混合动力汽车发展概况

混合动力汽车发展概况
前言
混合动力汽车:混合动力装置是将传统发动机尽量做小一点,让一部分动力由电池- 电动机系统来承担,既发挥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、低噪声的优点。

混合动力汽车是采用传统的内燃机和电动机作为动力源,通过混合使用人力和电力两套装置开动汽车达到节省燃料和降低排放污染的目的,实用的内燃机既有柴油机又有汽油机,但是共同的特点是排量小、质量轻、速度快、排放好。

电动系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。

混合动力汽车按照能量的合成主要分为串联式和并联式两种。

混合动力汽车与纯电动汽车相比,降低了对电池能量密度和容量的要求,减轻了电池部分的质量,有利于提高汽车的质量利用系数;动力性、续驶里程以及乘员的舒适性都得到了保证;无需增加充电设施,易于推广应用。

与传统的汽车相比,原动机经常处于最佳工况,降低了排放;能量自动回收,提高了能量利用率;采用纯电动行驶模式,可以在特定的区域实现零排放。

混合动力汽车除发动机、电动机、蓄电池等各种单元基础外,重要的技术是各系统的电子控制技术和整车的动力系统优化,匹配好的系统能达到节省燃料50%、排放下降80%、制动能量回收达到30%。

“十一五”期间,重点研究开发和掌握混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车、代用燃料汽车整车和零部件的关键技术,建立整车评价平台,推动标准体系的建设,促进节能环保机车的产业化。

国际上对哪种技术才是汽车产业的发展方向存在很多争议。

就目前现状来看,混合动力汽车凭借其较为成熟的技术,结合我国汽车工业的技术状况,发展混合动力汽车较为适宜
一、国外混合动力技术发展现状及趋势
随着人们对可持续发展的认识程度越来越高, 各国政府也将可持续发展战略列入首选课题。

上世纪90年代以来, 国外所有知名汽车公司均投入巨资开始进行电动汽车和混合动力汽车实用车型的研制和开发。

很多公司采用了包括现代电子、精密机械、控制技术、新型材料甚至航天技术在内的各种高新技术, 使不
少样车的主要动力性指标达到了燃油汽车的水平。

进入21 世纪后, 各国加快了HEV 的概念产品化的进程, 相继推出了不同型式的HEV 产品, Toyata 的Prius、Honda 的Insight 、Ford 的Prodigy、Daimler Chrysler 的ESX3、GM的Precept 、Nissan 的Tino 等都是具有代表性的车型, 其中Prius 和Insight 已是成熟的产品, 并将继续扩大生产规模, 其它车型也将在2～3 年内推向市场。

很多车型都显示出了优良的环保与节能性能。

这标志着HEV 市场的逐渐成熟。

随着各国环境立法的日趋严厉, 电动汽车、混合动力汽车性能的日益提高以及其成本的不断降低, 混合动力汽车的市场份额逐渐增大,已成为重点发展的新型汽车。

日本混合动力型汽车发展状况
1997 年12 月在日本京都召开的防止地球温暖化会议, 具体确定了发达国家温室效应气体排放的削减目标, 进一步加快了日本有关各界对于环保措施制
定和实施的步伐, 特别是汽车产业投入前所未有的力量致力于低燃料费、低污染汽车的研制开发。

目前的低燃料费、低污染汽车主要是以直喷式发动机为主,另外还有电动汽车、燃料电池汽车、甲醇汽车、天然气汽车、混合动力型汽车等, 这些采用不同动力燃料的汽车均具有各自的优点和不足。

例如: 直喷式发动机是在高技术的支撑下诞生的, 使其进一步提高性能存在相当大的难度;电动汽车充电一次行走距离短,而且需要配置充电设备; 天然气汽车虽然能够减少二氧化碳排放但也具有一定的限度; 燃料电池汽车则存在燃料氢的存储问题等。

但是,由于混合动力型汽车与汽油燃料汽车相比, 不仅燃料费用减少一半, 而且二氧化碳的排放量可降低至普通车的1/ 2 , 排放的有害气体也可削减到规定值的1/ 10 , 具有低燃料费和低污染双重优势。

因此, 日本的汽车制造业普遍认为混合动力型汽车是目前最具有开发前景的车种。

1. 日产汽车制造公司
1997 年5 月16 日该公司开发出了可以使连续行驶距离增加一倍的串联式混合动力型微型轿车(排气量1300CC、搭载汽油发动机) 。

同年9 月30 日日产又开发出使燃料费降低一半,并且可以批量生产的并联式混合动力型汽车系统。

日产开发混合型汽车其动力传送系统的主要设计思想与丰田公司基本相同, 大
致可概括为: 将动力源分为汽油发动机和A、B 两个电动机,根据不同的行驶状况,使之达到最佳利用状态。

即起动和低速行驶时(约30 公里/ 小时以内) , 仅利
用A 电动机驱动; 中速行驶时利用发动机驱动(但急加速时A 电动机也进行辅助动力传送) ; 减速时则将电动机作为发电机使用,进行能量回收。

B 电动机一方面是作为起动发动机, 另一方面在电池的充电量低于一定电平时回收发动机的
动能作为发电机使用。

从减少排放的角度看, 日产和丰田两家开发的混合动力型汽车基本达到了同一指标。

但与丰田公司最大的不同是日产公司于1997 年9月开发出的世界第一台排气量2000CC 级、搭载皮带式无级变速机的混合动力型汽车可使燃料效率进一步提高20 %。

由于变速装置完全是电子式控制,因此可根据不同的行驶状态,理想平稳地控制发动机的输出功率和转矩, 提高传动效率。

另外, 电池是使用了日产电子研究所和索尼公司共同研制的锂离子电池。

关于锂离子电池的实用化问题, 尽管在技术方面还有提出疑问的可能性, 但通过电动汽车搭载考核已经证明并不存在实际应用问题, 目前已经进入了可使用自如的实用阶段。

虽然锂离子电池的成本要比镍氢电池高, 但由于把钴电极置换成锰电极的研究
正在取得进展, 如果能够实用化则可使成本降低。

开发的串联式混合动力型汽车的电池重量仅是电动汽车电池重量的1/ 3 , 并联式还可比串联式轻1/ 3 , 这样为混合动力型汽车的小型化和轻型化奠定了基础。

日产公司计划在今年下半年或年底之前将混合动力型汽车投放市场, 并且把开发所有车种的混合动力型汽车作
为今后的研究方向。

2. 富士重工
目前日本大多数汽车制造公司开发的混合动力型汽车的排气量均在1500CC 以上,而富士重工则将研制微型(660CC) 混合动力型汽车作为自己的主攻目标。

其原因主要是: 微型汽车在日本国内占有一定的市场, 微型混合动力型汽车无论在重量还是开发成本等方面都具有一定优势, 制造技术也相对简单。

目前该公司已经制造出了试验用车体, 实际走行实验模型的测试工作也正在进行, 但批量生产尚没有具体的时间表。

在能量存储方面, 富士重工采用了两种不同形式的电池,一种是双层电容器,另一种是锰锂离子电池。

前者在起动和加速时可瞬间提供较大的功率, 但存储能量不多。

而后者则与电动汽车的电池相似,存储容量大,行驶距离长。

根据不同的行驶状态切换使用两种不同种类的电池是该公司开发微型混合动力型汽车的重要设计思想和特色。

另外, 在微型车的顶棚装有太阳能吸收板, 利用停车时间可对其进行充
电。

如果每天平均充电4 —5 小时,大约可得到行驶7 —8 公里的距离能量。

丰田汽车日前就与其拥有资本合作关系的富士重工业之间的业务合作，发表了生产及开发方面的具体内容。

生产方面，将在富士重工业位于美国的工厂开始生产丰田车。

开发方面，目前已就委托富士重工业开发丰田车，以及在富士重工业的混合动力车上使用丰田汽车的系统达成了意向。

生产委托方面，将从2007年春季开始在富士重工业位于美国印第安纳州的工厂“S U B A R U o f I N D I A N AAUTOMOTIVE, INC.（SIA 公司）”受托生产丰田汽车“佳美（CAMRY）”。

计划每年生产10万辆。

目前SIA 公司利用两条生产线生产“力狮（L E G A C Y ）”、“O U T B A C K ”、“B A J A ”及“B 9 T R I B E C A ”。

其中，将把用于生产B9 TRIBECA 的生产线与另一条生产线整合，空下来的生产线将作为佳美专用生产线进行改造。

具体来说，将新导入焊接设备，而涂装设备由两条生线共用。

通过生产丰田车，SIA 公司的年产量将达到24 万辆，因此将新雇用1000 名员工。

据说富士重工业从2006年2月1日开始已向丰田汽车派遣了10 名生产技术相关技术员。

开发方面，由于丰田将委托富士工业进行车辆开发，因此富士重工业从2006年2月1日开始已向丰田汽车派遣了20名技术员。

车型等细节将在今后讨论，据说首先将有大约100名技术员参与开发。

富士重工目前已与丰田汽车达成了使用丰田混合动力系统的意向。

这样，富士重工业将改变原来自主开发混合动力系统的方式，与丰田汽车展开联合开发。

富士重工业表示今后将继续与东京电力开发电动汽车，此外该公司还认为与其出资的锂离子充电电池厂商—— NECLamilion Energy 之间的关系也“不会受到影响”。

通过此次的业务合作，丰田将获得北美生产能力到2008年可增至200万辆的好处。

不过丰田表示目前尚未打算提高目前占5％的资本合作出资比例。

丰田汽车与富士重工今后还将在业务合作方面继续进行磋商。

其关联公司中包括大发工业的丰田汽车表示，“目前尚未打算在轻型汽车方面进行业务合作，不过将来也许有可能考虑”。

3. 日野汽车制造公司
日野汽车制造公司于1997 年12 月18 日开发出的柴油机/ 电气混合型系统(HIMR) 的大功率低污染城市型客车在日本受到好评。

所谓HIMR 是通过安装在发动机内的一个三相交流感应式电机,将制动能量变换为电能,对装载在轮距间的铅电池(12V25 个, 总重量600 —650 公斤) 进行充电的并联混合动力型系统。

由于柴油发动机在加速时应答迟缓, 因此在起动和加速时将三相交流电机作为马达所发挥的辅助驱动能力约占总输出功率的20 %—30 % ,高速行驶时约占15 %。

到目前为止,日本全国总计有160 台混合动力型大型客车投入运行, 这个数字作为一个公司或作为一个新开发的动力驱动系统在世界范围内都是最多的。

大功率混合动力型客车今后的主要课题是进一步减轻重量和改进蓄电池。

即如何将铅电池更换成镍氢电池, 进而采用锂离子电池。

另外为了回收更多的能量, 日野公司考虑将采用电容器或飞轮蓄电池等方面的技术, 进一步提高节能效率。

4. 本田汽车公司
本田公司的混合动力汽车采用内燃机带电动机助力（I M A ）系统。

由1 . 0 L V E T C 汽油机、6 0 m m 厚的环状D C 无刷汝铁硼永磁电机、镍氢电池、动力控制单元集成，装于本田Insight两座轿车上，采用手动或自动变速器，每升汽油行驶里程分别为35km 或32km。

已经在美国、日本销售，2001年销量4726 辆。

在美国售价2 － 2.2 万美元,由于成本很高,不能盈利，实际销量小于预计。

最近本田宣布将在美国销售中等尺寸的Accord 混合动力轿车,采用的是V 6 汽油机电动混合动力技术。

变气缸管理(VCM, variable cylinder management)技术是在某些条件下，例如公路行驶以提高燃料经济性，将使6个气缸中的3 个气缸休眠，混合动力Accord 将比只用汽油机提高性能。

本田Insight 混合动力汽车采用了转矩复合的方式，其手动变速车创造了3L 汽油行驶105km 的好成绩（日本法规10－15 工况），而装备了CVT 的车型也创下了3L 汽油行驶了96km 的好成绩。

在这种混合动力系统中，以汽油发动机为主要动力，电动机为辅助动力，动力分配比为9：1。

根据阿贡国家实验室的试验结果，本田Insight 的燃油消耗比相当的传统轿车减少55％，CO 的排放量是传统汽油机轿车的0 －20％，HC的排放量是传统汽油机轿车的50％。

5. 丰田汽车公司
丰田公司的Pruise1997 年开始投产，1998 年成为世界第一个小规模成批生产的汽油电动混合动力车。

例如丰田Prius1.5L 汽油机采用Atkinson 高效率、高膨胀比工作循环，行星齿轮功率分配器、电子控制变速器、镍氢电池、逆变器、电动/发电机集成为一体。

Pruise混合动力电动轿车是单轴驱动并联式混合电动车辆,以行星齿轮作为动力连接装置。

发动机通过单向离合器将动力输出到行星架,行星架按固定比例将扭矩分配到中心轮连接的发电机,电动机通过齿轮减速机构进行动力输出。

电动机采用小型永磁同步交流电动机，发电机采用永磁同步交流发电机，可以工作于电动机状态。

另外车辆功率分配装置，借助于控制发电机的发电量来调节发电机转速,用来调节动力分配比例。

传动系统起到类似无级变速器的作用。

采用电动机助力驱动的运行状态，利用永磁同步电动机低速恒转矩的特性。

在车辆启动或加速运行时，使得电动机的优异转矩特性发挥得淋漓尽致。

Pruise 自1997 年上市至2000 年9月底已经累计生产了7 万辆。

2000 年8月根据美国市场需求，对Pruise做了重新设计。

其改进后的2001 年型车，被美国《汽车工程》杂志评选为世界最佳设计车。

2 0 0 3 年重新设计了第二代Pruise 并在SAE2004 年年会上被选为2004 年的最佳设计车。

2004 年Pruise已经由紧凑型发展成为中等尺寸型。

它比以前的车型具有更强的动力性、更好的燃料经济性以及更低的排放。

新型车的加速性从0 －97km/h 达到10s;它的燃料经济性，按美国环保署EPA 公路/城市里程为23.21Km/L(55mpg)，前一代为
20.26Km/L(48mpg)。

Pruise 被认证为超低排放车（S U L E V ），以及先进技术部分零排放车（A T P Z E V ）。

该车的排放与传统的汽油车辆相比C O 2 下降5 0 ％，H C 、CO 和NOX 排放可以降低90％左右，燃油节省一半。

美国在混合动力车开发生产中的表现
早在1997 年，美国PNGV 就根据当时的进展情况，筛选出压燃直喷(CIDI)发动机，混合动力电驱动系统,燃料电池(含储能电池)和轻质材料4 项新技术,组织和号召大家重点突破，混合动力技术是重点之一，鉴于直喷柴油机也是一项重点，为了容易达到PNGV80MPG(33.78Km/L)的目标，美国三大汽车公司都发展了柴油机电动机混合动力，而且都按计划于1999 年制造出柴油机混合动力轿车。

如戴- 克公司Dodge ESX3,适度混合动力系统（mild hybrid），福特公司
Prodigy，低储能需求(LSR)混合电驱动系统，通用汽车公司Precept，双轴混合电驱动系统等。

虽然三家公司都完成了与政府的合作计划,并获得了PNGV 的资金补助.但是都没有考虑商业化问题。

现在为了实现商业化不得不重新开发市场需要的产品，并安排制造计划，这就比日本公司落后了大约5 年。

2000年以来，三大汽车公司总结了低批量生产电动汽车的经验教训，决定实施战略转变，将其混合动力系统装于高耗能和高价格的S U V 和轻型载货车上.轻型载货车和SUV 这类汽车在美国销售数量极大，所以改善这些车辆的燃料经济性, 将对降低总体燃料消耗和CO2 的产生更有意义。

已知的一些车型有: 戴- 克公司PowerBox hybrid SUV(用一台CNG2.7L V6 发动机),Combatt C2 Hybrid(5.9L 6 缸增压柴油机);福特(Escapehybrid SUV),通用Paradi GM SUV(采用V6 或I4 发动机)。

从90 年代开始, 美国加强了政府和企业之间的技术合作与联合, 并以混合动力电动汽车为重点对象,由能源部牵头, 包括运输部和国防部, 斥巨资组织各大汽车公司和有关部门积极开展混合动力电动汽车的研究工作。

1993 年9 月美国总统克林顿与美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司总裁共同提出了美国“新一代汽车合作伙伴计划” (简称PN GV 计划) , 旨在开发新一代高效节能汽车。

混合动力电动汽车计划是1997 年底美国重新确定的PN GV 计划4 个重点领域之一。

此外美国先进项目局(ARPA) 于1993 年订立电动汽车( EV) 和混合动力电动汽车( HEV)项目, 出资2 500 万美元, 与各州、地方和私人投资以不低于1 ∶1 的资金比例研究EV 和HEV 技术。

1994 年ARPA 项目投资已增加到4 600 万美元。

1993年和1996 年, 美国能源部分别与通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司签定了总额达3161亿美元的混合动力电动汽车系统开发子合同, 并许下诺言: “至2000 年, 一定要使混合动力汽车成为美国公路上司空见惯的车辆”。

随着PN GV 计划的实施,美国三大汽车公司进行了一系列的整车技术开发和研制工作。

通用汽车公司同时致力于串联式混合动力电动汽车和并联式混合动力的研制。

在1998 年1 月的底特律北美国际汽车展上, 通用汽车公司推出了EV1 型4 座混合动力电动汽车。

福特汽车公司已开发出福特P2000 型5 座并联式混合动
力电动汽车, 预计2000年可投放市场; 福特新开发出的“优异2010”概念车实验平台的性能已达到了PN GV 计划的部分目标:每加仑汽油行驶80 英里。

1998 年1 月, 克莱斯勒汽车公司宣布开发出道奇无畏ESX2 串联式混合动力电动汽车, 预计2003 年可投放市场。

1997 年由美国宇航局(NASA) Lewis 中心、俄亥俄州政府和工业界、大学等9 个单位合作, 开发出串联式电动- 喷气涡轮混合动力大客车, 预计2000 年投放市场。

欧洲对于混合动力汽车的观点
欧洲的汽车公司认为,虽然汽油机混合动力技术节省汽油，也能降低排放,但相比之下柴油机轿车更好，因为柴油机已经发展成为清洁，平顺，安静的动力。

增压器,高压燃料喷射系统已经将柴油机改进得和汽油机一样好,加上清洁低硫的柴油燃料，柴油机轿车已经具有更高的燃料经济性，同时柴油机比汽油电动混合动力更加简单、高效、制造费用较低,也能使制造者获得合理的利润。

1.8LTDI 柴油机轿车燃油经济性大约是21.1Km/L,价格则低于本田的Civic。

所以欧洲汽车公司的主要精力放在发展现代增压直喷柴油机轿车上。

欧洲也正在积极进行混合动力电动汽车的开发、研制及推广方面的工作。

法国雷诺公司研制的VERT和HYMME 两款混合动力电动汽车已在法国接受了10000km 的运行试验。

并于1998 年研制出电动(汽油) 两用车, 取名为NEXT , 样车已经向公众展出。

这种电动汽油两用车前部装有一台汽油发动机; 两台7kW 电动机装在两个后轮上。

当时速在40km 以下时, 由电动机驱动; 达到40km 以上时由汽油发动机驱动, 同时可为电瓶充电, 最大时速达142km ; 若再加速, 此时电瓶会提供辅助动力, 最高时速可达169km。

瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6 卡车改装的混合动力电动汽车, 最高时速可达90km。

德国已有几十辆混合动力大客车在斯图加特和威塞尔市运行。

德国公司生产的并联式混合动力电动车Duo已小批量生产, 现在德国已开始出租, 预计4 年内租出500 辆。

最近, 德国汽车工业准备实施新的排放标准和节能要求, 将不允许百公里油耗超过5
升的轿车上路, 这也促使人们更多地把希望寄托在混合动力汽车上。

保时捷公司
一直以来，混合动力车型都是以中低档家用车为主，如丰田prius、本田insight 等，全是低价位的小型车。

不久后，著名高档车品牌保时捷也将推出混合动力车型，从而为混合动力家族增添一款贵族新丁，这就是顶级豪华SUV 卡宴Cayenne 的混合动力版。

保时捷公司是在第61 届法兰克福车展上宣布这一消息的。

他们计划在2010年左右生产以S U V （多功能运动车）“Cayenne”为原型的油电混合动力车。

混合动力款Cayenne将保持保时捷独有的动力性能，同时还将把燃烧效率提高15％左右，这将从根本上改变大型SUV越野车费油的弊病。

混合动力款Cayenne装有一个传统的汽油发动机和一个新的电动机系统，它们可以单独或协同地为汽车提供动力。

电动机中还装有一个专用的离合器，可以使电动机完全独立地工作，当需要时可以随时启动。

整个动力系统完全采用电子控制，可以时刻检测发动机节流阀的位置，它决定了位于车辆尾部的电池的蓄电情况。

当电动机离合器关闭时，汽油发动机和电动机一起提供动力，当电池的电量消耗光时，电动机就会自动停止而完全靠发动机提供动力。

这套混合动力系统在城市路况行驶时的优势最为明显。

在拥挤的道路中，车辆不断的停车和启动，而且行驶速度也比较慢，这时就可完全依靠电动机提供动力，从而大大降低油耗。

而且在制动时，由于行驶惯性而产生的能量也将被储存到电池中，而不是像以前那样白白浪费，这样就为电动机提供了额外的动力。

这套混合动力系统由保时捷和德国大众集团联合开发。

大众集团的奥迪公司刚刚发布的，以SUV（多功能运动车）“Q7”为原型的混合动力车，也将采用这套系统。

二、国内混合动力发技术展现状及趋势
我国目前也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发, 一些单位的起步研究工作正在展开, 国家科技部已将其作为“十五”863 重大专项的内容。

我国有关
电动汽车的研制开始于上世纪90 年代。

广东省研究开发电动汽车的院校和企业分布于广州、深圳、珠海、南海、顺德和江门等城市, 从1996 年开始, 广东省科委统一协调组织研制电动汽车, 并取得了可喜的进展。

清华大学研制了电动中型客车; 中国远望(集团) 总公司与北京理工大学、国防科技大学和河北胜利客车厂等单位联合, 于1996 年3 月研制成功了51 座YW6120 型电动大客车。

在此基础上, 我国混合动力汽车的研制也有了一定的进展。

1998 年清华大学与厦门金龙公司合作研制了混合动力客车; 同年, 江苏理工大学承担了江苏省科委下达的重点工业科技攻关项目———ZJ K 6700HEV 串联式混合动力公交轻型客车的研制, 目前样车的研制工作已结束。

长春第一汽车制造厂在2001 年4 月19 日闭幕的第3 届北京国际清洁车展上推出一款混合动力轿车———红旗
CA7180AE , 这是长春第一汽车制造厂汽研所、美国电动车亚洲7 公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作的成果。

这款串联式的混合动力轿车属中高档, 发动机为13kW汽油机, 电机为直流15 kW, 144 V (105 Ah) 铅酸电池, 4 2 前驱动型式, 最高车速可达135 km/ h。

清华大学与沈阳金杯客车制造有限公司在2001 年3 月签订了“SY6480 混合动力客车的研制与开发”合作项目的合同。

清华大学通过参加国家“八五”、“九五”电动
汽车的科技攻关课题, 在HEV 方面积累了一定的技术基础。

深圳明华环保汽车有限公司于2001 年4 月推出了混合电动环保汽车MH6720 , 引起社会各界关注。

该车采用的是并联式混合动力系统, 发动机为87kW。

电机为312V , 充电次数大于500 次, 异步交流电机平均功率为36 kW, 满载最高车速90 km/ h , 最大爬坡度33% , 续驶程长可达1 080 km , 纯电机驱动时为100 km ,百公里等速油耗7169 dm3 , 乘客数22 人。

其尾气排放达欧洲标准, 噪声指标也大大低于国产普通中巴车。

东风汽车公司承接“863”混合动力汽车研制项目现已完成, 并已于最近推出混合动力客车样车。

汽车公司研制的混合动力轿车,天津清源公司开发的混合动力轿车和混合动力大客车,北京理工大学研制的混和动力大客车,还有深圳五洲龙汽车有限公司研制的混合动力大客车都有进展。

一汽已经与丰田达成协议,2005 年在中国生产销售混合动力Pruise,上海汽车集团也与通用汽车公司研究了发展混合动力汽车生产问题。