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1混合动力客车应用前景分析陈银烛一、混合动力汽车热的背景随着世界人口和经济的增长，对能源的需求量也不断增多。一方面是石化能源的不可再生，一方面是消耗量的不断增大。以目前的发展速度，根据国际上通行的能源预测，地球上的石油、天然气和煤能供人类开采的年限，分别只有40年、60年和220年。世界能源短缺常常引起国家冲突和战争，温室气体排放导致了大量气候性灾难，环境污染直接影响人类的生存质量，能源和环境问题促使各国研究开发新能源和节能、环保产品。交通工具的能量消耗量占世界总能源消费的40%，汽车的能源消耗量约占1/4，面对节能和环保的巨大压力，伴随高新技术的发展，世界各国纷纷开发新能源汽车、节能环保型汽车。中国年产汽车近600万辆，已经是世界第二汽车生产大国，并且年增长速度达到了25%以上。据国务院发展研究中心产业部预测，到2010和2020年，我国汽车的燃油需求分别为1.38亿吨和2.56亿吨，为当年全国石油总需求的43%和57%，汽车将要“吃”掉一半左右的自产、进口石油。目前，我国的石油对外依存度已经超过30%，据预测,我国新增的石油需求将越来越多地依赖进口，能源缺口越来越大。因此，中国汽车能源应该纳入国家安全战略高度来考虑，为此，国家在“九五”、“十五”规划都安排了“863”电动车项目，“十一五”计划安排了“863”节能与新能源汽车项目。2在“十五”期间，“863”电动汽车重大专项以燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车三种车型为“三纵”，多能源动力总成控制系统、驱动电机、动力蓄电池三种共性技术为“三横”的“三纵三横”组织模式，建立了布局合理、机制灵活的研发体系。在2005年末，“863”电动汽车重大专项全部验收合格，对电动汽车的研究取得了阶段性成果，三种类型电动汽车的技术经济特征和缺点比较如下：表1EV、HEV、FC与传统汽车技术经济特性的比较传统汽车纯电动汽车EV燃料电池电动车FC混合动力电动汽车HEV气体排放100046-60燃油消耗1000040-60续驶里程中很短短长电池寿命1～2年5年5年加油站改造1001000成本1001000＞1000130性能100505090技术成熟度成熟成熟不成熟成熟表2电动汽车优缺点一览表优点缺点纯电动汽车EV1、不消耗石油资源2、零排放3、平稳、低噪声、震动小4、操作简单5、制动摩擦小1、价格高2、续驶里程少3、车身重量重4、电池寿命短3燃料电池电动车FC1、能量转换高（是普通汽车的2～3倍）2、污染小3、噪声低4、运动部件少1、生产成本高，是普通汽车的10倍以上2、总体安全性差3、瞬时响应特性差4、大批量生产技术不成熟5、寿命短6、重量重混合动力电动汽车HEV1、基础设施不改变2、技术性能相对成熟3、污染小4、噪声低5、操作简单6、成本稍高，但1、成本是传统汽车的1.3倍2、电池的耐用性、使用寿命有待提高经过比较，混合动力汽车在现阶段最具优势，其次是纯电动汽车，最后是燃料电池汽车。二、混合动力客车发展现状中国是人口大国，政府鼓励优先发展公共交通车辆，以提高运输效率和解决交通拥挤问题，而混合动力汽车的节能、环保优势在城市里表现最突出，因此，发展混合动力电动客车成为电动汽车的第一个突破口。在行业达成共识，混合动力电动客车的研究与产业化如火如荼。下面简要介绍混合动力电动客车的发展情况。东风汽车公司继承“九五”电动汽车研究成果，从2000年开始研究混合动力客车和轿车，并获得了“十五”国家科技部“863”计划的混合动力客车和轿车两个课题，为了促进和支持这两个项目的研究及今后向产业化方向发展，2001年成立了东风电动车辆股份有限公司，在省市政府的大力推动下，2003年7月成立了武汉电动汽车4示范运营有限公司。在2003年11月，东风混合动力公交车走出了实验室，成为武汉市民日常出行的交通工具，6台混合动力公交样车在武汉510路公交线投放，与传统的燃油公交车共同运营，进行各项指标对比。2005年12月，首批下线的15台东风混合动力电动公交车交付给示范运营公司，在国内首次实现混合动力电动汽车商业化销售。在2005年底武汉市开通了599路公交线路，成为路国内首条混合动力绿色公交专线，标志着我国自行研制的混合动力公交车正式进入商业运营。一汽汽车集团经过近三年的苦心研制，于2005年12月在一汽无锡汽车厂驶下装配线。混合动力客车要真正实现商业化销售，必须通过国家公告。可喜的是，2006年2月，东风汽车公司和一汽汽车集团研制的混合动力客车通过了国家公告，从而扫除了商业化障碍。在“十五”期间，自行研制混合动力客车的公司还有几家，如深圳五洲龙、上海汽车集团、长沙联合等公司，近年来开始介入混合动力客车的公司如雨后春笋，宇通、金龙、福田、申龙等公司纷纷展出了样车。在技术方面，基本采用并联式结构、镍氢电池、机电一体化驱动系统，实现的功能还比较简单，四工况节油效果在30%左右，城市工况在15%左右，如果设计不合理，不一定能节油，甚至会更加费油。目前，混合动力客车主要进行了以下几项关键技术的研究：1、整车总体方案设计。主要有动力总成组件规格的选定、整车总体布置，考虑的专项因素有：整车质量分布、整车热管理、电动附件的配置、能量回收率与制动平顺性的平衡、电磁兼容性和电5磁骚扰、振动和噪声、信号采集和传输、高压电安全管理、故障检测、警报及安全运行模式设计等。2、机电耦合方案设计。耦合方式能实现的工作模式有：主电机驱动、ISG起动发动机、发动机驱动、发动机与主电机联合驱动、发动机驱动（带ISG发电）、发动机带ISG发电（主电机驱动）、发动机驱动（带主电机发电）、发动机驱动（带主电机和ISG发电）、制动时主电机发电、驻车时发动机带ISG发电、驻车时发动机带主电机发电等。3、整车控制策略。整车控制策略要综合考虑动力性、经济性和驾驶性，重点应考虑使动力总成的工作效率最优化。4、强电安全系统方案。混合动力汽车一般采用336V的高压电源系统，实际工作电压可达450V以上，国外最新混合动力汽车的电压已经用到了650V，强电安全成为重要的研究内容。5、整车轻量化设计。混合动力汽车对能源消耗和环境保护的要求更加迫切，减轻重量的作用格外重要。轻量化设计的主要方法有：采用新材料、集成化设计、采用新的控制原理、精简功能、采用新结构等。6、制动能量回馈。在保证制动安全的前提下使能量回馈的效率最大化，在对制动能量回馈系统进行建模与仿真的基础上，实现ABS系统与制动能量回收的合理分配，并保证制动效能。7、整车通讯方式。采用整车控制器来协调发动机控制器、电机控制器、电池管理系统、AMT控制器等需要涉及大量的信号采集、传输与处理。8、多能源动力总成和整车试验技术。三、试验条件和技术标准6完成了混合动力汽车专用的多能源动力总成台架、电机试验台架和电池包性能测试试验室的建设，襄樊质检中心完善了混合动力整车试验设施，基本能够完成研发和公告所需试验。正在建设的试验设施有大型混合动力链试验台、电磁兼容性试验室、AMT试验台等。其它各客车公司和试验场也在逐步完善试验设施。电动汽车现阶段的主要标准如下：序号标准名称标准号1电动道路车辆用铅酸蓄电池GB/T18332.1-20012电动道路车辆用金属氢化物镍氢蓄电池GB/T18332.2-20013电动道路车辆用锂离子蓄电池GB/T18333.1-20014电动道路车辆用锌空气蓄电池GB/T18333.2-20015.1车载储能装置GB18384.15.2功能安全和故障保护GB18384.25.3人员触电防护GB18384.36电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法GB/T18387-20017电动汽车定型试验规程GB/T18388-20018电动车辆传导充电系统一般要求GB/T18487.1-20019电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求GB/T18487.2-200110电动车辆传导充电系统电动车辆交流/直流充电机（站）GB/T18487.3-200111电动汽车用电机及其控制器技术条件GB/T18488.1-200112电动汽车用电机及其控制器试验方法GB/T18488.2-200113汽车电气设备基本技术条件QC/T413-200214用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法GB18655-200215混合动力电动汽车定型试验规程GB/T19750-200516混合动力电动汽车安全要求GB/T19751-200517混合动力电动汽车动力性能试验方法GB/T19752-200518轻型混合动力电动汽车能力消耗量试验方法GB/T19753-200519重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法GB/T19754-200520轻型混合动力电动汽车污染物排放试验方法GB/T19755-2005721电动汽车动力性试验方法GB/T18385-200522电动汽车用仪表GB/T19386-200523电动汽车操纵件、指示器及信号装置的标志GB/T4094.2-200524电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法GB/T18386-2001四、市场前景分析在传统汽车向电动汽车的过渡时期，混合动力汽车一方面能够环保、节能，另一方面又避免了传统汽车工业已形成的庞大生产规模和基础设施的浪费，因此，混合动力电动汽车在我国将有比较长的生命力和应用前景。大型客车由于体积大，电池、电机易于布置，而且生产批量小，易于改装，是混合动力汽车的突破口。如果技术、标准、政策等措施能及时到位，大型混合动力公交客车将在未来一段时间内占据一定位置。下面从节能、环保、成本、使用效率等方面分析混合动力公交车在最初五年的表现。1、节能效果。节能是混合动力汽车的诱人之处，普遍认为节油率可达30%以上，相信经过努力，混合动力公交客车在实际使用中也可以达到这一目标，可以相当程度缓解能源危机。2、环保效果。混合动力汽车可以减少对环境的污染，假设燃料为柴油，公交车使用寿命为60万公里，下面主要分析使用周期内CO2排放减少量：节油率20%22%25%28%30%32%节油量L/100km8.69.4610.7512.0412.913.76寿命周期节油量L516005676064500722407740082560寿命周期CO2排量t1411551761972112253、技术储备混合动力汽车需要大量的新技术支持，这些技术使汽车向智能化8方面发展，同时向纯电动和燃料电池汽车过渡，最终解决能源危机。混合动力汽车涉及到的新技术主要有：整车自动控制、信号采集和传输、CAN通讯、LIN通讯、智能仪表应用、AMT应用、故障检测与报警、整车能量分配与热管理、电动附件的广泛应用、能量回馈、高压电安全管理等等。4、成本分析单位产品完全成本分析随着产量的增加，产品由小规模生产到规模化生产成本降低幅度较大，一旦规模化生产后，成本降低空间较小。下图是产品成本降低率预测情况。随着批量的增大，生产厂家的效益逐步好转或增加，但在批量生产初期批量较小时，因成本太高，生产厂家出现较大亏损，但单台亏损占销售收入的比例开始降低，当达到一定规模后，厂家开始盈利，下表是最初几年的赢利预测。年份2005年2006年2007年2008年2009年2010年产量201003005009001500厂家利润（万元）-317.29-844.27-1575.87-1381.22-796.59174.155、用户效益保证用户效益是产品商业化的基本要求，假设油价5元/升，燃完全成本降低率0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%12.00%14.00%05年06年07年08年09年10年9油税为70%燃油税，整车售价增加30%，超过部分由政府补贴。下面是用户经济效益的分析。年份2005年2006年2007年2008年2009年2010年产量201003005009001500购车损益(13.50)(13.37)(13.23)(13.10)(12.97)(12.84)维护损益(15.87)(14.28)(12.50)(11.74)(10.79)(10.47)节油损益35.95