混合動力政策和技術(shù)分析概述

賈林娜，閆立君，張世偉，趙長明，劉玉明

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

混合動力政策和技術(shù)分析概述

賈林娜，閆立君，張世偉，趙長明，劉玉明

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章主要通對新能源汽車國家政策研究，從混合動力汽車概念、分類及典型工作邏輯分析，由淺入深介紹混合動力技術(shù)及企業(yè)發(fā)展方向。

新能源；政策研究；混合動力技術(shù)

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.004

CLC NO.: U469.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-08-05

引言

隨著市場傳統(tǒng)燃料汽車急劇提升，生活環(huán)境空氣日益惡化，節(jié)能減排至零排放，降低傳統(tǒng)燃料汽車對大氣環(huán)境污染，已成為汽車行業(yè)發(fā)展必然趨勢。電能作為未來汽車的動力之源，能實現(xiàn)高能效比及零排放，是一種相當理想的能源。但當前電池及電機技術(shù)的限制，純電動車在續(xù)航里程及維護成本無法披靡傳統(tǒng)的燃料汽車，同時純電動車充電設施暫未完善，使得純電動車暫不能得到廣泛普及。因此推出了混合動力汽車，優(yōu)勢在于一方面排放較低，另一方面在續(xù)航里程上和傳統(tǒng)汽車無異。

在當前行業(yè)發(fā)展大趨勢環(huán)境下，混合動力技術(shù)已成為汽車發(fā)展的主流技術(shù)，作為動力總成企業(yè)，積極研究混合動力技術(shù)，需求企業(yè)后續(xù)發(fā)展和轉(zhuǎn)型道路是必然之舉。

1、政策分析

為加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進節(jié)能減排，促進大氣污染治理，促進我國交通能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，經(jīng)國務院批準，由國家相關(guān)部門組織在全國范圍內(nèi)開展新能源汽車推廣應用工作。

近幾年，為加快推進進程，國家先后出臺了關(guān)于“節(jié)能惠民”、“免征購置稅”、“2016-2020年新能源推廣應用”等扶植政策，突顯國家對新能源動力車型的高度重視和推動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展決心。對國家相關(guān)部門頒布的幾項對插電式混合動力車型重點照顧的發(fā)文進行說明，詳見表1 。

1.1 補助對象、產(chǎn)品和標準的要求

1.1.1 補助對象

補助對象是消費者。新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)在銷售新能源汽車產(chǎn)品時按照扣減補助后的價格與消費者進行結(jié)算，中央財政按程序?qū)⑵髽I(yè)墊付的補助資金再撥付給生產(chǎn)企業(yè)。

1.1.2 補助產(chǎn)品

中央財政補助的產(chǎn)品是納入“新能源汽車推廣應用工程推薦車型目錄”（以下簡稱“推薦車型目錄”）的純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車。以發(fā)布的73批車型目錄進行乘用車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計收錄新能源車2795例，多為客車與專用車，乘用車僅47款，如圖1。

表1 國家相關(guān)部門頒布發(fā)文說明

1.1.3 補助產(chǎn)品

補助標準主要依據(jù)節(jié)能減排效果，并綜合考慮生產(chǎn)成本、規(guī)模效應、技術(shù)進步等因素逐步退坡。2016年各類新能源汽車補助標準如表2分類。2017-2020年除燃料電池汽車外其他車型補助標準適當退坡，其中：2017-2018年補助標準在2016年基礎(chǔ)上下降20%，2019-2020年補助標準在2016年基礎(chǔ)上下降40%。

純電動乘用車、插電式混合動力（含增程式）乘用車推廣應用補助標準（單位：萬元/輛）。

表2 2016年各類新能源汽車補助標準

1.2 對產(chǎn)品的要求

1.2.1 新能源汽車續(xù)駛里程要求

表3 續(xù)駛里程要求 （單位：km）

2.M1類是指包括駕駛員座位在內(nèi)，座位數(shù)不超過九座的載客車輛。N1類是指最大設計總質(zhì)量不超過3500kg的載貨車輛。

1.2.2 純電動乘用車最高車速要求

純電動乘用車30分鐘最高車速應不低于100km/h。

1.2.3 插電式混合動力汽車綜合燃料消耗量要求

1）插電式混合動力乘用車綜合燃料消耗量（不計電能消耗量）與現(xiàn)行的常規(guī)燃料消耗量國家標準中對應目標值相比小于60%；

2）插電式混合動力商用車（含貨車、客車）燃料消耗量（不含電能轉(zhuǎn)化的燃料消耗量）與現(xiàn)行的常規(guī)燃料消耗量國家標準中對應限值相比小于60%。

2、混合動力技術(shù)

2.1 新能源汽車概述

2009年6月17日中華人民共和國工業(yè)和信息化部發(fā)布了《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)級產(chǎn)品準入管理規(guī)定》，明確新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。

新能源汽車分類：純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車、氫發(fā)動機汽車、其他新能源汽車（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。

2.2 混合動力汽車定義和分類

混合動力是指采用汽油或柴油為燃料的，同時配以電動機和發(fā)動機，由電動機作為發(fā)動機的輔助動力，以改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。簡單的說，混合動力汽車就是用電動機和發(fā)動機作為動力源的汽車。如圖2。

2.2.1 根據(jù)混合動力系統(tǒng)構(gòu)成的不同可以將混合動力車分為三種：

1）串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。只靠發(fā)電機行駛的電氣汽車，配置的發(fā)動機輸出的動力僅用于推動發(fā)電機發(fā)電。系統(tǒng)輸出動力等于電動機輸出動力。

2）并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。發(fā)動機為主，電動機為輔，電動機一般無法單獨驅(qū)動汽車。系統(tǒng)輸出動力等于發(fā)動機與電動機輸出動力之和

3）混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。主要靠電機，發(fā)動機為輔助的，電動機和發(fā)動機都能單獨驅(qū)動汽車。由于系統(tǒng)中配置有獨立發(fā)電機，因而系統(tǒng)輸出的最大動力等于發(fā)動機、電動機以及充當電動機（部分情況）的發(fā)電機的輸出動力之和。

2.2.2 根據(jù)在混合動力系統(tǒng)中，電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統(tǒng)還可以分為以下四類：

1）微混合動力系統(tǒng)。在傳統(tǒng)內(nèi)燃機上的啟動電機上加裝驅(qū)動啟動電機（Belt-alternator Starter Generator，簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機，用來控制發(fā)動機的啟動和停止，降低了油耗和排放。

2）輕混合動力系統(tǒng)。采用了集成啟動電機（Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統(tǒng)），發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止，在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；在行駛過程中，發(fā)動機產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調(diào)節(jié)。

3）中混合動力系統(tǒng)。同樣采用了ISG系統(tǒng)，電機是高壓電機，在汽車處于加速或者大負荷工況時，電動機能夠輔助驅(qū)動車輪，從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。

4）重混合動力系統(tǒng)。采用了272-650v的高壓啟動電機。發(fā)動機和電動機均能單獨驅(qū)動車輪。插電式混合動力汽車一般為重型混合動力汽車，可以使用電動機單獨驅(qū)動車輛。

電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重和典型車型如表4。

表4 電機輸出功率比重與典型車型

3、工作模式分析

3.1 并聯(lián)式混合動力工作模式

以IMA系統(tǒng)為例來說明，IMA系統(tǒng)主要由發(fā)動機、電機、變速箱以及IPU智能動力單元組成。工作邏輯包括起步加速、急加速、低速巡航、輕加速和高速巡航、減速以及停車。

1）起步加速時，發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)，電機提供輔助動力，以實現(xiàn)快速加速性能，達到節(jié)油目的。

2）急加速時，發(fā)動機高速配氣正時狀態(tài)運轉(zhuǎn)，此時電池給電機供電，電機與發(fā)動機共同驅(qū)動車輛，提高整車的加速性能。

3）低速巡航。發(fā)動機停止工作，車輛以純電動方式驅(qū)動車輛。

4）輕加速和高速巡航。發(fā)動機低速配氣正時狀態(tài)運轉(zhuǎn)，此時發(fā)動機工作效率較高，單獨驅(qū)動車輛，電動機不工作。

5）減速或制動時發(fā)動機關(guān)閉，電機此時以發(fā)電機方式工作，將機械能最大限度地轉(zhuǎn)化為電能，儲存到電池包中。車輛制動時，制動踏板傳感器給計算機一個信號，計算機控制制動系統(tǒng)，使機械制動和電機能量回饋之間制動力協(xié)調(diào)，以得到最大程度的能量回饋。

6）車輛停止時，發(fā)動機自動關(guān)閉，減少燃料損失和排放。當制動踏板松開時，發(fā)動機自動啟動。

3.2 混聯(lián)式混合動力工作模式

以THS-II系統(tǒng)系統(tǒng)為例來說明，THS-II系統(tǒng)主要由發(fā)動機、動力分配系統(tǒng)、發(fā)電機、電池盒以及功率控制單元組成。工作邏輯包括啟動、怠速、起步、加速、降檔、減速、倒車。

1）發(fā)動機啟動。電流流進MG2通過電磁力固定行星齒輪的齒圈，MG1作為啟動機轉(zhuǎn)動太陽輪，太陽輪帶動行星架轉(zhuǎn)動，與行星架連接的發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動，發(fā)動機啟動。

2）怠速。電流流進MG2固定行星齒輪的齒圈，發(fā)動機帶動行星架轉(zhuǎn)動，行星架帶動太陽輪轉(zhuǎn)動，與太陽輪連接的MG1發(fā)電給電池充電。

3）車輛起步。發(fā)動機停轉(zhuǎn)，行星架被固定。MG2驅(qū)動行星齒輪齒圈，推動車輛前進，MG1處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。如需要更多動力（駕駛員深踩油門或檢測到負載過大），MG1轉(zhuǎn)動啟動發(fā)動機。

車輛起步時，發(fā)動機驅(qū)動MG1發(fā)電并供給推動MG2運轉(zhuǎn)的電能。

4）加速狀態(tài)。在輕負荷下加速時，發(fā)動機驅(qū)動MG1發(fā)電并供給推動MG2運轉(zhuǎn)的電能，MG2提供附加的驅(qū)動力用以補充發(fā)動機動力。

在重負載下加速時，發(fā)動機驅(qū)動MG1發(fā)電并供給推動MG2運轉(zhuǎn)的電能。MG2提供附加的驅(qū)動力用以補充發(fā)動機動力。電池會根據(jù)加速程度給MG2提供電流。

5）降擋。發(fā)動機停轉(zhuǎn)，MG1空轉(zhuǎn)，車輪驅(qū)動MG2發(fā)電，其電能給電池充電。

6）減速。MG2產(chǎn)生的電能提供MG1，MG1驅(qū)動發(fā)動機。此時發(fā)動機斷油空轉(zhuǎn)。MG1輸出的動力成為發(fā)動機制動力。

7）倒車。由MG2提供倒車動力。

4、串聯(lián)式混合動力工作模式

以Voltec混合動力系統(tǒng)為例來說明。Voltec系統(tǒng)主要由汽油發(fā)動機、綜合動力分配系統(tǒng)、電池及電力控制單元。工作模式分別為：EV低速模式、EV高速模式、EREV混合低速模式、EREV混合高速模式以及能量回收模式。

1）EV低速模式。C1吸合，C2、C3松開，發(fā)動機停轉(zhuǎn)。齒圈被固定，電動機推動太陽輪轉(zhuǎn)動，行星架因太陽輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，把動力傳輸?shù)綔p速齒輪并傳遞到車輪。

2）EV高速模式。C2吸合，C1、C3松開，發(fā)動機停轉(zhuǎn)。發(fā)電機此時充當電動機工作，推動齒圈轉(zhuǎn)動。電動機推動太陽輪轉(zhuǎn)動。齒圈和太陽輪同時轉(zhuǎn)動，帶動行星架轉(zhuǎn)動，從而把動力傳到車輪。

3）EREV低速模式。C1、C3吸合，C2松開，發(fā)動機運轉(zhuǎn)。發(fā)動機推動發(fā)電機發(fā)電，并為電池充電；同時電池為電動機供電推動太陽輪轉(zhuǎn)動，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽輪轉(zhuǎn)動，從而把動力傳到車輪。

4）EREV高速模式。C2、C3吸合，C1松開，發(fā)動機運轉(zhuǎn)。發(fā)動機與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接后推動齒圈轉(zhuǎn)動同時發(fā)電，電動機推動太陽輪轉(zhuǎn)動。齒圈和太陽輪同時轉(zhuǎn)動，帶動行星架轉(zhuǎn)動，從而把動力傳到車輪。

5）能量回收模式時。C1吸合，C2、C3松開，發(fā)動機停轉(zhuǎn)。車輪帶動行星架轉(zhuǎn)動，由于齒圈固定，太陽輪隨著行星架轉(zhuǎn)動。電動機作為發(fā)電機對電池充電。

5、總結(jié)

隨著國家對新能源汽車產(chǎn)業(yè)推廣政策重視和扶持力度加大，新能源汽車研制和開發(fā)也日益壯大，基于目前電池及電機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，混合動力已經(jīng)成為新能源汽車發(fā)展的主要技術(shù)。作為動力總成企業(yè)，深入挖掘混合動力汽車領(lǐng)域技術(shù)前沿，尋求適應本企業(yè)發(fā)展技術(shù)，是謀求企業(yè)長遠發(fā)展之路。

從當前市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢看，發(fā)動機作為混動汽車的動力源或發(fā)電源，開發(fā)趨向結(jié)構(gòu)小而緊湊、輕量化、排放低、高能效方向，以滿足搭載和能量輸出需求；手動變速器趨向結(jié)構(gòu)簡單、輕巧減速器發(fā)展。作為動力總成企業(yè)，提供整車所需動力總成、控制策略及售后服務一體化解決方案是后續(xù)發(fā)展必由之路。

[1] 關(guān)于2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知.財建部(2015)134號,2015.

[2] 三部門公告免征新能源汽車車輛購置稅有關(guān)事項.公告2014年第53號,2014.

[3] 常慶林.電動汽車普及的前奏3種混合動力技術(shù)解析.太平洋汽車網(wǎng),2012.

Overview Of Hybrid Policy And Technology Analysis

Jia Linna, Yan Lijun, Zhang Shiwei, Zhao Changming, Liu Yuming
（Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This paper mainly through to new energy vehicles for national policy research, from the analysis of the hybrid vehicle concept, the classification and the working logic, introduce the hybrid technology and the direction of enterprise development from easy to difficult.

New Energy; Policy Research; Hybrid Technology

U469.1

A

1671-7988(2016)10-08-05

賈林娜（1978-），女，中級工程師，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司，長期從事動力總成新產(chǎn)品項目開發(fā)和管理。