混合动力城市客车技术路线

    利用双能源驱动的混合电动汽车综合了纯电动汽车和燃油汽车的优点，作为从燃油型汽车到纯电动汽车的过渡车型将显示出良好的前景。目前混合动力技术路线主要有三种，即串联、并联和混联驱动模式。这三种类型的混合动力电动车各有其优缺点，适用于不同的使用范围。作为城市交通主要承担者之一的公交车，是城市空气污染的主要源头之一；同时也是混合动力汽车实现大批量产业化的突破口。国内最先选择在公共交通领域开展新能源汽车示范运营。

    1.串联驱动模式

    车辆行驶系统的驱动力只来源于电动机的混合动力电动汽车。发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。另外，动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。

串联驱动模式

    优势：

    (1)最大优势在于其发动机和驱动电机之间无机械连接，发动机工况可以避免受到道路阻力的影响，因而发动机能固定在最高效率和较低排放状态工作，并且机构布置也比较简单(这一点决定了串联驱动模式非常适用于运行在以车速低、起/停以及起步加速和制动频繁，怠速时间长为特点的行驶工况中的城市混合动力电动公交车)；
    (2)完全由电动机驱动，可以方便地实现制动能量回收；
    (3)整车转动惯量小，在加速时车辆的加速阻力小；
    (4)控制简单、可靠。

    劣势：

    (1)能量转换次数多，效率低；
    (2)动力部件多，整车质量大。

    2.并联式驱动模式

    车辆行驶系统的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给混合动力电动汽车。

并联式驱动模式

    优势：

    (1)能量转换次数少，发动机的能量只有一部分通过发电机→电池→电动机驱动车，效率提高；
    (2)可以根据行驶工况及其它要求选择纯发动机、纯电动、混合动力来驱动车辆；
    (3)动力部件少，整车质量轻。

    劣势：

    (1)在行驶过程中，发动机的工作状态随车速的变化而波动，其工作稳定性不好，和传统车类似(这一点决定了并联驱动模式并不适用于运行在以车速低、起/停以及起步加速和制动频繁，怠速时间长为特点的行驶工况中的城市混合动力电动公交车，而只有应用于运行在以中高速或高速为特点的工况下的城市间客运客车才能充分体现其燃油经济性)；
    (2)控制复杂，特别动力合成装置的制造、加工与操作等，如某些车辆上两个离合器的操作问题；
    (3)制动能量回收效果不好。

    3.混联式驱动模式

    混联式驱动系统是串联式与并联式的综合，其原理如图所示。发动机发出的一部分功率通过机械传动输送给驱动桥，而另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。它充分发挥了串联式和并联式的优点，能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证了在更复杂的工况下仍能使系统在最优状态下工作，所以更容易达到控制排放和油耗的目的，因此是最具影响力的HEV。

混联式驱动模式

    国内应用情况

    当前使用、推广混合动力客车较多的地方有北京、长株潭地区、大连、上海、昆明等。2008年12月28日，北京公交公司与福田汽车签订了800辆混合动力城市客车整车及底盘的采购协议，这是目前为止我国最大的新能源汽车采购订单。2009年12月，南车时代电动公司与湖南巴士公共交通有限公司、湖南龙骧巴士有限责任公司等7家长沙公交企业签订了252辆混合动力公交车的商务合同。大连夏季达沃斯论坛结束后，大连公交客运集团把大连客车厂生产的150辆混合动力客车投放到大连的主要交通干线上。为了迎接世博会，上海采购了申沃公司生产的150辆混联式混合动力客车。2010年2月，昆明市招标购买了98辆混合动力客车。串联式混合动力客车以南车时代的TEG6128SHEV为代表。该车采用玉柴118kW发动机、春兰360V/60Ah镍氢电池、自主生产的45kW永磁同步电机。另外，串联混合动力客车还有宇通ZK6118HGZ，中通LCK6110GHEV、LCK6112GHEV、LCK6120GHEV等。

    并联式混合动力客车，是当前混合动力客车的主流路线。苏州金龙KLQ6129GHE1和KLQ6129GHE2、东风EQ6110HEV1、一汽CA6120URH1、厦门金龙XMQ 6 1 2 5 G H 、厦门金旅XML6112PHEV1、宇通ZK6126HGZ3、南车时代TEG6101PHEV、深圳五洲龙FDG6111HEVG1、安凯HFF6110G03PHEV、青年汽车J N P 6 1 2 0 G H P - 1 、中通LCK6121HEV、北汽福田BJ6113C7M4D-1等都是并联式混合动力客车。混联式混合动力客车由于结构复杂、技术难度大，开发的车型不是很多， 具有代表性的客车有苏州金龙KLQ6129GHE3、厦门金旅的XML6125JHEV13C、XML6125JHEV93C，宇通的ZK6118MGA9、ZK6126MGQA9，上海申沃的SWB6127HE2，黄海客车的DD6129HES11等。

    关键技术发展趋势

    在国家财税政策的鼓励下，混合动力客车发展势头迅猛，许多城市都忙着上马混合动力客车；但由于混合动力客车技术现在还没有完全成熟，零部件的可靠性还有待提高，因此各地在制订发展规划时，还需要根据混合动力客车技术的成熟度和可靠性进行综合评估。许多地方都是先进行几家混合动力客车同时上线，然后根据一段时间的运行结果进行比较、权衡，最后确定混合动力客车的厂家和数量，这是一种比较谨慎、可行的方法。

    然而，由于电池等关键零部件当前仍不成熟，可靠性、耐久性还有待进一步提供，长时间运营中会暴露出许多问题，还需要厂家对这些关键零部件进行深度开发，因此大面积推广还有许多问题；但任何事物的发展都要经历一个过程，混合动力客车技术也不例外，混合动力客车技术必将随着当前的示范运行而逐步成熟。

    1.能量储存

    镍氢电池由于技术成熟，目前在混合动力客车上使用较多。随着锂电池技术的发展，现在越来越多的企业开始使用锂电池作为储能装置，目前锰酸锂电池、磷酸铁锂电池得到越来越多的应用。由于混合动力客车对电池容量的要求不是很高，但对充放电次数、充放电电流、效率有较高的要求，而超级电容由于具有充放电电流大、效率高、循环寿命长的特点，因此是一种比较适宜在混合动力车上使用的储能装置。苏州金龙、厦门金旅、南车时代、青年汽车等企业都在尝试超级电容在客车上的应用。

    2.电机驱动

    驱动电机以交流异步电机和永磁同步电机使用最多。交流异步电机由于技术成熟、价格低廉， 可靠性、稳定性好，不少企业都选择交流异步电机作为驱动装置。永磁同步电机效率高，功率因数高，转矩惯量比大，也有许多企业都选择永磁同步电机作为驱动电机。开关磁阻电机是一种新型的电机，它结构简单、运行可靠、效率高，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，东风客车一直在进行该种电机在混合动力客车上的试验应用。

    3.变速器

    目前比较成熟的变速器是国外的伊顿、艾里逊、奔驰、ZF公司等。北汽福田使用的AMT就是伊顿生产的。国内自动变速器在理论研究上已经比较充分，但在产业化上与国外企业还有差距。目前许多产品都具有产业化的技术条件，部分产品已经在进行产业化。在产业化的道路上，国内企业还有许多工作要做。

    4.多能源控制

    混合动力汽车与传统车辆相比最大的不同就是动力源的增加，这就导致了在混合动力汽车中能量流动方向的多样性。多能源控制策略就是解决汽车行驶时所需要的能量和功率何时和如何由车上各种不同的动力总成来提供能量管理问题，也就是如何根据使用要求有效的利用不同类型的动力源，以达到节能环保的目的。控制策略是混合动力汽车的灵魂所在，因为其直接影响着能量在车辆内部的流动，从而影响车辆的动力性、经济性以及排放指标。

    由于并联驱动模式是当前混合动力客车的主流路线，下面着重就并联式混合动力电动汽车控制策略发展趋势作一综述。

    (1)以车速为主要参数的控制策略：在满足需求功率的前提下，根据车速大小对电机和发动机功率进行简单的分配。一般设定一个车速门限值(如12km/h)，当车速低于该门限值时，由电机驱动；当车速高于该门限值时，主要由发动机驱动，如果需求的功率大于发动机的最大输出功率时，电机助力。制动时采用回馈发电回收制动能量，由于没有消除发动机的怠速和低负荷率运行的问题，排放和油耗都没有太大的降低。如果低速纯电动运行消耗的电量大于制动回馈电量，电池SOC会下降很快，需要通过外部充电设备对电池进行充电，因此需要选用大容量的电池，增加了整车成本和重量。该控制策略主要解决了低速行驶和制动回馈能量回收的问题，没有对能量分配等进行优化。

    (2)以功率为主要参数的控制策略：设定一个功率门限值，当车轮需求驱动功率低于该门限值时，由电机单独驱动；当车轮需求功率高于该门限值时，由发动机单独驱动，当需求功率继续增加到发动机最大输出功率以上时，电机助力，以满足行驶功率需求。当电池电量低时，如果驱动需求功率不高于发动机最大输出功率，电机发电，增加发动机负荷，从而调节发动机工作点在负荷率比较高的区域运行，电机发电功率根据行驶需求功率和发动机最大输出功率之间的差值按比例调节，比例系数与电池SOC 有关。这种方式能使发动机一直工作在比较高的负荷率，但是低速时的低效率和能量分配的优化仍然没有解决，没有充分发挥混合动力系统节油的潜力。

    (3)以燃油经济性为优化目标的控制策略：将整车的燃油消耗由发动机燃油消耗和电池电量的等效燃油消耗两部分组成，其中电池电量的等效油耗通过发动机燃油消耗率以及电池的充电效率来计算。采用模糊控制、神经网络或者自适应等优化算法，考虑电池SOC，合理分配发动机和电机的功率，从而达到最小的整车瞬时燃油消耗率，获得最优的燃油经济性。

    (4)以燃油经济性和排放为优化目标的控制策略：根据发动机可调节范围，将瞬时可能的燃油消耗和四种主要的尾气排放物质(HC、CO、NOx、PM)的排放量根据不同的参考值调节到[0，1]之间，对于电机的能量消耗还需要根据电池SOC大小按一定的比例系数进行修正，根据用户定义的权重对各个变量进行加权平均，在可选择的区域内选择结果最小的点，并根据该点对应的发动机功率和行驶需求功率合理分配电机和发动机的功率，从而获得满意的燃油消耗和排放。通过调节各个变量的权重可以实现不同的设计目标和要求，是一种自适应的控制算法。

    在国内，混合动力控制策略仍然处于研究阶段，在理论研究方面有了很大进步，从而产生了一些比较成熟的想法，并在 ADVISOR软件基础上，通过修改控制策略部分进行了仿真，但在算法实现以及实物验证方面还有待完善。