[科普中国]-混合动力汽车

简介

车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、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，废气排放可改善30%以上。2010年，全球进入汽车混合动力时代。1

分类根据混合动力驱动的联结方式，一般把混合动力汽车分为三类：

①串联式混合动力汽车（SHEV）主要由发动机、发电机、驱动电机等三大动力总成用串联方式组成了HEV的动力系统。

②并联式混合动力汽车（PHEV）的发动机和发电机都是动力总成，两大动力总成的功率可以互相叠加输出，也可以单独输出。

③混动式混合动力汽车（PSHEV）综合了串联式和并联式的结构而组成的电动汽车，主要由发动机、电动-发电机和驱动电机三大动力总成组成。

根据在混合动力系统中混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：

①微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。

②轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。

③中混合动力系统。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统。中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30%左右，目前技术已经成熟，应用广泛。④是完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima属于完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

历史发展当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占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污染环境。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。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。

现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置（Hybrid-ElectricVehicle，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长。

2010年，全球进入汽车混合动力时代。据《2013-2017年中国混合动力汽车行业深度调研与投资战略规划分析报告》数据显示，从1997年全球第一辆混合动力汽车(HEV)——(Toyota Prius)首发到2010年年底，丰田汽车全球累计销售近300万辆，约占整个70%市场份额。虽然，HEV只占全球汽车销量约3.7%的市场份额，而且未来市场上汽车仍以内燃机为主要驱动力，但是，各国政府都已经出台鼓励政策，鼓励和支持新能源汽车的发展，从亚洲近邻日本和韩国，到大洋彼岸的北美以及西欧汽车工业强国皆如此。

中国政府亦不遗余力鼓励汽车产业重组与变革，汽车产业已被纳入“十二五”调整产业之列。由工信部启动的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》已明确鼓励多种技术路线车型的发展。作为新能源汽车之一，从市场和技术角度看，HEV规模化和产业化可能性最大。据预测，2020年，全球HEV市场将占到整体市场的13%(包括plug-in HEV 1400万辆)，EV为2%(约140万辆)。2015年，预计中国市场HEV将达到74万辆，市场增长率为18%，而政府采购和混合动力客车(HEB)将是主要消费客户。同时，由于汽车产业链脱节和核心技术缺乏等负面因素存在，中国HEV发展将机遇与挑战并存。HEV市场投资风险仍较大，市场估值需谨慎!

行业情况市场上的多家汽车厂商都在进行混合动力汽车的研发与生产。

我国混合动力汽车主要集中在华东地区、华北地区和华中地区，以上三个地区的混合动力汽车占到了全国的65.1%，特别是华东地区的混合动力汽车占到全国的27.3%，其中安徽、浙江、福建省政府纷纷出台对混合动力汽车的补贴政策，促进了华东地区混合动力汽车的发展。华中和华南地区混合动力汽车别占到了22.9%和14.9%，西部地区由于经济发展比较落后，因此混合动力汽车行业在此发展比较缓慢，但是随着国家对西部地区的重视，不断出台相关政策加快西部地区的经济发展，未来混合动力汽车在西部地区也将有很好的发展空间。

混合动力汽车的优点①与传统汽车相比，由于内燃机总是工作在最佳工况，油耗非常低。

②内燃机主要工作在最佳工况点附近，燃烧充分，排放气体较干净；起步无怠速（怠速停机）。

③不需要外部充电系统，一次充电续驶里程、基础设施等问题得到解决。

④电池组的小型化使成本和重量低于电动汽车。

⑤发动机和电机动力可互补；低速时可用电机驱动行驶。

在目前的技术水平和应用条件下，混合动力汽车是电动汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。混合动力汽车采用内燃机和电动机作为混合动力源，它既有燃料发动机动力性好、反应快和工作时间长的优点，又有电动机无污染和低噪声的好处，达到了发动机和电动机的最佳匹配。

工作方式复合动力电动汽车有两种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。复合动力驱动汽车的缺点是：有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。由于"新一代汽车伙伴合作"（ P NGV）计划的推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不同组织进行成百种方案的筛选、比较，认为采用复合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。经过多年研究，混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子。

比较日本某汽车公司1997年12月宣布将复合动力电动轿车投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42．6kW/4600r/min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为4.5L，比原汽油车减少了一半， CO2排量也相应减少了一半， CO、 HC、NOX仅为现行法规允许值的10%，售价每辆216万日元（约15000美元）。美国一家汽车公司1998年2月在底特律展出第二代复合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3．4L。2000年一些公司已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵。2

HEVHEV（Hybrid-ElectricVehicle）—混合动力装置。混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。

混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关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。 混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。

工作原理混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。

以串联混合动力电动汽车为例，介绍一下混合动力电动汽车的工作原理。

在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作。电池电量低于60%时，辅助动力系统起动：当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量； 当车辆能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。

混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，可以单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。

串联式串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。

并联式并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。

混联式混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。

标准混合动力车标准出台在望标准背后的博弈刚刚开始

《混合动力电动汽车标准》的研究与制定，已经由中国汽车技术研究中心协助整理完毕，并通过了科技部的验收，上报主要负责国家度量衡体系的全国标准管理委员会等待批准，即将择日出台。

“混合动力车标准即将出台，这意味着混合动力车很快就能上市销售了。”中国汽车技术研究中心汽车技术情报研究所总工程师、汽车产业政策研究室主任黄永和日前告诉记者。

混合动力电动车标准即将出台，企业界的混合动力车的量产研究，也正在如火如荼地进行。

据来自科技部的消息，国家将有一笔专项的拨款发放给长安，主要用于自主品牌的混合动力车的研究。江陵将成为混合动力车研究基地。

“我们的混合动力车研究是国家863计划的一部分，拨款是肯定的。

发展现状中国混合动力的技术概念和专利授权的公开，最早是在中国国家专利局实现的。上世纪90年代末，中国电动车自行车的应用开发刚刚起步。电动车技术上的瓶颈首先就暴露出来，即电池的能量有限，导致车辆的功率和行驶里程极其有限。1997年1月27日国家专利局受理了中国第一个有关混合动力车的专利申请（混合动力这个中文名词及技术概念也是第一次使用）并于1998年7月7日获得国家专利局授权并公开。专利号（97210746.0）； 专利名称（内燃机/蓄电池混合动力自行车）；专利人（罗宪安）。由于当时中国的经济发展水平和制造业条件的限制，这个新概念和技术没有机会在中国发展起来。

目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如《汽车产业发展政策》、《“十一五”汽车产业发展规划》等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。

日本从世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日本居世界领先地位。世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的两家汽车公司。**1997年12月，**首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车。到2012年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。在实现混合动力系统的低能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。

美国美国三大汽车公司只是小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车还未能实现产业化，日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同，进行为期5年的研发工作，并于1998年在北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上，现已推出3款混合动力概念车。2004年，两公司对外宣布双方将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手，共同推进此项技术的发展。

新标准黄永和透露，混合动力车整车方面标准分为六个部分，包括混合动力车定型试验规程、混合动力车动力性能试验方法、混合动力车安全要求、轻型混合动力车污染物、轻型混合动力车能量消耗和混合重型混合动力车。

其中前三项是轻型车和重型车共用标准：即“安全要求”、“动力性能试验方法”和“定型试验规程”。此外，涉及混合动力车其他方面的标准还有七项。

更重要的是，所有标准只是推荐性标准，而且不涉及专利技术，除了电池、电机等特定部件和电气系统的专项技术要求外，其余的条款都是有关试验方法标准的。

有专家表示，这是因为混合动力车的发展在国内甚至国际上都是初级发展阶段，远没有成熟，制定一个标准着实费力。

事实也是如此。以世界公认最成熟的混合动力车为例，虽然它在美国上市后非常抢手，但是上周三，据报道，美国政府宣布，由于发生了一连串的针对发动机的用户投诉事件该车因此将面临调查。

美国国家高速公路安全管理委员会已经收到了33个投诉，涉及04款和05款。委员会称将评估用户所投诉的问题，约75000辆有可能受到影响。

中国起步更晚的混合动力车研究就更难制定强硬性标准。所以，对该标准的制定过程中也非常慎重。科技部从“八五”就开始组织混合动力汽车的研究工作，在“十五”期间则将混合动力汽车列为863重大专项。

有关标准的研究一直是其中的重点内容之一。全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会也在两年中分三次对标准进行了审查。

标准公平对于业界的顾虑，黄永和告诉记者，“该标准保证了公允，不会偏袒哪个企业。并不存在此前业内担心的所谓中国标准就是丰田标准的问题。”

对于没有参加混合动力标准研究的国内主要企业，汽车技术研究中心都向他们发送了有关的会议通知和资料。

而在此之前,标准草案还参考了国际标准(ISO)、联合国欧洲经济委员会法规(ECE)、欧洲标准(EN)、美国汽车工程师学会(SAE)、日本电动车协会(JEVS)等国际性、地区性和各国行业性组织的标准或规范。

“虽然这些标准本身也不完善，有些也只是草案，但事实上，对中国标准的制定起到了很大的启发。”一位知情人士透露，在国际合作与技术交流方面，涉及日、美、欧多家企业和机构，而不仅仅是一两家公司。

但是，这样的安排并不能让所有人感到平衡。“可以肯定的是，并不是所有企业都积极参与了此事。”该知情人士告诉记者。所以，对哪家有利，哪家吃亏都是不可知的。

该人士分析，由于不涉及专利，该标准保持中立并不难。而正因为不涉及专利，该标准也就不痛不痒，缺乏实际上的标准应该具备的强制性。“标准显得太中庸了，尽量做到谁都不得罪。因此此后的修订和修改是可以预见的。”

国家政策（一）、能源利用大环境

与西方国家政府首先考虑环保因素不同，对中国政府而言，发展新能源汽车更加关系到国家石油安全。随着汽车的增加，中国政府面临严重的石油短缺压力，中国的石油对外依存度已经超过50%，而且这一比例还在不断提高中，发展电动汽车在中国更加紧迫，混合动力技术再成熟，总是要烧油的，而电动汽车则不需要消耗石油；与石油供应相比，中国的电力供应相对好得多。电动汽车白天行驶，晚上充电，正好可以平抑中国每天10亿度的峰谷电差。有分析认为，中国每天10亿度的峰谷电差，可以满足4000万辆电动汽车充电。

（二）、中国政府对混合动力的具体政策

2010年，中国政府颁布实施《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，其中并未将混合动力汽车纳入新能源汽车的补贴范围。通知中对纯电动汽车和插入式电动汽车的补贴分别达到最高6万元和5万元，但油电混合动力产品却被归于“节能汽车”类别，只给予3000元的资金补贴。

（三）、中国政府政策分析

1、技术因素分析

（1）、全球混合动力核心技术主要是被日本的两家汽车公司所掌握，日系车企的混合动力汽车已经实现了技术的稳定和产品的产业化，仅混合动力汽车全球保有量就已经达到300万辆。而中国车企发展混合动力将无法回避日系车企的技术壁垒。如果在国家的新能源汽车补贴中对混合动力汽车实行高额补贴，就等于给日系车输血，这是中国政府所不愿看到的。

（2）、于此对应的，在电动汽车领域，中国并不比国外差。一份研究报告认为，在传统汽车领域，中国比西方国家落后几十年，但在电动汽车领域，中国与国外处于同一起跑线。以中国庞大的市场需求和低成本优势，在发展电动汽车方面，中国有可能赢得先机。

2、成本因素分析

混合动力汽车和电动力汽车都存在着成本过高的问题，如果没有政府补贴都很难推广；但电动力汽车的后期成本远低于混合动力汽车。电动力汽车实施补贴后，购买成本大幅下降，几年节约的燃料费用，就可以弥补高出的车价；随着政府补贴政策的落实和加快充电站等基础设施建设，将有越来越多的消费者购买电动汽车。

行业新闻混合动力汽车要与新能源汽车概念“划清界限”

早期公布新能源汽车规划时，是把混合动力汽车归入新能源汽车管理范围，但是，国家发布的节能与新能源发展规划中，就把混合动力汽车剔除在新能源汽车范围之外了。很多人没有注意到这一点，提起混合动力汽车，依然把其当成新能源汽车。

混合动力汽车不需要充电，在对消费者调查时，常常被问及“在哪里充电?”这种误读让我们哭笑不得。

所谓新能源，应当是过去汽车没有用过的能源，比如电能。从使用能源角度看，“混合动力”并非是一种“替代能源”，它是一种新的节能技术，但只是把“被浪费掉的能源收集起来，再度使用”，从而达到节能减排的效果，是通过减少能源消费，达到延长传统能源使用时间的一种技术手段，不能彻底摆脱对传统能源的依赖，使用的不是一种替代能源。特别是当前的混合动力汽车，主要是“油电混合”，仍然离不开对石油的依赖，只是减少了使用量而已。把两者混为一谈，不利于混合动力的推广。

因此，应当从源头上把混合动力和新能源“划清界限”，把混合动力汽车从新能源汽车范围中‘剔除’出去。

“划清界限”并不是说混合动力不重要，没有发展前途。恰恰相反，因为还看不到新能源汽车什么时候能大批量生产，也看不到比混合动力更好的产品，所以在电动汽车能够批量化生产之前，要解决眼前的能源问题和环保问题，就应当大量推广混合动力汽车。

混合动力汽车是过渡期理想选择

新能源汽车还处于研发阶段，存在三大问题：一是技术不成熟，关键技术没有过关;二是补充能源不够方便;三是成本高、价格贵，购买不经济。

混合动力汽车情况就大不一样，不仅技术很成熟，而且性能非常可靠，全球仅一家公司就已销售了460多万辆，而且使用非常方便，驾驶者不用改变任何使用习惯;同时节能效果十分显著，既减少了油的耗费量，也减少了加油次数，从经济效益和使用方便性方面讲，于国于民都是一件大好事。

从经济上来算一笔账，购买相同等级的混合动力汽车，比汽油车大约要贵3.5万元，但是不需要国家额外补贴，70%以上用户在使用周期内节省的油费就可收回差价投资，同时得到动力的提升，即购买2.5升排量的混合动力汽车，享受的是3.0升排量的动力。如果和动力输出相同的汽车比较，购买混合动力汽车相对还便宜一些。单从经济效益考虑，购买混合动力也是合算的。此外，还带来节能和环保的双重社会效益。

从长远来看，电动汽车取代传统的内燃机汽车，业界在大方向上没有分歧，但对每个阶段上不同技术路线能持续多长时间，和能起到什么样的作用尚有不同意见。

总体上来看，业界普遍认为，电动汽车和燃料电池汽车是长远的战略目标，过渡期间最理想的选择就是混合动力汽车。动力混合的程度可以有多种，达到节油的效果也不同。我认为，混合动力在相当长一段时间之内是不可逾越的技术，是最成熟的也是最现实的节能技术，接下来就是插电式混合动力汽车，电动汽车要经历相当长的时间才能大规模应用。在未来发展过程中，会有多种动力技术并行存在，消费者可以根据不同的用途各取所需。

混合动力汽车不需补贴

一项调查显示，如果混合动力汽车的价格和汽油版、纯汽油版的车型价格差别在4万元左右，几乎一半人会选择购买混合动力汽车。

把混合动力汽车与新能源汽车混为一谈，容易使人们看到新能源汽车享受国家高额补贴时，就产生“攀比”心理，希望混合动力汽车能同样得到国家的高额补贴。这种“攀比”心理是不正确的，因为电动汽车成本居高不下，没有高额补贴便难以发展，补贴新能源政策是正确的。而混合动力汽车本身已经做到了“省钱”，不需补贴就有很好的经济效果。

从功能上看，新能源汽车是解决汽车不用油的问题，是未来长远发展的问题;混合动力汽车是解决省油问题，是当前现实问题。当然，延长了石油的使用时间，也为解决未来长远发展创造了更多的时间空间。比如原来只够供人类使用50年的石油，通过节能技术，可以用上100年，甚至200年。简而言之，一个着眼未来，一个立足当前，二者相得益彰，并不矛盾，将混合动力从新能源中“剔除”出去，更有利于集中力量发展新能源汽车。