新能源汽车——混合动力汽车的前景分析

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重庆理工大学

第十七届“开拓杯”学生课外学术科技作品竞赛

参赛作品

作品名称：新能源汽车——混合动力汽车的前景分析

作品类别： A自然科学类学术论文 类别：

A自然科学类学术论文 B 科技发明制作

C哲学社会科学类学术论文与社会调查报告

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新能源汽车——混合动力汽车的前景分析

摘要：基于环境和能源问题的日益严重，以采用非常规的车用燃料作为动力来源，形成的技术原理先进、具有新结构的新能源汽车，尤其是混合动力汽车（同时装备热动力源和电动力源）占据了人们的视线。我们知道，自1993年美国率先通过由国家组织，大型汽车公司开发的模式发展新能源汽车开始，美国和日本已经成为了混合动力汽车（HEV）的最主要开发和需求市场。丰田，本田等大型汽车公司更是居于领先地位。尤其是2003年以来，HEV市场的大幅增长表明了HEV产业正在趋于成熟。我国混合动力研究起步较晚，2001年，科技部在“十五”国家科技计划中设立电动汽车重大专项，选择新一代电动汽车技术作为创新的主攻方向，组织企业、高等院校和科研机构联合攻关。目前，混合动力汽车已经实现产业化，我们以混合动力汽车普锐斯（prius）为例，在生产技术和汽车性能层面进行分析，指出混合动力汽车的优缺点——动力性能并驾齐驱，但油耗比常规汽车大幅减少；但成本过高，电池技术的落后还是令人担忧。 基于对混合动力汽车发展前景的看好，我们现提出一种较为实际的HEV发展方案——①60公里行程内采用纯电力驱动②以电作为基本的动力，而以油弥补蓄电池在储能方面的缺点，采用并联连接驱动系统。

关键词：新能源汽车、混合动力、发展前景、技术方案

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一、 新能源汽车的定义和分类

1、《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》已于2009年7月1日正式实施，《规则》强调说明：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。其中混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车是当前新能源汽车研究的热点，目前真正达规模量产的新能源汽车只有混合动力汽车。

2、混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle,简称HEV)是指同时装备两种动力来源——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)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。

根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类： 一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通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。

二是并联式混合动力系统。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。

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三是混联式混合动力系统。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。

根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统这四类。

二、 混合动力汽车的产生

在美国，自1990年以来，由于环境和能源问题以及美国加州“零排放车辆法”的推行，各大汽车厂商更加注重对电动汽车的开发， 1993年9月，美国能源部和三大汽车公司牵头成立了“新一代汽车伙伴关系(PNGV)”，美国政府通过PNGV与汽车界达成了多种合作研究、开发协议，并协调政府有关部门，国家实验室和三大汽车公司的人力、物力资源，开展高效节能汽车包括HEV的研究。到目前为止新能源汽车特别是混合动力汽车已经有了很大的发展。特别是近几年混合动力汽车更是以及快的速度发展。

三、 混合动力汽车的发展现状分析 （一）市场分析 1、国际市场

(1)、现在美国、日本和欧洲研究新能源汽车的重心都在混合动力上，并

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且取得了一定的成绩，混合动力汽车的需求量也主要集中在美国和日本，而日本的本田和丰田公司则占据了绝大部分市场（见图二表），下面图表可以清楚的看出来。

图表一：全球混合动力销量（2004-2008年1-9月，单位:万辆）

图表二：

2005年世界HEV市场，百分比分布 [12]

（2）、混合动力汽车从产生到现在发展迅速，特别是2003年以来，由于汽车电子产业的发展，混合动力汽车以直保持高速的发展状态。 图表2：

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特别是最近几年更为显著，例如：2008年1-9月日本混合动力汽车销量8.22万占日本汽车销量比重的2.04%；美国混合动力汽车销量27.95万辆占美国汽车销量比重的2.41%；混合动力汽车的产业化已经成熟，在不久的将来将会大批量产。 2、国内市场

在我国混合动力（HEV）的研究起步较晚，但是近年来得到了政府、企业、高校和科研院所的高度重视。2001年，为维护我国能源安全，改善大气环境，提高我国本土汽车业竞争力，力争实现我国本土汽车业的跨越式发展，科技部在“十五”国家科技计划中设立电动汽车重大专项，从发展我国汽车产业的战略高度，选择新一代电动汽车技术作为创新的主攻方向，组织企业、高等院校和科研机构联合攻关。目前国内从事混合汽车研究的主要企业有东风、一汽、上汽、长安、奇瑞等等。

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（二）技术现状分析

目前混合动力汽车技术相对于其他新能源汽车技术已经较为完善，并且可以实现产业化。美国和日本是较早研究混合动力新型汽车的国家，因此，他们也掌握了当今混合动力的顶尖技术，特别是本田、丰田和福特的汽车巨头。

1、下面以丰田（Toyota）公司推出的混合动力汽车普锐斯（prius）为例分析。

（1）、prius的产生

普锐斯是丰田1997年开始批量生产的一款混合动力轿车，至今在全球范围内已累计销售逾36万辆。与同等排量的普通汽车相比，混合动力车在市区行驶的节油率达到了37.3%～47.5%，在市郊行驶的节油率也达到19.8%～36.0%，一般情况下，百公里油耗只有4升左右，大大少于目前普通汽车的油耗。 到现在已经发展到了第三代，2009年5月第三代prius1.5L以25.98-27.98万的价格在中国上市。

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（2）、动力性能分析 从引擎参数图表： Priu1.5L

57/5000最大功率： （50/1200-1540 电动最大扭矩： 机） kw/rpm 最高时速： 气缸排列形式： 燃油供给方式： 排量： 165 km/h 直列 31 1497 ml 发动机放置位置： 气缸数： 增压形式： 排放标准： 115/4000（400/0-1200 电动机） n.m/rpm 前置 4 － 欧IV 最高转速： － 冷却系统： 气门数： 气缸压缩比： 油耗： 水冷 16 13.0:1 4.7 升/百公里 众泰5008 1.5L 时尚型

最大功率： 最高时速： 气缸排列形式： 燃油供给方式： 排量： 78/6000kw/rpm 145Km/h L形 多点电喷 1599 ml 最大扭矩： 发动机放置位置： 气缸数： 增压形式： 排放标准： 134/4500n.m/rpm 前置 4 － 欧IV 最高转速： 冷却系统： 气门数： 气缸压缩比： 油耗： － 水冷 16 9．5 10．37 升/百公里

可以看出：发动机最大功率为57KW，最大时速为165Km/h,油耗仅为4.7 升/百公里，且加速性能良好，0-100米加速仅需9.66s.与同等排量的常规燃料发动机相比动力性能毫不逊色，且油耗仅为同等排量常规燃料汽车的50%。 （3）、驱动联接方式

Prius采用的是最为先进的混联式联结方式。混联式动力系统可以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。它综合了电动机和发动机两大动力优点的新一代动力系统。各取其所长的动力单元。它高水平地满足了现代汽车对低油耗、低尾气排放量的要求，加速良好，运

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行安静。它绝不是仅单纯地配置了电动机和发动机，而是利用最新研究成果的尖端技术，理想地将两种动力进行优化匹配的结果。根据行驶条件的不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者利用发动机和电动机驱动行驶。另外还安装有发电机，所以可以一边行驶，一边给HV蓄电池充电。 综上;混合动力汽车技术特征已经达到了常规燃料汽车的性能，且在经济性和环保型有相当的优势。 2、当前混合动力汽车发展的瓶颈 （1）、价格是致命的弱点

虽然混合动力汽车的技术已经比较成熟了，但高额的成本是阻碍普及发展的一个重要因素。比如说大部分自主厂家所热衷的混合动力，一般的中度混合动力的平均成本要比同类型的汽油车贵30%到50%。也就是说同是十万元的车型，混合动力售价至少贵3到5万元。强混合动力更贵，如比亚迪F3DM，其14.98万的售价几乎可以购买三辆售价为5.98万的F3智能白金版实用型G-i。

因为多了一套系统，就比言行的拉高了混合动力的成本。要想将节油车型推而广之，就有必要补贴这个差价。财政部虽然发布了混动最高补贴5万元、纯电动最高补贴6万元、燃料电池车最高补贴25万元的标准，但不能直接反映在车价上的补贴，对消费者来说就是一张画在纸上的大饼，中看不中吃。

（2）、电池技术是制约它发展的一个重要因素。

新能源汽车的动力电池本身还远不够成熟。铅酸电池严重污染环境，早已退出主流应用;镍氢电池虽然是目前商用化主流，但主要指标的实验

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室数据均低于锂电池，且理论上基本不存在提升空间;锂电池尽管性能优越，安全性尚不能得到保证。国内企业研发的电动车大多数采用的恰好就是锂电池。一方面，故障率能够达到百万分之一级别的并不多。另一方面，不成熟的技术一旦大规模商业化也可能引发新的社会问题。

就其技术本身来看，上述三种形式的动力电池，目前能达到的寿命仅为3~5年，国家给了新能源车价格上的一定量补贴，可是占据整车成本将近一半的电池，在三年寿终正寝的时候，谁来补贴更换的高额费用呢?

由于电池技术限制，大部分的新能源汽车电池续航里程十分有限，纯电动汽车的续航里程为110Km，仅为普通汽车的1/5;所以现在混合汽车的主要动力源还是内燃机。那么混合动力汽车要有所突破直至完全摆脱以传统内燃机提供动力，就必须在电池技术上有所突破。

四、混合动力汽车的发展前景

从以上分析可以看出，新能源汽车中的纯电动汽车由于不可能在现阶段被市场所接纳，然而油电混合动力汽车在技术上已经成熟，是近期内可以产业化的车辆。也是现阶段新能源汽车的热点。因此近期新能源汽车的发展方向还是混合动力汽车，混合动力汽车具有相当好的发展前景。随着电池技术的发展，混合动力汽车的主要动力会向电动机发展，并最终实现纯电动汽车，现提出一种比较实际的混合动力汽车发展方案。

1、本方案的基本构想是：在60公里运行距离内，将使用蓄电池作为动力，以解决居民们上下班所需用到的能源，在我国绝大多数大、中城市行驶可不用一滴汽油；而且，采用晚上的低谷电充电，省掉了修建抽水蓄能电站

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的投资；仅在居民作长距离旅行在高速公路上以较高速度行驶时，才改用“油”，以弥补蓄电池储能的不足！

2、本方案是以油电混合技术为基础，但又和传统的油电混合动力汽车有所不同。传统油电混合动力汽车的基本思想，是以内燃机作为基本的动力，而以电弥补内燃机在耗油和污染方面缺点。本方案（电油混合动力汽车）的基本思想，是以电作为基本的动力，而以油弥补蓄电池在储能，亦即在如何维持较长持续里程方面的缺点。基本总成布置如图：

3、本方案采用并联连接驱动系统，驱动系统如图，该系统中采用二自由度行星齿轮机构作为减速器。当汽车满载加速行驶时，内燃机和电动机同时工作，共同提供汽车所需动力；当汽车等速或轻载行驶时，汽车所需动力主要由电动机提供，电动机通过二度自由度行星齿轮机构减速，这是内燃机只提供最小转矩和最小功率；汽车在市郊行驶时，仅内燃机工作，电动机不工作，行星齿轮机构的齿圈被锁死，这时行星齿轮机构之有一个自由度。

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并联型混合动力汽车的驱动系统B-蓄电池；BE-内燃机转轴的制动器；BM-电动机转轴的制动器；C-离合器；E-内燃机；DG-差速器；M-电动机；P-功率转换器；PG-行星齿轮机构 电力连接； 机械连接 参考文献

1、《汽车构造》第五版上册 吉林大学汽车工程系编著 人民交通出版社 2、《2009-2012年中国新能源汽车产业投资分析及前景预测报告》 3、http://www.hybridsynergydrive.com/cn/start.html 4、http://bbs.wj8.net/thread.php?fid-2.html 5、http://www.autohome.com.cn/

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重庆理工大学第十七届“开拓杯”参赛作品诚信书

论文题目：新能源汽车——混合动力汽车的前景分析 作者：李辉、靳晓伟、旷章曦、蒋跃华

该论文应系作者（群）在指导老师指导下，查阅相关背景书籍，经过实际调查、试验，独立完成的。

如若发现抄袭、剽窃、雷同现象，一律不与参赛，并给予相应处分！

指导老师签字： 作 者签字： 学 院 盖 章：

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