全球混合动力客车行业发展历程.docx 11页

'全球混合动力客车行业发展历程20世纪90年代以来，随着世界各国对改善环境的呼声越来越高，各式各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术阻碍了电动汽车的推广与应用。由于蓄电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们要求的数值，专家估计10年内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。现实迫使工程师们想出一个两全其美的办法，即开发一种混合动力装置的汽车（Hybrid—ectricVehicle，HEV）。所谓混合动力汽车是指拥有2种不同动力源的汽车，这2种动力源在汽车的不同行驶状态（如起步、低中速、高速、匀速、加速、减速或者制动等）下分别工作，或者一起工作。通过这种组合可以减少燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的目的。由于能量利用率由原来的60％～70％提高到95％以上，汽车的热效率可提高10％以上，废气排放可改善30％以上。事实上，混合动力并非今天的新技术，也不是首创于汽车行业，它最早出现干柴油机和电动机混合的动力潜艇。直到1898年，斐迪南•保时捷才打造出世界上第一辆混合动力汽车。1990年，日本汽车厂商使混合动力技术得到快速发展，由丰田公司和日野公司共同研发的FCHV--2公交车是首辆获得日本土地、基础设施和交通部批准的燃料电池混合动力公交车。20世纪90年代初以来，混合动力客车的开发也得到欧洲等许多发达国家的高度重视，已取得一些重大成果。自美国2004年第一辆混合动力公交车在西雅图投入运营以来，柴油一电力混合动力公交车在美国其他城市越来越受欢迎，使用也越来越普遍。目前世界各国都在积极推进混合动力公交客车的开发和运营。美国纽约在1998年提供首批10辆BAE-Ori—on串联式混合动力公交客车的示范运营，目前有超过500辆此类客车在纽约、多伦多和旧金山等城市应用。在西雅图通用公司首先推出了GMAllison并行式混合动力公交客车进行运营，目前；有400余辆车在包括休斯顿、纽约、洛杉矶、西雅图等超过28个北美城市运行，今年该公司已获美国境内各城市超过 1500台订单。在日本，丰田、本田等汽车业巨头都投入巨大了人力和财力发展混合动力公交客车，并已经推广数款车型。插电式混合动力技术是混合动力技术的新趋，正日益成为汽车行业的新宠。国外混合动力公交客车车型表2007年12月，第二十三届国际电动汽车会在美国加利福尼亚州召开。本田、福特、通用、丰田等多家汽车制造行业的领导者参加了此次会。国际电动车会议（EVS）是国际上电动车领域规模最大，最具影响的会议。此次会议单独设立插电式混合动力（Plug—in）主题大会，与Plug—in有关的内容超过其他议题内容，占约70％左右。在会议的首日，通用（GM）、福特以及丰田3家车厂商在“Plug—inHybridElectricVehicle workshop”上发表演讲。随后召开了由汽车制造商、政府官员、电力公司三方参加的关于插电式混合动力车奖励销售（Incentive）的专题讨论会。以国通用为代表的一些汽车制造公司，纷纷展示了自己的研究成果，让大家看到了插电式混合动力车稳健的发展前景。这些无不预示着插电式混合动力车将是混合动力车发展的必然选择。国际上，Plug—in的技术已颇为成熟，甚至出台了标准。相信这些标准从某种意义上讲透露了批量生产的可能性。对我国来说，是非常值得借鉴的。全球混合动力客车行业发展面临的问题1、成本问题混合动力汽车绝对成本过高是目前混合动力电动汽车推广应用的主要难点，这是因为混合动力汽车除了以往的动力装置外，至少还必须安装电池，其成本不可能降至普通汽车的水准。因此，混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本，这也是今后有待解决的最大课题，特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本。2、技术问题提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率。从汽车制造阶段着手，设计改进汽车动力系统，满足汽车再生制动回收要求，加强混合动力电动汽车的可靠性，解决动力电池的使用寿命和可靠性问题，是混合动力电动汽车推广应用的前提。全球混合动力客车行业技术发展现状及趋势 近十年来，国际上出现了多种混合动力技术方案和不同类型的混合动力客车产品。综合比较来看，美国处于领先地位。迄今为止，美国在致力于将公共汽车混合动力化的研发应用方面已取得了相当的进展。虽然公共汽车在汽车总保有量中所占的比例较小，但是其单车能耗和污染物排放水平却比其它汽车高得多。由于公共汽车主要运行于城市中心区域，其特征就是平均速度低，怠速、加速/减速工况所占的比重大，而这种运行工况恰恰可以体现混合动力汽车的优势。此外，公共汽车的年均行驶里程特别高，因此采用混合动力技术所带来的节能收益将大大高于其它车型。当然，混合动力技术应用于公共汽车的好处还不仅在于节能方面，它还体现在降低空气污染物的排放上。目前，公共汽车（特别是柴油车）的高污染物排放水平已经受到了各国政府和社会公众的广泛关注，而混合动力技术的引入，则可以将公共汽车的污染物排放降到很低的水平。目前，在美国100多个城市共有2000多辆混合动力客车投入使用。例如，纽约从2004年到2007年定购了上千辆柴油混合动力公共汽车，投入使用。同年，西雅图也定购250辆柴油混合动力公共汽车。根据对这些柴油混合动力公共汽车的测试结果表明，与同类型的单一柴油公共汽车相比，其燃油经济性提高了25％~50％，尾气排放更是提前达到了EPA2010要求。此外，在欧洲一些国家，混合动力公交车也较早投入了运营。新能源汽车不是一个完全独立于传统汽车的新领域。传统汽车开发技术是新能源汽车的基础和前提。正是由于拥有在传统客车开发上的优势，奔驰、斯堪尼亚在新能源及替代能源客车的研究上也先行一步。1994年，世界上第一辆氢燃料电池车诞生在奔驰公司。在北京进行示范运行前，奔驰氢燃料电池公交车已在欧洲10座城市进行了示范运营，获得了在多种路况下进行日常运行的实际经验。到目前为止，斯堪尼亚乙醇公交车也在多座欧美城市投入运营。对于所有参与市场竞争的企业来说，政策的效力是相同的。在新能源和替代能源汽车市场化的过程中，政府出台鼓励政策固然重要，然而，决定自主品牌产品命运的关键因素还是自身的竞争力。 由于技术相对成熟，节能和环保效果明显，混合动力汽车得到快速发展，并在各国优惠政策的鼓励下，逐步进入商业化推广应用阶段。以日本为主导的格局正在打破，大型汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车。目前已批量销售的混合动力汽车包括丰田公司Prius、本田公司Insight、Civic、福特公司的Escape等轿车和OrionBusVI、NovaBus、HIMR客车等。2007年，美国市场上销售的混合动力车达到40多万辆，占新车总销售量的3%。在混合动力技术的发展上，表现出明显的模块化和平台化趋势，轿车混合动力系统的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合”、以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合”和以混联式为特征的“强混合”，随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断提高，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”方式。城市客车混合动力系统出现平台化趋势。发电机组+驱动电机+储能装置，构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组即APU，从汽、柴油内燃机到气体燃料发动机各种不同的能源动力转化装置，形成油—电、气—电、电—电等各种不同混合动力系统，促进了动力系统的平稳过渡与转型。混合动力客车在公共汽车交通系统得到推广应用。由于公共汽车单车能耗和污染物排放比轿车高，其主要运行于城市中心区域，平均速度低，怠速、加速/减速工况所占的比重大，能够充分发挥混合动力汽车的优势。目前，美国一些城市的公交公司已开始推广混合动力公共汽车。例如，纽约从2004年到2007年定购了上千辆柴油混合动力公共汽车，投入使用。同年，西雅图也定购250辆柴油混合动力公共汽车。全球混合动力客车产业发展分析近年来，美、日、德等汽车工业强国先后发布了关于推动包括混合动力汽车在内的新能源汽车产业发展的国家计划。美国奥巴马政府实施绿色新政，计划到2015年普及100万辆插电式混合动力电动汽车（PHEV）。日本把发展新能源汽车作为“低碳革命”的核心内容，并计划到2020年普及包括混合动力汽车在内的“下一代汽车”达到1350万辆,为完成这一目标,日本到2020年计划开发出至少38款混合动力车、17款纯电动汽车。德国政府在08年11月提出未来10年普及100万辆插电式混合动力汽车和纯电动汽车，并宣称该计划的实施，标志德国将进入新能源汽车时代。动力电池成为各国政府在电动汽车领域支持的重中之重。美国总统奥巴马09年8月宣布安排24亿美元支持PHEV的研发与产业化，其中20亿美元用来支持先进动力电池的研发和产业化。日本政府提出“谁控制了电池，谁就控制了电动汽车”，并组织实施国家专项计划，在2011年以前将投入400多亿日元用于先进动力电池技术研究，2010年左右新型锂电池将规模应用于下一代新能源汽车。德国从今年起启动了一项4.2亿欧元的车用锂电池开发计划，几乎所有德国汽车和能源巨头均携资加入。国家的大量投入，充分调动了企业的积极性，目前国际主要汽车制造商不断加强与电池企业的合作，以动力电池突破为核心目标的强强联合与产业联盟不断涌现，动力电池技术研发和产业化进程明显加快。 各国政府加大了政策支持力度，全力推进包括混合动力汽车在内的新能源汽车产业化。美国对PHEV实施税收优惠，减税额度在2500美元和15000美元之间，同时美国政府对电动汽车生产予以贷款资助。09年6月23日，福特、日产北美公司和Tesla汽车公司获得80亿美元的贷款，主要用于混合动力和纯电动汽车的生产。日本从09年4月１日起实施新的“绿色税制”，对包括混合动力车、纯电动汽车等低排放且燃油消耗量低的车辆给予税赋优惠，一年的减税规模约为2100亿日元，是现行优惠办法减税额的10倍。法国对购买低排放汽车的消费者给予最高5000欧元的奖励，对高排放汽车进行最高2600欧元的惩罚。此外，欧盟计划在2009年上半年发放70亿欧元贷款，支持汽车制造商发展新能源汽车；此外，美国新的汽车燃油经济性法规和欧盟新车平均二氧化碳排放法规，对汽车的技术要求大幅提高，如果不发展新能源汽车技术，汽车制造商将很难达到新法规的要求。从1995年起，包括日本丰田与美国三大汽车公司在内的世界各大汽车生产厂商陆续投入混合动力汽车的研究开发。经过多年发展，混合动力汽车在商用化、产业化进程上的发展已经较为迅速。特别是2004年全球各大汽车制造商继续加大环保车型的开发力度，混合动力车型成为各大公司的战略重点，逐渐突破了小型车的限制越来越多的应用在中大型车上，技术竞争愈演愈烈。2009年世界汽车市场混合动力汽车销量已经超过70万辆，2010年达到了100万辆，据预测，2015年将在世界汽车市场占15%，2020年占25%。在日本，1997年，日本丰田推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车，其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车，运用了先进的混合动力系统（THS）电子控制装置与电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统，在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面处于世界前沿。以丰田为代表的日系企业，正是在10多年前的精确判断，才最终以混合动力这种过度的新能源技术傲力如今的世界汽车市场。丰田普锐斯轿车2009年的销量达20.89万辆，同比增长达290%，成为包含微型车在内的新车销量排行榜榜首。 在美国，美国三大汽车公司通用、福特和戴姆勒-克莱斯勒在2004年就组建了生产混合动力汽车和燃料电池汽车所用电池联合开发公司——USABC，投资460万美元开发新一代环保型双动力汽车所需要的高性能锂聚合物电池。2005年9月，通用汽车、戴姆勒•克莱斯勒集团与宝马集团签署了关于构建全球合作联盟，以共同开发混合动力推进系统的合作备忘录，共享各自在混合动力推进系统方面领先的技术能力及丰富的科技资源，并把发展“双模”完全混合动力系统作为首要目标。2009年美国混合动力汽车销量达到29.03万辆，占美国汽车市场份额达2.8%,虽然份额还较小，但却从2005年的1.2%开始呈逐年上升之势。预计美美混和动力汽车的销量2013年将达到87.2万辆，市场占有率将达到5%。全球混合动力客车行业研发动态1、政策支持在美国、日本、欧洲等地区，混合动力汽车的生产商和购买者都得到了来自政府的支持。美国能源部决定在2008-2009年度，拨款2000万美元加强对插入式混合电动汽车的先进电池研发；对混合动力汽车按照油耗改善程度确定减税额度的大小；此外，混合动力汽车可以在美国任何道路上行驶。而日本政府对购买混合动力汽车的消费者实行差价补贴，最高可达与传统车相比购置差价的50%，并大幅下调燃油税。2、瑞典沃尔沃客车公司混合动力客车商业化2008年11月，沃尔沃客车公司的新型混合动力客车Volvo7700获得了第一张订单。卢森堡最大的旅游和运输公司Sales-Lentz订购了6辆混合动力客车，车辆于2009年开始交付。沃尔沃客车公司推出的新型Volvo7700混合动力客车。由于使用了沃尔沃开发的混合动力技术零部件且节油率高达30%。此外，新型客车将用于卢森堡市内及周边地区的常规公交线路，尤其是用于车站较多的线路，这样混合动力技术的优势便可得到充分发挥。首辆客车于2009年秋季交付Sales-Lentz公司，另5辆将在投入量产后于2010年交付。 沃尔沃混合动力系统被称为“I-SAM”，包括了启动机，电动机，发电机和电控单元。I-SAM将与柴油发动机和沃尔沃I-shift变速箱一起工作。配备的锂离子电池可以在制动过程中进行充电。沃尔沃混合动力客车既可以由电动和柴油发动机独立驱动，也可以由两者同时驱动。因此，在沃尔沃7700混合动力客车中，配备的柴油发动机排量只需要5升，从而比普通柴油的9升柴油发动机更加小巧，实现了混合动力系统动力更强，油耗反而更低。另外一点，沃尔沃7700混合动力客车在遇到红灯停车的时候，柴油发动机将自动停止工作。客车将由电动机提供动力，在车速达到15-20公里/小时之后，柴油发动机才会开始根据车速情况自动提供动力。很多混合动力客车由于装备了两套动力系统，因此车辆自重大幅增加，可以乘坐的乘客人数越来越少。而沃尔沃7700混合动力客车的重量紧紧比柴油版客车重了100公斤。另外电池被放置在车顶的前部，更有效的平衡了轴荷分配，凭借这点又可以比柴油版客车多乘坐至少7名乘客。3、美国Proterra公司的新车推广美国客车制造商Proterra公司最近展出了其新型HFC35样车，35’合成体，零排放，具有优越电池性能的混合动力客车。这种先进客车可适应不同的辅助动力装置（APU’s），包括柴油，汽油和CNG。该样车使用两个16千瓦的氢燃料电池动力和UQMPowerPhase150电力推进系统。Proterra公司开发的HFC35氢燃料电池混合动力客车的资金来自联邦交通管理局（FTA）的国家燃料电池公共汽车项目支持，这是有史以来第一次设计出如此重量轻，节能的替代燃料混合动力客车。与传统的柴油客车相比，新型HFC35拥有一个全新的设计，不仅将排放纯净水作为其推进系统的副产品，同时，TerraVolt快速充电能源储存系统，包括专有的电池模块，电池管理和能源优化系统，更是HFC35最具创新性的特点。HFC35客车的设计集成了Proterra合成车身地板系统，而TerraVolt系统可选择Proterra快速充电站快速充电几分钟，也可以充电一晚上，或者在车辆运行中利用APU进行充电。TerraVolt允许单一充分电池运行整个车辆，这种独特的储能系统有利于10000次充电周期。与传统的柴油车相比，新型HFC35客车可使车辆运营商实现高达35万美元的燃料成本支。4、英国Optare公司新车介绍 2008年11月英国客车制造商Optare公司新近推出一款MAN动力双层客车，并随后将装备美国Enova混合动力系统。新款OptareRapta双层客车，是Optare公司改变车辆家族外观设计风格后采纳的第一款车型，另一款是新型Solo+。新款OptareRapta是自1997年推出、2005年停产的低地板双层客车Spectra系列之后的第一款Optare全新设计的双层客车。Rapta配备MANEGR欧五发动机，重量轻，空载10700公斤，大大优化燃油经济性。Rapta可选装备是Enova混合动力驱动，能够完全由柴油客车版转化。Enova混合动力系统采用锂离子电池技术。Rapta采用整体式铝车身，核心泡沫铝复合顶板和经久耐用的内饰板。Enova是Optare客车混合动力系统的主要供应商，可以提供柴-油混合动力版和纯电动版，采用最新的锂离子电池技术以满足更大的车辆使用和提高燃油经济效率。Enova的电力和混合动力驱动系统解决方案包括完全集成的电路板及固定电池充电系统。5、韩国现代的混合动力客车2008年7月韩国现代汽车签署了一项协议，向首都汉城提供7748辆环境友好城市客车，这一供应将在2018年前分批完成。第一批车辆是所谓的轻度混合动力巴士，比普通巴士将节约10-15%的燃油消耗。此外，全混合动力巴士将会在2011投入使用，而零排放燃料电池公交车也将在2013年前供应。为了确保完成这项协议，现代汽车公司需要积极开发和实现低污染客车技术的商业化。今年，现代汽车将开始供应轻度混合动力城市客车，然后，从2011年开始供应全混合动力城市客车以及从2013年开始供应零污染燃料电池公交车。轻度混合动力系统是混合动力系统中的其中一种。它的工作原理相同跟全混合动力系统一样，但成本确是全混合动力系统的1/5。轻混合动 力系统跟全混合动力系统最大的区别在于，当全混合动力系统停止时，可以从刹车转化为电能，并利用其作为动能，加速前进。此外，轻度混合动力客车将比常规柴油车或CNG客车节约10-15%的燃油消耗。全球混合动力客车行业挑战与机会（一）混合动力客车面临挑战分析混合动力客车要进入实用化，需要具备高比能量和高比功率的能量存储装置，低成本、高效率的功率电子设备和燃料经济性高、排放低的发动机。所面临的关键技术和需要解决的问题包括以下几个方面：1、混合动力客车发动机频繁起动、关闭，使驱动系统和附件（如空调和动力转向等）的电能管理变得复杂，因此需要先进的检测和控制系统；现有的以热力发动机为主的混合动力单元在将燃油转化为有用功的同时，需要提高转化效率，同时还要满足严格的排放标准。2、能量存储装置（电池）要具有较高的比功率，以满足汽车加速和爬坡时对大功率的需要；同时，能量存储装里必须采用热能控制管理，要有较高的比能量、较长的使用寿命和低廉的制造成本。3、电力电子器件必须减小尺寸、减轻质派和降低制造成本。4、要建立更先进的驱动系统数学模型（包括静态和动态的），这是计算机仿分析的基础。5、制定完善的混合动力客车相关标准和法规，为混合动力客车的市场化奠定基础。（二）混合动力客车发展机会 当前，全球汽车工业正面临着金融危机和能源环境问题的巨大挑战。发展新能源汽车，实现汽车动力系统的新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛共识。在这种形势下，美国、日本、欧洲等发达国家和地区，不约而同地将新能源为代表的低碳产业作为国家战略选择，都希望通过新能源产业与传统汽车产业的结合，破解汽车工业能源环境制约，培育新型战略性产业，提升产业核心竞争力，发展低碳经济，实现新一轮经济增长。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混合动力客车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。'