PlugIn混合动力电动汽车系统介绍

PlugIn混合动力系统介绍清华大学电动车辆研究室

朱家琏联系电话：86－010－62785947减少和消除对石油的依赖是一项有关国家经济安全和能源安全的紧迫任务

具体途径：研究各种降低百公里油耗的方法开发各种替代石油的新燃料开发不用或少用汽油的新型车辆PlugIn混合动力系统是一种可以极大地减少汽油使用量的技术。什么是PlugIn混合动力？混合动力车辆分类1．按照推进系统能量流和功率流的配置结构关系，分为串联、并联、串并联2．按照两种不同的能量的搭配比例不同，混合动力车辆则有四种类型，即：●微混合（microhybrids），有时也叫“起－停混合”●轻度混合（mildhybrids）●全混合（fullhybrids）●外电源插座充电混合（plug－inhybrids）

微混合与轻度混合轻度混合的发动机比微混合的小，但各电气元件比微混合大全混合与PlugIn混合PHEV是Plug-inHybridElectricVehicle的缩写PHEV是指可以使用家用电源插座（例如220V电源）对混合动力车电池充电的混合动力汽车，同时这种混合动力汽车应能单独依靠电池就能行驶较长距离，但需要时仍然可以象通常的全混合动力汽车一样工作。例如有一辆可以单独靠电池行驶50km的PHEV，可利用电池行驶40km，到旅程终点后，插入电源对电池充电；如果旅程超过50km，则开始的50km可以用电池来行驶，超过50km后则可以以通常的混合动力方式行驶，到了旅程终点则再插入电源对电池充电。目前由于电池尺寸、重量以及其他因素使得PHEV的成本很高，但是随着电池和混合动力技术的进步，PHEV可能会成为未来的一种汽车。

HPEV的优越性

●加满油箱，PHEV行驶里程不受限制；●在局部地区或上下班行驶，可以纯电动的方式工作，不需使用汽油，而且无污染；对国家而言，减少石油进口。●可以用家里的电对车上电池充电；去加油站加油次数，可降至每月1－2次。●电比油便宜，使用成本低，假设每加仑汽油3美元，使用传统汽车，根据MPG的不同，每英里需8－20美分，改用PHEV的全电动模式上下班或在局部地区行驶，燃料费降至每英里2－4美分。●由于主要以纯电动工作，车辆寿命期间的维修成本低。2006年2月下旬布什把各有关方人士召集到JohnsonControls公司（一家电池制造商）说：plug-in混合动力,据估计单独使用电力驱动可以行驶,40miles，因此可以得到居住在象Milwaukee,Wisconsin,这样的城市里，每天开车不会超过40英里的大量民众的支持；因此在40英里里程内只用电不用油，以后如果使用锂电池将可得到每加仑100英里的可能。现在出乎意外地，开始看到这项重要技术对我们国家安全与经济安全的影响。布什接着说：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.“德州奥斯汀市发起成立的“Plug-inPartners“包括有Austin,Baltimore,Denver,LosAngeles,SanFranciscoandSeattle以及电力公司和国家政策组织；该组织通过其活动要使汽车制造商信服目前还不存在的PlugIn混合动力市场，是一个很大的、即刻就需要的市场。TheCityofAustintodatehascollected11,000signaturesonitscitizens’spetition,aswellassoftfleetordersformorethan600vehicles,manyfromprivatesectorcompanies.Forexample,anareapestcontrolcompanyhaspledgedtobuyupto150lightweightplug-intrucks,oncetheyareproduced.2005年11月东京汽车展上，丰田公司在列出Plugin的优点后，表示要开发美国版的Plugin混合动力。根据五项判据，他们的结论是：“plug-inswouldperformaswellorbetterthanothermotorvehicletechnology—includingregularbattery-electrichybrids,all-electricvehiclesandevenfuelcellvehicles(ifthehydrogenisobtainedfromnaturalgas)“五项判据是：●井到车轮（welltowhell）的二氧化碳排放●标准污染物的排放●加油基础设施●行驶里程●燃料的多样性即使PHEV使用火电，排放的二氧化碳也比汽油车少

研究表明：●汽油车，行驶20英里，假设烧掉一加仑汽油，大约产生24磅二氧化碳●使用PHEV，行驶20英里消耗5kW小时电能，把车辆传动损失、电池充电损失等也考虑在内，这20英里大约相当产生7磅二氧化碳（以每kWh约产生1.4磅二氧化碳计）。研制中的几种PHEVDaimlerChrysler

的15座商用ven（Mercedescommercialvans）●纯电动设计行驶里程20英里●电机尖峰91kW，连续72kW●汽油机2.7升柴油机2.3升●镍氢电池或锂电池,14kWh（Prius为1.5kWh),估计每kWh行驶2英里6辆PHEVven试验车概况几点说明●电机连续功率72kW，扭矩130－180Nm；尖峰91kW，扭矩275Nm，小了一点，主要是考虑在城区使用。如果高速行驶，应大于125kW。●纯电动行驶速度限制在50km/h以下，如果高速行驶电池会很快耗尽。●纯电动时，电池SOC限制在100－20％之间。●对目前所设计的该PHEV，二氧化碳排放为157.5g/km。●使用镍氢电池时，电气设备附加重量为350kg，如采用锂离子电池，附加重量可减少到只有160kg。CalCars(CaliforniaCarsInitiative)andEnergyCS

建造的“PRIUS＋”

原丰田PRIUS在其后座下安装有201V，1.3kWh的电池包，现替换为CS的9kWh锂电池，，估计如果仔细驾驶，可在高速公里上行驶60英里，油耗在120－180mpg之间，每英里尽耗电115－150Wh。规定60英里是为了不使9kWh电量都耗尽，只消耗80％，即7.2kWh，如果电价为1kWh10美分，60英里需72美分纯电动行驶60英里之后，可转变为用汽油机驱动的混合动力工作方式，这时油耗为50mpg，如果一加仑汽油为3美元，同样行驶60英里要3.6美元，比纯电动贵5倍。可见PHEV省油又省钱。加州大学戴维斯分校（UCD）的Trinity

Plug－In混合动力车加州大学戴维斯分校的学生在Prof.AndyFrank

的指导下，正在研制称之为“Trinity”的Plug－In混合动力车；该车是将2006型的雪佛兰EquinoxSUV汽车，改由电机和一个可烧汽油与乙醇并添加氢的小型内燃机驱动；低速和40英里范围内行驶时，由电池与电机提供动力，而在公路上或长途旅行时则由汽油发动机供应附加的动力。Trinityplug-in混合动力系统包括下列方面:●一个被UCD修改过的CVT传动。●一个涡轮增压/发电机系统，用来对发动机进气增压以及利用排气对电池包充电。●采用一个3kW的燃料电池作为辅助动力，用来驱动动力转向系统和空调●采用对燃烧室喷氢技术，使发动机在较高温度下工作，减少NOx的排放。原Equinox与TrinityPlug-in性能比较原EquinoxUCD的Trinity加速性：0-60mph9.1s7.4s加速性：50-70mph4.9s4.9s燃油经济性城市19mpg36.2mpg燃油经济性公路25mpg38.7mpgPlug-inAER（全电动行驶里程Allelectricrange）0mi40mi公路行驶里程415mi275mi整车质量1,686kg1,985kg燃料经济效率（Effectivefueleconomy）21mpg~200mpgBethSolik

在检查Trinity

中的电池包，该车是由UCD学生建造的。(KarinHiggins/UCDavisphoto)丰田已确认下一代Prius是PluginPrius，纯电动行驶里程是9英里（14.5km），它将是2007－2008年的车型号。油耗目标为94mpg（2.5l/100km)2005年11月丰田在其新概念家庭（ToyotaDreamHouse）展览中，展示了PluginPriusRicardo

与AFSTrinity

合作设计的“ExtremeHybriddrivetrain

－XHTMpowerTrain“●采用先进的锂电池，利用晚上低谷电充电●采用超级电容，快速吸收制动能量，制动能量回收达80％●纯电动行驶时，不光靠锂电池，超级电容在车辆加速时，快速放电，提供功率●装有高效稳态内燃机行驶里程：纯电动40英里，切换道传统混合模式时500英里。油耗：250mpgMarineCorps2003-2004年示范了军用柴油-电动PHEV-20HUMVEE.在全电动模式下，静音、无“热痕迹”、燃油费用低（相当一加仑可节省100美元），这些对前线作战很有用。主要用于战场侦察和监视。该车装有锂电池和四个车轮电机英国Zytek

System公司的PHEV●该车装有1.5升三缸涡轮增压柴油发动机，两个高效永磁电机。●采用锂电池，288V/7.5AH，约有2.2kWh的能量，提供25kW功率的能力。●电池可由电网、发动机、再生制动充电。●LithiumTechnologyCorporation(LTC)

将提供改进版的电池管理系统，控制电网充电保证安全。●BMS公司提供能量管理系统，控制电池使他工作更有效OdyenCo。的PHEV垃圾收集车●用CumminsWestport公司的CNG发动机带动发电机，给300kW、2034Nm的牵引电机提供动力●AGM的铅酸电池系统，50k