【正文】 無 污 染 、 壽 命 長 、 啟 動(dòng) 迅 速 、 比 功 率 大 和 輸 出 功 率 可 隨 時(shí) 調(diào) 整 等 特 性 ， 使 得 P E M F C 非 常 適 合 用 作 交 通 工 具 的 動(dòng) 力 源 ， 有 關(guān) 專 家 預(yù) 言 : 2 1 世 紀(jì) 燃 7 料 電 池 電 動(dòng) 汽 車 可 能 成 為 汽 車 的 主 體 。 第 二 代 是 堿 性 電 池 ， 只 要 有 N i 2 C d ， N i 2 M H ， N a / S ， L i 2 i o n 和 Z n / A i r 等 多 種 電 池 ， 其 比 能 量 和 比 功 率 都 比 鉛 酸 電 池 高 ， 大 大 提 高 了 電 動(dòng) 汽 車 的 電 動(dòng) 能 力 和 續(xù) 駛 里 程 ， 但 是 價(jià) 格 比 鉛 酸 電 池 要 高 。 混合動(dòng)力汽車電池的發(fā)展 至 今 為 止 ， 電 動(dòng) 汽 車 用 電 池 經(jīng) 歷 了 三 代 的 發(fā) 展 ， 已 取 得 了 突 破 的 進(jìn) 展 。 H E V 和 E V 用 電 池 的 主 要 性 能 指 標(biāo) 有 質(zhì) 量 比 能 量 、 體 積 比 能 量 、 質(zhì) 量 比 功 率 、 價(jià) 格 和 循 環(huán) 壽 命 等 。 另 外 H E V 電 池 S O C 工 作 范 圍 在 5 0 % 左 右 ， 波 動(dòng) 一 般 不 超 過 2 0 % 。 H E V 在 勻 速 行 駛 時(shí) ， 由 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 提 供 能 量 ， 電 池 組 基 本 上 處 于 不 充 不 放 的 狀 態(tài) ； 汽 車 行 駛 需 要 大 功 率 時(shí) ( 如 加 速 、 爬 坡 、 高 速 等 ) ， 電 池 組 放 電 ， 釋 放 能 量 ； 汽 車 行 駛 需 要 小 功 率 時(shí) ( 如 低 速 、 停 車 等 ) ， 電 池 組 充 電 ， 積 蓄 能 量 。 其 研 制 和 開 發(fā) 的 核 心 技 術(shù) 主 要 是 電 池 、 電 動(dòng) 機(jī) 、 電 動(dòng) 機(jī) 控 制 、 電 力 電 子 技 術(shù) 、 能 量 管 理 技 術(shù) 以 及 車 身 和 底 盤 設(shè) 計(jì) 等 ， 其 中 前 4 項(xiàng) 是 混 合 動(dòng) 力 汽 車 的 發(fā) 展 瓶 頸 。 6 第 3章 混合動(dòng)力汽車的核心技術(shù)的應(yīng)用 汽 車 的 混 合 動(dòng) 力 技 術(shù) 發(fā) 展 與 機(jī) 械 、 電 氣 、 內(nèi) 燃 機(jī) 、 能 源 、 計(jì) 算 機(jī) 、 汽 車 、 信 息 等 技 術(shù) 息 息 相 關(guān) 。 除 了 和 純 電 動(dòng) 汽 車（ B E V ） 一 樣 受 目 前 蓄 電 池 技 術(shù) 的 限 制 之 外 ， 混 合 動(dòng) 力 的 能 量 來 源 仍 然 是 石 油 ，這 決 定 了 混 合 動(dòng) 力 不 是 電 動(dòng) 汽 車 發(fā) 展 的 最 終 形 式 。 混 合 動(dòng) 力 技 術(shù) 的 先 進(jìn) 性 和 實(shí) 現(xiàn) 的 現(xiàn) 實(shí) 性 ， 節(jié) 能 、環(huán) 保 效 果 明 顯 ，采 用 混 合 動(dòng) 力 汽 車 是 現(xiàn) 階 段 解 決 環(huán) 保 和 能 源 問 題 最 為 切 實(shí) 可 行 的 方 案 ?？? 以 利 用 現(xiàn) 有 的 加 油 站 加 油 ， 不 必 再 投 資 。在 繁 華 市 區(qū) ， 可 關(guān) 停 內(nèi) 燃 機(jī) ， 由 電 池 單 獨(dú) 驅(qū) 動(dòng) ， 實(shí) 現(xiàn) “ 零 ” 排 放 。 需 要 大 功 率 內(nèi) 燃 機(jī) 功 率 不 足 時(shí) ， 由 電 池 來 補(bǔ) 充 ； 負(fù) 荷 少 時(shí) ， 富 余 的 功 率 可 發(fā) 電 給 電 池 充 電 ， 由 于 內(nèi) 燃 機(jī) 可 持 續(xù) 工 作 ， 電 池 又 可 以 不 斷 得 到 充 電 ， 故 其 行 程 和 普 通 汽 車 一 樣 。 這 三 種 方 式 具 體 的 分 類 比 較 ， 見 表 2 1 表 21 串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種方式的比較 控制系統(tǒng) 電池 能量傳遞 效率 燃油發(fā)動(dòng)機(jī) 工作效率 環(huán)境污染 其他 串聯(lián)式 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，只要根據(jù)蓄電池充電狀態(tài)決定其運(yùn)行或停止 對電池要求較高，容量大，增加了電池和汽車重量以及制造成本 動(dòng)力傳遞過程中，存在能量轉(zhuǎn)換的損失，降低了能量利用率 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作不受汽車行駛工況的影 響，總在最佳工況下工作，具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性 污染最小 每一動(dòng)力裝置的功率均等于汽車要求的總功率，設(shè)備規(guī)模較龐大，增加了車輛的成本及機(jī)構(gòu)布置的難度 并聯(lián)式 動(dòng)力控制系統(tǒng)及機(jī)械切換系統(tǒng)相對較復(fù)雜 總?cè)萘勘却?lián)式?。s為三分之一），對蓄電池的峰值功率要求較低 動(dòng)力直接傳到車輪上，中間環(huán)節(jié)少，比串聯(lián)式有更高的能量效率 主要?jiǎng)恿€是來源于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，但燃油發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍大，效率較低 污染和噪聲較大 結(jié)構(gòu)簡單，可把傳統(tǒng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的最新研究成果應(yīng)用到混合動(dòng)力汽車上，節(jié)省了研發(fā)資金 5 混聯(lián)式 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)最為 復(fù)雜 對電池的依賴小，甚至可以不需要外置充電系統(tǒng) 較高 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作不受汽車行駛工況的影響，總是在最高效率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性 比并聯(lián)小 發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)均可較小。 并 聯(lián) 式 混 合 動(dòng) 力 汽 車 動(dòng) 力 系 統(tǒng) 的 集 成 度 相 對 較 低 ， 主 要 依 賴 于 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 提 供 動(dòng) 力 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 受 工 況 的 影 響 ， 因 而 燃 料 的 經(jīng) 濟(jì) 性 較 差 、 排 放 污 染 情 況 相 對 較 差 、 噪 聲 較 大 ， 這 不 符 合 混 合 動(dòng) 力 車 高 效 率 、 低 能 耗 、 低 污 染 的 基 本 目 標(biāo) ， 但 由 于 其 具 有 較 好 的 動(dòng) 力 性 ， 曾 一 度 得 到 各 大 汽 車 公 司 的 青 睞 。 混 聯(lián) 式 H E V 控 制 系 統(tǒng) 和 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 最 為 復(fù) 雜 ， 技 術(shù) 難 度 最 大 ， 增 加 了 開 發(fā) 和 生 產(chǎn) 成 本 ， 不 過 ， 隨 著 控 制 技 術(shù) 和 制 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 現(xiàn) 代 混 合 動(dòng) 力 汽 車 更 傾 向 于 選 擇 這 種 結(jié) 構(gòu) 。 圖 23混聯(lián)式 HEV 混 聯(lián) 式 H E V 布 置 方 案 綜 合 了 串 、 并 聯(lián) 兩 種 布 置 方 案 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) ， 是 一 種 相 對 比 較 完 善 的 動(dòng) 力 系 統(tǒng) ， 其 電 池 的 體 積 較 小 、 重 量 較 輕 、 成 本 較 低 ； 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 總 是 在 最 高 效 率 下 工 作 ， 具 有 很 好 的 燃 油 經(jīng) 濟(jì) 性 和 較 低 的 排 放 ， 加 速 性 和 平 穩(wěn) 性 也 很 好 。 這 種 系 統(tǒng) 包 括 兩 條 能 量 傳 遞 路 線 ： 一 是 機(jī) 械 能 傳 遞 路 線 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸 出 的 機(jī) 械 能 可 通 過 機(jī) 械 裝 置 直 接 驅(qū) 動(dòng) 車 輪 ； 二 是 電 能 傳 遞 路 線 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸 出 的 機(jī) 械 能 通 過 發(fā) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 化 成 電 能 由 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 車 輪 。 更 可 貴 的 是 ， 并 聯(lián) 式 H E V 可 采 用 傳 統(tǒng) 車 用 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 從 而 可 把 傳 統(tǒng) 車 用 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 最 新 研 究 成 果 應(yīng) 用 到 混 合 動(dòng) 力 汽 車 上 ，節(jié) 省 了 研 發(fā) 資 金 ，目 前 這 種 結(jié) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 系 應(yīng) 用 比 較 廣 泛 。 但 由 于 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 與 汽 車 驅(qū) 動(dòng) 輪 間 有 直 接 的 機(jī) 械 連 接 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 運(yùn) 行 工 況 不 可 避 免 地 要 受 到 汽 車 具 體 行 駛 工 況 的 影 響 ， 很 難 在 最 佳 工 作 區(qū) 工 作 ， 燃 油 經(jīng) 濟(jì) 性 和 排 放 性 能 均 較 串 聯(lián) 式 差 。 并 聯(lián) 式 混 合 動(dòng) 力 汽 車 主 要 由 燃 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 提 供 動(dòng) 力 ， 動(dòng) 力 性 較 好 。 這 種 系 統(tǒng) 更 接 近 于 傳 統(tǒng) 意 義 上 的 燃 油 汽 車 ， 該 系 統(tǒng) 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 和 電 動(dòng) 機(jī) 是 并 列 連 接 到 驅(qū) 動(dòng) 橋 上 的 。 但 串 聯(lián) 式 H E V 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 系 的 綜 合 效 率 較 低 ， 這 是 因 為 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸 出 的 機(jī) 械 能 由 發(fā) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 化 為 電 能 ， 再 由 電 動(dòng) 機(jī) 將 電 能 轉(zhuǎn) 化 為 機(jī) 械 能 用 以 驅(qū) 動(dòng) 汽 車 ，途 經(jīng) 二 次 能 量 轉(zhuǎn) 換 ，中 間 必 然 會(huì) 伴 隨 著 能 量 的 損 失 。 這 種 類 型 車 能 以 超 低 排 放 模 式 工 作 。 負(fù) 荷 小 時(shí) 由 電 池 驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 帶 動(dòng) 車 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) ； 負(fù) 荷 大 時(shí) 則 由 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 帶 動(dòng) 發(fā) 電 機(jī) 發(fā) 電 驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) ； 車 輛 制 動(dòng) 或 減 速 時(shí) ， 電 動(dòng) 機(jī) 把 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 動(dòng) 能 轉(zhuǎn) 化 為 電 能 ， 并 通 過 功 率 變 速 器 給 蓄 電 池 充 電 。 這 種 汽 車 系 統(tǒng) 更 接 近 于 電 動(dòng) 汽 車 ， 它 由 燃 油 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 、 發(fā) 電 機(jī) 、 電 池 和 電 動(dòng) 機(jī) 等 動(dòng) 力 裝 置 以 串 聯(lián) 方 式 連 接 組 成 （ 如 圖 2 1 所 示 ） 。 一 方 面 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 始 終 在 最 佳 工 作 點(diǎn) 上 驅(qū) 動(dòng) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 或 直 接 驅(qū) 動(dòng) 汽 車 ， 排 放 少 、 效 率 高 ； 另 一 方 面 ， 蓄 電 池 又 可 得 到 發(fā) 電 機(jī) 的 不 斷 補(bǔ) 充 充 電 ， 從 而 ， 在 減 少 蓄 電 池 容 量 和 體 積 的 同 時(shí) 提 高 了 汽 車 最 高 速 度 ， 加 大 了