混合动力电动汽车进入实用化的关键因素1

图0 各动力源的 1 2 排放量（在! + ) ! 0工况下行驶）
其中，丰田的混合动力汽车 $ % & ’ ( 采用的就是 混联驱动方式。其上的发动机、电动机即可独立驱动 汽车，又可同时驱动汽车。动力分配装置用于将发动 机的动力传递给传动轴和发电机，发电机产生的电能 一部分用于驱动电动机，另一部分则变为直流电给电 池充电。 " ) # 混合动力汽车的优势 它与燃油汽车、纯电动汽车及一些采用代用燃料 的汽车相比，具有节能性、环保性、使用成本低等方 面的优势。 首先是使用成本的优势。燃油汽车的效率平均为 ! " *左右；而混合动力汽车因采用两种动力组合的方 式，其发动机和电动机可根据车辆行驶工况的变化而 采用不同的驱动方式，因此系统的平均效率可保持在 能否解决混合动力汽车的几项关键技术，将直接 影响到混合动力汽车的产品性能、生产成本以及消费 者对 . / 的青睐程度。因此 . / 要大量的进入市 场，在其产品特征上必须具有高比能量和高比功率的 能量存储装置，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。 以下关键性技术的解决，将成为决定 . / 向商 品化充分发展的重要技术因素。 # ) ! 能量存储装置 能量存储装置（电池）需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，能 # 混和动力汽车走向实用化的技术因素
收稿日期： ’ " " ’ $ " ) $ ’ % 基金项目： 国家 “十五” （ ） + ) (计划项目 ’ " " ! , , % " ! % ! ( 作者简介： 邢伟岩 （ ， 男， 哈尔滨市人， 工学硕士研究生， ! O P P $） 从事汽车研究； 宋振 寰 （! ， 男， 大 连 市 人， 教 O % )$ ） 授， 从事汽车发动机排放研究； 周雅夫 （ ） ， 男， ! O ) ’ $ 大连市人， 副教授， 从事汽车电子控制与研究。
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时，电池又可不断的得到发电机的补充充电。从而， 在减小电池容量和体积的同时提高了汽车最高速度， 加大了续驶里程，延长了电池的使用寿命。 混合动力汽车的基本结构主要有串联式、 并联式和 混联式三种， 它们的结构分别如图! 、 图" 、 图#所示： # + *的较高水平，燃油效率可达到现有燃料车的 " 倍 以上。图,为 . / 节能优势的对比图：
的主角的。 ’ 混合动力汽车概述 ’ Q ! 混合动力汽车的发展背景 日益增长的环境和能源问题促使汽车工业对各种 排放方式的选择进行研究。这其中，开发电动汽车 （D E）被认为是一种最为环保的解决办法。然而电池 能量储存的限制以及其他诸如寿命、价格等因素却导 致了电动汽车在销售市场上处于濒于失败的境地，而 且因在短时间内无法突破 D E 的核心技术，这种困境 还将长期存在下去。在这种情况下，融合内燃机汽车 和电动汽车优点的混合动力电动汽车（C D E）则成为 了解决问题最现实的途径。 ’ Q ’ 混合动力汽车的分类 混合动力电动汽车是将电力驱动与辅助动力单元 ，简称 , （, 4 R 0 / 0 . 7 = M : 7* 1 0 6 S *）合用到一部汽车 8S 上。这个辅助动力单元一般采用 ! 台‘发动机—发电 机’组，发动机可以始终在最佳工作点上驱动发电机 或直接驱 动 汽 车，发 挥 排 放 少、效 率 高 的 特 点；同
混合动力电动汽车进入实用化的关键因素
邢伟岩，宋振寰，周雅夫
（大连理工大学，山东 摘 大连 ! ） ! ) " ’ #
要：通过详实的分析认为混合动力汽车是完全可以进入实用阶段的。为此提出了决定混合动力汽车充分发展并实
现商品化的技术与非技术等因素，以及需要把握好技术与市场的关键因素。 关键词：混合动力汽车；实用化；关键因素 中图分类号：* # + 文献标识码：,
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图! 混合动力汽车串联式驱动方式
图, 两种车每升汽油的行驶里程
其次是环保的优势。图 0 是不同种类汽车的 1 2 排放示意图，我们可以直观的看到：排放最低的是燃 料电池汽车和电动汽车，其次是混合动力汽车，其排 放量只有大约为普通燃油汽车0 + *的排放量。
图" 混合动力汽车并联式驱动方式
图# 混合动力电动汽车混联式驱动方式
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量存储装置必须采用热能控制管理，要有较高的比能 量、较长的使用寿命和低廉的制造成本。解决上述问 题，可从以下几个方面入手： ! " # " # 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。 ! " # " $ 电池设计和制造方面的改进，降低制造成本， 改善电池的性能和提高寿命。 ! " # " ! 进行有效的电池热能管理及剩余电量管理。 ! " # " % 需要有效的测试及控制电池剩余电量的装置， 因为这将对混合动力汽车的经济性和排放产生直接的 影响。 ! " $ 混合动力汽车的专用发动机 混合动力汽车发动机需要频繁起动、关闭，这将 使驱动系统和附件（如空调和动力转向等）的电能管 理变得复杂，因此需要拥有先进的检测和控制系统； 其次，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 还要满足现存的严格排放标准。 为此 可 以 对 现 有 内 燃 机 进 行 改 进， 例 如 采 用 & ’ ( ) * + , *的高效率、高膨胀比工作循环、紧凑型倾斜 式挤气燃烧室以及铝合金缸体的方法，来放弃高功率 而追求高效率，而功率的调峰任务交由电机承担。另 外一种办法是采用诸如燃气轮机、斯特林发动机、燃 气发动机等其他热机，利用它们各自的优势来构成混 合动力系统。 ! " ! 采用集成的电力电子模块 混合动力汽车的电力电子器件必须达到减小尺 寸、减轻质量和降低制造成本的要求。为此可采用集 成的电力电子模块，该模块采用现代电子集成技术， 将复杂的电力电子系统集成在一个单一封装内，并以 此实现对整车的控制。 这其中要注意的问题是：!需要通过对散热技术 和散热材料的研究来解决因发动机舱高温和芯片热量 密度增加而导致的模块散热问题。 " 需要使用新型材 料的电容器、并在制造工艺上采用改善金属基体的结 构组成、高温焊接和传热效率高的封装技术来减小模 块的体积和质量。 ! " % 进行 . / 的计算机仿真与分析 需要建立更先进的驱动系统数学模型（包括静态 和动态的） ，并进行计算机仿真与分析，以期在较小 的研究范围内和最短的周期内，寻找到技术突破口， 并得到 . / 的最佳开发方案。 硬件在环仿真（0 1）是目前较为有效的设计方 法。它是一种包含硬件的实时仿真，可使模型和控制 策略满足实时要求，同时控制策略也将得到修正以消 除模型离散化的影响。 混合动力汽车若想进入实用化，并成为汽车市场 中的主导产品，经济环境与外部刺激等非技术因素是 不可缺少的。其中下列几个因素起到了至关重要的作 用。 % " # 政府对于 . / 发展的外部刺激和政策倾斜 政府作为市场经济的宏观调控者，积极合理的运 用税收政策、产业政策这两根经济杠杆，能够很好的 刺激混合动力汽车的发展，并使 . / 在市场中表现 活跃，提高市场占有率。 例如，当政府对购买混合动力汽车的消费者给予 减免汽车消费税、或完全放弃各种其他税费的征收 时，必会大大刺激消费者购买 . / 的行为，并由此 导致 . / 在市场份额的扩大。与此同时，政府在财 政收入上也不会有丝毫损失。因为当低排放的混合动 力汽车被广泛使用时，政府在大气治理上的资金投入 也会间接的大量减少，挽回的其他间接经济损失也会 更为巨大。由此看来给予 . / 在税收上的减免，政 府和汽车消费市场均是受益的。 信贷方面，在政府的协调下，金融机构可以通过 为消费者提供较传统燃油汽车更优惠的利率、为汽车 制造企业提供更优惠的贷款，来刺激 . / 在市场上 的发展。 对于汽车制造、汽车研发企业而言，当政府给予 必要的产业政策倾斜和资金上的支持时，也会大大刺 激他们在 . / 上的研发与生产力度，加速混合动力 汽车占领市场的速度。同时在法规方面，政府可制定 更为严格的排放标准，将汽车产品的定位逐步引导到 混合动力汽车的方向上来。 % " $ 消费者对于购买 . / 的愿望程度 显然，消费者购买 . / 的愿望程度越高，其购 买混合动力汽车的可能性就越大，. / 在市场的占 有率也就越高。多项调查与案例分析显示，消费者对 于购买 . / 的愿望程度潜力巨大，. / 可以占领更 多的市场。 在一份 # 2 2 3 年对德国民众的调查报告中显示， 虽然3 4 5的人认为环保问题肯定是购车时需要考虑 的因素之一，但却只有 # % 5 的人愿意支付更高的价 格去购买混合动力汽车。这似乎严重影响了我们发展 . / 的积极性。但是我们应该看到，这种因 . /成 本偏高而导致的不利局面将肯定会不断改善，消费者 对于购买 . / 的愿望程度会不断的增加。因为： % " $ " # 毕竟现在的混合动力汽车相对燃油汽车而言， 只是小范围甚至还未进入市场，民众与之接触甚少，
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