汽车混合动力技术

2023年11月23日发(作者：兰博基尼urus多少钱)

汽车混合动力技术

1.引言：

随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注

的焦点[1]。20世纪80年代以来, 许多发达国家纷纷投入巨资研发电动汽车，我国的“863 计划”也已明确将电动汽车作为重点攻关项目。

目前，我国电动汽车的研发水平与发达国家基本上处在同一起跑线上，在某些方面甚至超过国外[2]。2005年，我国第一代混合动力商

品车通过论证和验收[3]。

法国、日本、美国、德国等都经过试验和示范运行，开发出具有商品化水平的纯电动汽车，如法国PSA 公司的标志P106 和雪铁

龙AX 电动轿车，日本丰田汽车公司的RAV-4EV 电动轿车，美国通用汽车公司的EV1 电动轿车等。我国也将电动汽车的研究开发列

入“八五”、“九五”国家科技攻关项目，并于1996年6月建成广东汕头国家电动汽车试验示范基地。“十五”期间，国家科技部将电动汽车

项目列入国家“863”重大专项。成了资助电池、电机及其控制系统、整车控制系统以外，重点资助北京市（北京理工大学牵头）进行纯电

动大客车的研发和示范运行。2005 年6 月21日由国家发改委正式批准，14辆铅酸电池纯电动公交大客车在北京公交121 路线投入商

业化运行。另一个课题资助天津清源动力公司（中国汽车技术研究中心）进行纯电动轿车的研究开发和示范运行。其中有5辆纯电动轿

车于2005年初首次出口到美国[4]。

虽然电动汽车具有很多优点，但是它不能取代传统的燃气动力模式，而混合动力汽车是目前新型清洁动力汽车中最具有产业化和市

场化前景的车型，其发展方向是真正零排放、无污染，不消耗燃油的燃料电池车辆。现在混合动力汽车在欧美国家及日本已形成产业化[3]，

而国内还处于起步阶段，没有形成产业化。

2.混合动力技术的分类及原理

混合动力电动汽车（HybridElectric Vehicle，简称HEV）是将电力驱动与辅助动力（APU）结合起来，充分发挥二者各自的优势及

二者相结合产生优势的车辆。辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机，如内燃机、燃气轮机等或其他动力发电机组。根据混合动力系

统连接方式的不同，混合动力汽车主要可以分为三种结构形式，即串联、并联和混联，它们各有优势。

2.1串联

串联式混合动力系统示意图如图1所示。串联结构的特征是以电力形式进行复合，发动机直接驱动发电机对储能装置和牵引电机供

电，电动机用来驱动车轮，储能装置起着发动机输出和电动机需求之间的调节作用。其优点是发动机的运行独立于车速和道路条件，适

用于车辆频繁起步、加速和低速运行。发动机在最佳工况点附近运转，避免了怠速和低速工况，从而提高了效率，提高了排放性能。但

在机械能与电能的转化过程中有效率损失，很难达到明显降低油耗的目的，目前主要用于城市大客车，在轿车中很少见。

2.2并联

并联式混合动力系统示意图如图2所示。并联结构的特征是以机械形式进行复合，发动机通过变速并联混合动力系统示意图装置和

驱动桥直接相连，电机可同时用作电动机或发电机以平衡发动机所受的载荷，使其能在高效率区域工作。但是由于发动机和驱动桥机械

连接，在城市工况时，发动机并不能运行在最佳工况点，车辆的燃油经济性比串联时要差。

其中转速复合装置类似于差速器，这种结构形式在实际中很难被采用，因为这种结构需要发动机和电动机的输出转矩时刻保持相等；

单轴转矩复合式车辆驱动系中机械功率的联合是在发动机曲轴输出端处实现的，变速器为单轴输入，本田Insight属于这种形式；双轴转

矩复合式的机械功率的联合是在变速器的输出轴处实现的，发动机和电机采用不同的变速系统，变速器为双端输入；华沙工业大学设计

的混合动力系统属于这种形，这种结构也可以实现无级变速，但是不能实现发动机输出转矩和电机输出转矩的直接叠加。

在牵引力复合式系统中，机械功率的联合是在驱动轮处通过路面实现的，具有两套独立的驱动系，可以实现全轮驱动，主要适用于

SUV，丰田的THS—C系统就属于这种形式。

2.3 混联

混联式结合了串联和并联的优点。但是结构复杂，以丰田Prius为例，如图3所示，Prius采用行星齿轮机构作为动力分配装置，发动机

与行星架相连，发动机的一部分功率通过发电机转换为电能对电机供电或对储能装置进行充电；另一部分机械能直接作用于齿圈上，同

时电机与齿圈相连，提供部分功率和转矩。

3.混合动力技术发展的技术基础

汽车混合动力技术发展与机械、电气、内燃机、能源技术息息相关，随着这些方面技术的发展，混合动力技术的发展也随之广泛，

主要包括：1）最先进的内燃机技术，体积小重量轻以及油耗低排放性能优良的发动机都引领着汽车业的发展，而目前Prius发动机的技

术已经达到了目前先进的水平。2）先进的电机系统技术，电机技术则决定着电动汽车的发展空间，对于电动机的要求也越来越高，电

动机要具有较大的负载特性以及很宽的高效率工作区间。3）高性能的动力电池，动力电池在混合动力电动汽车上应用, 主要起到以下作

用:

a)起动、加速时作为动力；

b)车辆减速、下坡行驶时回收车辆动能。

因此要求动力电池具有： ① 高输出能力和高回收能量的接受能力；②体积小、重量轻；③SOC 控制技术；④高可靠性和安全性；

⑤长的使用寿命。

以上的技术发展带动着混合动力技术的发展，而混合动力的发展又提高了这些基础技术的发展空间。

4.混合动力技术的发展前景

1) 混合动力电动汽车具备了良好的动力性能、良好的燃油经济性、清洁环保、经济实用。为达到提高车辆的动力性、经济性和环保

性, 需要采用当代最先进的内燃机技术深入分析低油耗特性； 选择比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的电机, 研究它的低速大

转矩、效率和再生制动能量回馈性能； 经过周密分析和试验研究特性, 最佳选择各自高性能区段的组合与叠加。

2) 混合动力汽车绝对成本过高是目前混合动力电动汽车推广应用的主要难点, 这是因为混合动力汽车除了以往的动力装置外, 至少

还必须安装电池, 其成本不可能降至普通汽车的水准。因此, 混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本, 这也是今后有待解决的最大

课题, 特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本。

3）提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率.从汽车制造阶段着手, 设计改进汽车动力系统, 满足汽车再生制动回收要求，加强混合

动力电动汽车的可靠性, 解决动力电池的使用寿命和可靠性问题, 是混合动力电动汽车推广应用的前提。

国际能源紧缺，混合动力可以很好的节省汽车行进过程中减速、下坡过程的能量消耗，同时其排量低、污染小，也是未来汽车发展

的必然趋势。

5.锂电池将会被广泛应用

纽约商品交易所8月交货的原油期货价格在7月3日突破每桶145美元，创历史最高记录。而在此周，欧佩克周平均油价也再创

新高。事实上，一段时间以来，油价高涨和由此产生的一系列政治经济社会问题深深刺痛着汽车制造商。在美国，三大汽车制造商纷纷

减产大型皮卡、SUV，增产节能环保的小型车或混型车。然而，在改变现有产品结构的同时，汽车制造商早已“心知肚明”：一定要未

雨绸缪，掌握可替代能源汽车技术。

“电池是核心问题。”通用汽车研发实验室材料实验室总监马克?维布拉克曾表示。对已具备一定市场化成功经验的混合动力汽车

而言，电池技术成为决定该车未来命运的关键。据了解，目前包括丰田普锐斯(参数配置 图库)车型在内的混合动力汽车都使用镍氢电池。

而这种电池技术本身有一定局限性。除去价格因素外，一方面，受材料决定存储电量大小的限制，镍氢电池续航能力不足，另一方面，

它也不能外插式充电。

锂电池则具有电压高、充放电寿命长、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽等优点，已成为绝大多数汽车和零部件企业的首选

和主攻方向。资料显示，相比于镍氢电池，混合电动汽车采用锂电池可使得电池组的重量下降40%~50%，体积减少20%~30%，能源

效率也有一定程度提高。乐观的预测称，在不久的将来、车用锂电池的成本将下降到镍氢电池的2/3。

6．成本会有所下降

当今全球汽车市场，混合动力车型已经从引爆流行的产品渐渐成为了消费者购车时的主流产品，最近有报告指出，预计在未来的

几年间，汽车制造商的混合动力系统的成本将会大幅下降。

近日，摩根大通在一份公布的报告中指出：“汽车制造商生产混合动力系统的成本有望下降67%之多”。同时，报告中还预测全球汽

车市场的混合动力车型在未来的十年间有望达到年销售960万辆的水平，在全球汽车市场份额将达到10.2%。报告指出，目前由汽油发

动机，电动马达，电池组，控制单元和其它一些电子部分构成的混合动力汽车的动力系统总成本大约在5,869美元左右(约合人民币4万

元)，预计到2018年，相同的混合动力汽车的动力系统总成本仅仅需要1,919美元(约合人民币1.3万)。混合动力汽车里我们的生活将越

来越近

印度调查公司RNCOS公布预测报告显示，从2008年到2015年全球混合动力车市场的年均增长率将达到12%。

综合外电8月25日报道，印度调查公司RNCOS公布的混合动力车全球市场预测报告显示，混合动力车与配备发动机的普通车相比，在

燃效及环保方面具有很多优势，今后市场还将进一步扩大，并预测从2008年到2015年的年均增长率将达到12%。

此外，报告预测丰田汽车和本田将引领全球混合动力车市场。

7.混合动力客车

近日，广州一汽巴士有限公司与美国伊顿公司签订购置混合动力系统的协议，计划新增207 辆混合动力车

；不久前，广州一汽巴士与伊顿公司、福田欧Ⅴ客车刚刚签订购买30 辆混合动力车的订单。数量如此之大的混

合动力车投入使用，是否给行业一个信号：混合动力客车已经实现产业化了呢？对此，《商用汽车新闻》记者采

访了该领域的相关专家。

在专家看来，混合动力客车已经产业化，但是纯电动客车和氢燃料电池客车的产业化仍需时日。

混合动力初步产业化

据了解，“十五”期间，国家启动了电动汽车重大科技专项，并确立了“三纵三横”(燃料电池汽车、混合

动力汽车、纯电动汽车三种整车技术为“三纵”，多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术为“

三横”)的研发布局，并在整车技术开发、关键零部件研发和共性研发技术平台建设方面取得了丰硕的成果。

“十五”期间启动电动车专项后，“十一五”期间应该是电动车的商业化应用阶段，国家发改委工业司在《

中国汽车产业“十一五”发展规划纲要》中提到：“积极推广新能源汽车。??企业应根据市场需求积极做好产业

化工作。”但从目前来看，产业化之路似乎充满坎坷。

北京理工大学电动车辆工程技术中心副主任林程在接受记者采访时表示，在现阶段国家所提出的“三纵”

，相比其他新能源技术要适合中国市场。但是由于这三种技术的不同特点，产业化的时间不尽相同。混合动力是

最先初步实现产业化的技术。目前国内一些混合动力客车已经实现量产。

于燃料电池汽车，林程引用了国务院发展研究中心的一份报告。该报告指出，燃料电池汽车的大规模商

业运营需要到2020 年左右。对于纯电动汽车，“技术水平能够达到节能环保的要求，可以说已经接近产业化，

但由于受到电池容量的制约，产业化还需要一段时间。”林程表示。

受阻技术和成本

阻碍这些技术发展的因素有哪些呢？记者致电了中通客车企划部品牌管理处副处长孙东立。中通目前推出的

电动客车产品，主要有混合动力和纯电动客车两种。孙东立告诉记者，混合动力客车已经量产，并且初步实现了

产业化，但纯电动客车由于受到电池容量的制约，尚未产业化。

林程说，就混合动力技术而言，由于混合动力并未脱离对燃油的依赖，只有节油率达到30%以上的混合动力技术

，才能真正达到节能环保要求。

对于纯电动汽车而言，两个方面是阻碍其产业化的因素——电池容量及有关部门的认识。他举例道，目前纯电动

公交车已经在北京等城市运行，由于公交车具有集中运营的特点，充电比较方便，已经克服了电池容量的制约。

但对于其他用途的纯电动客车，电池容量仍然是一大障碍。其次是决策部门对纯电动技术的认识。他告诉记者，

目前北京市设立一个纯电动汽车的充电站要花费大约2000 万元人民币，能够为100 辆公交车提供一天运行的电

力；而同等充电量的一个充电站在国外需要花费2000 万美元，“即便如此，相关决策部门仍然觉得价格太高，

这样当然会影响纯电动汽车的发展。”

中国汽车工程学会电动汽车分会秘书长、清华大学汽车工程系副教授田光宇也表示，现阶段，燃料电池由于其成

本高、价格贵以及技术方面的制约，3~5年内很难实现大规模的量产和真正意义上的产业化。

政府支持成为重要助推器

面对《中国汽车产业“十一五”发展规划纲要》积极推广新能源汽车的规划，新能源汽车应该如何继续推进？

田光宇认为，单单依靠企业去实现产业化是不现实的。就企业而言，哪种技术更接近市场，他们就会首先选择该

技术。相对的，那些存在研发瓶颈的技术，必然不会成为企业商业化的首选。所以他表示，发展新能源技术，应

该由政府牵头，组织企业、研究机构和大学联合开发。“令人欣慰的是，目前国家正在推行‘十城千辆’计划，

即在10 个城市试运行千辆新能源车。这证明了相关部门和企业已经意识到并期望通过努力，推进新能源技术产

业化的进程。” 田光宇说。

林程认为，政府的支持将是新能源汽车产业化的重要助推器。他告诉记者，在国外，新能源汽车的产业化进程几

乎都注入了政府的资金支持，并且政府还会通过一系列的补贴和优惠政策来鼓励新能源技术的应用。