日美混合动力汽车发展的比较研究

2023年12月14日发(作者：吉利博瑞ge落地价大概多少钱)

新能源汽车日美混合动力汽车发展的比较研究过学迅　张杰山　胡朝峰　(武汉理工大学)社会对环境和节能的重视有力地促进了混合动力电动车辆的发展。首先综述了日本、美国混【摘要】　合动力电动车的发展现状,介绍了它在日本、美国的发展情况,然后选取主要的商业化的混合动力汽车和概念车,分别是本田Insight、丰田Prius、福特Prodigy、戴姆勒克莱斯勒ESX3、通用Precept,重点对比了它们的技术参数,最后展望了混合动力电动车的商业化前景及其发展趋势。【主题词】　电动汽车　混合动力　研究是没有实现;2001年7月,日本开展了“低公害车开发普及行动”,将EV/HEV列为重点开发的低公害汽车之列,并制定了专门的政策,以促进EV/HEV的普及应用;2002年提出从2005年开始大幅度限制尾气排放,制定了《新长期排放限制》的标准,准备用于2005年以后新车销售的排放标准;2002年2月26日,日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会提出了一份有关尾气排放标准的咨询提案。内容包括将颗粒状物质(PM)含量比现行标准减少85%,将NOX减少50%等一些内容,该法规的实施将进一步推动EV/HEV的发展。按照目前的发展速度,预计在2010年将达到210万辆。1.2　各大汽车公司的工作1.2.1　丰田0　引言混合动力电动汽车(HEV)将内燃机、电动机与一定容量的蓄电池通过控制系统相组合,电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转矩,又可以存储吸收内燃机富余功率和车辆制动能量,使发动机工作在最佳状态,从而大幅度降低油耗,减少污染物排放。混合动力汽车虽然没有实现零排放,但其动力性、经济性和排放等综合指标能满足当前苛刻要求,可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。所以从90年代以来,全球刮起了研究混合动力的风暴。日本丰田率先将混合动力车商品化,于1997年推出Prius。随后,多家日本汽车公司实现了多款混合动力的商品化。在美国,为了开发新一代汽车,由美国政府促进,于1993年9月29日发起了新一代汽车伙伴计划即PNGV,目标是开发低油耗的混合动力汽车。丰田是全世界最早正式批量生产的混合动力车的制造者,自从1997年开始,Prius就开始在日本销售,2000年起便在北美、欧洲及世界各地公开发售。目前,Prius已经在中国上市。2001年,丰田又在日本推出了Estima混合动力小货车、使用混合动力的皇冠豪华小轿车和Dyna混合动力轻型货车。丰田商业化的车型已经达到5款,表1是丰田主要销售的混合动力车型。2005年11月30日,丰田汽车正式宣布,丰田混合动力汽车累计已经超过了50万辆,到2005年10月末,全球已经接近销售了51.3万辆。表21　日本混合电动汽车的发展1.1　政府的发展规划日本汽车保有量占全球第二位,由于人口密集,国土狭小,石油100%依赖进口。因此,日本对EV/HEV的研发十分重视。早在1992年,日本政府宣布将允许市场投放20万辆电动车的计划,但收稿日期:2005-12-21　上海汽车　2006103·7·新能源汽车表1　丰田主要销售的混合动力车型单位:万辆PriusEstimaCrownmildHarrierKluger化;通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等追求车辆的轻型化,使汽车达到每公升汽油可行驶35km的世界最高水平,并且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。混合动力车混合动力车混合动力车混合动力车2001.62.692001.80.592005.30.412.062.472005.30.211.401.61最早销售时间日本海外合计1997.1217.7624.9242.682　美国混合电动汽车发展概况2.1　政府的发展规划1973年OPEC组织对西方国家石油禁运给美—2.69—0.59国政府敲响了警钟。但是直到90年代初电动车表2　丰田混合动力车型累积销售量单位:万辆92累计1～10销量的研究在美国才真正开始。1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放的标准,同月加州政府也有了新的规定,即要求汽车制造商在加州销售的车辆中2%必须是零排放车辆,而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。1993年,美国克林顿政府推出了新一代汽车伙伴计划即PNGV,要求联邦政府部门从1993～1995年度大量购买包括EV/HEV的替代燃油车。PNGV制订了10年开发计划,目标是80mpg(约3L/100km)的低油耗汽车。2002年1月9日,10日本0.031.771.531.251.851.992.726.874.9422.95海外———0.651.842.142.616.6014.5428.38总计0.031.771.531.903.694.135.3313.4719.4851.33是丰田混合动力车型累积销售情况。在实现低排放的前提下,为了提高车辆的动力性,丰田汽车在2003年把新一代的混合动力系统HybridSynergyDrive引入到了第二代的Prius上面。在2005年,把这套系统的使用范围扩展到了对动力性能要求更高的SUV车型上———雷克萨斯的RX400h和Highlander混合动力车。1.2.2　本田年计划尚未结束,美国能源部宣布成立一个新的汽车研究项目,叫自由车(FreedomCAR)项目,长期目标是实现高效、价廉、无污染:研究先进、高效的燃料电池技术,用氢燃料作动力,不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专项研究,但是重点是发展氢燃料电池电动车。2.2　PNGV概念车本田自1999年11月开始在日本销售搭载本田IMA(IntegratedMotorAssist)系统的家用混合动力轿车insight,同年12月在美国上市。作为量产汽油轿车,insight达到了世界最低油耗水平。此后,本田共推出了3款混合动力产品。2001年12月,在本田的主力车型Civic上搭载混合动力技术的CivicHybrid开始在日本销售(2002年3月在美国上市)。2004年12月,搭载可变气缸系统的V6发动机和IMA系统的AccordHybrid开始在北美销售。到2005年4月止,本田生产的混合动力车型在全球的累计销量突破了10万辆,其中美国约8.9万辆、日本约5900辆、欧洲约3800辆、加拿大约1500辆。此外,本田还在混合动力车的开发上,通按照PNGV的时间表,在1999年以前为浓缩并集中技术目标阶段,1999～2001年为生产概念车阶段,2001～2005年为生产性样车阶段。按照上述开发时间表,经过各参与单位的6年努力,PNGV的中期目标已经实现。在2000年底特律国际汽车展上福特和通用汽车公司展示了其柴油复合动力概念车,同年2月22日,戴姆勒克莱斯勒在华盛顿国家博物馆公布了其PNGV复合动力概念车。PNGV计划在2002年被终止,原因是80MPG的目标很高,而研制的新车在成本上并未取得很好的成果,不能满足用户在价格上的要求,也就是说,在短时期内不具有市场价值。更重要的是,PNGV仍然局限于用石油作为基本能源。因上海汽车　2006103　　过研究新型发动机、镍氢蓄电池等追求动力高效·8·新能源汽车此新项目的突破将着眼于新一代汽车能源,而不囿于现有技术和当前燃料资源。但是PNGV起到了全球EV/HEV技术开发领头人的作用,从其建立和执行情况来看,新一代汽车已经成为跨国汽车公司和工业国家战略发展的重要内容。下文将对这3款HEV和Prius、Insight进行详细的对比分析。的是它们的电机能量使用比率,再对比图2,可以发现HEV的燃油经济性与纯电动比例之间没有直接关系。本田Insight、戴姆勒克莱斯勒ESX3和福特Prodigy纯电动比例在23%以下,所以称之为轻混合动力电动汽车(MHEV)。而丰田Prius和通用Precept则超过了39%,所以称他们为重混合动力电动汽车(FHEV)。3　日美主要混合电动汽车对比3.1　基本参数对比本田公司的Insight、丰田公司的Prius、福特公司的Prodigy、戴姆勒克莱斯勒的ESX3和通用公司的Precept这5种车型,分别代表了日本和美国的HEV发展最高的技术,表3列出了这5款HEV的基本参数。尤其是Prius,目前在全球的总销量已经突破50万辆。表3　基本参数对比车型类型车重(kg)发动机类型发动机排量(L)发动机峰值功率(kW)电池类型电机峰值功率(kW)变速器类型CAFE(MPG)0～100km/hPriusInsightProdigyESX3Precept图1　电机能量使用比率　　　　　　　汽油1254SII-41.551.5NiMH33CVT5812.5汽油842柴油1083柴油1021柴油1175商业车商业车概念车概念车概念车SII-3CIDII-4CIDII-3CIDII-31.049.2NiMH10M57611.01.254.4NiMH16A57012.41.554.4Li-ion15EMAT67211.41.343.4NiMH35A48011.9图2比较了5款HEV的燃油经济性,采用的是单位质量在单位里程上消耗的能量(UCE)。此外在测试燃油经济性时,每辆车外加300磅的负荷。所以这样测试出的UCE能更好地反映HEV在载重时的经济性。加速时间(s)　注:CAFE工况下的燃油经济性是换算过的,是45%的高速公路工况和55%的城市工况之和,其中Precept的燃油经济性最好,达到了80MPG(约3L/100km)。　　　　　　　图2　单位质量单位里程耗能图1和图2也大致反映了UCE和纯电动比例之间的关系。若把这5种车分为两类:汽油车和柴油车,则他们的燃油经济性和纯电动比例有着正比的关系。3.3　与参照车型燃油经济性的比较3.2　燃油经济性的对比分析电机能量使用比率=纯电动行驶所消耗的电能/电机和内燃机共同工作消耗的能量,也可以把电机能量使用比率理解成纯电动比例。图1所示　上海汽车　2006103·9·新能源汽车拿这5种HEV和具有相同动力性的传统内燃机汽车相比较,分析各自的燃油经济性。选取下列汽车作为对比的基准:丰田1.8L的Corolla,1.6L的本田CivicHX和3.0L的福特Taurus。表4结果证明HEV具有更好的燃油经济性。与传统内燃机汽车相比,HEV从以下3个方面提高了燃油经济性:(1)更有效地转换燃料能量(如动力系统改进和改革,内燃机始终工作在中等负荷状态);(2)降低汽车对能源的需求(如轻量化、降低各种阻力);(3)采取制动蓄能的方法回收能量。表4　5款HEV的燃油经济性HEVPriusInsightProdigyESX3PreceptCAFEMPG传统内燃机CAFEMPG经济性提高(%)5876707280CorollaCivicHXTaurusTaurusTaurus37.648.526.226.226.253.666.1166.8174.4204.91　AntoniSzumanowski.陈清泉,孙逢春译.混合电动车辆基提高了对整体工艺及控制等方面的要求。除了纯电动汽车(BEV),混合动力的能量来源仍然是石油,这决定了混合动力不是电动汽车发展的最终形式。美国PNGV计划的废止和自由车项目计划的重点是发展燃料电池汽车正说明了这一点。但是,目前日本的几大公司的混合动力汽车的热销说明,混合动力汽车是传统汽车时代向燃料电池汽车时代的过渡车型技术,虽然不是长远之计,据估计,仍有20年以上的较长市场周期。因此,可以充分利用现有内燃汽车的生产能力,推动传统汽车工业的改造发展。总之,混合动力汽车介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车之间,承前启后的,在经济和技术方面都趋于成熟的电动汽车产品。参考文献础.北京:北京理工大学出版社,20012　陈小复.PNGV及其概念车.世界汽车,2000.83　殷德双,陈潼.丰田Prius混合动力电动汽车技术特征分析.上海汽车,2004.12在表4中,HEV与CV相比较,Prius和Insight得的经济性低于100%,PNGV概念车获得的经济性都超过了100%,尤其是Precept更是达到了204.9%。PNGV概念车比Prius和Insight有更好的燃油经济性,是因为PNGV概念车目标是追求最高的燃油经济性,不必考虑成本的限制:更多地采用了新型复合材料,更大程度地减轻了车重;采用了电喷柴油发动机,更多地提高了燃油经济性。而Prius和Insight是商业化的HEV,需要综合考虑燃油经济性和成本。所以单从经济性来说,PNGV的概念车要更好。4　陈清泉.电动车的现状和趋势.机械制造与自动化,2003.25　FengAn,AnantVyas,JohnAnderson,er,20016　ski,’2per,2001AbstractTheemphasisonenvironmentprotecy,thearticlesummarizesthepresentsituationofJapaneseandAmericanhybridvehicle,thentakesometypicalexamplesofthemaincommer2cialhybridvehiclesandconceptiononessuchasHondaInsight,ToyotaPrius,FordProdigy,Daimler2ChryslerESX3,,thecommercialprospec2tiveanddevelopmenttrendofhybridvehicleareprospectedinthearticle.4　结语混合动力技术的先进性和现实性,加上节能、环保效果明显,采用混合动力汽车是现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案。但是混合动力汽车将两套系统电池/电机和内燃机同时安装于一辆汽车上,不仅加大了汽车本身的重量,也·10·上海汽车　2006103