制器将发电机带来的电能输送到蓄电池进行电能的储存, 或用于电动机上将电能转化为动能, 在变速机构下为汽车提供驱动力。原动机输出动能和电动机发电需求电能通过电池进行中转。频繁启动、加速行驶和低速运行对原动机工况有非常高的要求, 其必须在最佳工况点附近持续运作, 以此来提供频繁启动所需稳点的驱动力, 串联式混合动力驱动系统才能到达这一要求。但是串联式结构的使用有一定缺陷, 它会降低整个驱动系统的效率, 因为发电机提供的电能与电动机提供的机械能在相互转化过程中一定会有能量损失, 故大客车常选用此系统。

2.2 并联式混合动力驱动系统.

发动机与电动机分别向汽车提供驱动力, 因为中间没有能量的转换, 所以不存在能量的损失, 系统整体效率得以提高。但是并联式混合动力驱动系统也有其不足, 由于发动机直接与车辆的驱动轮连接, 因而汽车具体行驶工况会随着发动机运行工况的变化而改变。

2.3 混联式混合动力驱动系统

发动机的机械能一部分给驱动桥, 用于汽车启动所需的驱动力;而另一部分则给发电机, 发电机发出的电能要么输送给电动机用于转化成机械能。驱动系统在汽车低速行驶时, 主要以串联方式工作, 使原动机稳点在最佳工况点附近运作;而在汽车高速行驶时, 则以并联方式工作用以提高系统整体的效率。因此混联式混合动力驱动系统不仅利用了串联式混合动力驱动系统获得了较大的驱动力, 也利用了并联式混合动力驱动系统的较高的系统效率, 使原本单一工作的发电机、发动机、电动机等部件有更多灵活、多变的组合, 从而使汽车在复杂的工况下仍能选择出相对较优的驱动系统, 从而更好的完成运行。

3 混合动力汽车的发展状况

3.1 国外发展状况

从1980年以来, 国外各大品牌汽车公司开始把目光投向电动汽车和混合动力汽车, 这为混合动力汽车的客观发展提供了条件。进入21世纪后, 混合动力汽车更是迎来了发展的黄金时期, 为了将混合动力汽车从实验室的研发阶段迅速投入实际生产应用阶段, 以获得丰厚的利益, 各国根据自己的品牌特点, 推出了不同类型的产品。

1991年大众公司首次推出了混合动力微型汽车, 最高时速为131km/h, 每百公里消耗1.4L汽油和13k W/h的电能, 它的问世, 立刻引来外界广泛的关注, 混合动力汽车的研发全面展开。

1997年, 丰田公司推出了名为Prius的混联式混合动力电动汽车, 最高时速可达到140km/h, 起行驶车程与普通汽车不相上下, 凭借其优良的性能, 深受消费者的喜爱。自上市来丰田Prius混合动力汽车全球已经卖出了超过12万辆, 是至今为止销量最好的。

3.2 国内发展状况

混合动力系统汽车的研究在我国起步相对较晚, 我国首辆混合动力客车于1999年问世。2001年底, 为应对日益恶劣的环境问题和国外混合动力汽车进入国内市场给我国传统汽车产业带来的巨大冲击和挑战, 我国启动了电动汽车科技攻关项目, 由国家投资让高校、企业参与研发, 攻克电动汽车的技术难题。混合动力汽车如雨后春笋般很快涌现出来, 东风电动车辆股份有限公司率先开发出混合动力轿车, 随后天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中型客车, 其最大的亮点在改善燃油燃烧效率上, 与传统汽车相比其效率提高了15%以上, 这是难以想象的;近来长安集团也已开始了混合动力汽车的研发, 其下的“羚羊”品牌的混合电动车由其独立自主研发, 没有借助国外技术, 这在国内还是非常罕见的。据悉, 长安公司的首款混合动力汽车将于2006年开始正式投入生产。奇瑞、华普等国内其他汽车公司为了争夺市场份额, 目前也在紧张地进行混合动力汽车的研究。

4 混合动力汽车的关键技术

混合动力汽车要想投入实用生产阶段, 其面临技术难题包括以下几个方面:

4.1 混合动力单元技术

为了减少排放量、降低油耗量, 需要使发动机始终处在低油耗区下工作, 这就要求控制系统能够根据运行的工况适时开关。先进的检测系统用以适时检测工况, 成熟可靠的动力复合装置用以调节驱动力的大小, 这两者的功率需要合理的分配才能最终达到控制的要求。

4.2 能量存储技术

汽车在加速和爬坡时需要较大的驱动力, 这就需要较高功率比的能量存储装置提供大功率, 以此提供较大的驱动力。

4.3 能量的高效利用

充电能力是衡量一块充点电池的重要指标之一, 快速的充电能力是一块蓄电池必不可少的, 良好的蓄电池能及时收回刹车时的动能。现今的高功率电池往往能到达快速充电的要求, 但是接受能力方面却差强人意, 以至于不能及时回收刹车时的动能, 这个问题不解决, 就不能高效的利用能量。

5 结束语

综上, 混合动力汽车与传统型汽车相比, 虽然仍有些许不足, 但是其在节能和排放上显然更胜一筹。就目前来说, 虽然混合动力汽车的价格比传统汽车高, 但是作者坚信随着各国日趋严厉的立法环境, 科技的不断发展, 混合动力汽车性能将会日益提高, 其研发的成本也一定会不断降低, 市场份额在今后三四十年内不断攀升必然是一种趋势。尽管从长远的角度看来, 混合动力汽车只是一种过渡车型, 但是不可否认的是它仍然具有较好的发展前景。

参考文献

[1]麻友良, 程全世.混合动力电动汽车的发展[J].公路交通科技, 2001, 18 (1) :78-80.

[2]钱立军, 赵韩, 鲁付俊.混合动力汽车传动系结构分析[J].合肥工业大学学报, 2003, 26 (6) :1121-1126.

混合动力汽车技术 篇9

20世纪最伟大的20项工程技术成就之一就是汽车,汽车在现如今已经是不可缺少的代步工具了,但是,随着汽车的逐渐普及,其带来的问题也越发的严重,其中较为严重的就是对环境的污染以及相关能源缺少的问题,而这也就使得电动汽车受到了越来越多的关注,大家都积极投身于电动汽车的研发当中,而后就出现了混合动力电动汽车技术。在我国,对于电动汽车的相关研究工作其时间也是不短的,差不多有近十年的研究,而这也使得我国电动汽车的发展也得到了一定的提升[1]。

1 混合动力电动汽车

1.1 混合动力电动汽车的原理

混合动力汽车就是在一辆汽车上将电动机和辅助动力单元想结合,让两者作为行驶的驱动力,和传统汽车单一的内燃机是不一样的,将两者组合起来能够最大程度发挥两者的优势,将发动机强大的运转能力和动力和电动机环保无污染的优势相结合,从而达到最大的运行效率、环保能力。

1.2 混合动力电动汽车系统工作特点

混合动力系统工作特点主要有以下三点:(1)混合动力电动汽车与同类的发动机车型相比,其优势就是热力和电力这两方面,混合动力电动汽车能够实现电力和热力的合理调配,同时降低油耗和污染的排放。(2)混合动力电动汽车其辅助动力就是电动机,这样就能在一定程度上提升了能量的回收、燃料的经济性能。(3)混合动力电动汽车通过减小发动机负荷,从而在一定程度上降低了噪声。(4)混合动力电动汽车可以通过改造现有的加油站来降低成本,不需要再重新建设新的燃料供应站。

2 混合动力电动汽车的现状

2.1 混合动力电动汽车技术发展的趋势

就目前的发展情况来看混合动力电动汽车未来发展的趋势就是体现在动力性能、清洁环保、实用性、耗油经济上面。但是,各个车的情况都不可能相同,因此,相关厂商还需要关注电池的能量、功率密度的管理以及电池充放电性能、热能管理、剩余电量管理、电池的使用寿命等情况,毕竟汽车加速和爬坡的效果受能量的储存装置所影响[2]。所以,热力发动机的性能问题也就成了研究的重点,其中具体就包括如何使其能更好的降低油耗、提高转化效率等问题。

2.2 混合动力电动汽车发展过程中的问题

2.2.1 成本压力

混合动力电动汽车相比同类型的汽车而言,其制作成本较高、价格与市面上的内燃机汽车相比竞争力不够,所以在成本上面临着较大的竞争压力,因此,要想打开其市场,就需要有较高的性价比,在这一方面,虽然政府有出台相关的政策,给相关的制作厂商一定的补贴,但是并没有什么实质性的作用。因此,要想使得混合动力电动汽车发展的更好,相关政府应该制定科学合理的有效正常,推动电动汽车产业化的发展。

2.2.2 基础服务设施落后

混合动力电动汽车相比同类型的汽车而言其基础服务设施建设布局不均衡,整体数量偏少,也正是其基础服务设施落后的原因,使购买者在消费的过程中宁愿花费相同的价位,去享受传统汽车所带来的更加合理、友好、快捷的服务,也正是这样就使得混合动力电动汽车的购买的人员十分的缺少。

2.2.3 群众对于混合动力电动汽车报以观望的态度

混合动力电动汽车算是一种新型的汽车类型,很多群众对于其安全性能等各方面都没有一个很好的了解,所以,对于汽车的安全性有着一定的担忧,导致大多数的群众对于混合动力电动汽车都报以观望的态度,害怕电动汽车安全性能不够好。

2.2.4 服务保障不够

要想推动混合动力电动汽车产业的发展,不能只依靠政府和制造商这两方面,还需要社会各个层面多管齐下的力推,才能使其更好的发展,但是,就目前而言,混合动力电动汽车产业链的协同效应、服务保障都不够充分,而这也在一定程度上制约了混合动力电动汽车技术的发展。

3 混合动力电动汽车技术的发展

3.1 提升混合动力电动汽车技术所具备的优势

混合动力电动汽车其主要的优势就是清洁环保、经济实用、良好的动力性能、良好的燃油经济性,为此,要想使得混合动力电动汽车技术得到更好的发展,可以提升这些优势,将这些优势进行充分的发挥,让群众了解混合动力电动汽车的好处,然后才能提升混合动力汽车的受众群。在这过程中,相关商家在对汽车低耗油特性进行分析的时候可以采用较为先进的内燃机技术;然后再选择较好的电机对其效率进行研究;最后再对汽车进行周密的分析和实验,将三者之间最高性能的区段进行组合和叠加,从而真正实现汽车的环保性、经济性、动力性。

3.2 降低成本

混合动力电动汽车发展较为落后的原因之一就是制作成本太高,这也是因为混合动力电动汽车不仅只是安装简单的动力装置,还需要安装电池,所以就加大其制作的成本。因此,要想使混合动力电动汽车技术得到更好的发展,首先需要解决的就是如何降低电机驱动系统、电子控制系统、动力电池等成本[3]。为此,我们可以在大型的车辆上应用混合动力系统,拓宽其应用的范围,这样就有利于推动混合动力系统大范围、批量化的使用,从而降低成本。

3.3 提升能量的再生利用率

要想推动混合动力汽车技术的发展,可以在汽车制造阶段对其内部系统进行科学合理的设计和改进,使其满足现如今再生制动回收要求,利用能量再生利用效率,加大汽车的优势,从而通过提升汽车在行驶过程中的能量再生利用效率推动混合动力汽车技术的发展。

3.4 加强混合动力电动汽车的可靠性

要想推动混合动力汽车技术的发展,就需要加强混合动力电动汽车的可靠性。

4 结语

综上所述,混合动力电动汽车技术是符合现代发展要求的技术,但是,要想使其更好的发展,除了相关政府的支持,还是要从汽车本身出发,只有加强了汽车的安全可靠性,才能增加更多的受众群。

参考文献

[1]高东璇,肖键,张海军.浅谈混合动力电动汽车的关键技术及国内外发展现状[J].知识经济,2012,13(14):77-77.

[2]刘张焱.我国混合动力汽车面临的现状及发展分析建议[J].中小企业管理与科技旬刊,2015,25(30):253-253.

混合动力汽车技术 篇10

随着电力电子技术的飞速发展,汽车的电动化被认为是解决现今环境污染和能源危机的最有效的方法[1]。目前占绝对优势的汽车均采用燃油发动机,因此汽车就成为消耗矿物能源和环境污染的最主要者,目前城市污染50%以上都是来源于汽车[2],我国近年来的雾霾严重很多也是汽车污染造成的。据报道,北京市机动车尾气排放对大气污染物中C0、HC、NOx的分担率依次为63.4%、73.5%、和46%。相比于北京市,上海市汽车所产生的三种主要排放物C0、HC、NOx的分担率分别为86%、96%和56%。而且全国各大城市例如广州、天津、重庆的许多中大型规格的城市机动车尾气也相当严重[1]。2013年3月,中国工信部等部委共同发布了《乘用车企业平均燃料消耗两核算办法》,此举旨在促进先进节能技术的应用和推广,加快汽车产业结构调整和转型升级,确保中国在2015年乘用车平均燃料消耗量降至6.9升/百公里的目标实现。为了能够缓解机动车尾气对大气污染的进一步恶化,新动力汽车代替传统燃油发动机汽车是大势所趋。现如今,许多国家都开始了新一代汽车的研制。1993年美国开始执行“新一代汽车伙伴计划-PNGV (Partnership for a New Generation of Vehicles)”,随后日本也启动了政府“先进清洁汽车项目-ACE (Advanced Clean Energy Vehicle Project)”,而欧洲则提出了“明日汽车-The Car of Tomorrow”计划。而早在1999年4月,中国政府在北京召开了“全国清洁汽车行动大会”,决定在北京、上海等12个大城市进行“清洁汽车试验示范”活动以实施城市“蓝天”计划[2]。因此,目前,有很多可替代燃油发动机汽车的方案,例如燃料电池汽车、氢能源汽车以及混合动力汽车等。

据报道,2013年我国新能源汽车产量1.75万辆,同比增长39.7%,其中纯电动汽车1.42万辆;新能源汽车销售1.76万辆,同比增长37.9%,其中纯电动汽车销售1.46万辆。我国新能源汽车产销不断创新高的同时,面临政策、商业模式、基础设施、产业化推进等瓶颈问题亟待解决[2]。2013年11月,太原市被列为新能源汽车示范城市,提出2014年50辆电动公交车和200量电动出租车推广应用计划。未来5年,太原市将建设28座电动汽车充电站,充电站科技含量和服务能力将达到国际化、智能化水平。2014年5月15日,国家税务总局货物和劳务税司副司长林枫在税务总局网站就节能环保税收优惠政策进行了在线解答,针对城市中经常用到的电动汽车,林枫说,这有利于节能减排,现行消费税政策规定,电动汽车不纳入消费税征收范围,不征收消费税。依据目前我国现状,混合动力电动汽车是最具有实用性,并且已有商业化生产模式的新型汽车[3]。

依据混合动力汽车(hybrid power vehicle)总成的驱动系统能量流和功率流的配置结构关系,可分为串联式(Series Hybrid System)(两种)、并联式(Parallel Hybrid System)和混联式(Series·Parallel Hybrid System)等三种,如图1所示[3]。

(a)串联型式Ⅰ;(b)串联型式Ⅱ;(c)并联形式;(d)混联型式

串联式动力由发动机发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间以串联的方式组成动力系统,发动机驱动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车(如串联型式Ⅰ、串联型式Ⅱ)。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮,大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处启动、加速、爬坡工况时,发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能(串联型式Ⅱ);当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,当电池组亏电时则由发动机发-电机组向电池组充电,组成如图1 (a)、(b)所示[3]。

如图1 (a)、(b)所示的串联式结构适用于城市内频繁起步和低速行驶工况,可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转,通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况,从而提高了发动机的效率,减少了废气排放。但是它的缺点是能量经过多次转换,机械效率较低[3]。

如图1 (c)的并联式的发动机和电动机可以共同或分别驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力,一旦汽车车速达到巡航速度,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,这种装置更接近传统的汽车驱动系统,机械效率损耗与普通汽车差不多,得到比较广泛的应用。组成如图1 (c)所示[3]。

混联式系统包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机,根据助力装置不同,它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中,发动机作为主动力源,电机为辅助动力源;以电机为主的形式中,发动机作为辅助动力源,电机为主动力源。该结构的优点是控制方便,缺点是结构比较复杂。如图1 (d)所示[3]。

按照两种不同的能量的搭配比例不同,混合动力车辆则有四种类型:

微混合(micro hybrids),有时也叫“起-停混合”,其特点是采用低电压和低功率的电动机,电动机不驱动车轮,只是用于大功率的起动机。在内燃机起动时,将内燃机的曲轴旋转到较高的转速,使得内燃机的起动更加轻松可靠;汽车在减速、制动时还可以使内燃机熄火,电动机则通过再生制动发电给蓄电池充电回收部分能量,这样都可以达到节省燃油的效果。轻度混合(mild hybrids)动力电动汽车的特点是采用高电压和低功率的电动机,在汽车加速时,电动机作为辅助动力使用。这样内燃机的排量就可以减小[3]。

全混合(full hybrids)也称强混合(strong hybrid),特点是可以只使用内燃机或电动机驱动车辆,也可二者同时驱动。当然,这需要装备较大体积、较高电压的电池。日本的丰田PRIUS即属此类[3]。

外电源插座充电混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,以下简称为PHEV),PHEV是指可以使用家用电源插座(例如220V电源)对混合动力车电池充电的混合动力汽车,同时这种混合动力汽车可单独依靠电池就能行驶较长距离,但需要时仍然可以像通常的全混合动力汽车一样工作。例如有一辆可以单独靠电池行驶50km的PHEV,可利用电池行驶40km到旅程终点后,插入电源对电池充电;如果旅程超过50km,则开始的50km可以用电池来行驶,超过50km后则可以以通常的混合动力方式行驶,到了旅程终点则再插入电源对电池充电[3]。

从上面的混合动力汽车(hybrid power vehicle)工作原理简介可看出,混合动力汽车的电机与电池、以及控制是其关键技术。目前由于电池尺寸、重量以及其他因素使得混合动力汽车(hybrid power vehicle)的成本很高,但是随着电池和混合动力技术的进步,混合动力汽车(hybrid power vehicle)可能会成为未来的一种汽车[3]。为此下面仅对混合动力汽车(hybrid power vehicle)上使用超级电容(super capacitor)解决电能储存的问题进行分析。

1、超级电容器类型及其特点

超级电容器(super capacitor)作为一种新型的储能元件是介于传统物理电容器和电池之间的一种最佳储能方案。与电池相比,超级电容器的优势体现在各个方面。从表1可以看出,超级电容器在最大工作电流、功率密度、循环寿命及环保方面相比电池而言,均具有很大的优势。尤其是在快速充电性能方面优势极为突出。但由于其能量密度较小,所以不适合进行长途行驶。但在重型纯电动牵引车,以及运输线路固定、路况良好、启动频繁的港口码头应用较为广泛。超级电容器具有以下优点[4];

(1)超级电容器与普通的电容器相比具有超高的容量。超级电容器的容量范围是0.1～6000F,它比同体积的电解电容器容量大2000～6000倍[5]。

(2)超级电容器的功率密度是电池的10～100倍,它可在瞬时提供大电流,短时间内可以达到几百到几千毫安。

(3)由于超级电容器的充放电过程不会对电极材料造成影响,循环次数不会影响电极材料的使用寿命。因此超级电容器的充放电效率很高,达到了105以上。同样,它的寿命也非常高。超级电容器的工作温度为-40～70℃,在25℃环境温度下的寿命为90000小时,在60℃的环境温度下为4000小时[6]。而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次[9]。

(4)与电池相比,超级电容器的材料是无毒、安全的。因此,超级电容器对环境不会造成任何污染。而像铅酸蓄电池、镍镉蓄电池等用材均为有毒材料。

(5)超级电容器在放置长时间后,电压会下降。但再次充电后会回到原来的电位,并且对超级电容器的容量性能没有影响。

(6)超级电容器使用的材料安全、无毒、环保。

根据电极材料的不同,超级电容器可分为:碳电极电容器、贵金属氧化物电极电容器和导电聚合物电容器。而双层电容器和法拉第准电容器是典型的两种超级电容器。

超级电容器根据储能的机理不同,可分为双层电容器(Electric double layer capacitor,EDLC)和法拉第准电容器或赝电容器(Pesudocapacitor)。

根据超级电容器的结构及电极上发生反应的不同,也可分为对称型和非对称型。当两个电极的组成相同且电极反应相同,反应方向相反,这种类型可称为对称型。碳电极双层电容器和贵金属氧化物电容器均为对称型电容器。相反,当两电极组成不同或反应不同,则被称为非对称型电容器。

1.1 双层电容器

双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件。当外加电压加到超级电容的两个极板上时,与普通的电容器一样,极板的正电极存储正电荷、负极板存储负电荷,进一步在超级电容的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液的内电场中,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下),而当两极板间电势超过电解液的氧化还原电极电位时,电解液将分解为非正常状态。

由于随着超级电容的放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷相应减少。因此,超级电容的充放电过程始终是物理过程,没有化学反应。因此,其性能是稳定的,与利用化学反应的蓄电池是不同。超级电容器为正常工作状态的当电极和电解液接触时,由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用,使固液界面出现稳定的、符号相反的两层电荷,称为界面双电层[7]。超级电容器的结构如图2所示。

在图2中,超级电容器的结构如图2所示,其电极多为活性炭多孔化电极,有活性炭(粉末和纤维)、炭气凝胶和碳纳米管。双层电容器的容量大小与电极材料的空隙有很大关系。当电极材料的孔径大小在2～50nm之间,孔隙率越高,其电极材料表面积就越大,电极上积累电荷就越多,双层电容器的容量就越大。在超级电容器结构图中,使用电解电容器纸的隔膜起到了引出电极、多孔化活性炭和隔膜外的所有空间均填充电解液的作用。这样可以大大提高实际面积与空间面积的比例,并且具有流动性的电解液可以与多孔化的活性炭电极紧密接触使得实际电机具有更大的有效极板面积。平板电容器的容量为

式中C为平板电容器的电容量,其中S、d、ε0、ε分别为电容器的极板面积、极板间距离、极板间介质的相对真空的介电系数和电介质的介电常数。由公式(1)可以得出,当电极表面积越大,极板之间距离越小,电容器的容量就会迅速扩大。

1.2 法拉第准电容器

法拉第准电容器是在电极表面或体相的二维或准二维空间上,活性物质发生了欠电位沉积,进而发生高度的化学吸脱附或氧化还原反应,并产生了与电极充电电位有关的电容。由于在体相中进行氧化还原反应,其最大电容值相当大。通常,碳材料的比容为20 x 10-6F/cm2,而吸附型准电容为2000 x10-6F/cm2。因此,法拉第准电容器的容量为通常双层电容器10～100倍。法拉第准电容器的电极材料为金属氧化物,因此法拉第准电容器又可以被称为贵金属氧化物超级电容器。它所采用的电极材料通常是过渡金属氧化物,如MnO2、V2O5、RuO2、IrO2、NiO、H3PMo12O40、WO3、PbO2和CO3O4等。[5]其中,RuO2作为法拉第准电容器的电极材料,它具有更高的导电性。RuO2在H2SO4电解液中的比容可以达到700～760F/g。但RuO2材料的稀有性和高价格限制了它的广泛应用。

1.3 导电聚合物电极电容器

导电聚合物电容器是一种新型的电化学电容器,它具有高性能和比贵金属超级电容器更优越的电性能。因为聚合物产品具有良好的电子电导率,可通过选择相应聚合物的结构进一步优化集合物的性能,从而提高电容器的容量。导电聚合物是通过法拉第过程大量储存能量,它是借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心,正、负电荷中心的充电程度取决于电极电势。导电聚合物电极电容器可分为三种类型,第一种为对称结构电容器。这种类型电容器中的两电极为相同可p型掺杂的导电聚合物。第二种为不对称结构电容器。此类型电容器是两电极为不同的可进行p型掺杂的聚合物材料。第三种电容器是导电聚合物可以进行p型和n型掺杂,充电时电容器的一个电极是n型掺杂状态,而另一个电极是p型掺杂状态,放电后为去掺杂状态。而当两电极的分别为n型掺杂和p型掺杂时,电容器具有类似蓄电池放电时的特性,即充分利用溶液中的阴阳离子来进行放电的过程。[8]聚乙炔、聚毗咯、聚苯胺、聚噻吩等聚合物为现今有限可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂的导电聚合物。

2、超级电容器的充放电方式

当外加电压加到双层电容器的两个极板上时,极板的正极上为正电荷,极板的负极上为负电荷。电解液在两极板产生的电场作用下,在与电解液和电极间的界面上形成了相反的电荷。以此来平衡电解液的内电场。当电容器两极板间的电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上的电荷不会脱离电解液,这是电容器的放电过程。而当电容器两端的电压超过电解液的氧化还原电极电位时,电解液将进行分解,此过程就为电容器的充电过程。图3所示双层电容器的充放电过程示意图。

1.双电层2.电解液3.极化电极4.负载

对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。当在和多孔过渡金属氧化物发生氧化还原反应时,有如下现象出现在充放电过程中:

(1)两极电位与电极上施加或释放的电荷几乎呈线性关系;

(2)系统的电压随时间呈线性变化,则可以表示为:

其产生的电流为恒定或者几乎恒定的电容性充电电流为:

此充放电过程是动力学高度可逆,反应随着电荷的转移,进而实现能量的储存。以RuO2反应为例,从图4可以看出法拉第准电容器充放电的大致过程。以RuO2作为电极,H2SO4作为溶液的电容主要取决于法拉第准电容器。当在电极上发生法拉第反应,其反应方程式为:

RuO2+xH++xe-=RuOz-x(OH)x

此反应是通过在RuO2的微孔中发生可逆的电化学离子注入,它不仅发生在电极表面,而且可深入电极内部,从而获得比双层电容器更高的电容量和能量密度。

3、混合动力汽车中的超级电容器及其选用

超级电容器的高功率输出、快速充电、宽温度范围以及使用寿命长等方面明显优越于传统动力电池。对于汽车在启动、加速、爬坡时的大功率输出要求均能较好的满足。在汽车中当超级电容与动力电池配合使用时,可以减少大电流充放电时对电池的伤害,延长使用寿命。拥有超级电容器的混合动力汽车可以明显减少汽车的总排放量,节约能量,其燃料可以减少25%的用量[12]。图5为带有超级电容的混合动力汽车的基本结构组成示意图[11,12]。

以城市混合动力公共汽车为例,可以看出超级电容器在汽车使用实际情况[10]。该城市混合动力公共汽车是由一个85KW的异步电机作为驱动电机,通过一个125KW柴油机恒速驱动同步发电机馈电和带有超级电容的能量存储单元与经过相控稳压器电路链相耦合的供电系统向自换向双向变化器供电。当车速低于20km/h,超级电容器开始放电;当柴油机的输出功率小于50KW时,超级电容器也开始放电。超级电容器可以进行在汽车制动时进行能量的回收,其储能单元与柴油机都在高效运行状态。超级电容器通过自身的这些优点使燃料消耗降低了26%,城市的总的能量需求减少了18%,并且减少了城市范围内的大气污染。超级电容器不但可以应用在公共汽车上,在需要进行各种加速和制动循环地铁与轿车上也可以广泛的使用[6]。

对于超级电容器的具体工作流程,可以通过一实例来进行说明。当一台质量为2吨的汽车在看见红绿灯时开始制动,其初始制动速度为50Km/h,经过制动后直到速度为0。它所产生的动能可以被存储在超级电容器中。超级电容器的初始充电电压为UE=46V,充电完成时电压为UA=25V。通过下面的公式(2)和公式(3)可以得出在此充电过程中所需要的电容量。

汽车制动产生的能量

其中,质量m=2t=2000kg,速度v=50km/h=13.89m/s。经过上式计算得到能量为193kJ。

再由下式能量与电容的关系可以得出储存制动能量所需的电容:

最终可以得出存储制动能量所需要的电容为260F。

在此制动过程中,假设制动时间为10s。利用公式(5)可以得出完成此制动过程的制动电流。

根据上式可得到对应的制动电流为546A。

在选用电容器时可以通过以上计算结果来选取合适的容量与数量的电容器进行组合。经过以上公式计算,此辆汽车需要260F的电容量和46V的涌浪电压。其电容可以用18个5000F/2.7V的超级电容器进行串联可以满足。

4、超级电容器的其它应用领域

目前的内燃机型的汽车基本上是用蓄电池组来启动柴油发电机组的,蓄电池的充放电时间较长,在冬天启动汽车比较困难。冬天,很多司机都会将卡车处于怠速状态,以保证卡车在停了几个小时后能重新启动。德国的研究人员对超级电容器应用在汽车发动机的快速启动上做了研究[10],以解决怠速停车产生的能源浪费问题。他们使用一个小的蓄电池并联一个超级电容器代替原蓄电池为车辆启动提供动力。超级电容器+蓄电池组构成的启动能源系统的质量仅为传统车用蓄电池的1/3,但却使启动机的启动扭矩提高50%,而且启动转速也有所增加[10]。

另外,在其他领域超级电容器也获得成功的应用,超级电容器替代电解电容器,应用在高压变电站及开关站的电容储能式硅整流分合闸装置中,作为储能装置,可以解决电解电容器由于储能低及漏电流大造成的分合闸装置町靠性差等缺点,防止产生严重事故[11]。超级电容器代替电解电容器能保持原装置简单的结构,还能降低成本,减少维护量[11]

超级电容器也可以用于分布式电网的储能。该系统利用多组超级电容器将能量以电场能的形式储存起来,当能量紧急缺乏或需要时,再将存储的能量通过控制单元释放出来,准确快速地补偿系统所需的能量,从而实现电能的平衡、稳定控制[11]。

新一代的激光武器、粒子束武器、潜艇、导弹以及航天飞行器等高功率军事装备在发射阶段除了具有常规高比能量电池外,还必须与超大容量电容器组合才能构成“致密型超高功率脉冲电源”,通过对脉冲释放率、脉冲密度、峰值释放功率的调整,使脉冲电起飞加速器、电弧喷气式推进器等装置能实现在脉冲状态下达到任何平均功率水平的状态。Evans公司开发了一种大型的超级电容器,计划应用于海军。Evans公司的这种电容器的工作电压为120V,存储的能量超过35 kJ,功率高于20kW[5]。

超级电容器由于具备高比功率、长循环寿命等优势,使其作为许多电力行业的首要选择。目前已应用于计算机备用电源、信号灯电源及与燃料电池、镍氢电池等动力电池复合作为电动汽车的动力电源。尤其是混合动力汽车和纯电力驱动汽车,超级电容器重要的研究方向之一是将其与高比能量的蓄电池连用,在车辆加速、刹车或爬坡的时候提供车辆所需的高功率,在车辆正常行驶时则由蓄电池充电或由车辆刹车时所产生的电能充电,减少汽车对蓄电池大电流放电的要求,达到减少蓄电池的体积和延长蓄电池寿命的目的。

目前,超级电容器的研究主要围绕碳材料展开,但是制备的电容器比能量很低,而且性能有待进一步提高。纳米碳材料的出现和发展为超级电容器电极材料研究提供了新的发展方向,将给超级电容器性能提高提供广阔的发展思路和空间[8]。

5、结论

在与蓄电池和传统电容器相比,超级电容器在功率密度、寿命、快速充电性能以及工作温度方面具有明显的优势,但在成本和能量密度方面仍需要大幅度的提高。超级电容器在电动汽车和混合动力汽车中的应用具有巨大的优势。尤其当车辆启动和爬坡需要大功率能量输出时,超级电容器的快速响应相对比传统蓄电池电动汽车的优势不言而喻。超级电容器的优势同样可以应用在传统内燃机汽车蓄电池问题、电力系统的储能以及军事新兴武器研究等各个领域。随着对超级电容器研究的深入,其实用性和性能将不断提高,超级电容的前景将无限宽广。

参考文献

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保时捷混合动力超级汽车 篇11

2009年3月，保时捷918 Spyder首次在日内瓦国际车展(GenevaMotor Show)上亮相，展示保时捷在电池驱动的混合动力车方面的研究成果。抢眼的样式结合最“绿色”的特征：零排放的“电动”模式一次充电可行使16英里(约25.7千米)。考虑到某些欧洲城市可能会制定收取以排放为基础的准入费或者交通拥堵费，918 spyder将只提供给那些兼顾超级跑车性能和环保理念的少数富裕买家。

3.6升V8汽油发动机的输出功率为500马力(每分钟的最高转速为惊人的9000转，分)通过7速直接换挡变速器驱动后轮。发动机和传动系统之间的电动机在需要时提供额外的扭矩。至于前面，一对电动机(每个前轮一个)驱动所有轮胎。加在一起后，三个电动机为500马力的汽油发动机又增加了218马力。电动机由5.1千瓦时的锂离子电池组驱动。

在大多数高性能汽车中，司机都可以选择不同的驾驶模式，软件可以有不同的设置，操控发动机、动力分配和稳定控制系统。“混合动力跑车”模式能让司机在需要时增加额外的电驱动，在转弯或超车的时候加速。在传说中的纽伯格林(Ntirburgring)赛道上，保时捷的模拟测试表明918 Spyder比其上一款超级跑车卡雷拉GT(Carrera GT)速度更快。

918 Spyder预计售价约为60万美元，是特斯拉汽车2010 Roadster10.9万美元的好几倍。不过保时捷也正在测试其入门级跑车博克思特(Boxster)的全电动模式。IHSAutomotive顾问公司的行业分析师丽贝卡·琳德兰德(Rebecca Lindland)表示，保时捷的高性能混合动力车，包括奥迪和梅赛德斯一奔驰的混合动力车对新的电动汽车制造商来说将是一个挑战。

“这给特斯拉(Tesla)和菲克斯(Fisker)带来了巨大的压力。”琳德兰德说，“他们是拥有良好设备和众多资源的汽车制造商，突然间跑来分特斯拉的一杯羹。”

琳德兰德表示，918 Spyder这样的车表明了之前持怀疑态度的汽车制造商是怎样热衷于应对越来越严格的二氧化碳排放限制及燃油效率的要求。

J.D. Power andAssociates的动力传动系预测部经理麦克·奥莫托索(Mike Omotoso)表示，保时捷918 Spyder所用的一些技术可能最终将用于保时捷生产的其他车型上；也有可能用于大众公司(拥有保时捷的控股权)的车型上。奥莫托索指出Spyder可能是第一款轮毂电机驱动电动汽车产品。“这种设计的挑战在于每一个车轮都要集成冷却系统和刹车系统。”他表示。

尽管它很强大，但保时捷表示，根据欧洲试验循环，918 Spyder的水平相当于每加仑78英里(约125.5千米)。美国环保署正在检测雪佛兰2011款增程型电动汽车，但是其实质性的挑战在于提供关于汽车燃油消耗的有用信息，关键在于它是如何被使用的。

混合动力汽车动力总成设计构想 篇12

1 高压共轨柴油机电控技术简介

高压共轨柴油发动机采用电子控制单元 (Electronic Control Unit简称ECU) 从传感器 (油门位置、转速、大气状态、水温、共轨压力) 获取信息, 结合约束条件, 查找预先设定好的MAP, 调整喷油器的主喷, 预喷和后喷 (可选) 时长, 达到控制喷入气缸油量目的。博世高压共轨柴油机电控系统以转速为输入, 结合转速、油门来控制油量和喷油时间, 高压共轨柴油系统以扭矩为输入, 控制最后的油量和喷油时间。

2 电机驱动系统控制简述

电机驱动系统作为类似发动机功能单元的动力单元通常由电机和电机控制器组成。而电机控制器由电机控制器核心板, IGBT驱动电路, 控制电源, 结构和散热系统, 高压开关控制电路组成。控制器核心板负责接收整车控制器的指令并反馈信息, 检测电机系统内传感器信息, 根据指令和传感器信息产生逆变器开关信号;IGBT驱动电路接收CPU板开关信号并反馈信息 (如各相电流) , 放大开关信号并驱动IGBT, 提供电压隔离和保护功能;控制电源为CPU板和驱动电路提供多路相互隔离的电源;结构和散热系统则为电力电子模块散热, 支撑组件安装并提供环境保护;高压开关控制电路负责接受信号将直流电源能量传递给逆变器, 减少突然接通电路的大电流冲击。

各种电机转矩-转速特性在加减速或速度调节情况下都服从运动学方程Te-TL=J*dn/dt (Te为电磁转矩, TL为负载转矩, J为转动惯量, n为电机转速) , 对于恒定负载或者突加减负载, 只需要控制电机电磁转矩即可。

以某型号永磁同步电机 (额定75kw, 输出扭矩540N.m) 控制为例, 接收扭矩请求后将扭矩控制转化为定子q轴电流PI调节;励磁或弱磁控制部分转换为定子d轴电流PI调节[2]。空载情况下在线修改整车控制器RAM指令, 经过CAN总线发送给电机控制器, 0-1.48秒间发命令扭矩20N.m, 转速上升斜率较小, 1.48秒时刻更改为40N.m命令扭矩, 转速上升斜率变大, 在低速空载情况下电机经过报文发出的扭矩和命令扭矩有差异, 真实值需在测功机上测量。电控发动机和电机控制可实现CAN总线模式下转速和扭矩控制, 发动机ECU其通讯协议遵循SAE J1939, 电机控制通讯协议需要自行设定。

3 整车电控技术原理和设计

基于以上对发动机和电机控制的认识, 在并联式混合动力客车中可类比传统柴油车的控制方式, 由司机加速踏板开度 (即传统车油门) 和制动踏板开度, 发动机及电机转速, 并结合发动机水温等约束条件分配二者扭矩。对于串联或者增程式混合动力客车, 尽可能使得发动机转速位于经济区域, 即主要是发动机转速控制和发电机的扭矩控制。除了发动机和电机自带的ECU, 需要另外设计整车控制器 (Vehicle Control Unit简称VCU) 。

3.1 整车控制原理

串混或增程式系统主要驱动力来自驱动电机, 根据电机转速和加速踏板及制动踏板查询扭矩需求得到驱动电机的需求扭矩, 再结合A-PU (即发动机-发电机系统所能提供的电流限制) 得到电机的目标扭矩, 该目标扭矩由整车控制器经过CAN报文发送给电机控制器, 而电机需求扭矩转化为能量需求并结合电池 (或者超级电容) 电压以及剩余电量SOC转化为APU电流需求, 再经CAN总线实现对发动机转速和发电机扭矩 (或者励磁PWM) 需求。

对于并联混合动力, 由于发动机的转矩响应受瞬态空燃比控制燃油补偿等因素较目标扭矩迟滞, 而电机的扭矩响应在毫秒级, 可认为是瞬变量。若某一时刻目标扭矩是600N.m, 分配给电机和发动机扭矩分别是200 N.m和400 N.m, 必然导致瞬间合成扭矩和目标扭矩差异较大影响舒适性, 以并联式混合动力客车从纯电动切换到发动机单独驱动为例, 电机目标扭矩瞬间变为0, 此时发动机输出扭矩尚未输出到位将导致动力中断, 需要电机转矩补偿或者延缓电机响应。

3.2 VCU硬件结构

设计一款采用freescale S12X系列处理器的VCU, 负责采集挡位, 加速踏板和制动踏板信息, 并根据转速或者车速信息, 发送扭矩命令给电机控制器和发动机ECU (也可用总线油门或者硬件油门信号) ;对于带有自动变速箱的车辆, 需要根据挡位和位置传感器由H桥电路控制离合器或者选档换挡执行器;对于串联式混合动力汽车, 通常需要控制发电机励磁或发电机扭矩需求。

发动机ECU的RAM设计为1-2MB, 单片机自身RAM通常难以达到, 需要另外用地址数据总线扩展, 可标定数万个浮点型变量和若干一维和二维MAP。S12X处理器RAM为64KB, 在标定变量不是特别大的情况设定某个RAM地址区域用于MAP和可调整参数标定, 通常使用CAN Calibration Protocol (CCP) 协议。

3.3 VCU软件结构

在codewarrior下新建工程文件project后, 手工代码完成硬件层驱动程序, 如CAN, AD, PWM等功能。控制策略部分通常采用Matlab Simulink中进行上层算法建模仿真调试, 其软件结构通常分为初始化和步进执行两部分。初始化不进入无限循环只需要执行一次, 而步进执行部分分不同的周期需要在无限循环中执行, 该周期需要在simulinkconfigue中设置且须和project中执行周期一致。然后利用Real-Time Workshop工具箱对上层算法进行自动代码生成。最后需要在Codewarrior集成开发环境中将生成的C代码形式的上层算法与手写代码进行拼接, 整合与调试, 编译连接之后生成在单片机环境下运行的可执行文件, 可通过串口或者CAN下载已经编写bootloader的VCU中。

4 结束语

以扭矩为切入点分析发动机和电机控制的共性从而扩展应用到混合动力汽车研发是本文的主要脉络。建立在Freescale S12X处理器平台的整车控制器可实现simulink算法生成代码, 并通过扭矩命令 (或者转化为发动机油门) 实现对电控发动机和电机的控制可以应用于混合动力汽车开发。

参考文献

[1]黄海燕.汽车发动机试验学教程[M].北京:清华大学出版社, 2009.