混合动力汽车现状与发展

农业装备与车辆工程

ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｎｏ．７２００８（２００８）Ｔｏｔａｌｌｙ年２０４７月

混合动力汽车现状与发展

戎喆慈

（同济大学汽车学院车辆工程，上海２０１８０４）

摘要：随着能源和污染问题的日益严峻，对混合动力汽车的需求逐渐显现。本文通过对电动汽车类型、国内外混合动力汽车的研究及应用、混合动力汽车的分类及性能等方面的介绍，论述了混合动力汽车的现状与发展。关键词：混合动力汽车；弱混合；中度混合；完全混合中图分类号：Ｕ４６９．７

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７３－３１４２（２００８）０７－０００５－０４

ＴｈｅＳｔａｔｕｓａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ

ＲＯＮＧＺｈｅ－ｃｉ

（ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｏｌｌｅｇｅ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｅｎｅｒｇｙａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅａｐｐｅａｒｓｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｙｐｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｅｓｔｕｄｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ；ｗｅａｋｍｉｘｉｎｇ；ｍｅｄｉｕｍｍｉｘｉｎｇ；ｃｏｍｐｌｅｔｅｍｉｘｉｎｇ

１汽车的能源和污染问题

国际油价大幅上涨，对世界经济造成较大影响。世界银行行长指出，国际市场原油价格每桶上涨１０美元并持续一年，世界经济增长率就会减少０．５个百分点，其中发展中国家减少０．７５个百分点。需求快速增长、原油剩余产能减少、炼厂炼油产能不足，导致原油价格持续上涨。原油价格上涨直接导致汽油和柴油价格飚升，直接影响驾车成本。除了价格因素，资源因素也已经开始显现，给出行带来不便。

汽油正常燃烧生成二氧化碳、水蒸气和过量的氧等物质。但由于燃料中含有其他杂质和添加剂，且常常不能完全燃烧，会排出其他有害物质，主要污染物包括一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物，这些物质随着汽车尾气排入大气中，威胁着人类的健康。近年来，机动车废气排放已成为城市大气污染的重要来源之一。中国城市大气污染现象尤其严重，全世界十大污染城市中中国占了８个。

综上所述，考虑到石油等不可再生资源的大量消耗、传统汽车尾气排放对环境的污染，环保节能的呼声日益高涨，研究绿色环保汽车刻不容缓。

无污染、动力源多样化、能量转换效率高、结构简单、使用维修方便等优点，被称为“２１世纪的绿色环保汽车”。按动力源不同，可分为纯电动汽车（ＥＶ：

ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、混合式电动汽车（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ

ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）和燃料电池电动汽车三大类

（ＦＣＥＶ：ＦｕｅｌＣｅｌｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）。

纯电动汽车唯一的动力源是蓄电池，能在各种工况下零排放行驶，噪音小，但是蓄电池的生产制造过程存在一定污染，目前开发的蓄电池单位重量储存的能量也不能完全满足汽车功能指标的要求，如何提高电池能量密度问题有待解决。此外纯电动汽车的续航里程受电池容量制约，一般一次充电只能行驶

１００ｋｍ，这在重视移动性的今天显然不能让人满意。

燃料电池将化学能转化为电能，通过氢氧的化学反应产生动力。它的能量转换效率是传统内燃机的２～３倍，排放出来的是水，不污染环境，燃料电池工作本身没有噪声，没有振动，其电极只用于导电，不参与化学反应，所以没有损耗，寿命长。但是车用燃料电池单位质量（或体积）的电流密度及功率有待改进，以提高动力车辆所必需的快速起动和动力响应的能力，同时氢气的贮存和安全问题仍困扰着众多科研人员。燃料电池汽车是未来的发展方向，但是对于传统车的改动非常大，其产业化还有待时日。

混合动力汽车是传统汽车向电动汽车转变的过渡产品。国际电工委员会（ＩＥＣ）电动汽车技术委员会将混合动力汽车定义为：有一种以上能量转换器提供驱动动力的混合型电动汽车，也可简单定义为

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２电动汽车分类

电动汽车是以自载电池为电源，依靠大功率电动机提供动力的新型交通工具。电动汽车具有清洁

收稿日期：２００８－０５－０７

作者简介：戎喆慈（１９８２－），男，浙江嘉兴人，硕士，研究方向：车身及车辆安全性。

２００８年第７期农业装备与车辆工程

将电力驱动和辅助动力单元（ＡｕｘｉｌｉａｒｙＰｏｗｅｒＵｎｉｔ，混合动力汽车采用适当的燃ＡＰＵ）合用到一辆车上。

料转换装置（如内燃机）、储能装置和电动机作为混合动力源，在严密的控制策略控制下，使燃料转换装置、储能装置和电机在驱动工况下尽可能工作在高效率、低排放区域，在汽车制动工况下，通过发电机或电机工作象限的调整回收部分制动能量，从而大大改善汽车在不同工况行驶时的燃油经济性能、尾气排放性能及其他使用性能。

混合动力汽车结合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，续航里程不受限制，而且对于传统汽车的改动并不大，产业化生产的投入相比燃料电池汽车也少得多。

“混合动力面包车采用世界首次批量生产的ＥＳＴＩＭＡ”

电动四轮驱动及四轮驱动力／制动力综合控制系统，给混合动力汽车的行驶性能带来了革命性的改进。

１９９３年９月美国启动新一代汽车伙伴计划，计

划２００４年推出能用于投产的式样车。当年，美国能

源部与三大汽车公司签订了混合动力汽车开发合同，进行为期６年的研制开发工作。１９９７年，ＰＮＧＶ计划已完成了新一代汽车的技术选择，经过充分酝混合动力、高性能引酿，认真筛选，确定了轻质材料、

擎（四冲程直燃式引擎）和燃料电池（ＰＥＭ燃料电池）为ＰＮＧＶ的技术主要方向。在美国４７个州的２１个联邦实验室和５１所大学中，有１２００多个ＰＮＧＶ的研究专案正在进行中，ＰＮＧＶ计划已使美国全国形成了一个汽车技术创新的国家行动。经过多年努力，三大汽车公司在１９９８年北美国际汽车展上分别展出了样车，并在此基础上按期推出三款混合动力轿车———通用Ｐｒｅｃｅｐｔ、福特Ｐｒｏｄｉｇｙ、克莱斯勒图４）。三款车均接近或实现百公ＤｏｄｇｅＥＳＸ３（图３、

里油耗３Ｌ的目标，其中通用汽车公司的Ｐｒｅｃｅｐｔ是目前唯一达到ＰＮＧＶ油耗要求的车型。据统计，美国市场上售出混合动力汽车近７万辆；２００２年美国混合动力汽车市场规模达到３５０００辆；美国已有近２０个城市在试用混合动力公共汽车。与此同时，欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车。法国

３国内外混合动力汽车发展概况

目前，日本丰田汽车公司正走在混合动力汽车研发的最前沿，开发的混合动力汽车已达到实用化水平。１９９７年，丰田公司推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车“（图１），２００１年又相继推出Ｐｒｉｕｓ”“混合动力面包车和“皇冠（Ｃｒｏｗｎ）”轿车。ＥＳＴＩＭＡ”

２００２年底，丰田汽车公司生产的混合动力汽车在日本国内和海外的累计销量均突破１０万辆，现已在全世

“混合动力系统（ＴＨＳ）界２０多个国家上市销售。Ｐｒｉｕｓ”

（图２），其电子控制装置可分别利用电能、汽油或两者组合同时工作，根据车速和负荷情况，控制每种能源的功率比例，以保证汽车以最有效的模式运行。

ＢＥ集团先后推出贝灵格型和萨拉型混合动力汽车。

图３克莱斯勒ＤｏｄｇｅＥＳＸ３

图１混合动力汽车“Ｐｒｉｕｓ”发动机

发电机

电动机

太阳轮

（发电机）行星轮架（发动机）

行星轮

齿圈（电动机）

图４ＤｏｄｇｅＥＳＸ３动力系统

行星轮

１９９９年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有

限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客

图２Ｐｒｉｕｓ混合动力系统（ＴＨＳ）

车。电动汽车科技攻关项目正２００１年底，国家“８６３”

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戎喆慈：混合动力汽车现状与发展２００８年７月

式启动，第一批项目以混合动力汽车为主。一汽和东风汽车集团联合所在地高校和研究所，在各自客车底盘上研发混合驱动公共汽车和大型客车。此外，东风电动汽车公司还承担了混合动力轿车的研发任务。目前，混合动力汽车主要研发成果如下：东风电动车辆股份有限公司开发出混合动力汽车，其中

同时兼顾了传统汽车的方便性和电动汽车的环保性能；排放达到欧Ⅲ标准，燃油经济性提高１５％以上；适于城市和城际之间的公共交通。

第一汽车集团公司、美国电动车（亚洲）公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作推出一款混合动力轿车———红旗ＣＡ７１８０ＡＥ。该款串联式的混合动力轿车属中高档轿车，１３ｋＷ汽油机，１５ｋＷ直流电机，１４４Ｖ（１０５Ａｈ）铅酸电池，最高车速可达

ＥＱ７２００ＨＥＶ型混合动力轿车以风神蓝鸟轿车为平

台，以满足未来城市公务、出租用车需求为目标，最大限度地利用东风公司现有产品平台及社会资源开发而成，实现产品系列化、通用化、标准化设计，主要技术参数为最高车速１６０ｋｍ／ｈ、锂离子电池；

１３５ｋｍ／ｈ。

奇瑞与英国纽卡斯尔大学进行混合动力项目合作，奇瑞开发的并联式混合动力汽车已在２００６年北京车展上亮相。

ＥＱ６１１０ＨＥＶ型混合动力城市公交车采用混联方案，专为２００８年北京奥运会公交用车开发，主要性

能参数包括东风汽车公司生产的康明斯６ＢＴＡ型柴油机、中科院电工所研制的交流电机、纯电池电动最高车速３１ｋｍ／ｈ、最大功率２７ｋＷ、最大电流１１９Ａ、发动机和电机混合驱动、最高车速７２ｋｍ／ｈ。

天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中型客车。其主要技术特点：使用燃油和电力双能源，

串联式

内燃机与驱动桥无机械连接；驱

特点

得电能；内燃机发电机组和驱动电机（再生制动时）均可为蓄电池充电。

结构简单，无需离合器和复杂的

优点

动电机从蓄电池或内燃机发电机组获机械连接。

４混合动力汽车分类

因为混合动力汽车各个组成部件、布置方式及控制策略的不同，形成各式各样的结构型式。混合动力汽车的分类方法很多，根据动力源数量及动力传并联型和混联型（表递方式的不同，可分为串联型、图６、图７）。２，图５、

表２混合动力汽车各类型特点

并联式

内燃机、驱动电机与驱动桥之间

混联式

内燃机、驱动电机与驱动桥之间机械连接；同时包含串联式和并联式的结构。

驱动电机可以驱动车辆并为蓄电

内燃机可以与驱动桥脱开以单独

变速器；内燃机一直可以工作在最优池充电，可以不需要单独的发电机；车驱动发电机（串联式）；内燃机可以在的区域；低速和低负荷工况，车辆起辆在任何负荷时效率比传统车辆高；近最优的区域工作并驱动汽车；兼具驱并联式和串联式的优点。停，城市工况效果理想；易向燃料电池可以使用传统车辆的变速器；电池、技术过渡。

能量传递链长，效率低；高负荷工

缺点

况时效率比传统车辆低；需要非常大的蓄电池和电机。

两套驱动系统成本高。

控制复杂。

动电机和内燃机可以最小化。

混联式驱动系统是串联式与并联式的综合，发动机发出的一部分功率通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过

动力复合装置传送给驱动桥。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。它充分发挥了串联式和并联式的优点，能够使发动机、发电机、电动机等部

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２００８年第７期农业装备与车辆工程

件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证了在更复杂的工况下仍能使系统在最优状态下工作，所以更容易达到控制排放和油耗的目的，因此是最具影响力的ＨＥＶ。

除按照动力系统的布置方式进行分类之外，按照混合度（ｄｅｇｒｅｅｏｆｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）分类在混合动力汽车研究领域也被广泛地采用，可将混合动力汽车分为弱混合（ＭｉｃｒｏＨＥＶ）、中度混合（ＭｉｌｄＨＥＶ）和弱混合技术中，电功率足以在完全混合（ＦｕｌｌＨＥＶ）。

内燃机停机后实现启动，但是只能在很小的程度上回收制动能。弱混合技术附加成本相对比较低，未来有比较好的实用性。如果要很好地实现制动能回收，则电功率必须在１０～１５ｋＷ的范围内，也就是通常意义上的中度混合。这个功率范围可以满足大部分的减速要求，回收大部分的制动能，进一步提高功率可以回收更多的制动能，但是这类情况发生的概率比较小，提高功率经济性不好，效果不明显。中度混合还是达不到电力驱动，只能对内燃机提供一定

混合动力

油耗／排放

动力性能

的支持。但是从节能角度来看，中度混合可以达到起停功能节油５％，制动能量回收１０％。如果在低功率运行模式下关闭内燃机，并对车辆实现电力驱动，则可以继续降低油耗４％，这就是完全混合。因此电功率等级要比中度混合高，需要达到３０～５０ｋＷ，附加成本也随之上升。由于电功率比较大，所以相应需要的内燃机的功率就比较小，内燃机的尺寸可以选取比较紧凑型的。完全混合技术是为了实现整车功率的提升（图８、表３）。

５总结

随着能源和环境问题的凸显，混合动力汽车越来越成为未来汽车发展的必然趋势。混合动力汽车兼顾了纯电动汽车和传统汽车的优越性，是汽车动力系统过渡和转型战略的关键环节。混合动力汽车作为新兴的技术，还有很多问题需要解决，但是在全世界汽车技术工作者的共同努力下，相信混合动力汽车的春天必将到来。

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起停功能能量回收

电动行驶

－５％

弱混合

中度混合

－１０％

－４％

［５］杨德亮．混合动力节能汽车研究现状及发展趋势［Ｊ］．交通节能与

完全混合

图８混合动力汽车性能特点表３国内混合动力车型分类

厂家东风

车型及参数

混合度

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Ｎｉ－Ｍｈ

中度混合

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