混合动力汽车的发展现状与未来

史 程

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，哈尔滨 150050)

稳步增长的石油价格、持续增加的汽车消费和日益严峻的环保压力，迫使未来汽车向节能环保的方向发展。混合动力汽车、纯电动车以及燃料电池汽车这三类低排放的汽车将是长期有效的解决方案。从长远来看，纯电动车、燃料电池汽车将是解决汽车节能环保的最终解决方案，但是由于其价格过于昂贵、技术尚未完全成熟以及缺乏相应配套设施等因素的限制，目前还未大规模商业化生产。三者相比较而言，混合动力汽车技术较为成熟，市场规模正在逐渐扩大，是解决目前汽车节能环保问题的最有效方法。

混合动力汽车是结合了两种动力对车辆的推进。可能的组合包括柴油/电动，汽油/飞轮以及燃料电池/蓄电池。通常情况下，一种动力存储能源的同时，另一种动力将燃料转换成电能。两种动力的组合，可支持两个独立的推进系统。

1 发展混合动力汽车的必要性

1.1 社会效益

我国城市的大气污染问题已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，目前，我国已有16个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我国现今人均汽车是每1 000人平均10辆汽车，但石油资源不足，2011年中国进口石油2.53亿吨。随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平——每1 000人有110辆汽车，我国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在我国研究发展混合动力汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑，只有混合动力才是唯一的解决途径。目前，道路上的混合动力车是混合动力电动汽车(HEV)，而其他车辆，比如使用清洁的柴油发动机和高效率的汽油发动机，无论是现在或在不久的将来，都在朝着提高它们的燃油经济性的方向发展。从长远来看，使用氢的内燃机和氢燃料电池将成为市场的主流。政府部门和汽车制造商鼓励燃料电池的推广，作为能量来源，燃料电池和石油可以说是相互独立的。燃料电池汽车(FCV)能够实现二氧化碳的零排放，这一点很重要，可以减缓全球气候变暖。其他排放量的指标也相应地降低。燃料电池汽车的混合动力来自于燃料电池和蓄电池的融合体。虽然乙醇和其他替代燃料同样影响着汽车的燃油经济性，但是与这种燃料电池汽车的混合动力相比还有不小的差距。在未来的个人和非商业性交通运输中，柴油很可能扮演着主要的角色，而其中的生物柴油应该占有十分重要的地位。生物柴油是以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料，是生物质能的一种。替代燃料是重要的能源供应方式。美国的能源保障将依赖于替代燃料。目前巴西已经开始发展替代燃料，而不进口石油了。

1.2 经济效益

以南方电网在深圳的试点为例，如果为比亚迪汽车公司产的E6纯电动汽车进行充电,快充2个小时可充电57度,行驶300km。按照目前普通商业电价计算，峰期每度电1.0064元，行驶300km只需57.5648元；若利用谷期进行充电的话，单价只有0.2495元，充满一次电，仅需14.2215元。南方电网深圳试点报告内容显示，如按照传统的燃料汽车来核算成本，每升汽油(深圳)7.71元、每100km油耗8L计算，行驶300km就需要185.04元，约相当于峰期充电费用的3倍，谷期充电费用的13倍。上海目前混合动力公交车每行驶1km只需耗电1.2度，按照夜间半价电价计算,以每天行驶里程约200km计算,每天能源开支不到百元，远远低于普通公交车使用柴油的能源支出。

1.3 优化能源消耗结构

目前，我国交通运输的燃油消耗约占石油总消耗的一半，混合动力汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于其他更重要的方面。由于混合动力汽车具有能源来源多元化的特点，各种可再生能源可以转化为电能或氢能加以有效利用；同时，利用电网对混合动力汽车进行充电，增加电力在交通能源领域中的应用，减少对石油资源的依赖，优化交通能源消耗构成。

2 混合动力汽车的市场分析

2.1 市场发展现状

混合动力汽车在市场上获得了出人意料的成功，一些还没有进入混合动力市场的汽车制造商正在提升自身的研发进度，都争取早日推出各自的混合动力汽车。混合动力车的市场跨度很大，从微型混合动力、轻型混合动力到全混合动力。微型混合动力的汽油发动机搭载一个非常小的发电机，而轻型混合动力的发电机功率占汽车发动机功率的约15%～25%；全混合动力的发电机功率占汽车发动机功率的约40%～50%。

轻型混合动力汽车可提供额定电压为110V的电源插头。相比于传统车辆，一方面其排放和油耗均有不同程度的减少；但是另一方面，轻型混合动力汽车的成本则有一个不小的增加。为了进一步降低轻型混合动力汽车的成本，用超级电容器取代镍金属氢化物或锂离子电池的措施，目前正在研究过程之中。大多数轻型混合动力汽车保留了再生制动等配置。出于成本的考虑，轻型混合动力车依然使用现有的低电压，也就是14V[2]。

在2007年，混合动力车的全球销量为38.5万台。 2010年达到110万台，出售的不同混合动力汽车的种类达到75种。到2015年，将达到200万台[3]。在未来的15～20年，混合动力车将面临着来自先进内燃机的激烈竞争，清洁柴油也将参与混合动力的竞争，同样的，也有新开发的如均质混合气压燃式(HCCI)柴油发动机汽车与涡轮增压汽油发动机汽车的竞争。

2.2 购买混合动力汽车的理由

前些年，首次购买混合动力车的车主是倾心于其新颖的技术，而今天混合动力汽车的车主则更看重的是其更高的燃油效率和低排放量。购买混合动力汽车的理由可以归结为主观原因和客观原因两类。

购买混合动力汽车的主观原因取决于每位车主的个人喜好。节能环保是很多车主购买的决定性因素，但也有个别的车主选择混合动力汽车是为了吸引别人眼球，并体验先进的技术等主观原因。作为混合动力车独特的驾驶体验的一部分，为了实现良好的燃油经济性，需要特殊的驾驶操纵技巧。有些车主驾驶混合动力车的兴趣甚至超过了玩网络游戏。

客观原因是那些可以量化的数字。燃油经济性是节省汽油的一个主要因素，较高的燃油经济性可以满足一个更大范围的燃料储备。其他客观原因包括低排放，也就是绿色行驶；有些混合动力汽车提供可提高的加速度；强调省油的混合动力车通常更小，更容易停放。

特殊政策优惠也不容忽视。在许多国家，混合动力汽车有专门的法律甚至对司机有严格的规定，对于那些需要考虑停车费和税款的车主显得更有价值。在一些酒店和商业路段的停车场，停车费是免收的。当然，国家和政府的免税是购买混合动力车的另一个诱因，如果你觉得传统车辆的所得税规则纷繁复杂，那么毫无疑问，混合动力汽车的税收就简单得多了。

购买混合动力汽车对于这个环境恶化的世界是具有促进意义的。混合动力汽车是反正统主义的标志，是反地位身份的符号，同时亦是对政治的具体表现。混合动力汽车是最终可以拥有优越生存环境的车辆。

2.3 混合动力汽车发展中遇到的问题

由于混合动力汽车电池的电量有限，为了能行驶更长的路程，必须要有正确的驾驶操纵技巧。比如在缓行车道上避免超速行驶；缓慢启动车辆，轻踩油门踏板；在交通信号灯变灯时，不要把油门踏板踩到底，等待下一个前进信号；遇到前方路况需要制动时，提前刹车,再生制动通过系统把更多的电能补充到电池中。

混合动力汽车的性价比不是很高,而且购买新车时要有一个漫长的等待时间。无论是传统车辆还是混合动力电动汽车，小型手动挡的车型相对来讲都具有更好的燃料经济性，基于这个原因，混合动力车的车身尺寸设计得相对较小，导致一些身材较高的或者体重较大的人乘坐混合动力车时可能会感觉不舒服和局限感，当乘客有很多行李时也会很不方便。

将一个传统汽车改装成混合动力车是需增加45～90kg的重量，额外增加的重量会影响制动距离，刹车踏板变得很灵敏, 其再生制动性能不如普通的车辆。除了会增加重量，电池在混合动力汽车里也会占很大的空间，电池通常安装在汽车后轮的上方，这样会减少相应的行李储物空间。一些两箱式混合动力轿车后排座位有一排很长的电池组，这样也会损失很多车内空间[1]。

混合动力汽车的制造成本过高是制约目前混合动力电动汽车推广应用的主要难点。由于混合动力汽车除了要搭载常规的动力装置外,至少还需要安装提供动力源的电池, 其成本不可能降至传统汽车的水平。因此,混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本,这也是今后有待解决的最大课题,特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本[5]。

混合动力汽车具备了良好的燃油经济性，出色的动力性，而且清洁环保，经济实用。为达到提高车辆的动力性、经济性和环保性, 需要采用当代最先进的内燃机技术深入分析低油耗特性；选择比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的电机, 研究它的低速大转矩、效率和再生制动能量回馈性能；经过周密分析和试验研究特性, 选择最佳各自高性能区段的组合与叠加。

提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率，从汽车制造工艺阶段着手, 设计改进汽车动力系统, 满足汽车再生制动回收要求，加强混合动力电动汽车的可靠性, 解决动力电池的使用寿命和可靠性问题, 是混合动力电动汽车推广应用必不可少的阶段[4]。

柴油/电混合动力比汽油/电混合动力提供更好的燃油经济性和低排放量，而且柴油发动机的扭矩在低转速时会很高,这与汽油发动机是截然不同的。但是柴油发动机成本高，电路总成也会花费更多的钱，成本回收很难。因此，柴油/电混合动力将是未来一个很好的研发项目。

3 混合动力汽车的前景

当前混合动力汽车所面临的技术问题还有很多。尽管从长远来看只是一种过渡车型，但混合动力汽车在接下来的20～30年内会很有发展前景。汽车行业专家预测，在不久的将来，新生产的汽车中混合动力汽车将占40%以上。同时，其排量低、污染小，也是未来汽车发展的必然趋势。

参考文献：

[1]Allen E.Fuhs.Hybrid Vehicles and the Future of Personal Transportation[M].CRC Press.2009:37～41.

[2]S. Birch. Powertrain: Ultracapacitors meet mild hybrids, Automotive Engineering International,Society of Automotive Engineers[J].Warrendale,2008:36～37.

[3]D. Carney. Electricity drives forward,continuous advances in component design and integration are helping to overcome cost and performance obstacles, Automotive Engineering International, Society of Automotive Engineers[J].Warrendale,2007:48～51.

[4]郝志勇，岳东鹏，李建国.混合动力汽车研究的现状及未来发展前景[J].铁道机车车辆，2003，(11):205～209.

[5]何云信,等.汽车混合动力技术发展现状及前景[J].装备制造技术，2010，(2)：133～134.