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混合动力的中国新机会

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摘要:混合动力的中国新机会
1997年,经过四年的研发,在太平洋的一个岛国日本,尚未登顶全球第一大汽车制造商的丰田汽车在本地市场投放了一款外形奇特的汽车———丰田混合动力普锐斯。

10年后,丰田汽车在日本本土进行的一项调查结果显示,与传统动力汽车相比,使用纯电动车可节省75%的石油,而使用插电式混合动力车节省石油的比例为74%,仅比前者少了1%。

而此时,丰田混合动力车型已经在北美市场度过了从起步到畅销的十个年头,累计销量突破300万台,其中,单是雷克萨斯的混合动力车型,就已经累计行驶超过88亿公里,相当于绕地球赤道20万圈有余。而最早从传统动力向新能源转型的丰田,也先后超越了福特、通用等老牌车商,成为了销量全球第一的汽车制造商。

2011年10月,江苏常熟,丰田全球最大的研发中心在此落成,发改委协调司副司长陈建国到场表示,从目前的情况看来,插电式混合动力汽车的市场接受度要高于纯电动车,希望丰田也能为中国新能源汽车下一步在量上的突破贡献自己的力量。

政策“我们的下一个目标是上量”

国家发改委首次公开肯定了混合动力技术对我国新能源汽车发展的战略性意义,并提出希望丰田支持在华两家合资企业广汽丰田和一汽丰田积极开展新能源汽车建设。

对于这个来自全球第一大汽车市场的“邀约”,一年内两度访华的丰田社长丰田章男现场用一句刚刚学会的中文回应道“中国最重要!”

到目前为止,丰田汽车已将全球最畅销的两款混合动力车型普锐斯及凯美瑞混合动力车导入中国市场,今年11月,凯美瑞混合动力车的换代产品也将登陆中国。

而就在一年前,丰田与中国汽车研究中心合作,在天津附近对插电式混合动力汽车展开道路实证测试。这项将在明年3月结束的实证实验显示出积极的节能减排效果,丰田负责技术的副社长内山田透露,计划在2013年,在华国产插电式混合动力车型。

2009年,全球汽车产业遭遇寒流,在传统汽车的代表通用、克莱斯勒先后陷入破产保护的泥淖后,我国发改委发布了“汽车产业振兴规划”,其中明确提出中国汽车发展的两个重要方向:一是通过并购实现规模化、现代化和国际化;二是大力发展新能源汽车。其中,针对第二条,明确提出至2011年三年汽车振兴规划结束前,国内骨干企业都要研发出自有的纯电动汽车。

“目前第一阶段的目标已基本实现”,陈建国副司长表示,“我们下一步的规划就是国内要形成新能源汽车的市场化规模,目前看来,插电式混合动力技术的市场接受度要高于纯电动车,在量上有望实现更大的突破。”而丰田成熟的插电式混合动力车型(PH E V)则成为了被重点“期待”的对象。

根据此前曝光的将替代我国汽车产业“十二五”规划的《节能与新能源汽车产业发展规划》中提出,至2015年,新能源汽车整体保有量要达到50万辆。而这里的新能源汽车则包括了纯电动与插电式混合动力两种类别的车型。

“从目前的国情来看,发展电动车,不仅受到技术和价格的限制,而且还会带来新的问题,如发电可能会带来更多的碳排放,电池也可能造成更大的污染”,清华大学汽车工程研究院常务副院长宋健表示,“当能源价格高到一定程度的时候,混合动力车的优势就会体现出来,从长远来看,混合动力车更容易实现产业化。”

市场:三个关于里程的测试

在讨论电动车发展瓶颈的时候,除了充电站建设等配套产业链问题外,广大用户的焦虑感往往来自对电动车的续航里程的担忧,而汽车商们担心则来自对电池重量和电池体积的考虑。

“在美国,大多数人每天的生活半径并不大,日行驶里程少于60公里的占80%左右”,麻省理工学院媒体实验室智能城市研究组陈志翔博士表示,“你若在卖车给他的时候就说你的车最多只能行驶100公里,那他们马上陷入了深深的忧虑之中,总是担心自己的车会因为没电抛锚在半路上。”

“我们做过一个大范围的客户调研”,电动车工程师出身的大众中国总裁倪凯铭表示,“结果显示,在中国有79%的用户每天上下班需要驾驶的里程在50公里左右;14%的人每天行驶50-100公里,因此,大约93%的用户,每天的必须行驶里程在100公里以内。”

“对大多数城市用户而言,上下班在50公里以内的人占到了一半以上。”通用技术专家表示。

大众集团、通用汽车对于中、美市场的调研结果与丰田汽车在日本本土进行的实验结果完全一致。

根据丰田汽车今年5月披露的一项调查结果显示,与传统动力汽车相比,使用纯电动车可节省75%的石油,而使用插电式混合动力车节省石油的比例为74%,仅比前者少了1%。“一半以上的人每天的行驶里程在20公里以内,他们并不需要为了更长的里程时刻带着那么重的电池。”内山田表示,在与中国汽车研究中心开展的道路实证测试中也显示,充电次数越多,用纯电动方式行驶的里程越长,则节能效果越明显。

“我们也为剩下7%的客户考虑过,如何给他们提供续航里程更长的电动车。在城市里选择驾驶纯电动车或插电式混合动力车型,在高速上采用传统的行驶方式。”倪凯铭表示。

技术:从混合动力到纯电动

在解决了最初路径的选择与产业的起步后,面对为期十年的“未来”,新能源问题便集中在了对“能源”本身的选择上。

丰田技术专家打了个比方,“假如汽油的密度为1,那么氢电池的密度就是0.3,锂电池的密度还在0.1以下,大概是氢电池密度的1/7。”电池的密度是决定电池重量与待电关系之间的一个重要的参数指标。

简单换算一下就能知道,把油箱换成同等体积的电池的话,只有原来1/10不到的动力性能。所以“用目前的纯电动技术来驱动SU V等在大型车一没法实现100公里以上的长距离行驶,二由于速度上不去,没法达到推背感之类的驾驶乐趣。”丰田技术人员表示。

在丰田的长期规划中,考虑到电池性能的局限性,纯电动车将只用于市内短距离的行驶,插电式的混合动力技术可用于中小型车辆在近郊范围的使用,而假如要在城际之间长途运输,则要依靠氢能技术(详见附图)。

在丰田看来,只要解决了动能转换及电机问题,从混合动力车到插电式混合动力车再到纯电动车之间,仅仅只是电池大小的区别。“混合动力技术是包括插电式混合动力、纯电动、氢动力等所属技术在内的核心技术。”内山田表示。

与日本人制作的宣传短片中人类面临能源枯竭的星球时那种无可奈何不同,我国对于新能源前景描绘得十分美妙。不过殊途同归,全地球一起搞新能源的根本原因,都是因为石油即将耗尽,二氧化碳排放正恶化“地球母亲”的生态气候。而非传统内燃发动机跑了近一个世纪实在太老旧了,我们需要新的汽车潮流、需要做下世纪汽车工业发展的风向标什么的。

基于“节能减排”这个初衷与根本目标,反观北美市场“十年”新能源发展路,在现实的技术平台上,要实现新能源的普及之路,混合动力及插电式混合动力技术似乎是发展初期一个现实的选择。

混合动力车型实证

凯美瑞混合动力车

设计思路:2010年,广汽丰田投产了混合动力版凯美瑞轿车,成为普通人也可以接触使用的“新能源车”。

设计亮点:凯美瑞混合动力车将2.4L直列四缸V V T-i发动机与电动机结合在一起,综合功率高达140千瓦。在此动力基础上,混动版凯美瑞0-100km/h的加速时间为9.5秒。测试显示,60-80km/h的中段加速时间为2.58秒,这个成绩远高于同级别车型,足以媲美更高级别车型。混动版凯美瑞耗油量在90km/h定速行驶状态下的油耗是5.4L/100km。在包括都市路面行驶等状况在内的综合工况油耗是6.0L/100km。

目前大多数混合动力车型采用并联或串联的弱混合动力系统,而凯美瑞混合动力车采用了丰田最新一代油电混合动力系统(T H S-II),采用全球独有的发动机和电动机深度混联的最佳配合方式,革命性地提高了发动机和电动机动力的协同效应,实现了1+1>2的技术优势。在保证动力的基础上,大车开出了小车的低油耗。与此同时,通过将油耗降到最低,凯美瑞混合动力车尾气排放量也大幅度降低。其中,二氧化碳排放量比同排量汽油版车型减少了近40%,相当于1年种植80棵树。此外,一氧化碳、氮氢氧化物、碳氢化合物的排放量也分别减少了94%、90%、76%以上。

丰田外插充电式混合动力车普锐斯

设计思路:这是一款首次以锂离子电池作为驱动电池,以第3代PR IU S普锐斯为原型,可使用家用电源进行外部充电的外插充电式混合动力概念车。

-->设计亮点:该车不受电池剩余量和充电设施完善情况的限制,由于使用电能进行充电,将比混合动力车更能降低油耗,减少二氧化碳排放。PR IU S PLU G-IN H Y BR IDConcept的目标是每升汽油可行驶55公里以上(二氧化碳排放量42g/km以下),在充满电的情况下,作为纯电动车的行驶距离为20km以上。以100V电源充电时,约需180分钟充满,使用200V电源时,约需100分钟。

氢燃料电池混合动力车FCHV-adv

设计思路:虽然在动力方面依然沿用了混合动力的思路,然而该车搭载的氢燃料电池代表着丰田汽车在不同的燃料路径探索方面做出的一次努力。

设计亮点:该车是采用了新设计的“T oyotaFC Stack”高性能燃料电池的混合动力车,提高了能源利用率,避免了导致全球变暖的原因之一———二氧化碳以及作为主要大气污染物质的氮氧化物等的排出。它在将燃油效率提高了25%的同时,通过装备丰田独自开发的70M pa的高压氢存储箱,成功地将一次充氢后的续航距离延长了2倍,达到了约830公里的高水平[基于日本测定标准(10-15模式)的厂商测定值]。在低温启动性能方面,实验结果表明,即使在零下30摄氏度的严寒地带,也能确保车辆正常启动与行驶。

混合动力核心技术浅析

作为混合动力的核心技术,控制油、电转换的电子系统成为关键。在设计之初,丰田公司就将侧重点放在传动系上,丰田的工程师们通过巧妙设计的动力分配装置实现了较高的行驶效率和较低的油耗与尾气排放。

混合动力车型的核心是一个巧妙的齿轮箱,可以将汽油机、发电机和电动机进行关联。它允许汽车像并联混合动力那样运行———电动机和汽油机都可以单独驱动汽车,也可以一起驱动汽车。动力分配装置还允许汽车像串联混合动力车那样运行,即汽油机的运转不依赖于车速,在需要时为电池充电或为车轮提供动力。同时,它还能充当无级变速器(CV T),从而不再需要手动或自动变速器。最后,由于动力分配装置允许发电机启动发动机,因此汽车不需要启动机。在动力分配装置的控制下,发动机只在很窄的速度范围内运行,因此汽油发动机总能保持较优的速度和负载,从而提高了燃油效率,也减少了有害气体的排放。

在车辆加速时,一开始是由电动机和电池提供全部动力。动力分配装置的齿圈与电动机连接,因此它开始随电动机转动。因为发动机没有运转所以与发动机连接的行星架静止不动。由于齿圈在转动,因此行星齿轮也在转动,从而使得太阳轮和发电机转动。汽车加速时,发电机以所需速度转动,以使发动机处于非运转状态。(南方都市报 www。nddaily。com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

一旦达到大约64公里/小时,汽油机会启动。发电机突然改变转速,致使行星架转动,从而启动发动机。一旦发动机运行,它会保持恒定转速,而发电机变化自己的转速,以匹配电动机的输出速度。如果加速很困难,电动机会从电池吸取额外动力。一旦加速到公路车速,汽车会在汽油机和电动机的共同驱动下行驶,所有电量都来自发电机。

车主访谈

“我也不知道技术路径什么的,不过混合动力的车用起来确实很省油啊,冬天不开空调的时候开,基本上就是6L油耗,夏天也不会超过7.5L,而且动力上也不比2.4L排量差。”

———房地产行业从业者张勇光

总的来说,“静音效果很显著吧,起步时没有任何声音,刚开始使用时还常怀疑是不是没有发动起来呢。”

———时尚公关肖颖珊女士

“所谓新时代新能源,归根结底不就是要把油省下来,把排放减下去吗?除此之外,还有什么别的指标更能证明节能减排的目标呢?!”

———媒体从业人员林小姐

采写:南都记者林憬文

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