PlugIn混合動力電動汽車系統(tǒng)介紹

PlugIn混合動力系統(tǒng)介紹清華大學(xué)電動車輛研究室

朱家璉聯(lián)系電話：86－010－62785947減少和消除對石油的依賴是一項有關(guān)國家經(jīng)濟安全和能源安全的緊迫任務(wù)

具體途徑：研究各種降低百公里油耗的方法開發(fā)各種替代石油的新燃料開發(fā)不用或少用汽油的新型車輛PlugIn混合動力系統(tǒng)是一種可以極大地減少汽油使用量的技術(shù)。什么是PlugIn混合動力？混合動力車輛分類1．按照推進系統(tǒng)能量流和功率流的配置結(jié)構(gòu)關(guān)系，分為串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)2．按照兩種不同的能量的搭配比例不同，混合動力車輛則有四種類型，即：●微混合（microhybrids），有時也叫“起－?；旌稀薄褫p度混合（mildhybrids）●全混合（fullhybrids）●外電源插座充電混合（plug－inhybrids）

微混合與輕度混合輕度混合的發(fā)動機比微混合的小，但各電氣元件比微混合大全混合與PlugIn混合PHEV是Plug-inHybridElectricVehicle的縮寫PHEV是指可以使用家用電源插座（例如220V電源）對混合動力車電池充電的混合動力汽車，同時這種混合動力汽車應(yīng)能單獨依靠電池就能行駛較長距離，但需要時仍然可以象通常的全混合動力汽車一樣工作。例如有一輛可以單獨靠電池行駛50km的PHEV，可利用電池行駛40km，到旅程終點后，插入電源對電池充電；如果旅程超過50km，則開始的50km可以用電池來行駛，超過50km后則可以以通常的混合動力方式行駛，到了旅程終點則再插入電源對電池充電。目前由于電池尺寸、重量以及其他因素使得PHEV的成本很高，但是隨著電池和混合動力技術(shù)的進步，PHEV可能會成為未來的一種汽車。

HPEV的優(yōu)越性

●加滿油箱，PHEV行駛里程不受限制；●在局部地區(qū)或上下班行駛，可以純電動的方式工作，不需使用汽油，而且無污染；對國家而言，減少石油進口?！窨梢杂眉依锏碾妼嚿想姵爻潆?；去加油站加油次數(shù)，可降至每月1－2次?！耠姳扔捅阋耍褂贸杀镜?，假設(shè)每加侖汽油3美元，使用傳統(tǒng)汽車，根據(jù)MPG的不同，每英里需8－20美分，改用PHEV的全電動模式上下班或在局部地區(qū)行駛，燃料費降至每英里2－4美分?！裼捎谥饕约冸妱庸ぷ?，車輛壽命期間的維修成本低。2006年2月下旬布什把各有關(guān)方人士召集到JohnsonControls公司（一家電池制造商）說：plug-in混合動力,據(jù)估計單獨使用電力驅(qū)動可以行駛,40miles，因此可以得到居住在象Milwaukee,Wisconsin,這樣的城市里，每天開車不會超過40英里的大量民眾的支持；因此在40英里里程內(nèi)只用電不用油，以后如果使用鋰電池將可得到每加侖100英里的可能。現(xiàn)在出乎意外地，開始看到這項重要技術(shù)對我們國家安全與經(jīng)濟安全的影響。布什接著說：Plug-inhybridsareareallyimportantpartofthestrategyI’veannounced,andwe’regoingtoprovide$31milliontospeedupresearchontheseadvancedtechnologies—thisisa27%increaseovercurrentfundinglevels.PresidentBushchosetheCaliforniaFuelCellpartnershipasthevenueforanEarthDayaddressonadvancedtransportation,duringwhichheemphasizedhydrogenasthefuturesolution,butreferencedhybrids,plug-inhybridsandethanolasbeingimportanttransitiontechnologiesintheshort-term2006年4月22日EarthDay：“What'sreallygoingtobeinteresting,however,iswhat'scalledplug-inhybridvehicles.Andwe'respending$31millionannuallytospeedupresearchintothesebatterytechnologies.Andwhatthismeansis,isthatwe'retryingtodevelopabatterythatwillpoweryourvehicle,whereyouplugitinatnightandyoudrivethefirst40milesonelectricityalone.Now,thinkaboutwhatthatmeansforbigcities.Alotofpeopledon'tdrivemorethan40milesadayinbigcities.Soallofasuddenyou'venow--we'redevelopingatechnologythatsaysyou'lldrivebytheuseofelectricity,andyouwon'tusegasolineatall.“德州奧斯汀市發(fā)起成立的“Plug-inPartners“包括有Austin,Baltimore,Denver,LosAngeles,SanFranciscoandSeattle以及電力公司和國家政策組織；該組織通過其活動要使汽車制造商信服目前還不存在的PlugIn混合動力市場，是一個很大的、即刻就需要的市場。TheCityofAustintodatehascollected11,000signaturesonitscitizens’spetition,aswellassoftfleetordersformorethan600vehicles,manyfromprivatesectorcompanies.Forexample,anareapestcontrolcompanyhaspledgedtobuyupto150lightweightplug-intrucks,oncetheyareproduced.2005年11月東京汽車展上，豐田公司在列出Plugin的優(yōu)點后，表示要開發(fā)美國版的Plugin混合動力。根據(jù)五項判據(jù)，他們的結(jié)論是：“plug-inswouldperformaswellorbetterthanothermotorvehicletechnology—includingregularbattery-electrichybrids,all-electricvehiclesandevenfuelcellvehicles(ifthehydrogenisobtainedfromnaturalgas)“五項判據(jù)是：●井到車輪（welltowhell）的二氧化碳排放●標(biāo)準(zhǔn)污染物的排放●加油基礎(chǔ)設(shè)施●行駛里程●燃料的多樣性即使PHEV使用火電，排放的二氧化碳也比汽油車少

研究表明：●汽油車，行駛20英里，假設(shè)燒掉一加侖汽油，大約產(chǎn)生24磅二氧化碳●使用PHEV，行駛20英里消耗5kW小時電能，把車輛傳動損失、電池充電損失等也考慮在內(nèi)，這20英里大約相當(dāng)產(chǎn)生7磅二氧化碳（以每kWh約產(chǎn)生1.4磅二氧化碳計）。研制中的幾種PHEVDaimlerChrysler

的15座商用ven（Mercedescommercialvans）●純電動設(shè)計行駛里程20英里●電機尖峰91kW，連續(xù)72kW●汽油機2.7升柴油機2.3升●鎳氫電池或鋰電池,14kWh（Prius為1.5kWh),估計每kWh行駛2英里6輛PHEVven試驗車概況幾點說明●電機連續(xù)功率72kW，扭矩130－180Nm；尖峰91kW，扭矩275Nm，小了一點，主要是考慮在城區(qū)使用。如果高速行駛，應(yīng)大于125kW?！窦冸妱有旭偹俣认拗圃?0km/h以下，如果高速行駛電池會很快耗盡?！窦冸妱訒r，電池SOC限制在100－20％之間?！駥δ壳八O(shè)計的該PHEV，二氧化碳排放為157.5g/km。●使用鎳氫電池時，電氣設(shè)備附加重量為350kg，如采用鋰離子電池，附加重量可減少到只有160kg。CalCars(CaliforniaCarsInitiative)andEnergyCS

建造的“PRIUS＋”

原豐田PRIUS在其后座下安裝有201V，1.3kWh的電池包，現(xiàn)替換為CS的9kWh鋰電池，，估計如果仔細駕駛，可在高速公里上行駛60英里，油耗在120－180mpg之間，每英里盡耗電115－150Wh。規(guī)定60英里是為了不使9kWh電量都耗盡，只消耗80％，即7.2kWh，如果電價為1kWh10美分，60英里需72美分純電動行駛60英里之后，可轉(zhuǎn)變?yōu)橛闷蜋C驅(qū)動的混合動力工作方式，這時油耗為50mpg，如果一加侖汽油為3美元，同樣行駛60英里要3.6美元，比純電動貴5倍?？梢奝HEV省油又省錢。加州大學(xué)戴維斯分校（UCD）的Trinity

Plug－In混合動力車加州大學(xué)戴維斯分校的學(xué)生在Prof.AndyFrank

的指導(dǎo)下，正在研制稱之為“Trinity”的Plug－In混合動力車；該車是將2006型的雪佛蘭EquinoxSUV汽車，改由電機和一個可燒汽油與乙醇并添加氫的小型內(nèi)燃機驅(qū)動；低速和40英里范圍內(nèi)行駛時，由電池與電機提供動力，而在公路上或長途旅行時則由汽油發(fā)動機供應(yīng)附加的動力。Trinityplug-in混合動力系統(tǒng)包括下列方面:●一個被UCD修改過的CVT傳動。●一個渦輪增壓/發(fā)電機系統(tǒng)，用來對發(fā)動機進氣增壓以及利用排氣對電池包充電?！癫捎靡粋€3kW的燃料電池作為輔助動力，用來驅(qū)動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和空調(diào)●采用對燃燒室噴氫技術(shù)，使發(fā)動機在較高溫度下工作，減少NOx的排放。原Equinox與TrinityPlug-in性能比較原EquinoxUCD的Trinity加速性：0-60mph9.1s7.4s加速性：50-70mph4.9s4.9s燃油經(jīng)濟性城市19mpg36.2mpg燃油經(jīng)濟性公路25mpg38.7mpgPlug-inAER（全電動行駛里程Allelectricrange）0mi40mi公路行駛里程415mi275mi整車質(zhì)量1,686kg1,985kg燃料經(jīng)濟效率（Effectivefueleconomy）21mpg~200mpgBethSolik

在檢查Trinity

中的電池包，該車是由UCD學(xué)生建造的。(KarinHiggins/UCDavisphoto)豐田已確認下一代Prius是PluginPrius，純電動行駛里程是9英里（14.5km），它將是2007－2008年的車型號。油耗目標(biāo)為94mpg（2.5l/100km)2005年11月豐田在其新概念家庭（ToyotaDreamHouse）展覽中，展示了PluginPriusRicardo

與AFSTrinity

合作設(shè)計的“ExtremeHybriddrivetrain

－XHTMpowerTrain“●采用先進的鋰電池，利用晚上低谷電充電●采用超級電容，快速吸收制動能量，制動能量回收達80％●純電動行駛時，不光靠鋰電池，超級電容在車輛加速時，快速放電，提供功率●裝有高效穩(wěn)態(tài)內(nèi)燃機行駛里程：純電動40英里，切換道傳統(tǒng)混合模式時500英里。油耗：250mpgMarineCorps2003-2004年示范了軍用柴油-電動PHEV-20HUMVEE.在全電動模式下，靜音、無“熱痕跡”、燃油費用低（相當(dāng)一加侖可節(jié)省100美元），這些對前線作戰(zhàn)很有用。主要用于戰(zhàn)場偵察和監(jiān)視。該車裝有鋰電池和四個車輪電機英國Zytek

System公司的PHEV●該車裝有1.5升三缸渦輪增壓柴油發(fā)動機，兩個高效永磁電機?！癫捎娩囯姵?，288V/7.5AH，約有2.2kWh的能量，提供25kW功率的能力。●電池可由電網(wǎng)、發(fā)動機、再生制動充電?！馤ithiumTechnologyCorporation(LTC)

將提供改進版的電池管理系統(tǒng)，控制電網(wǎng)充電保證安全。●BMS公司提供能量管理系統(tǒng)，控制電池使他工作更有效OdyenCo。的PHEV垃圾收集車●用CumminsWestport公司的CNG發(fā)動機帶動發(fā)電機，給300kW、2034Nm的牽引電機提供動力●AGM的鉛酸電池系統(tǒng)，50k