插电式混合动力电动汽车简介

插电式混合动力电动汽车简介

插电式混合动力电动汽车(Plug-in HEV)，简称PHEV，是一种可外接充电的新型混合动力汽车。PHEV是在传统混合动力汽车基础上派生而来，并兼有传统混合动力汽车与纯电动汽车的基本功能特征。

插电式混合动力车与传统混合动力车有两个较大的差异。①PHEV可以直接由外接电源充电。而传统的HEV大多通过发动机为电池充电以及车辆行驶过程中回收制动能量等。②PHEV的电池容量较大，可以靠电力行驶较远的距离，电力驱动在PHEV中所占比例更高，其对发动机的依赖较传统HEV少。在PHEV中，电动机大多是主要的动力输出，因此其对电动机的性能要求较高，并需要大容量的电池来为电动机提供足够的电力。PHEV主要以电为动力来源，传统的发动机只作为辅助动力，在电池能量消耗完时才启用。

1 PHEV的特点

插电式混合动力电动汽车具有如下特点：

①具有纯电动汽车的全部优点：零排放、低噪声及高能量效率等。

②相比传统的HEV，其大大降低了有害气体、温室气体的排放，并提高了燃油经济性和动力性能。

③将混合动力驱动系统与纯电动驱动系统相结合，纯电动状态下可行驶较长距离，需要时也可采用混合动力模式。

④可利用外部公用电网(主要是晚间低谷电力)对车载动力电池进行均衡充电。这样可改善电厂发电组效率，节约能源；显著减少燃油的使用量，大大降低对石油的依赖；同时较低的电价也降低了车辆使用成本。

2 PHEV动力系统

PHEV动力系统主要可分为并联式、串联式和混联式三种结构，其结构主要特点与传统HEV类似。但是PHEV用发动机功率比HEV的小，电机和电池功率比HEV的大，电池可通过电力网进行充电。

(1)并联式PHEV

并联式PHEV的发动机和电动机是两个相对独立的系统，即可实现纯电动行驶，又可实现内燃机驱动行驶，在功率需求较大时还可以实现全混合动力行驶，在停车状态下可进行外接充电。其动力系统结构原理图如图1所示。

这种并联式结构一般采用的控制方式包括：开关门限控制、模糊逻辑控制等。

(2)串联式PHEV

串联式PHEV，通常称为增程式电动车，其特点是发动机带动发电机发电，发出的电能通过电动机控制器直接输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。其动力电池可进行外接充电，在允许的条件下可通过切断发动机的动力实现纯电动行驶；在要求迅速加速和爬坡时，以混合动力模式工作；当电池组不起作用或不能使用时，发动机可单独驱动电动机带动汽车运行；在停车状态下可对动力电池进行充电。其动力系统结构原理图如图2所示。

串联式结构一般采用的控制方式主要有：恒温器控制、功率跟随控制等。

(3)混联式PHEV

混联式PHEV驱动系统是串联式与并联式的综合，可同时兼顾串联式和并联式的优点，但系统较为复杂。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；

汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主；停车时，可通过车载充电器进行外接充电。

3 PHEV的工作模式

根据车上电池荷电状态的变化特点，可以将PHEV 的工作模式分为电量消耗、电量保持和常规充电模式，其中电量消耗又分为纯电动和混合动力两种子模式。

PHEV优先应用电量消耗模式。在电量消耗模式中，PHEV 根据整车的功率需求，具体选择纯电动和混合动力两种子模式。在“电量消耗-纯电动”子模式中，发动机是关闭的，电池是唯一的能量源，电池的荷电状态降低，整车一般只达到部分动力性指标。该模式适合于起动、低速和低负荷时应用。在“电量消耗-混合动力”子模式中，发动机和电机同时工作，电池提供整车功率需求的主要部分，电池的荷电状态也在降低，发动机用来补充电池输出功率不足的部分，直至电池的荷电状态达到最小允许值。该模式适合高速，尤其是要求全面达到动力性指标时采用。

在电量保持模式下，PHEV的工作方式与传统HEV工作模式类似，电池的荷电状态基本维持不变。

“电量消耗-纯电动”、“电量消耗-混合动力”和“电量保持”模式之间能够根据整车管理策略进行无缝切换，切换的主要根据是整车功率需求和电池的荷电状态。常规充电模式就是用电网给PHEV电池充电。

4 国内外研究现状

最先受到普遍关注的PHEV是美国通用公司推出的PHEV概念车—雪佛兰Volt。其采用的是串联混合动力技术，发动机(可以是内燃机也可以是燃料电池)的动力不直接驱动车轮，只是用来发电，车轮由电机带动。2011款雪佛兰Volt 已在美国7个州和哥伦比亚地区进行销售。作为全球首款增程型电动车，雪佛兰Volt沃蓝达将于2011年底正式在中国上市。在美国，除Volt以外，其他PHEV 还有通用公司的土星VUE插电式混合动力车，凯迪拉克Converj串联式插电式混合动力车，欧宝Ampera串联插电式混合动力才；克莱斯勒公司吉普Wrangler Unlimited牧马人插电式混合动力车，Town&Country串联插电式混合动力车；福特公司的Escape PHEV等。

2009年3月，美国总统奥巴马宣布，以24亿美元资助美国汽车制造商和相关机构生产下一代插电式混合动力车和先进蓄电池。购置插电式混合动力车的美国人，可申请最高7500美元税收优惠。

日本方面有丰田公司生产的轻量插电式混合动力“FFV I/X”、Hi-CT、Plug-in HV，丰田普锐斯插电式混合动力车，三菱PX-Miex插电式混合动力，铃木雨燕串联插电式混合动力车等。

德国各大汽车公司方面有奔驰推出的Blue Zero E-Cell Plus和Vision S500插电式混合动力车，宝马Vision Efficient Dynamics插电式混合动力车等。

在我国开发插电式混合动力车的企业不多，上汽提出2012年将生产荣威550插电式混合动力车；长安汽车公司根据新能源汽车发展战略，加速推出插电式混合动力车、纯电动车的产业化研发；华晨汽车公司提出2011年推出全(强)混合动力轿车，2013年推出插电式混合动力轿车；比亚迪的F3DM；奇瑞增程型瑞麒M1等。

5 PHEV面临的挑战

PHEV面临的挑战主要来自于动力电池、电机和充电基础设施等。

动力电池是各种电动车辆的主要能量载体和动力来源，也是PHEV整车成本的主要组成部分。动力电池自身技术的提高和成组应用技术的发展成为电动车辆市场化和商业化的关键因素之一。PHEV用动力电池应有足够大的比能量和比功率，在整车质量允许的前提下，尽可能地实现整车动力性指标和纯电动续驶里程；另外，动力电池在足够寿命的前提下，低SOC时应有大功率输出，高SOC时仍有高的输入功率，以回收制动能量。锂离子动力电池是PHEV的最佳选择，但目前相关技术还不成熟，电池成本还较高。

PHEV对电机有较高的要求，为满足在纯电动模式下启动及纯电动续驶里程、加速和高速行驶的要求，PHEV需要较大输出功率、低速时高扭矩和调速范围宽的电机；另外考虑到整车布置和使用寿命等因素，应尽量选取高密度、小型轻量化、高效率、高可靠性、高耐久性、强适应性的电机。

充电基础设施建设是保证PHEV能源供给的技术条件，它包括电网和充电站两大部分。电网和充电站的建设都需要巨大的资金投入，要涉及到政府、电力、城建和市政等多个部门，是一项规模庞大的系统工程。