从使用动力电池—电机与内燃机的搭配比例来看,混合动力电动汽车可分为四种类型:只具备自动起停、怠速关机功能的“微混合(micro hybrid)”、电机不能单独驱动车辆行驶的“轻混合(mild hybrid)”和电机、内燃机都可以独立或共同驱动车辆的“全混合(full hybrid)”,以及随着电功率的比例逐步提高,最终过渡到 “可外接充电式混合(plug-in hybrid)”。由此可见,PHEV用电机、内燃机和动力电池特点如下:电机功率与纯电动情况基本相同(或稍小),视根据纯电动行驶模式的动力性能要求而定;内燃机比常规混合动力车小;动力电池容量(应保证必要的纯电动行驶里程)要比全混合系统的大,比纯电动车辆的小,同时动力电池的功率也随之增加。
1.2 PHEV的特点
1) 具有纯电动汽车的全部优点:低噪音、零排放及高能量效率。
2) PHEV介于纯电动和常规混合动力电动汽车之间,里程短时采用纯电动模式(例如,在一周工作日内上下班),里程长时采用以内燃机为主的混合动力模式(例如,周末长途旅游)。
3) 可利用外部公用电网(主要是晚间低谷电力)对车载动力电池进行均衡充电,不仅可改善电厂发电机组效率、解决电价问题,而且可大大降低对石油的依赖,从而减少去加油站加油的次数;另外用电比燃油便宜,可以显著减少燃油使用量,降低使用成本。
由于这些特点,使得PHEV成为电动汽车的一个重要研究和发展方向。在美国一些民间组织和电力集团的推动下,PHEV已受到相关政府部门、社会和企业届的广泛关注。美国总统布什2006年多次发表讲话,提出支持发展PHEV。例如,2006年2月下旬布什在Johnson Controls公司的讲话中谈到plug-in混合动力技术时说:“PHEV是能源策略的一个重要部分,美国政府将提供3100万美元来加速研究这项先进技术”[4]。
2 PHEV动力系统构型研究
2.1 PHEV的发展历程
自上世纪90年代以来,国外一些大学、实验室和工业部门一直在进行PHEV的研究。其中University of California Davis(UC Davis),the Electric Power Research Institute (EPRI),Argonne National Laboratory (ANL)和California Cars Initiative(CalCars)等机构是目前PHEV研究的杰出代表。
1990年UC Davis 的Andy Frank教授开始研制PHEV原型车,2001年 Department of Energy(DOE)在UC Davis 成立了PHEV国家工程中心。2000年EPRI Market Study发起成立了 Hybrid Electric Vehicle Alliance (HEVA),该组织的任务是促进 PHEV的商业化;自2004年9月以来,DaimlerChrysler和EPRI一直在进行PHEV delivery van (Sprinter)示范。2002年美国企业家、环境工作者和工程师发起成立了CalCars,该组织旨在倡导和推动PHEV的进步和发展;2004年9月CalCars和EnergyCS开始改装Toyota Prius,研制PHEV原型车。2006年11月GM宣布制造PHEV Saturn Vue的计划,2007年1月在北美国际车展亮相了Chevrolet Volt。2007年2月,DOE发布了一项计划草案以加速PHEV开发和部署。2007年3月布什总统访问Ford电机公司期间,该公司展示了燃料电池PHEV。另外,国外还有一些专用车辆采用plug-in技术,例如美国接送中小学生的校车、垃圾收集车等大型车辆[5]。
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