汽车电气化的关键技术先进的汽车动力传动系统

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汽车电气化的关键技术：先进的汽车动力传动系统
与 候变化的影响方面毋无能为力．整 个行业毋在原地踏步。新的动力传 动技术ｆ包括一度深曼青睐的电动 机）正在开发和改良．以便在接下 来的几十年中成为内燃机的补充． 甚！也许会最终挑战内燃机的主导 地位．带领汽车Ｉ业真正走出环境 迷局。 近来＋机动车电气化成为—个研 １９９９年投产的本田Ｉｎｓｉｇｈｔ是最 先实现量产的混合动力汽车。目前 混台动力技术种类繁多，可以满足 不同的运输需求．但没有哪一种混 台动力技术能够应付所有的消费＾ 群和动力预期。 并联式混台动力汽车（ｐａｒａｌｌｅｌ
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括蒸汽发动机、电动机以爱最终的 赢家内燃机。作为效率的典范．内 燃机是长期不懈改进的成果．时至 今日，全世界的道路上行驶的几乎 所有车辆仍在使用由｛％ｊ乩。 在过去的半个世纪中，机动车
对环境的影Ⅱ自连渐为＾所知．为了 减少备受诟病的汽车废气以爱由此 带来的空气污染．进行了大量的改 良。然而，清洁燃科和处理后的 废气在减少汽油或粜癌螺烧所产生 的ＣＯｚ方面乃至抵御汽车对全球气
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情况下）保持适当的功率水平 ●开发制造工艺和生产设施． 使一个全新的电池粪别保持一致的 长期性能。现有的两大电池技术目 前正在针对汽车应用进行改良：锂 电池和钠电池。 锂电池目前广泛地应用于手 机，便携电脑和各种电动工具。在 适台的环境中。锂电池能够产生大 量的电力．因此对于汽车工业来说
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台使传动系统具有更大的灵活性， 但可能使车辆的成本和复杂性显著 上升。与中混及微混技术相比．全 混具有最大的潜在节能性．是目前 市场上最常见的混合动力类型。 伴随复杂的混台动力传动系统 而来的是特殊部件和成本上升。混 台动力汽车在新车销售中仅占－ｉｉ，
部分．部分原因可归咎干此。即
容量谊一长Ａ以来未能解决的技 术障碍而无法挑战内燃机的主导 地位，开发ＰＨＥＶ和ＥＲＥＶ的热情空 前高涨。无论采用传统的铅酸电 池．镶氢电池（Ｎｉ—Ｍｈ）或矗先进的 锂电池｛Ｌ｝一Ｉｏｎ），由于电池的能■ 储存限制以及由此导致的行驶里程
不足．各种妥协办法应运而生。
持的进度程度不尽相同．使得这 些汽车技术的普及时断时续．无法 实现持续稳定的成长。 为变革提供支持的新汽车价值 链仍处在整台阶段；惟有汽车工业 的现有利益相关者、政府，奠他 行业、新技术剖新者和公众之问进
了内燃机替代品的开发。
便在２００８年初美国的汽油价格飙 涨．混合动力汽车的销售量也不过 刚刚超过市场总量的５％。制造商 继续缓慢增加全混车的同时．在越 来越多的车辆上采用徽混技术成为 即将到来的混台动力运动新浪潮。 诸如发动机起／停系统、再生制动 系统等技术具有额外成本相对较 低、工程设计相对简单等慌点．在 监管要求日渐严格的当下能够提供 重要的燃油经济性改善。在未来十
混台动力汽车ｆｓｅｒｉｅｓｉ‘Ｉｙｂｒｉｄｓｌ中．
生Ｅ合动力汽车以来已经取得长足进
步。本文将分析其中—些加速摆脱内
我们确信一点：汽车Ｉ业面临的 芎候变化难题并非—个动力侍动系统 解决方寨所能解决。面对世界各地截 然不同的基乇自设施和消费需求，未来 的几十年问需要多种汽车解挟方案。 对于不同的企业和ｊ也域，最终胜出的 创意和产品也各不相同。＝十一世纪 的成功汽车企业必须能够满足全球客 户的各种需求。 目前的混合动力汽车 混台动力汽车是使用两种或多 种不同动力源的车辆；通常意义上 的混台动力汽车大多包括一个内燃
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十世纪前．汽车工业仍处于 零散无序的状态。无论Ｍ企 业经营还是汽车技术的角度，精赢 皆难预科。在早期的汽车中，动力 传动系铳一驱动汽车前进的发动机 与变速器组台一种类形形色色，包
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机和一十电动机：
驱动车轮前进的装置只有一十，通 常是电动机。在这种情况下．发动 机通过绐电池或电容充电向电气系 统输送电力．或者直接驱动电动 机。在需要强大动力和扭矩时，电
动机可以从电池电容和域发动
机汲取电力。
式．但与完全通过内燃机驱动的车
辆相比，燃油经济性仍旧可以提高
１５％
最常见的ｊＥ合动力汽车ｆ即丰田 Ｐｒｉｕｓ、本Ｎｌｎｓｉｇｈｔ通用双模式混 台动力汽车）采用并联式；＆台动力
尘混（ｆｕｌｌ ｈｙｂｒｉｄ）全ｊＥ车可以自
构造，同时．汽油／豁自发动机（除
驱动车轮外）具有在必要时给电池 充电的雒力，
根据汽车部件结构的类型．可
内燃机电池或者二者共同驱动。 电池驱动通过一个大型的高容量电 池组来实现二全混车技术包括一个 双动力通道．通过机械和电力的结
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通往汽车电气化之路正在把新 的企业引＾现有的汽车工业价值 链．其他行业中的重要利益相关者 也开始关心汽车对奠业务的影响。 像汽车工业这样重要、与全球经济 利害攸关的行业不会在一在之间发 生改变．关于汽车工业的真正发展 之路仍有许多问题尚待癣答。 最重要的问题也许是消费者将 对新产品做出什么样的反应．以爰 拟议的利益和奖励是否足以推动以 社会认可的、具有良好投资回报的 成本进行太规模生产。在不同的地 方，支持日盏庞大的电动车数量所 必需的基础设施的建设得到政府支
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称瑚为“增程型电动车”（ＥＲＥＶ）．
因为最初的４０英里完全是由电池和
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开舡作．为电池充电。
电机驱动的．随后一个汽油发动机 由于纯电动车《Ｅｖ）受制于电池
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汽车电气化的关键技术：先进的汽车动力传动系统
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与全混不同．中混不具有纯电动模
发活动极为褫的领域．自十年前诞
艟目悼辆的关键拽术以及新价值链的
出现对于整个行业的意义。
动系统．两个系统既可以单独驱动 汽车也可以协调工作．取决于动力 需求：强有力的加速、走走停停 等。大多数并联式混台动力汽车只 在低速行驶时使用电力，而在焉要 更大动力时启用发动机。在串联式
年中．这些技术将如此普及．以至
化的行业努力的组成鼢．而且社
会对该努力的支持与承诺尚不确 定．所有这一切将越来越复杂。十 分清楚的是．越来越多的博弈方将 参与捷定汽车工业来来几十年的道 路。‘切照目”的时代已经过 去．情况将一天天变得更加复杂。
由于汽车电气化仅仅是臧缓气候变
于’混台。这个术语失去原有的意 义，几乎每一辆轿车和卡车都会采 用特定的电气化系统来增加整体系 统效率并且降低环境影响。 下一步：插电式磊台动力汽车 和“雉。电动车 插电式混台动力电动车（ＰＨＥＶ） 是通过与电网连接给电池充电的混 台动力汽车。ＰＨＥＶ与传统混台电 动车ｆ并联式和串联式）具有相同的 基本动力传动系统结构。ＰＨＥＶ与 传统混台动力汽车之间的主要区别 仅仅在于插电式汽车可与外部电源 连接进行电池充电。 尽管符台插电式混台动力汽 车的定义．譬佛兰Ｖｏｌｔ事实上介于 ＰＨＥＶ和纯电动车之间。通用更愿意
行广泛互动与合作方可取得成功。
只有ＥＶ容量／行驶里程问题得到解 决，ＥＶ才能从整体系统Ｉ程的角 度得到真正优化，从而全面改变汽 车的设计、生产和使用方式。 相对于今天的混台动力汽车． 没有内燃机的ＥＶ将掇大地简化汽 车动力传动系统的工程设计。一 辆ＥＶ只包含五个关键的动力传动 部件电动机、电池组（包括电池 模块、电池）、转换器、电池管理 系统以殛冷却系统。 汽车电气化：毫立断的汽车工生 价值链 大型跨国汽车制造商和世界各 地的新加＾者在普爱型ＥＶ的开发 方面正在取得重大进展。近期的报 告确认．多款不同形苴的ＥＶ将于 未来几年内相继问世，新技术以厦 对能源安全和气候变化的关注推动
ｈｙｂ ｒｉｄｓ）采用内燃机系统和电机驱
发动机相比）在多大程度上被用于驱 动汽车前进。以下是常用的三和捐 定级别：微；Ｂ（ｍｉｃ ｒｏ ｈｙｂｌｉｄ）：诱 混车的电气部件十分简单。微混±
主要包含一个起膊系统．它能够自
动熄火并且自动重新启动内燃机． 从而减少发动机空转产生的废气排 放，使燃油经济性提高５％一７％． 尤其透台于在人１３密度很高路堵 频繁的地区行驶的车辆。然而．若 操作不当．驾驶员可能会感觉起，停 功能十分别扭，而且由于发动机不 断焯火和重新启动．部件的耐久Ｂ 也是个问题。 中混（ｍｉｌｄ ｈｙｂ ｒｉｄ）：中混车 包含更多的电气部件一电池电动 机转换器等。电动机的设计用途 是在提供动力的同时支持和改善内 燃机。车辆匀速行驶、制动或驻车 时．内燃机可以停止Ｉ作．再生制 动系统也可以用于帮助电池充目
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新的动力传动技术（包括一度深受青睐
的电动机征在开发和改良．以便在接
下来的几十年中成为内燃机的补充．甚 至也许会最终摇战内燃机的主导地位。
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电池技术：为ＥＶ动力传动系统充电 市场对Ｅｖ的接受程度的不确定 性很大程度上集中于电池技术的状 况。在ＥＶ得到大多数的车主认可 之前＋在开发高效安全、成本台 理的大窖量电能储存技术方面仍需 进一步的改进。 对于任何部件尤其是电池而 言．汽车是一个特别严峻的”Ｉ作 环境”。截至目前．反复振动、物 理性应力、不规律的充电周期、极 端的温度变化以及适应所有这些状 态并且保持＋年或者更长时间的最 佳性能等要求一直让全电动车望而 兴叹。粟用新电池技术的主要考量 在于．如果处理不当，敏感的化学 混台物会迅速造成危险：例如，在
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