混合動力汽車技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

混合動力汽車技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

0混合動力技術(shù)的應(yīng)用前景在19世紀(jì)，隨著能源和環(huán)境危機的加劇，減少能源排放被提到為各國的最高戰(zhàn)略水平。而作為能源消耗及污染物排放大戶的汽車行業(yè),為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,已達成共識,汽車行業(yè)未來將逐漸向電動化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的電動汽車主要指混合動力電動汽車及純電動汽車,純電動汽車結(jié)構(gòu)簡單,技術(shù)相對成熟,但受限于電池技術(shù)的發(fā)展,使得整車?yán)m(xù)駛里程較短,目前還無法滿足用戶出行的要求,同時純電動汽車的全面推廣還依賴于充電等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善,短期內(nèi)難以推廣。而混合動力汽車技術(shù)較復(fù)雜,其關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在以豐田為首的大型汽車企業(yè),國內(nèi)汽車企業(yè)雖經(jīng)過多年的研發(fā)取得一定的成果,但系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性較差,同時混合動力技術(shù)的發(fā)展還受限于發(fā)動機控制技術(shù)及自動變速器控制技術(shù),此兩項技術(shù)核心目前仍然掌握在國外少數(shù)企業(yè)中,國內(nèi)企業(yè)與國外仍存在巨大的差距,從而使我國的復(fù)雜混合動力技術(shù)很難突破國外技術(shù)的封鎖而取得大的發(fā)展,短期內(nèi)大面積推廣存在風(fēng)險。國外混合動力技術(shù)相對成熟且已通過了市場的檢驗,節(jié)油效果好、成熟度高。國內(nèi)的混合動力技術(shù)與國外相比仍存在巨大的差距,若推廣混合動力技術(shù),國內(nèi)市場將很快被國外汽車企業(yè)占領(lǐng)。增程式純電動汽車技術(shù)(整車拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示)為混合動力技術(shù)與純電動汽車技術(shù)的綜合,具有結(jié)構(gòu)簡單,控制容易的特點。與純電動汽車技術(shù)相比,增程式純電動汽車技術(shù)在驅(qū)動方式上與純電動技術(shù)相同,由于增加了增程器,實現(xiàn)了在線充電的功能,消除了純電動技術(shù)續(xù)駛里程不足的特點,同時也解決了純電動汽車對基礎(chǔ)充電設(shè)施過度依賴的缺點,能夠適應(yīng)市場的適用需求。與傳統(tǒng)混合動力汽車技術(shù)相比,增程式純電動汽車技術(shù)擺脫了對發(fā)動機控制技術(shù)及自動變速器控制技術(shù)的依賴。由于增程器發(fā)動機只用來發(fā)電,不受工況的限制,發(fā)電時只需控制發(fā)動機在特定高效率點工作,控制簡單,并實現(xiàn)了發(fā)動機效率最大的優(yōu)化。增程式純電動汽車技術(shù)在驅(qū)動方式上為純電驅(qū)動,驅(qū)動電機可直接實現(xiàn)轉(zhuǎn)速及扭矩的控制,不需要傳統(tǒng)變速器,只需定傳動比的差減速器傳遞動力,極大的簡化了驅(qū)動控制方式。增程式純電動汽車技術(shù)目前已得到了業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)同,能否開發(fā)出性能優(yōu)越、油耗低、排放好的增程式純電動汽車技術(shù),主要依賴于增程器(增程發(fā)動機技術(shù)、發(fā)電機及其控制技術(shù))關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā),開發(fā)專用于增程式純電動汽車技術(shù)的增程器將勢在必行。1實質(zhì)性階段的增程器隨著增程式電動汽車技術(shù)越來越多的受到各汽車企業(yè)的重視,增程器的開發(fā)也進入了實質(zhì)性的階段。AVL、蓮花汽車、FEV以及大眾等國際知名公司均針對增程式純電動汽車的特點開發(fā)了增程器,如圖2所示。國內(nèi)在增程器開發(fā)方面也開始逐步增加投入,如奇瑞(圖3所示)、ALT(圖4所示)等公司。2高效增程發(fā)動機開發(fā)專用于增程式純電動汽車技術(shù)的增程器,包括增程發(fā)動機及控制系統(tǒng)、發(fā)電機及其控制系統(tǒng)、整車系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)。由于增程式發(fā)動機只用在在線補充電能,其需要具有排量小、功率密度大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作工況簡單、效率高等特點。為適應(yīng)以上特點,需開發(fā)一款小排量(0.8L左右)、使用阿特金森循環(huán)的增程專用高效發(fā)動機,并針對增程器的工作特點重新匹配標(biāo)定其相應(yīng)的工作點,同時使排放更優(yōu)。同時為了達到增程發(fā)動機與發(fā)電機系統(tǒng)效率最優(yōu),需針對該增程發(fā)動機專門匹配設(shè)計一款高效、高密度及優(yōu)化控制的發(fā)電機系統(tǒng),從而實現(xiàn)最小的燃油消耗。3增程器研發(fā)方案目前,公眾對新能源汽車的顧慮主要由以下幾個方面:(1)技術(shù)成熟度不夠;(2)純電動汽車環(huán)保、經(jīng)濟但續(xù)駛里程不足;(3)充電設(shè)施匱乏。而增程式純電動汽車結(jié)構(gòu)相對簡單,技術(shù)相對成熟,可直接外接充電同時還能夠?qū)崿F(xiàn)在線充電的功能,能夠滿足普通用戶的使用需求,開發(fā)專用增程器勢在必行。由于增程發(fā)動機的適用工況與傳統(tǒng)發(fā)動機的適用工況不同,針對其特殊用途,對比各種發(fā)動機的特點及各方面性能平衡,四沖程兩缸阿特金森循環(huán)發(fā)動機及汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動機最適合增程器的使用要求。根據(jù)國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀,四沖程兩缸阿特金森循環(huán)發(fā)動機更易實現(xiàn),其有效工作區(qū)間窄,但工作效率極高,是增程發(fā)動機的最佳選擇。增程發(fā)電機與普通電機相比其工作點穩(wěn)定、單一,需對控制策略及控制算法進行單獨的優(yōu)化設(shè)計,以實現(xiàn)發(fā)電機組系統(tǒng)的效率最大化,提高其整體性能;對比各種電機的優(yōu)缺點,開發(fā)一款專用的永磁同步電機比較適合于增程器的工作特點。增程器主要開發(fā)方案:(1)與國外相關(guān)供應(yīng)商聯(lián)合開發(fā)專用的兩缸四沖程阿特金森循環(huán)發(fā)動機及其控制、標(biāo)定技術(shù);(2)與國內(nèi)外優(yōu)秀電機供應(yīng)商聯(lián)合開發(fā)專用于增程器的永磁同步發(fā)電機及其控制系統(tǒng);(3)自主開發(fā)增程器優(yōu)化控制策略及集成技術(shù);(4)自主進行增程器的可靠性試驗及標(biāo)定技術(shù)。4增程式電動汽車將成為產(chǎn)品品牌的新發(fā)展方向2012年3月,電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃出臺,從技術(shù)路線上,電動汽車其中一類為全部或大部分工況下主要由電機驅(qū)動提供驅(qū)動功率的的電動汽車,主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及增程式純電動汽車,增程式電動汽車作為純電動及混合動力的結(jié)合體,即具有純電驅(qū)動的功能又兼顧在線充電的功能,能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的合理過渡