新能源汽車——混合動力汽車的前景分析

1、精品文檔序號：編碼： 重慶理工大學(xué)第十七屆“開拓杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品作品名稱：新能源汽車一一混合動力汽車的前景分析作品類別：A 自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文類別：A自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文B科技發(fā)明制作C哲學(xué)社會科學(xué)類學(xué)術(shù)論文與社會調(diào)查報告新能源汽車一一混合動力汽車的前景分析摘要：基于環(huán)境和能源問題的日益嚴(yán)重，以采用非常規(guī)的車用燃料作為動 力來源，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新結(jié)構(gòu)的新能源汽車，尤其是混合動 力汽車（同時裝備熱動力源和電動力源）占據(jù)了人們的視線。我們知道， 自1993年美國率先通過由國家組織，大型汽車公司開發(fā)的模式發(fā)展新能 源汽車開始，美國和日本已經(jīng)成為了混合動力汽車（HEV的最主

2、要開發(fā)和需求市場。豐田，本田等大型汽車公司更是居于領(lǐng)先地位。 尤其是2003 年以來，HEV$場的大幅tf長表明了 HEVT業(yè)正在趨于成熟。我國混合動 力研究起步較晚，2001年，科技部在“十五”國家科技計劃中設(shè)立電動 汽車重大專項，選擇新一代電動汽車技術(shù)作為創(chuàng)新的主攻方向， 組織企業(yè)、 高等院校和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)。目前，混合動力汽車已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，我 們以混合動力汽車普銳斯（prius ）為例，在生產(chǎn)技術(shù)和汽車性能層面進(jìn) 行分析，指出混合動力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)一一動力性能并駕齊驅(qū)，但油耗比常 規(guī)汽車大幅減少；但成本過高，電池技術(shù)的落后還是令人擔(dān)憂?；趯旌蟿恿ζ嚢l(fā)展前景的看好，我們現(xiàn)提出一種較

3、為實際的HEV發(fā)展方案一一60公里行程內(nèi)采用純電力驅(qū)動以電作為基本的動力， 而以油彌補(bǔ)蓄電池在儲能方面的缺點(diǎn)，采用并聯(lián)連接驅(qū)動系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：新能源汽車、混合動力、發(fā)展前景、技術(shù)方案 一、新能源汽車的定義和分類1、新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則已于2009年7月1日正式實施，規(guī)則強(qiáng)調(diào)說明：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料 作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合 車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技 術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車（ HEV、純電動汽車 （BEV包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV、氫發(fā)動機(jī)汽車、

4、其他新能源（如高效儲能器、二甲醍）汽車等各類別產(chǎn)品。其中混合動力 汽車、純電動汽車和燃料電池汽車是當(dāng)前新能源汽車研究的熱點(diǎn)，目前真正達(dá)規(guī)模量產(chǎn)的新能源汽車只有混合動力汽車。2、混合動力汽車（Hybrid Electrical Vehicle, 簡稱 HEV是指同時 裝備兩種動力來源熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電 動力源（電池與電動機(jī)）的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機(jī)，使得動 力系統(tǒng)可以按照整車的實際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控， 而發(fā)動機(jī)保持在綜合 性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。根據(jù)混合動力驅(qū)動的聯(lián)結(jié)方式，混合動力系統(tǒng)主要分為以下三類：一是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動

5、力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶 動發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池， 再由電池傳輸給電機(jī) 轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動汽車。二是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動系統(tǒng)： 傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。 兩個系統(tǒng)既可以同時協(xié)調(diào)工作，也可 以各自單獨(dú)工作驅(qū)動汽車三是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)， 兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或 采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速 關(guān)系。根據(jù)在混合動力系統(tǒng)中，電機(jī)的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統(tǒng)還可以分為微混

6、合動 力系統(tǒng)、輕混合動力系統(tǒng)、中混合動力系統(tǒng)、完全混合動力系統(tǒng)這四類。二、混合動力汽車的產(chǎn)生在美國，自1990年以來，由于環(huán)境和能源問題以及美國加州 零排放車輛 法”的推行，各大汽車廠商更加注重對電動汽車的開發(fā)，1993年9月，美國能源部和三大汽車公司牽頭成立了新一代汽車伙伴關(guān)系（PNGV） ”，美國政府通過PNGV與汽車界達(dá)成了多種合作研究、開發(fā)協(xié)議，并協(xié)調(diào) 政府有關(guān)部門，國家實驗室和三大汽車公司的人力、 物力資源，開展高效 節(jié)能汽車包括HEV的研究。到目前為止新能源汽車特別是混合動力汽車 已經(jīng)有了很大的發(fā)展。特別是近幾年混合動力汽車更是以及快的速度發(fā) 展。三、混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀分析（一

7、）市場分析1、國際市場（1）、現(xiàn)在美國、日本和歐洲研究新能源汽車的重心都在混合動力上，并且取得了一定的成績，混合動力汽車的需求量也主要集中在美國和日本, 而日本的本田和豐田公司則占據(jù)了絕大部分市場（見圖二表），下面圖表 可以清楚的看出來。圖表一：全球混合動力銷量（2004-2008年1-9月，單位：萬輛）40$5302515105圖表二: 2005年世界HEV?場，百分比分布12（2）、混合動力汽車從產(chǎn)生到現(xiàn)在發(fā)展迅速，特別是2003年以來，由于汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，混合動力汽車以直保持高速的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。圖表2:3519 的隼 19*4 1999 2000 年 200 滴 2002與 20034

8、2U04卑 2005*資料來源：卜三夕自的義本田被研捱快黑精；：特別是最近幾年更為顯著，例如：2008年1-9月日本混合動力汽車銷量 8.22萬占日本汽車銷量比重的2.04%;美國混合動力汽車銷量27.95萬輛 占美國汽車銷量比重的2.41%;混合動力汽車的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟， 在不久 的將來將會大批量產(chǎn)。2、國內(nèi)市場在我國混合動力（HEV的研究起步較晚，但是近年來得到了政府、 企業(yè)、高校和科研院所的高度重視。2001年，為維護(hù)我國能源安全，改 善大氣環(huán)境，提高我國本土汽車業(yè)競爭力，力爭實現(xiàn)我國本土汽車業(yè)的跨 越式發(fā)展，科技部在“十五”國家科技計劃中設(shè)立電動汽車重大專項，從發(fā)展我國汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略高

9、度，選擇新一代電動汽車技術(shù)作為創(chuàng)新的主攻 方向，組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)。目前國內(nèi)從事混合汽車 研究的主要企業(yè)有東風(fēng)、一汽、上汽、長安、奇瑞等等。（二）技術(shù)現(xiàn)狀分析目前混合動力汽車技術(shù)相對于其他新能源汽車技術(shù)已經(jīng)較為完善， 并 且可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。美國和日本是較早研究混合動力新型汽車的國家， 因 此，他們也掌握了當(dāng)今混合動力的頂尖技術(shù)， 特別是本田、豐田和福特的 汽車巨頭。1、下面以豐田（Toyota）公司推出的混合動力汽車普銳斯（prius ）為例 分析。（1）、prius的產(chǎn)生普銳斯是豐田1997年開始批量生產(chǎn)的一款混合動力轎車，至今在全 球范圍內(nèi)已累計銷售逾36萬輛。與同等排量

10、的普通汽車相比，混合動力 車在市區(qū)行駛的節(jié)油率達(dá)到了37.3%47.5%,在市郊行駛的節(jié)油率也達(dá)到19.8%36.0%, 一般情況下，百公里油耗只有 4升左右，大大少于目 前普通汽車的油耗。到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第三代，2009年5月第三代prius1.5L 以25.98-27.98 萬的價格在中國上市。用車之家 AUTOhDME COM CN(2)、動力性能分析從引擎參數(shù)圖表：Priu1.5L最大功率：57/5000（50/1200-1540 電動機(jī)） kw/rpm最大扭矩：115/4000 （400/0-1200電動機(jī)）n.m/rpm最高轉(zhuǎn)速：一最高時速：165 km/h發(fā)動機(jī)放置位置：前置冷

11、卻系統(tǒng)：水冷氣缸排列形式：直列氣缸數(shù)：4氣門數(shù)：16燃油供給方式：31增壓形式：一氣缸壓縮比：13.0:1排量：1497 ml排放標(biāo)準(zhǔn)：歐IV油耗：4.7升/百公里眾泰5008 1.5L時尚型最大功率：78/6000 kw/rpm最大扭矩：134/4500n.m/rpm最高轉(zhuǎn)速：一最高時速：145Km/h發(fā)動機(jī)放置位置：前置冷卻系統(tǒng)：水冷氣缸排列形式：L形氣缸數(shù)：4氣門數(shù)：16燃油供給方式：多點(diǎn)電噴增壓形式：一氣缸壓縮比：9. 5排量：1599 ml排放標(biāo)準(zhǔn)：歐IV油耗：10. 37升/百公里可以看出：發(fā)動機(jī)最大功率為 57KW最大日t速為165Km/h,油耗僅為 4.7升/百公里，且加速性能

12、良好，0-100米加速僅需9.66s.與同等排量 的常規(guī)燃料發(fā)動機(jī)相比動力性能毫不遜色，且油耗僅為同等排量常規(guī)燃料 汽車的50%(3)、驅(qū)動聯(lián)接方式Prius采用的是最為先進(jìn)的混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。它綜合了電動機(jī)和發(fā)動機(jī)兩大動力優(yōu)點(diǎn)的新一代動力系統(tǒng)。各取其所長的動力單元。它 高水平地滿足了現(xiàn)代汽車對低油耗、 低尾氣排放量的要求，加速良好，運(yùn)行安靜。它絕不是僅單純地配置了電動機(jī)和發(fā)動機(jī)，而是利用最新研究成果的尖端技術(shù)，理想地將兩種動力進(jìn)行優(yōu)化匹配的結(jié)果。根據(jù)行駛條件的 不同，可以僅靠電動機(jī)驅(qū)動力來行駛，或者利用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)驅(qū)動行

13、駛。 另外還安裝有發(fā)電機(jī)，所以可以一邊行駛，一邊給HV蓄電池充電。綜上；混合動力汽車技術(shù)特征已經(jīng)達(dá)到了常規(guī)燃料汽車的性能，且在經(jīng)濟(jì) 性和環(huán)保型有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。2、當(dāng)前混合動力汽車發(fā)展的瓶頸(1)、價格是致命的弱點(diǎn)雖然混合動力汽車的技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，但高額的成本是阻礙普及 發(fā)展的一個重要因素。比如說大部分自主廠家所熱衷的混合動力，一般的中度混合動力的平均成本要比同類型的汽油車貴30嗨U 50%也就是說同是十萬元的車型，混合動力售價至少貴3到5萬元。強(qiáng)混合動力更貴，如 比亞迪F3DM其14.98萬的售價幾乎可以購買三輛售價為 5.98萬的F3 智能白金版實用型G-i。因為多了一套系統(tǒng)，就比言行的拉

14、高了混合動力的成本。 要想將節(jié)油 車型推而廣之，就有必要補(bǔ)貼這個差價。財政部雖然發(fā)布了混動最高補(bǔ)貼 5萬元、純電動最高補(bǔ)貼6萬元、燃料電池車最高補(bǔ)貼 25萬元的標(biāo)準(zhǔn)， 但不能直接反映在車價上的補(bǔ)貼，對消費(fèi)者來說就是一張畫在紙上的大 餅，中看不中吃。(2)、電池技術(shù)是制約它發(fā)展的一個重要因素。新能源汽車的動力電池本身還遠(yuǎn)不夠成熟。鉛酸電池嚴(yán)重污染環(huán)境，早已退出主流應(yīng)用；銀氫電池雖然是目前商用化主流，但主要指標(biāo)的實驗室數(shù)據(jù)均低于鋰電池，且理論上基本不存在提升空間 ；鋰電池盡管性能優(yōu) 越，安全性尚不能得到保證。國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的電動車大多數(shù)采用的恰好就 是鋰電池。一方面，故障率能夠達(dá)到百萬分之一級別的并

15、不多。 另一方面， 不成熟的技術(shù)一旦大規(guī)模商業(yè)化也可能引發(fā)新的社會問題。就其技術(shù)本身來看，上述三種形式的動力電池，目前能達(dá)到的壽命僅 為35年，國家給了新能源車價格上的一定量補(bǔ)貼， 可是占據(jù)整車成本將 近一半的電池，在三年壽終正寢的時候，誰來補(bǔ)貼更換的高額費(fèi)用呢 ？由于電池技術(shù)限制，大部分的新能源汽車電池續(xù)航里程十分有限， 純 電動汽車的續(xù)航里程為110Km僅為普通汽車的1/5；所以現(xiàn)在混合汽車的 主要動力源還是內(nèi)燃機(jī)。那么混合動力汽車要有所突破直至完全擺脫以傳 統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)提供動力，就必須在電池技術(shù)上有所突破。四、混合動力汽車的發(fā)展前景從以上分析可以看出，新能源汽車中的純電動汽車由于不可能在現(xiàn)階

16、 段被市場所接納，然而油電混合動力汽車在技術(shù)上已經(jīng)成熟， 是近期內(nèi)可 以產(chǎn)業(yè)化的車輛。也是現(xiàn)階段新能源汽車的熱點(diǎn)。因此近期新能源汽車的 發(fā)展方向還是混合動力汽車，混合動力汽車具有相當(dāng)好的發(fā)展前景。 隨著 電池技術(shù)的發(fā)展，混合動力汽車的主要動力會向電動機(jī)發(fā)展， 并最終實現(xiàn) 純電動汽車，現(xiàn)提出一種比較實際的混合動力汽車發(fā)展方案。1、本方案的基本構(gòu)想是：在60公里運(yùn)行距離內(nèi)，將使用蓄電池作為動力， 以解決居民們上下班所需用到的能源， 在我國絕大多數(shù)大、中城市行駛可 不用一滴汽油；而且，采用晚上的低谷電充電，省掉了修建抽水蓄能電站的投資；僅在居民作長距離旅行在高速公路上以較高速度行駛時，才改用“油”，

17、以彌補(bǔ)蓄電池儲能的不足！2、本方案是以油電混合技術(shù)為基礎(chǔ)，但又和傳統(tǒng)的油電混合動力汽車有所不同。傳統(tǒng)油電混合動力汽車的基本思想，是以內(nèi)燃機(jī)作為基本的動力，而以電彌補(bǔ)內(nèi)燃機(jī)在耗油和污染方面缺點(diǎn)。本方案（電油混合動力汽車） 的基本思想，是以電作為基本的動力，而以油彌補(bǔ)蓄電池在儲能，亦即在 如何維持較長持續(xù)里程方面的缺點(diǎn)?；究偝刹贾萌鐖D：3、本方案采用并聯(lián)連接驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)如圖，該系統(tǒng)中采用二自由 度行星齒輪機(jī)構(gòu)作為減速器。當(dāng)汽車滿載加速行駛時，內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)同 時工作，共同提供汽車所需動力；當(dāng)汽車等速或輕載行駛時，汽車所需動 力主要由電動機(jī)提供，電動機(jī)通過二度自由度行星齒輪機(jī)構(gòu)減速， 這是內(nèi) 燃機(jī)只提供最小轉(zhuǎn)矩和最小功率； 汽車在市郊行駛時，僅內(nèi)燃機(jī)工作，電 動機(jī)不工作，行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈被鎖死，這時行星齒輪機(jī)構(gòu)之有一個自 由度。并聯(lián)型混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)B-蓄電池；BE-內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)軸的制動器；BM電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的制動器 ;C-離合器；E