混合动力电动汽车的探讨及前景分析

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内容提要：坦率地说，成品油价格的上涨肯定会对普通欧洲人的生活产生影响。欧盟政府首先把这归咎于国际原油价格的高位徘徊。的确，在最近的几个月，或者说几年内国际原油价格一直是一路飙升。欧盟正向各个原油出口国施压，希望他们能提高原油产量，从而使油价回落到正常水平。但是，在各种影响成品油价格上涨的因素中，由于原油价格上涨而造成的成品油价格上涨的部分在总的成品油价格上涨里面仅占不到一半，其最主要的原因还是在于各国政府的燃油税上涨。随着世界石油资源逐渐贫乏，寻求新能源已成为解决石油危机的必然选择。混合动力电动汽车应运时代的要求，逐步走向规模化和产业化。本文主要介绍混合动力电动汽车的不同种类车型的特点，并对混合动力电动汽车的发展作出了大胆的展望。
关键词：能源危机  新能源汽车  混合动力  电动汽车
      如果说发展汽车新能源在过去还不那么为人们所重视的话，2005年一场油荒的到来真正让人们从直观上感受到了”能源危机”的真正含义。毫无疑问，寻求新能源，成为了解决石油危机和环境污染的必然选择。对于各大汽车制造商而言，研发出可替代石油的新能源无疑为汽车工业又打开了一扇窗户。21世纪是人类社会面临能源瓶颈和环境挑战的时代，21世纪也将是汽车面临新技术革命的时代，以石油为主要能源的传统汽车产业必将转变成为一个以新能源为支撑的高新技术产业。所谓新能源汽车，是指汽油、柴油汽车之外，以清洁能源替代燃料和电能的汽车的总称。目前，在汽车界所指的新能源一般包括电池驱动电动汽车(BEV，简称纯电动汽车)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCV)三大主流技术。
      1 发展混合动力电动汽车的可行性
     虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比要差上百倍，远未达到人们所要求的数值。专家估计在未来一段时间内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车，为此想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力电动汽车——HEV (Hybrid—Electric Vehicle)。所谓混合动力就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组，这样既利用了发动机持续工作时间长、动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。混合动力驱动车辆在运行中，能向蓄电池组补充电能，因此，没有必要像电动车(电瓶车)那样，必须停歇在车库(或充电站点)内花很长时间充电。混合动力驱动的车辆不论在小轿车或大型车辆(如公共汽车)领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。
      混合动力电动汽车(HEV)，是在目前还找不到理想的高质量比能量和质量比功率的车载电源之前，电动汽车的发展暂时受到阻挠而发展起来的新型车型，HEV既是一种过渡型车型，也是一种独立型车型，在21世纪HEV将会得到迅速的发展。
     2 混合动力电动汽车分类及其特点
     混合动力源电动车按照能量合成的形式主要分为串联式(SHEV)、并联式（PHEV）和混联式三种，基本结构如图1、图2、图3所示。



    2.1 串联式混合动力电动汽车
      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，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动，负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处于如启动、加速、爬坡的工况时，发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不管在什么工况下，最终都要由电动机来驱动车轮。其适用于市内常见的频繁起步、加速和低速运行工况， 可以使发动机在最佳工况点附近稳定运转：它通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的， 从而使复杂工况下系统的性能有所提高。在电池SOC较高时还可以关闭原动机(发动机)，只利用电池进行功率输出，使发动机避免了怠速和低速运行工况，提高了发动机的效率，减少了有害物排放。但是串联式结构的燃油经济性还有待提高。这是因为虽然发动机的工况得到改善，但是发动机作的功，通过发电机、电池、控制器和电动机，在电能与机械能的转化过程中有效率损失，所以整个驱动系统虽排放较低，而效率没有根本性的提高。这种系统主要用于城市大客车， 在轿车中很少见。
    2.2 并联式混合动力电动汽车
      并联式结构有发动机和电动机两套驱动系统。发动机与电动机并联， 电动机与发动机都可以驱动车轮。电动机可以作为发电机给电池充电，不再需要额外的发电机。在车辆行驶时，以发动机为主要动力源；在车辆起步或加速时则使电动机工作，作为辅助驱动力。当发动机效率低的低负荷工况时，则电动机功能转变为发电机功能，向蓄电池充电。其次，在车辆制动或下坡减速行驶时，则通过制动能量回收系统进行制动能量回收，进行发电，并向蓄电池充电。而车辆停止时，使发动机停止运转，以限制能量消耗。它们既可分开工作也可一起协调工作，共同驱动车轮。并联式混合动力电动汽车可以在比较复杂的工况下使用，应用范围比较广，但是对发动机工作状态的优化和对能量系统的管理则提出了更高的要求。
     2.3 混联式混和动力电动汽车
      混联式也称为串并联式，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点，丰田的Prius系列的混合动力系统采用的就是这种工作方式。工作时，利用动力分配器分配发动机的动力：一方面直接驱动车轮，另一方面自主地控制发电。由于要利用电能驱动电动机，所以与并联相比，电动机的使用比率增大了。
      图4所示为不同混合动力系统中电动机与发动机的功率分配情况。

    3 我国的混合动力电动汽车研发需要解决的问题和关键技术
   3.1 需要解决的问题
    混合动力电动汽车所需要解决的问题包括以下几个方面。
      （1）由于车况的变化，电池必须经受不同电流的充放电循环作用， 这就要求电池不但应具备较高的能量密度，而且要求较高的功率密度及充放电效率和较长的使用寿命。能量存储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。
      （2）动力分配装置和能量管理系统是各种运行状态的控制管理枢钮，技术难度大，加工精度高。发动机频繁起动、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。
      （3）建立先进的驱动系统数学模型， 并在此基础上进行计算机仿真和分析。
      （4）混合动力系统结构复杂，制造成本高，维修比较困难，售价相对较高，所以必须在减轻质量、减小尺寸和降低制造成本上多做工作。
      3.2 关键技术
   3.2.1能量存储技术
      蓄电池的开发和充放电特性是混合动力电动汽车研究的关键，由于电池的作用是储存、输出尽可能多的电能，以提高汽车的续驶里程，因此对混合动力电动汽车用电池不仅仅要求高能量密度， 同时还要求高功率。现在，镍氢电池和锂离子电池已成为混合动力电动汽车首选。镍氢电池已广泛地应用于电动汽车、计算机、医疗器械以及其他领域。该电池技术的关键是， 其储存氢的合金应该是一种能够稳定地经受无数次循环反复使用的材科。镍氢电池容量大，可以循环使用，但主要缺陷是成本高，效率低，同时还需要控制氢的损失。离子电池电压高，能量密度高，有更高的功率，且充电时间短。预计在2006～2012年期间，随着锂离子电池进一步发展，其市场份额将会逐步扩大。从发展看，能量储存装置的研究应该包括以下几个方面： 一是电池设计和制造方面的改进，以降低制造成本、改善电池的性能和提高寿命，并进行电池充放电动态特性的研究； 二是研究电池内部的连接、检测、监控以及便于将整个电池子系统安装在汽车上的支撑机构； 三是电池的热能管理及剩余电量管理。
    3.2.2 混合动力单元技术
     在混合动力电动汽车上， 热力发动机又被称为混合动力单元。在并联混合动力电动汽车上，混合动力单元通过传动轴驱动车轮， 同时电动机也承担一部分功能，因而使得混合动力单元能够采用尺寸更小、效率更高的热力发动机；在串联混合动力电动汽车上，混合动力单元驱动一台发电机产生电能，由于汽车的行驶与发动机没有直接的联系，因此混合动力单元也能够采用小型高效的发动机，且其运行工况可以固定于较小的高功率区。
      当前，混合动力单元研究的主要对象是热力发动机和燃料电池。其在燃料的使用方面也出现了很大的变化，除了柴油、汽油外，还有天然气、液化气和酒精等代用燃料。要提高混合动力单元的燃料经济性，对混合动力单元必然提出更多的要求。对于汽油机采用电喷技术、增压技术、可变定时进气系统、多气门技术以及稀薄燃烧技术等是必然的要求。而对柴油机应采用多气门技术、电控技术、增压技术、可变定时进气技术、可变涡流进气技术、直喷技术及新的喷油技术等。混合动力电动汽车的主要目标是降低排放，所以，控制混合动力单元的排放将是今后研究的重点。目前对混合动力单元的研究主要集中于：一是燃烧系统的优化，通过观察燃料与空气混合物的点燃和燃烧的过程，发现形成氮氧化物的机理，从而改进燃烧系统；二是尾气处理技术，主要研究高效的尾气催化系统； 三是代用燃料的研究。
     3.3.3 控制策略技术
     HEV产品开发中最关键的环节是根据不同的混合动力驱动系统制定和优化其控制策略。HEV根据开发目的、使用环境及价格水平的不同，可选择采用串联或并联型式，且其动力混合的轻重程度也不同，因而控制策略也就各具特色。国外通过系统建模仿真对此进行了大量的匹配理论研究。混合动力系统的精确运转依赖于优化控制的实现，而控制系统的开发是混合动力系统的最关键的技术创新。控制系统的功能首先是根据采集到的速度和负荷等数据，计算出对应的要求输出的功率；计算出以最高效率为基点分配到内燃机与电动机上的功率值，即实现内燃机与电动机的最优功率分配比；然后，根据功率分配比，需有驱动电动机的功率值和其他有关数据，给出内燃机的控制参数和电动机的控制参数。同时，驱动执行器完成这两个层次的工作控制。在执行器设计中，功率分配装置的设计及其与变速器的一体化设计是关键的部件设计工作．因为它要根据控制器的指令，正确地进行内燃机功率向驱动车辆功率和驱动发电机功率的分解。因此，混合动力系统的开发不仅在于电子技术、计算理论与算法和软件技术，而且在执行部件的设计与制造等方面都是难度较大的工作。
    4 混合动力汽车的前景展望
      大家都知道，我国的石油仅占世界石油资源的2%，而我国人口数量却占世界总量的22%，那么我国的人均石油资源仅占世界的1/10，在这样的情况下，我们必须想办法节约能源，减少我国大量汽车所消耗的资源，混合动力汽车是一个时代的产物，这是其一。其二，汽车业的发展给环境保护带来比较大的压力，汽车不仅是废气的排放，而且噪声都会影响我们城市的环境，发展混合动力汽车，环境污染可以减轻，为我们提供一个更好的生存环境作出进一步的贡献。其三，汽车业是我们国家经济发展的一个重要的支柱。
    5 结束语
      混合动力车辆已成为一股不可阻挡力量，在改变着汽车产品的结构和构成，并大量的走向实用化。据《Auto Mfg ＆ Production》（汽车制造与生产）QIKAN报导，世界汽车市场上，混合动力车2010年将达100万辆，2015年将在世界汽车市场占15％，2020年占25％，这是相当大的比例。我们粗略估计，2020年全球汽车如果产量在1亿辆，那么，混合动力车将是2500万辆了。总之，混合动力车辆在相当一段时间内前景广阔，并受市场欢迎，逐渐成为汽车行业的主导产品。

penphee

LZ怎么连个说明也不给哦
谁知道是什么东东，值不值得下

hsg1989

真实的，你也没必要为了挣分用这招吧。。、白瞎了我三分了~~东西又不好~~

ysl50889

呵呵，不是吧，这还不好，你还想要什么呢。

magic

这个都不是什么新的话题了……

ysl50889

回复 hsg1989 的帖子

不好意思，你也许觉得没用，但别人可不这么想。希望多提宝贵意见。谢谢！

zpc3166

这个问题大家早就意识到了，可是现在跑的还是烧油的车