插电式混合动力电动汽车简介

插电式混合动力电动汽车简介插电式混合动力电动汽车(Plug-in HEV)，简称PHEV，是一种可外接充电的 新型混合动力汽车。PHEV是在传统混合动力汽车基础上派生而来，并兼有传统 混合动力汽车与纯电动汽车的基本功能特征。插电式混合动力车与传统混合动力车有两个较大的差异。PHEV可以直接 由外接电源充电。而传统的HEV大多通过发动机为电池充电以及车辆行驶过程中 回收制动能量等。PHEV的电池容量较大，可以靠电力行驶较远的距离，电力 驱动在PHEV中所占比例更高，其对发动机的依赖较传统HEV少。在PHEV中，电 动机大多是主要的动力输出，因此其对电动机的性能要求较高，并需要大容量的 电池来为电动机提供足够的电力。 PHEV 主要以电为动力来源，传统的发动机只 作为辅助动力，在电池能量消耗完时才启用。1 PHEV的特点插电式混合动力电动汽车具有如下特点： 具有纯电动汽车的全部优点：零排放、低噪声及高能量效率等。 相比传统的HEV，其大大降低了有害气体、温室气体的排放，并提高了 燃油经济性和动力性能。 将混合动力驱动系统与纯电动驱动系统相结合，纯电动状态下可行驶较 长距离，需要时也可采用混合动力模式。 可利用外部公用电网(主要是晚间低谷电力)对车载动力电池进行均衡充 电。这样可改善电厂发电组效率，节约能源；显著减少燃油的使用量，大大降低 对石油的依赖；同时较低的电价也降低了车辆使用成本。2 PHEV动力系统PHEV 动力系统主要可分为并联式、串联式和混联式三种结构，其结构主要 特点与传统HEV类似。但是PHEV用发动机功率比HEV的小，电机和电池功率比 HEV 的大，电池可通过电力网进行充电。(1) 并联式 PHEV并联式 PHEV 的发动机和电动机是两个相对独立的系统，即可实现纯电动行 驶，又可实现内燃机驱动行驶，在功率需求较大时还可以实现全混合动力行驶， 在停车状态下可进行外接充电。其动力系统结构原理图如图 1 所示。这种并联式结构一般采用的控制方式包括：开关门限控制、模糊逻辑控制等。(2) 串联式 PHEV串联式PHEV，通常称为增程式电动车，其特点是发动机带动发电机发电， 发出的电能通过电动机控制器直接输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。其动 力电池可进行外接充电，在允许的条件下可通过切断发动机的动力实现纯电动行 驶；在要求迅速加速和爬坡时，以混合动力模式工作；当电池组不起作用或不能 使用时，发动机可单独驱动电动机带动汽车运行；在停车状态下可对动力电池进 行充电。其动力系统结构原理图如图 2 所示。串联式结构一般采用的控制方式主要有：恒温器控制、功率跟随控制等。(3) 混联式 PHEV混联式 PHEV 驱动系统是串联式与并联式的综合，可同时兼顾串联式和并联 式的优点，但系统较为复杂。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主；停车时，可通过车载充电器进行 外接充电。图 1 并联式 PHEV 动力系统简图图 2 串联式 PHEV 动力系统简图3 PHEV的工作模式根据车上电池荷电状态的变化特点，可以将 PHEV 的工作模式分为电量消 耗、电量保持和常规充电模式，其中电量消耗又分为纯电动和混合动力两种子模 式。PHEV优先应用电量消耗模式。在电量消耗模式中，PHEV根据整车的功率需 求，具体选择纯电动和混合动力两种子模式。在“电量消耗-纯电动”子模式中， 发动机是关闭的，电池是唯一的能量源，电池的荷电状态降低，整车一般只达到 部分动力性指标。该模式适合于起动、低速和低负荷时应用。在“电量消耗-混 合动力”子模式中，发动机和电机同时工作，电池提供整车功率需求的主要部分， 电池的荷电状态也在降低，发动机用来补充电池输出功率不足的部分，直至电池 的荷电状态达到最小允许值。该模式适合高速，尤其是要求全面达到动力性指标 时采用。在电量保持模式下，PHEV的工作方式与传统HEV工作模式类似，电池的荷 电状态基本维持不变。“电量消耗-纯电动”、“电量消耗-混合动力”和“电量保持”模式之间能够 根据整车管理策略进行无缝切换，切换的主要根据是整车功率需求和电池的荷电 状态。常规充电模式就是用电网给 PHEV 电池充电。4 国内外研究现状最先受到普遍关注的 PHEV 是美国通用公司推出的 PHEV 概念车雪佛兰 Volt。其采用的是串联混合动力技术，发动机（可以是内燃机也可以是燃料电池） 的动力不直接驱动车轮，只是用来发电，车轮由电机带动。2011款雪佛兰Volt 已在美国7 个州和哥伦比亚地区进行销售。作为全球首款增程型电动车，雪佛兰 Volt沃蓝达将于2011年底正式在中国上市。在美国，除Volt以外，其他PHEV 还有通用公司的土星VUE插电式混合动力车，凯迪拉克Converj串联式插电式混 合动力车，欧宝 Ampera 串联插电式混合动力才；克莱斯勒公司吉普 Wrangler Unlimited牧马人插电式混合动力车，Town&Country串联插电式混合动力车；福 特公司的Escape PHEV等。2009年3月，美国总统奥巴马宣布，以24亿美元资助美国汽车制造商和相 关机构生产下一代插电式混合动力车和先进蓄电池。购置插电式混合动力车的美 国人，可申请最高 7500 美元税收优惠。日本方面有丰田公司生产的轻量插电式混合动力“FFV I/X”、Hi-CT、Plug-in HV，丰田普锐斯插电式混合动力车，三菱PX-Miex插电式混合动力，铃木雨燕串 联插电式混合动力车等。德国各大汽车公司方面有奔驰推出的Blue Zero E-Cell Plus和Vision S500 插电式混合动力车，宝马 Vision Efficient Dynamics 插电式混合动力车等。在我国开发插电式混合动力车的企业不多，上汽提出2012年将生产荣威550 插电式混合动力车；长安汽车公司根据新能源汽车发展战略，加速推出插电式混 合动力车、纯电动车的产业化研发；华晨汽车公司提出 2011 年推出全（强）混合 动力轿车，2013年推出插电式混合动力轿车；比亚迪的F3DM；奇瑞增程型瑞麒 M1 等。5 PHEV面临的挑战PHEV 面临的挑战主要来自于动力电池、电机和充电基础设施等。动力电池是各种电动车辆的主要能量载体和动力来源，也是PHEV整车成本 的主要组成部分。动力电池自身技术的提高和成组应用技术的发展成为电动车辆 市场化和商业化的关键因素之一。 PHEV 用动力电池应有足够大的比能量和比功 率，在整车质量允许的前提下，尽可能地实现整车动力性指标和纯电动续驶里程； 另外，动力电池在足够寿命的前提下，低SOC时应有大功率输出，高SOC时仍有 高的输入功率，以回收制动能量。锂离子动力电池是PHEV的最佳选择，但目前 相关技术还不成熟，电池成本还较高。PHEV 对电机有较高的要求，为满足在纯电动模式下启动及纯电动续驶里程、 加速和高速行驶的要求， PHEV 需要较大输出功率、低速时高扭矩和调速范围宽 的电机；另外考虑到整车布置和使用寿命等因素，应尽量选取高密度、小型轻量 化、高效率、高可靠性、高耐久性、强适应性的电机。充电基础设施建设是保证PHEV能源供给的技术条件，它包括电网和充电站 两大部分。电网和充电站的建设都需要巨大的资金投入，要涉及到政府、电力、 城建和市政等多个部门，是一项规模庞大的系统工程。除上述主要问题外，PHEV还面临着许多问题，如充电时间多长是合理的； 相关标准还有待制定和统一，包括功率、通信、控制等的接口标准和充电插座标 准等；政府价格补贴问题；消费者对PHEV的认可接受程度问题等。6 结束语PHEV 无疑是一种很有发展前景的混合动力电动汽车，也是向最终的清洁能 源汽车过渡的最佳方案之一。但PHEV的商业化还有很长的路要走，需要汽车企 业、电力公司、各级政府和社会各界的共同努力与合作。