新能源技术混合动力汽车研究报告进展分析报告.doc

基于新能源技术的混合动力汽车的研究进展分析摘要：随着环境保护和能源危机的问题日益显著,新能源汽车渐渐成为人们关注的热点。而在太阳能、纯电能等替代能源真正进入实用阶段之前,混合动力汽车因其显著优势备受关注。本文主要介绍了混合动力汽车的分类、工作模式、优缺点、技术关键及国外的研究现状,并对其发展进行了预测。关键词：新能源；汽车；混合动力0 前言随着环境保护和能源危机的问题日益显著,全球汽车工业正面临着石油能源贫乏和环境污染恶化的巨大挑战。在这样的背景下,破解能源环境制约、寻找新型能源,已成为全球汽车行业的广泛共识,进而使得新能源汽车渐渐成为人们关注的热点。目前新能源汽车的技术路线主要有清洁柴油、混合动力、纯电动和燃料电池等技术。其中,清洁柴油、纯电动和燃料电池技术在中短期均存在技术瓶颈,无法进行产业化推广,而混合动力实现产业化条件相对成熟,混合动力汽车在未来510年将获得巨大发展。混合动力汽车<Hybrid ElectricVehicle,简称HEV,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。1 新能源汽车的概念及分类1.1 新能源汽车的概念新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。其废气排放量比较低。据不完全统计,全世界现有超过400万辆液化石油气汽车,100多万辆天然气汽车。中国市场上在售的新能源汽车都是混合动力汽车。新能源的定义主要有如下要点: 以新技术和新材料为基础；明确包括生物质能等在的开发重点；新能源应该是对环境友好、是可持续发展的；能替代化石能源。根据新能源的定义分析, 不仅仅电动车是新能源汽车, 而且使用生物燃料 <甲醇、乙醇、二甲醚等 > 的汽车也是新能源汽车, 当前对我国来说也应该作为开发的重点。1.2 新能源汽车的分类新能源汽车可分为混合动力汽车<HEV、纯电动汽车<BEV、燃料电池汽车<FCEV、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等。2 混合动力汽车的研究背景随着近年来全球的气候环境的急剧恶化,世界各国都已经认识到生态环境的重要性,许多大型汽车公司正致力于研发生产新能源汽车。从上世纪90年代开始,全球各大汽车公司首先把目光放在电动汽车上,但是由于车用蓄电池的能量密度低、质量较大,使得纯电动汽车的行驶里程短且成本较高,很难市场化。而混合动力汽车则能较好的解决这一难题。从广义上来讲,混合动力汽车是表示多于一种原动机的车辆驱动机构。混合动力机构可备有几种相似的或者不同形式的贮能装置和功率转换器,这样可在不同的使用条件下利用各自的优点,从而使得混合驱动机构的总效益胜过这套机构所增加的费用。这种混合了传统和电动的驱动系统能够明显地减少汽车排放和降低油耗,并可以达到传统汽车同样的行驶距离。3 混合动力汽车的分类由燃机和电力驱动结合的混合驱动,是目前唯一受到关注的混合驱动机构。它有3种布置形式,这3种布置的主要差别在于动力源的串联或并联布置。3.1 串联式混合动力汽车实际上是由一辆由发动机进行发电,再向电动机输出扭矩而运转的电动汽车,在车辆上装有蓄电池,用来储存发动机带动发电机产生的电能。当然,随着燃料电池与太阳能电池的不断进步,可以用燃料电池取代发动机,形成新一代的燃料电池混合动力汽车。下图是串联式混合动力汽车动力流程图。3.2 并联式混合动力汽车这是一种发动机与电动机同时使用的混合方式。在车辆行驶时,以发动机为主要动力源,在车辆起步或加速时则式电动机工作,作为辅助驱动力。在发动机效率较低的低负荷工况时,则电动机功能转变为发电及功能,向蓄电池充电。其次,在车辆制动或下坡减速行驶时,则通过制动能量回收系统进行制动能量回收,进行发电,并向蓄电池充电。而当车辆停止时,发动机停止运转,以限制能量的消耗。下图为并联式混合动力汽车动力流程图。3.3 混联式混合动力汽车这种方式是在并联式混合动力系统中,增加一个专用发电机,按照车辆行驶工况,分别使用串联式混合动力系统和并联式混合动力系统,以提高能量使用效率。下图是混联式混合动力汽车动力流程图。4混合动力汽车的发展现状4.1国外混合动力汽车的发展现状在国际上,美国、日本以及德国等发达国家对开发新能源汽车高度重视,先后制定了研发生产以及购买新能源汽车的诸多优惠政策,其新能源汽车的相关的技术也上升了一个新的高度。这些发达国家每年用于新能源汽车的科研开发和产业化发展的资金不低于10亿美元,如此巨大的资金投入加快了新能源汽车行业技术的发展和销售规模的扩大。目前,混合动力汽车全球已经累计销售100万辆。目前,美国是全球最大的混合动力汽车销售国家。20XX,美国混合动力汽车销量为31.4万量。尽管如此,混合动力汽车在美国汽车的销量中也仅占2.4%,因此新能源汽车的销售市场还有巨大的潜力。美国设立了一个250亿美元的基金,用于支持厂商对新能源汽车的研发和生产,预计到2018年,美国本土将有100万辆混合动力汽车投入使用。日本丰田公司的"COASTER""PRIUS"、美国通用公司的"EV-1"法国雷诺公司的"KANGOO"和意大利的"IVECO"等混合动力汽车均已上市。1999年,丰田公司的普锐斯混合动力轿车在日本的销量达到3万多辆。意大利依维柯公司的12M混合动力大客车已经作为城市公交用车顺利运行了几年,在热那亚市中心的19路公交车就有19辆这种混合动力大客车在运行。4.2 国混合动力汽车的发展现状我国新能源汽车的发展始于上世纪90年代,"十五"规划以来,国家制定了新能源汽车科技规划,先后投入了20多亿的研发经费,目前许多高校已经将其作为重点的课题。随着全球汽车工业中心开始转向中国市场,新能源汽车的产业化进度明显加快,目前研发和研制的生产企业超过了200家。作为汽车的生产和消耗大国,中国的新能源汽车产业正在进入高速前进的阶段。以下是国部分企业混合动力汽车的研发现状。一汽：一汽集团将与丰田合资生产丰田普锐斯混合动力轿车；一汽自主研发的解放牌混合动力城市客车也已通过国家"863"电动车重大专项专家组的工程验收。上汽：与交通大学、同济大学共同签署了新能源汽车战略合作协议；上汽与通用合作开发的混合动力汽车已经投入运行；上汽与大众联合开发的混合动力轿车也于20XX6月小批量投产。东风：混合动力公交车已于20XX7月27日完成最终产品的定型样车实验并通过验收。长安：具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已经生产出样车；装备混合动力技术的长安CV9已于20XX底下线。奇瑞：建立了国家节能环保汽车工程技术研究中心,并已对混合动力车进行了验收；同时将与英国纽卡斯尔大学进行混合动力工程合作。吉利：旗下的伤害华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议,并已初步完成混合动力轿车商业化生产过程。5 混合动力汽车面临的关键性技术问题5.1混合动力汽车要市场化实用化,需要具备高比能量和高比功率的能量存储装置,低成本、高效率的功率电子设备以及燃料经济性高、低排放的发动机。所面临的关键性技术和需要解决的问题包括以下几个方面：<1混合动力汽车发动机起动和关闭频繁,使驱动系统和附件<如空调和动力转向装置等>的电能管理变得复杂。这就需要先进的检测和控制系统,以热力发动机为主的混合动力单元在将燃油转化为有用功的同时,既要提高转化效率,还要满足严格的排放标准。<2能量存储装置<电池>要具有较高的比功率,满足汽车加速和爬坡时的大功率需要。能量存储装置必须采用热能控制管理,要有较高的比能量、较长的使用寿命和低廉的制造成本。<3需要建立更先进的驱动系统数学模型<包括静态的和动态的>,这是计算机仿真和分析的基础。<4制定完善的混合动力汽车相关标准和法规,为混合动力汽车的市场化奠定基础。<5电力电子器件必须减小尺寸、减轻质量和降低制造成本。5.2 混合动力汽车发动机实验中的常见问题混合动力发动机实验的主要目的是研究配气相位、进排气系统、压缩比对发动机性能的影响,从而得到适合混合动力汽车的专用发动机的最优配气相位、进排气系统及压缩比方案,提出相应设计方案,并根据设计方案对原发动机进行改进。与国外的先进水平相比,在混合动力发动机的实验方面,仍有较大差距,主要表现在以下几个方面：5.2.1测试装备的技术水平有待提高受原材料和生产工艺的限制,我国混合动力发动机测试专用设备的生产水平还不够高,且品种不全、配套能力较差。不少高水平的传感器严重依赖于进口。应加强基础测试技术和器件的研制开发,由于现在许多测试系统的精度主要是受到传感器精度的限制,因而要特别注意研制开发高精度的一次仪表<传感器或变送器。测功器是发动机测试技术最基本的设备,虽然我国不少企业从事这方面的生产,但大功率水力、电涡流、交流测功器在国市场上仍然空缺。自动化实验台及控制系统在功能上能够满足要求,但可靠性差,且系统精度低。以激光为代表的光学技术,虽然在发动机测试技术领域己得到广泛的应用,但仪器、设备的关键零部件仍依赖进口。自主研发能力不足。近些年,我国大量引进国外先进测试设备的生产技术,使我国发动机专用测试设备生产的技术水平与国外先进水平的差距有所缩小；但进一步自行研发的能力明显不足,仍未完全摆脱"引进提高再引进再提高"的模式。应加强对引进技术的消化吸收,进行二次开发,扩大应用围。要充分利用引进的技术和设备,加强科研院所、高等院校与专业生产厂家的合作,集中优势力量对我国发动机测试领域中迫切需要解决的难题进行联合攻关。在注意国产测试仪器、仪表的设备性能和功能研发的同时,要特别重视保障可靠性,从设计、试制、工艺、生产、售后服务等环节严格把关,形成一套国产化的可靠性把关标准,只有这样才能提高国产化仪表设备的信誉和市场竞争能力。5.2.2测试方法、标准需要补充完善我国发动机实验领域的标准容和水平,还局限于发动机产品常规性能测试评价方面。针对新型混合动力发动机的开发验证、技术匹配、技术参数的子项指标精确评定等,还没有专用的标准规,如目前较流行的燃烧特性、NVH、适于中国特定工况模拟等。5.2.3测试条件控制要求与实验数据修正方法尚需研究确定由于发动机实验包括发动机新产品研发验证、批量产品生产质量监控测试、节能产品质量评价及其性能比对测试、产品质量问题分析与改进实验、科研成果实际验证、发动机原理教案演示等多种类型,而常规的实验要求,只是一个较宽泛的条件限定,因而针对不同的实验目的,应明确制定出具体的实验条件控制要求、测试结果准确表达方式以及数据修正方法等。6 混合动力汽车的优点当前混合动力汽车一般是指燃机加发电机,再加上蓄电池的电动汽车。混合动力汽车的优点是：<1采用混合动力后可按平均需用的功率来确定燃机的最大功率,此时在油耗低、污染少的最优工况下工作。当需要大功率而燃机功率不足时,则由电池来补充；当负荷少时,富余的功率可发电给电池充电,由于燃机可持续工作,电池又可以不断得到充电,因而其续驶里程和动力性可达到燃机汽车的水平。<2因为有了电池,可以十分方便地回收制动、下坡、怠速时的能量,更加节能环保。<3在繁华市区,启动和停车频繁时可关闭燃机,由电池单独驱动,实现"零"排放。<4空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器,借助原动机动力,无需消耗电池组有限电能,从而保证了乘坐的舒适性,不会有纯电动汽车遇到的难题。<5可以利用现有的加油站加油,不必再投资建造专用燃料补给站。7 混合动力汽车的发展前景混合动力汽车在发达国家已经日渐成熟,有些已经进入实用阶段。由于构造复杂,成本较高,在纯电动汽车普及之前,混合动力汽车只是一种过渡产品。从目前的发展来看,以计算机技术和自动控制技术,各种智能控制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术<Fuzzy、专家控制系统<Expert System、神经网络控制系统<NeuralNetworks等在混合动力汽车上的逐渐应用,将进一步促进混合动力汽车的发展。与传统型汽车相比,混合动力汽车充分吸取了电力/热力系统中最大的优势,在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比,混合动力汽车的电压和功率等级与电动车类似,但蓄电池容量大大减小,因而其造价成本低于纯电动汽车。从上世纪90年代起,全球掀起研发生产混合动力汽车的竞争热潮,21世纪混合动力汽车有可能成为汽车工业的主导产品。混合动力汽车具有低排放、低噪音等优点,并保持了传统燃机汽车续驶里程长的优点,混合动力驱动模式的汽车不论是在小轿车还是大型车辆<如公交汽车领域中,都将有巨大的发展潜力和良好的市场前景。参考文献1王志杰. 混合驱动动力汽车的研究进展.信息技术教育.20XX12月.2黄良学.新能源混合动力发动机实验中的常见问题分析.Equipment Manufactring Technology No.6,20183强,史文涛,庞立江.简析我国混合动力电动汽车现状及发展前景.理工职业学院学术研究.2018年9月. 第5卷 第3期.4王志杰. 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