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  自福特生产出第一辆T型汽车后,接下来的101年里,汽车工业得到了飞速的发展。汽车在极大改变人们生活方式的同时,也推动了世界经济的快速的提升。然而,石油供应日趋紧缺和环境污染日益加剧的今天,在享受汽车带来便利的同时,我们不得已面对另一个尴尬事实:汽车消费原油约占石油消费总量一半,所排放CO 约占温室气体排放总量两成。蒸蒸日上百年的汽车行业由此走到了一个十字关口。

  电动汽车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的特性日渐成为业界关注的焦点。然而,纵使它有很多优点,但短期内还没有任何办法取代传统的燃气动力模式。由此,一部分人认为混合动力汽车是目前新型清洁动力汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。但另一种观点认为,混合动力汽车构造复杂,成本比较高,在电动汽车时代到来之前,它只是一种过渡产品。混合动力汽车究竟是未来汽车产业中的“主力”,抑或是“替补”?可能市场很快会给我们一个答案!

  所谓混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV),就是指车上同时装备两种或两种以上动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机),符合汽车道路交互与通行、安全法规的汽车。

  一般而言,混合动力汽车的动力系统主要由控制管理系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等四大部分部分构成。车载动力源最重要的包含蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组等。

  混合动力汽车的关键是混合动力系统,其性能的好坏必然的联系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展,混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展,即集成化混合动力总成系统。根据动力传输路线分类的不同,混合动力总成系统又可分为串联式、并联式和混联式等三种。

  串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电,产生的电能经过控制单元传到电池,再由电池传输给电机转化为动能,最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下,电池就象一个水库,只是调节的对象不是水量,而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节,来保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多,轿车上很少使用。

  并联式混合动力系统有两套驱动系统:传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况,非常适合于复杂的路况。该联结方式结构相对比较简单,成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。

  混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,两套机构或通过齿轮系,或采用行星轮式结构结合在一起,从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比,混联式动力系统能更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂,成本高。丰田的普锐斯采用的是混联式联结方式。

  根据这三种动力系统的不同,混合动力汽车大致上可以分为“串联方式”、“并联方式”和“串联、并联方式”三种。

  相比传统燃油汽车或纯电动汽车,混合动力汽车的优点十分突出。首先,采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的上限功率,让汽车处于油耗低、污染少的最优工况下工作。当需要大功率内燃机功率不足时,由电池来补充;负荷少时,富余的功率可发电给电池充电。由于内燃机可持续工作,电池可以不断得到充电,故其行程和普通汽车一样。

  其次,因为有了电池,混合动力汽车可以十分方便地回收制动、下坡、怠速时的能量。同时,在繁华市区,可关停内燃机,由电池单独驱动,实现尾气零污染排放。由于有了内燃机,混合动力汽车可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的一系列难题。

  最后,相比纯电动汽车,混合动力汽车可通过现有的加油站加油,不必再投资。此外,由于采用混合动力,它可让电池保持良好的工作状态,不发生过充、过放,从而延长其常规使用的寿命,降低消费者的使用成本。

  混合动力技术最早在柴、电潜艇上出现。这类潜艇在水面时用柴油发动机推进及为电池充电,在水下则由电池推动。第一辆混合动力的车辆由斐迪南·保时捷在1899年制成。此后,随着燃油汽车狂飙突进式的发展,再加之自身生产所带来的成本过高和结构较为复杂,混合动力汽车便悄无声息的“躺”在了汽车产业高质量发展的大道旁。

  随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧,汽车的节能减排已成为汽车发展的原动力。当前广泛使用的燃油发动机汽车尽管为人们的出行带来了便捷,并助推了全球经济的发展,但其自身存在的弊端,又让人们不得不为汽车寻找一种更为环保、节能、低碳的动力源。

  相关统计资料表明,在占80%以上的道路条件下,一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%,在市区还会跌至25%,更为严重的是排放废气对环境造成污染。20世纪90年代以来,世界各国对改善环保的呼声日益高涨,各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们一致认为未来是电动汽车的天下,但目前的电池技术问题阻碍了电动汽车,尤其是纯电动汽车的应用。由于电池的单位体积内的包含的能量与汽油相比差上百倍,远未达到人们所要求的数值,一些专家估计10年以内电动汽车还没有任何办法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重大突破)。

  严峻的现实,尤其是电池的技术水平,迫使各国汽车工程师开始寻找好的解决方案。经过无数次的探索和试验,他们研发出了混合动力装置(Hybrid-ElectricVehicel,缩写HEV)汽车。这种混合动力装置既发挥了发动机持续上班时间长,动力性好的优点,又能发挥电动机无污染、低噪声的好处。二者“并肩战斗”,取长补短,汽车的热效率可提高10%以上,废气排放可减少30%以上。

  然而,尽管混合动力汽车拥有较为出色的性能,但并未得到一些专家和当时市场的认可。英国的汽车研发专家查理·约翰逊博士就直言,“混合动力汽车不可能实现零污染排放,因为它依旧需要化石燃料,用它代替传统燃油汽车,可能仅仅是一个遥不可及的梦想。”

  德国的一些汽车专家也指出,混合动力汽车的节能效率远没有预计那样出色,因为混合动力车燃油消耗上的优势主要是依靠势能积蓄电力节能。换句话说,混合动力车在行驶中越是频繁制动减速、或频繁地起步停车就会相对更为节能。而如果处于长时间匀速行驶,其节约能源的效果就会相应降低。

  美国汽车协会的阿德尔曼则表示,高昂的价格注定混合动力汽车不能走太远,它非常有可能只是介于燃油汽车和纯电动汽车之间的一种替代产品。因为混合动力汽车电动机和内燃机两套动力系统的造价远比一套动力系统的成本高。在美国,同一车型的混合动力车比装配传统发动机的车贵3000多美元,丰田汽车总裁渡边捷昭也认为,在这种汽车的常规使用的寿命内,其节约的燃料费用,目前还不足以抵消为购买混合动力车而额外支付的车款。为此,许多汽车厂商当时并不重视对混合动力车的研究,而将人力物力投入到了电动或燃料电池汽车的开发中。

  当时的汽车市场也似乎验证了专家们的这些观点。1997年,第一款量产混合动力车丰田普锐斯推向日本市场,当年售出不到2万辆。而在传统汽车强国美、德、法、英等国,当时一年研发销售的混合动力汽车不足百辆。

  凭借出色的性能和优秀的节能效率,很快,混合动力汽车便改变了人们对它的看法,迎来了一个发展小高潮。1999年,本田混合动力双门小车insight在美国推出,受到好评。2007年年底,美国权威机构Autodata的统计多个方面数据显示,2007年10月份美国混合动力车的销售量与上一年相比,同期增长了30个百分点,销售量为24443辆。混合动力车型甚至成了平淡的美国汽车市场的一大亮点:2007年,美国市场销售混合动力车型超过30万辆。2007年5月17日,丰田混合动力车全球累计销售突破100万辆。

  为了在未来的发展中抢占制高点,从1995年起,包括日本丰田与美国三大汽车公司在内的世界各大汽车制造商陆续投入混合动力汽车的研究开发。经过多年发展,混合动力汽车在商用化、产业化进程上已初具规模。

  特别是2004 年全球各大汽车制造商继续加大环保车型的开发力度,混合动力车型成为各大公司的战略重点,逐渐突破了小型车的限制慢慢的变多的应用在中大型车上,技术竞争也愈演愈烈。无论是在混合动力汽车的研发,还是产量上,日本无疑走在其他几个国家的前列。

  1997年,日本丰田推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车,其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车,运用了先进的混合动力系统(THS)电子控制装置与电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制管理系统。目前全球市场上热销的两款混合动力车型分别为丰田Prius和本田Insight。

  为了在2010年实现年销量100万辆的目标,早在2008年,丰田和松下各出资60%和40%成立注册资本130亿日元的Panasonic EV Energy株式会社,生产混合动力车用电池。目前混合动力车用电池年产量可供70万辆车使用,2011年扩大至110万辆。

  为刺激消费拉动内需,日本今年推出旧车换购新车及购买环保车补助金政策,及换购环保车减免税政策。5月份新车销量中,混合动力汽车共销售21601辆,约占12%,首次超过汽车总销量1成。

  美国三大汽车公司通用、福特和戴姆勒-克莱斯勒于2004年就组建了生产混合动力汽车和燃料电池汽车所用电池联合研发企业——USABC,投资460万美元开发新一代环保型双动力汽车所需要的高性能锂聚合物电池。

  2005年9月,通用汽车、戴姆勒·克莱斯勒集团与宝马集团签署了关于构建全球合作联盟,签订了共同开发混合动力推进系统的合作备忘录,共享各自在混合动力推进系统方面领先的技术能力及丰富的科技资源,并把发展“双模”完全混合动力系统作为首要目标。

  2009年美国混合动力汽车销量达到29.03万辆,占美国汽车市场占有率达2.8%,虽然份额还较小,但却从2005年的1.2%开始呈逐年上升之势。预计美国混和动力汽车的销量2013年将达到87.2万辆,市场占有率将达到5%。

  作为世界汽车生产大国的德国也不甘示后,2008年11月德国政府提出未来10年普及100万辆插电式混合动力汽车,并宣称该计划的实施,标志德国将进入新能源汽车时代。

  我国混合动力汽车虽然起步较晚,但发展迅速。从目前情况去看,我国已经建立起了混合动力汽车动力系统技术平台和产学研合作研发体系,取得了一系列突破性成果,为整车开发奠定了坚实的基础。截止到2009年1月31日,在混合动力车辆技术领域,我国知识产权局受理并公开的中国专利申请为1116件。 在1116件专利申请中,发明为782件(授权为107件)、实用新型为334件。

  与此同时,我国在混合动力汽车关键零部件的产业化生产全面跟进,生产配套能力明显地增强。近来,力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设,上海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作,积极完善产业链建设。在未来2-3年内,预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力,能够很好的满足100万辆混合动力汽车的配套要求。

  此外,我国混合动力汽车在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著,不同技术方案可实现节油10%-40%。同时,各汽车企业对混合动力汽车的研发和产业化投入明显地增强,产业化步伐不断加快。目前,国内汽车企业已将混合动力汽车作为未来主流竞争型产品在战略上格外的重视,一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、物力,混合动力车型已完成样车开发,并有部分车型已经实现小批量上市。

  从目前来看,混合动力汽车的前景很广阔,但正如一些专家学者所言,混合动力汽车要想在未来汽车产业中分得一杯羹,必须迈过“三道坎”。

  首先是成本。天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室副主任姚春德教授表示,“成本不降下来,混合动力系统就很难快速推广。”他说,混合动力系统成本过高,使其推广阻力非常大。以现在的油价,按一辆车一年行驶1万公里、百公里油耗7升计算,一年的汽油费在3500元左右,还在用户的接受范围以内,而购买混合动力汽车要多花几万元甚至十几万元。混合动力汽车性价比并不突出,用户难以接受也在情理之中。

  美国政府为推广混合动力汽车,曾经出台了一系列优惠政策,比如实施税收减免以及混合动力汽车可以走公交车道等,确实收到了很好效果。随着普锐斯在美国销量的增加,这些优惠政策被逐渐取消。混合动力汽车价格过高的劣势又凸显出来,导致普锐斯现在的销量下滑,这就为其市场推广带来一定困难。

  其次是电池技术。在混合动力的汽车中,电池是最昂贵的,目前约占汽车总成本一半左右,同时也是最精细脆弱的部件。虽然锂电池具有大功率密度的优势,但在开发适用于混合动力汽车的电池方面,仍有大量工作要做。英飞凌科技(中国)有限公司工程师曹洪宇表示,“从目前技术来看,电池技术是混合动力汽车和电动车的关键。既使是市场呼声比较高的混合动力汽车,电池的成本也占到了整车的1/3以上。并且还有重量、可靠性、寿命等诸多问题是需要解决。磷酸锂铁电池技术应该是解决方案中较好的一种。但涉及的以上问题也还要进一步改进。”

  最后是电机控制。在电机控制方面,曹洪宇指出主要的困难在于一定要达到汽车级别可靠性要求,同时需要仔细考虑合适的成本实现。另外需要仔细考虑大功率驱动系统带来的电磁干扰和噪声的影响。若使用工业级器件虽然在使用初期没什么大问题,但跟着时间的推移,伴随着注定产生的器件失效,会给厂商的品牌形象和口碑带来无法估量的损失。

  在动力总成系统方面,曹洪宇认为最大挑战是如何协调电机系统和传统动力系统的运行,带给用户更好的驾乘感受。

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