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1、混合动力汽车的探索研究专业：汽车制造与装配学生：*，指导老师：*【摘 要】混合动力汽车燃油经济性好，符合节能环保的理念然而因生产及技术成本较高，导致其销售价格偏高。本文将探讨混合动力汽车的未来发展前景，随着人们环保意识的提高，混合动力技术的不断成熟和完善，生产成本的不断降低，混合动力汽车的市场占有量将不断增加。【关键词】 混合动力汽车；前景；节能；环保混合动力汽车利用混合动力作为能源，能实现较高的燃油经济性，废气成本较高，排放量低，环保性能好，符合节能环保的理念。混合动力的技术较为成熟，但生产成本及技术，导致目前的销售价格与同类汽车产品相比较偏高，消费者的消费能力影响着现阶段销售状况，未来能否
2、有好的市场前景，值得思索。一， 混合动力的概念及基本原理混合动力汽车（亦称混合动力汽车，英文为Hybrid Power Automobile）是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动
3、马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要增加电动在汽车上马达和电瓶。另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。二， 混合动力汽车的特点采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处
4、于油耗低，污染少的最优秀工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷小时，剩余的功率可发电给电池充电。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。因为有了电池，可以十分方便地回收制动,下坡，及怠速时的能量。在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放，有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调，取暖，除霜等纯电动汽车遇到的难题。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过冲，过放电等现象，延迟其使用寿命，降低成本。三， 混合动力系统混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多
5、年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。 混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。串联式动力：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，它们之间用串联方式组成 SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，
6、当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。并联式动力：并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机
7、又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。混联式动力：混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。丰田的Prius属于以电机为主的形式。四， 历史发展当前普遍使用的燃油发动机汽车、存在种种弊病，统计表明在占80%以上
8、的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池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差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。 现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在
9、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。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置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、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。五，国内混合动力汽车的发展现状 目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，近几年，在国家“863”计划的资助下，长安、一汽、东风、奇瑞、华晨、吉利等自主品牌汽车企业竞相开发出了相应的混合动力轿车，其中部分车型已申报了国家汽车产品公告，但还存在一定缺陷。
10、行业状况：1，混合动力汽车成本偏高其回收周期较长2，我国关键技术产业化及其产业链的支撑存在较大差距发展建议：1，建立自主品牌混合动力汽车产业化共用平台 2，加强混合动力基础技术研究及试验能力建设3，进一步降低成本并提高产品的可靠性和耐久性目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，国际、国内的汽车企业在竞相研发混合动力汽车。但要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。面对交通能源与环境问题的巨大挑战，以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的节能与新能源汽车迅速发展，相互竞争，并引发了汽车动力
11、的电控化和电气化两大技术变革，促进了汽车能源及动力的快速转型。混合动力汽车可在不改变既有的汽车产业结构、能源(石油燃料)体系以及用户对车辆使用习惯的前提下，最大限度地发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点，达到节能和环保的目的。因而被业界认为是目前最现实可行且长远有效的节能环保方案。混合动力汽车已处于产业化前夕目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，丰田公司的Prius、Estima、Crown、Coaster等混合动力汽车已成功上市，并在日本、美国和欧洲各国市场上均获得较大成功，累计产销量已超过60万辆。随后本田、福特、通用、戴姆勒、大众、雪铁龙、雷诺、宝马、日产、现代、三菱等各
12、大汽车公司也纷纷向市场推出各种类型的混合动力汽车。截至2008年底，混合动力汽车在全球的累计销售量已超过百万辆。近几年，在国家“863”计划的资助下，长安、一汽、东风、奇瑞、华晨、吉利等自主品牌汽车企业竞相开发出了相应的混合动力轿车，其中部分车型已申报了国家汽车产品公告，但上述汽车企业大多采用ISG轻度混合或BSG微混合方案，这两种方案的技术难度较小，生产成本也较低。同时我们必须清醒地认识到，要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。具体表现在：1.与国外一样，成本偏高其回收周期较长成为混合动力汽车普及初期最主要
13、的障碍。一般中度混合动力轿车比同类内燃机轿车成本高出2030。若按10万元家用轿车计算，在不赢利情况下成本增加2万元，以每年行驶3万公里计算，油价为6元时，回收期为6.9年；油价为5元时，回收期为8.3年。而根据市场调查，用户可接受的回收期为11.5年，也就是用户只接受价格增加5以内，与实际相差比较大，严重削弱了用户对购买混合动力汽车的兴趣。2.关键技术产业化及其产业链的支撑存在较大差距。近年来民族汽车之所以崛起，主要就是得力于存在广阔的低端市场空间以及高速增长的市场容量形成强大的拉动力。民族轿车工业崛起主要靠的就是走的低端产品路线，技术含量低，可以通过自主创新或从国外设计公司直接购得。像长安
14、、奇瑞等企业在混合动力技术研发及其产业化上，联合国内的高校、研究机构，甚至与国外的一些研发机构合作，每年投入上千万元资金进行技术研发，国家也有部分资金支持，但还有一些产业化的关键重大技术需要最后的冲刺突破，系统的可靠性还需要大量的试验验证，关键核心零部件的产业化还存在较大差距，标准体系还不完善。比如镍氢电池一直是个瓶颈，在推进混合动力汽车产业化时，有关部门考察了全国所有的镍氢电池供应商，完全满足产业化要求的厂家基本上没有。此外，还有像ISG电机、各种控制系统等关键技术零部件的产业化都与规模化生产存在差距。与乘用车相比，城市混合动力公交车的发展有所不同。据统计，我国城镇居民日常出门有70是首选乘
15、坐公交车。在城市工况下，公交车频繁起步、加速、制动和停车，要额外消耗许多燃节油减排留下了相当大的空间。根据调查，将近1/2的燃油是被汽车频繁制动所消耗的，这就为混合动力公交车的78家客车企业将研发、生产混合动力公交车作为研发工作的重点。经过几年的开发，虽然已取得了一系列重大成果，但公交车的节油率并未达到预计的要求，主要原因包括：1.汽车的制动过程十分短暂，一般不超过10秒，在短短的几秒内，电机要求发出很大的电流，才能有效回收制动能量，但是电池的充电倍率只有放电倍率的一半，因此电池不能接受大电流充电。理论上汽车有5060的制动能量可回收，但实际回收的制动能量小于20，最简单的改进办法是加大动力电
16、池容量，例如至少加大容量一倍，回收的制动能量可由20增加到40。但这将大大增加整车成本和汽车自重，经济上可能是得不偿失；2.混合动力公交车若采用停车断油，甚至滑行即时断油，可节油10左右(4L/100km)，实际上国产柴油机没有专门为混合动力汽车设计，一般不允许频繁地停车断油，否则供油系统和废气增压器都可能损坏，严重影响柴油机寿命。而且，停车断油就必须装有电动转向油泵、电动空压机和电动空调系统，这又会大大增加整车成本和重量，两相权衡，不一定合算，所以近期大多未实现停车断油功能。在实习期间，我了解到安凯的混合动力的一些情况。近年来，安凯在油电混合动力客车、纯电动客车和燃料电池客车三个方面都取得了
17、一定的成就。特别是其研究的第三代纯电动客车，通过采用锂电池+超级电容的混合系统作为动力，满足车辆启动、爬坡等条件下的瞬时高功率需求，又可以延长电池的循环使用寿命，实现电动车动力系统的最优化。通过这段时间的实习，让我感到混合动力汽车的不同于燃油发动机汽车的全新的一面。值此本论文完成之际，首先要感谢我的指导老师廖小丽老师。廖老师从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量的数据资粮和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下了深刻的影响，值得我永远学习。在此，谨向指导老师廖小丽老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献:1 张金桂，混合动力汽车结构，原理与维修，人民交通出版社2 日本电气学会，电动汽车驱动系统调查专门委员会，电动汽车最新技术，机械工业出版社3 吴基安，吴洋，新能源汽车知识读本，北京邮电出版社