20世纪90年代以来,世界各国对保护环境的呼声日益高涨,各种各样的电动汽车脱颖而出,但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用,因为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。专家预测在未来10年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)。 现实迫使工程师们开发了一种混合动力装置(HEV)的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机和辅助动力单元组合在一辆汽车上作驱动力,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可能做小,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、动力性好的优点又能够发挥电动机无污染、低噪声的好处,二者“并肩战斗”,取长补短,汽车的热效率可以提高10%以上,废气排放可改善30%以上。作为一项崭新的技术,自20世纪90年代初以来,混合动力汽车的开发得到了美国、日本及欧洲很多发达国家的高度重视,并已取得了一些重大的成果和进展。下面介绍当前世界各国混合动力汽车的技术发展状况。
(1)国外混合动力汽车的技术发展状况。
①20世纪90年代,美国斥巨资组织各大汽车公司及有关部门积极开展混合动力汽车的研究工作。1993年提出了旨在开发新一代高效节能汽车的PNGV计划。美国先进项目局(ARPA)在1993年订立电动汽车和混合动力汽车项目,出资2500万美元研究EV和PEV技术。1994年ARPA项目投资已经增加到4600万美元。美国能源部与三大汽车公司在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,并在1998年北美国际汽车展上展出了样车。随着PNGV计划的实施,美国三大汽车公司进行了一系列的整车技术开发与研制的工作。
1990年,美国通用汽车公司在洛杉矶展出“冲击”牌电动轿车,就是人们常说的EV1电动轿车。其时速可达128km/h(采用了电子限速,曾创下了292.8km/h的电动汽车车速纪录),0~96km/h加速时间小于9s,高速公路行驶一次充电续驶里程达到144km,电池剩余容量即荷电状态(SOC)为15%,采用车载充电机充电时间是15h,而采用固定充电机充电时间只有3h。EV1成为现代电动汽车的典范。通用汽车公司在推出电动汽车EV1的同时,也致力于串联式混合动力汽车与并联式混合动力汽车的研制,他们以原来的产品EV1为基础,在1998年开发了EV1型4座混合动力汽车,并于2000年11月开发出混合动力皮卡车,并且在美国多个城市进行了商业试运行,到2008年年底,通用汽车公司在北美地区拥有8款混合动力汽车,其中,通用君越混合动力 ECO-Hybrid已于2008年9月在我国开始销售。
福特汽车公司已经开发出福行P2000型5座并联式混合动力汽车,福特汽车公司新开发出的“优异2010”概念车试验平台的性能已经达到了PNGV计划的部分目标,同时福特又在2003年推出了汽油机与电动机共同驱动的混合动力小型运动车 Escape,曾多次加冕美国月销量冠军。
1998年1月,克莱斯勒汽车公司宣布开发出道奇“无畏”WSX2串联式混合动力汽车。
1997年由美国国家航空航天局(NASA) Lewis中心、俄亥俄州政府与工业界、大学等9个单位合作,开发出串联式电动喷气涡轮混合动力大客车。
②从目前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,尤其是在发展混合动力汽车方面,日本居世界领先地位。目前,世界上可以批量产销混合动力汽车的企业,只有日本的丰田与本田两家汽车公司。
1997年12月,丰田汽车公司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普锐斯,2000年起就在北美、欧洲及世界各地公开发售。到了2001年,丰田汽车公司又在日本推出了 Ectima混合动力小货车及使用弱混合动力的皇冠豪华小轿车和Dyna混合动力轻型货车。在实现低排放的前提下,为了提高车辆的动力性,2003年丰田汽车公司将新一代的混合动力系统引入了第二代的普锐斯。2005年丰田汽车公司把这套系统的使用范围扩展到了对动力性能要求更高的SUV车型上雷克萨斯RX400h(日本名为 HarrierHybrid)及 Highander Hybrid(日本名为 Kluger Hybrid)。丰田汽车公司第三代普锐斯于2009年年初在底特律车展上亮相,并在5月18日开始在日本各地发售。第三代普锐斯搭载阿特金森循环1.8L4缸发动机,代替旧款的1.5L发动机,最大功率为98hp0,比旧款提高22hp,转矩为142N·m,比旧款增加31N·m,加上电动机动力,整车最大功率是134hp,低速转矩进一步提升,这也意味着低速时可以获得更好的燃油经济性,百公里加速时间比01hp=745.7W款提高1s,只需9.8s。丰田第三代普锐斯提供4种驾驶模式: Normal是正常模式;EVDrive模式允许驾驶者在低速状态下单纯依靠电力行驶约1.6km; Power(动力)模式提高油门灵敏度,使驾驶感向跑车趋近;Eco模式则能够帮助驾驶员获得最佳的燃油经济性。第四代普锐斯百公里油耗仅为2.5L。
继丰田普锐斯混合动力汽车成功推向市场后,本田汽车公司也开发了自己的混合动力汽车产品,目前本田汽车公司主要销售两个品牌,一个是199年推出的 Insight,另一个是2001年推出的 Civic,并实现了在北美与日本市场上的销售。截至2008年年底,本田汽车公司混合动力车型的累计销量达到约30万辆,2009年2月6日,全新款 Insight登陆日本市场。本田汽车公司还在混合动力车的开发上,通过研究新型发动机、镍-氢蓄电池等追求动力高效化;通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等谋求车辆的轻型化,使汽车达到每升汽油可行驶35km的世界最高水平,并且使汽车尾气排放达到世界要求最严格的标准1995年5月日产汽车公司开发了能够使续驶里程增加1倍的串联式混合动力微型轿车。
同年9月日产汽车公司又研发出使耗油量降低一半,并且可以批量生产的并联式混合动力汽车系统。日野汽车公司在1997年12月开发出柴油机/电动机并联式混合型系统的客车。日本富士重工将研制微型混合动力汽车作为自己的主攻目标。三菱电机公司已开发出轻型串联式混合动力卡车③欧洲也正在积极进行混合动力汽车的开发、研制及推广工作,法国雷诺公司研制的VERT与 HYMME两款混合动力汽车已在法国接受10000km的运行试验,并在1998年研制出电动汽油两用车,这种电动汽油两用车前部安装一台汽油发动机,2台7kW电动机装在两个后轮上。瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6卡车改装的混合动力汽车,最高车速达90km/h。德国已有几十辆混合动力大客车在斯图加特与威塞尔市运行。德国开发的并联式混合动力车DUO已小批量生产。
在各大汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车的同时,以日本作为主导的混合动力汽车产业格局将被打破,混合动力汽车将逐渐成为各大汽车公司在国际市场上竞争的主流产品。
(2)我国在混合动力汽车领域的开发动态我国在“八五”和“九五”期间均有计划地开展了电动汽车的关键技术攻关和整车研制工作,在此基础上也进行了混合动力汽车的若干技术领域的开发。
清华大学1995年即开始研究混合动力汽车关键技术和系统及理论。目前我国各大汽车集团均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,有助于我国电动汽车的研究发展。一汽集团研发的红旗HQ3在2006年投产;东风汽车集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型,样车试验并通过验收;
长安汽车集团具有完全自主知识产权的羚羊混合动力电动车已经产出样车,其装备混合动力技术的长安CV9已经下线;奇瑞汽车集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心,在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力汽车—代号是“BSG”的混合动力车。广州本田汽车公司更是紧跟丰田汽车公司的步伐,也在2006年下半年推出国产雅阁混合动力车。上汽集团和通用汽车公司签署协议,联手开发混合动力轿车与公交客车。
中兴汽车公司和美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书,正式介入“油汽混合动力技术”领域。2007年11月底,10辆奇瑞BSG(带驱动起动机)混合动力轿车率先销售到奇瑞出租车公司,小批量投放出租车市场;2007年12月13日,长安汽车集团自主研发了首款量产杰勋牌混合动力汽车。与此同时,新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向,国家一直给予了支持与鼓励。
