主持人:非常感谢,非常深入浅出的演讲,我们对于混合动力应该发展上达成一致。研讨的阶段还会继续的发问。现在谈第二点,知道都要发展,但是好象都是日本人控制,所以一支持就都支持日本人了,我们现在靠自己的力量能不能做好混合动力汽车。下面这个问题就围绕这个来讲,既有意思也是非常的深奥。下面有请清华大学汽车技术研究院的院长宋健先生做演讲。
欢迎。
宋健:各位领导,各位来宾大家下午好。我们混合动力汽车关键技术给大家做一个介绍。
从几个方面来说一说这个问题,第一个就是谈一谈混合动力电动汽车汽车的技术,然后是介绍一下有哪些关键的零部件,最后一块就是介绍我开发的一种混合动力汽车的系统,也就是AMT,因为我们国家都是MT的,把这个MT的变速箱自动化以后用到混合动力上。
首先介绍一下混合动力的特点,节能等等。混合动力汽车从历史上发展来讲,他纯电动汽车遇到了比较大的技术障碍,美国日本都是从70年代开始,做10多年以后,也遇到了一些障碍,到了1993年的时候,美国总统克林顿提出来一个新一代汽车合作伙伴计划,他希望把汽车能够做到三倍能效,他希望到2004年研制名投产一种性能与现在传统的发动机排量在子.8到3.0了左右的中级轿车相同。当然只有汽车轻量化没有减下来,中国人主要是喜欢大而豪华的,两个东西一碰撞主要是受安全性的影响,两个车子一碰撞,大的肯定会安全一点。混合动力为什么节能,他的技术特点是什么?
他一个就是电动与附加动力单元合用到一辆车上。当然了,象这样一个燃油汽车及混合动力汽车与燃油相比有这样一些特点。一个就是电池容量小,基本上不要1千瓦时的电就够了。第二个就是附加动力单元,他可以大幅度的降低燃油的水平。在这样的情况下,像我们5升的发动机可以节油30%。另一个由于你都是在最佳工况工作,你的排放水平会增加的情况下,大体可以降低有害物质排放的80%左右。第四个就是他可以把能量吸收回来,根据工况不一样,可以节油10%20%。第五个由于电池处于浅冲浅放,提高了电池使用寿命,降低了成本。不像纯电动汽车充电500次,1000次,但是也没有见到一个车子能冲2000次。你一个手机充电充多的电池都不行,一个大电池可以充电500次?大家逆向思维一下其他可以了,在混合动力情况下,浅冲浅放才可以。另外一点混合动力的技术难度大大增加了,当然也有人说纯电动汽车的难度高,其实不是。我不知道为什么科技部对于难度大的东西不去倡导和发展?
第三大块说一下混合动力汽车的节能潜力。按照美国这样的国家,他在受公路状态,或者城市状态。他做工在城市工况下是18%,其他的都是消耗掉了,还有5.8%是制动系统消耗掉,在公路情况下,大体是2.2%,混合动力汽车可以发挥的潜力。一个是怠速停车,像纯电动汽车不需要怠速的,发动机的怠速工况消耗也要有,因为有电机可以启动,所以怠速可以不要了。在城市工况下我们才6.8%,在怠速工况下就是17.8%,几乎是两倍半。另外一个就是制动,一般可以回收60%,主要有发动机损耗和传动系的损耗。我们做了一个统计,像比较基准的,城市6.8%,公路18%,综合效率,公路55%,城市45%,最后是13%的样子。混合动力的情况下,发动机城市是18.2%,公路25.6%,混合动力是33%,发动机可以绝对的提高7.5个百分点,制动能量回收城市5.8%,公路2.2%,能效提高2.29%怠速停止城市17.2%,公路3.6%,能效提高5.83%,最后可以有节能潜力最和能效提高15.63%,综合节能54.67%,基本上是混合动力技术带给我们的一个好处,既然他有这么大的好处,下面主要看一看混合动力汽车的技术。
现在有四种混合动力系统,还有发展的前景。
混合动力系统串联,并联,混联,还有插电式。
从串联式的系统来讲基本上是一个发动机带着发电机发电,串联式基本上控制起来相对来讲比较简单。但是缺点就是动力系统需要三套,如果需要100千瓦的蓄电,那么这个时间可能发电机就要这么多,然后再加上别的可能就要220千瓦了,这样成本提高了。最后好处就是排放是比较低。
第二个是所谓的并联式,电机和发电机是机械能迭加的方式,在这样的情况下,一般来讲小负荷的时候,汽车起步或者低速运行的时候就是一个基本启动。大负荷的时候两个系统一起来驱动汽车。
并联的优点一个就是动力系统效率高,仍然是100千瓦,最后是动力性不会降低,比起串联当然油耗会比较低,但是难度比串联有很大的提高。电机和发动机在切换的时候,如果能量系统做得不好不行。如果只要做好了就可以完全克服掉。另外一个他和串联相比,由于并联在发动机工作的时候和车速是一致的。因此发动机不能在一个点上工作,毕竟在一条线上工作。但是可以减少80%的有害气体的排放,这个还是可以做到。
最后一个就是混联式,也是综合了串联和并联的优点,因为这样一个系统工作的时候,基本上也是在一个稳定的转速下工作,发动机你输出的转速实际上1/2的转速,这时候电机是调节转速,这样才可以保证发动机在一个固定上工作。这样可以使效率是最好的,排放也是最好的。当然这个需要一个比较复杂的系统,控制也是难度最高的。再一个因为系统跟并联是一致的,成本比起并联高一点,比起串联要便宜一点。但是由于我们的自动变速的技术比较落后,比起发动机还有很大的落后。发动机还引进了国外若干的技术,发动机还可以,但是自动变速真的是瓶颈。因此在做混合动力的时候,说句实在话,采用手动挡做混合动力有点不像话,你手动怎么去适应三套系统的自动切换,所以必须有一套自动的系统,自动变速箱。
最后一个就是特点是,实际上是纯电动汽车与混合动力汽车的融合。
混合动力汽车发展前景来讲,我的观点跟刚才徐长明先生的观点基本一致,我认为纯电动汽车在目前的情况下,在能量型电池,安全性,性能等不能得到很好改善的情况下,不能很好的发展。但是像混合动力就不一样,说实在的,混合动力汽车和纯电动汽车节能也是在40%左右。我们国家纯电动的,我们的电都是火电,从这个角度来讲,只是使得局部环境改善了,但是从全球角度来讲是造成更大的污染。从并联式的,我自己认为并联式的混合动力汽车成本是最低的。很多人做攻关,一个混合动力1000瓦时的电,很可能就是2000块钱的成本,一个电机也就是20千瓦多一点,做攻关的时候,在有一定批量的时候,一个批量500块钱,批量大的时候300块钱,当然如果变速系统改为自动的,增加5000块钱,再加上研发费用摊销,我认为可以去卖,当然这个量要非常大。要这么说的话,能够做到40%的节能,很多消费者还是能够接受。哪怕5、6万的车卖7、8万,但是你告诉有40%的节能,消费者也会接受。在这样的情况下,你再有点环保理念的宣传,大家还是能接受。
当然插电式的电动车,国家对这个补贴,对混合动力不补贴。
现在是一些混合动力的关键技术,主要从零部件的角度来讲。一个是动力系统,包括发动机电池电机。第二个就是底盘系统,包括制动能量回收系统,动力传动系统,转向系统再一个就是其他。
首先看一看动力系统,这个里面由于专业的原因,我现在就看一看目前用于混合动力系统的电池。现在主要是两类,我所说的混合动力汽车必包括了轿车也包括了大巴车。对于混合动力动力系统的电池主要是两类,一个是镍氢的,还有一个是锂离子的。从目前的应用来讲可能还是放在镍氢电池这一边,从国内来讲还是缺乏系统的供应商,有做电池的,比如说像电池管理系统。刚才跟科力远公司的人在商量,电池管理系统是不是也做过来,因为有的没有开放BMS,你做电池,可能对它最了解,应该把这块做下来,对于应用会更好一点。
另外一块就是所谓的锂离子电池,主要是锰酸锂,太酸锂。比能量功率稍好一点,但是缺点是价格贵。
第二个大块就是制动及其能量回收系统,他可以节能20%。国际上利用的能量回收系统主要有这些,像BOSCH,CONTI TRW。第二大块是基于AMT的制动能量回收系统,利用这个系统对于制动力的调节来做回收,尤其是在驱动轮上,可以释放掉一些,然后再做回收。这个也是我们在没有做这些回收系统的情况下做的一个折中的选择。
第三个就是我们的一个发明,分布式的电液制动,一个电池带四个螺母,然后做一个液压缸,安装在制动软管的上端这样来做制动系统。我自己感觉这个是一个发展的前景,真正批量生产的情况下,一个车子大概是2000块钱左右的成本,包括所有的制动器等等。
下面看一看动力传动系统,混合动力传动系统的特点,因为是采用电机来驱动启动,同时为了节能,还取消了发动机的怠速。
另一个需要把发动机,电机的动力集成可以灵活的应用,我觉得进入到混合动力或者新能源的时代,AMT等带有液力变矩器的自动变速器已经不适用了。我觉得最适合的是,一个是机械式自动变速系统AMT,他把过去的手动变速箱自动化,为什么它的传动效率是最高的,因此也是最节能的传动系统。第二个就是无级变速系统CVT,现在你要进行一些改造。你要增大CVT的传递扭矩的功能才可以。第三个就是电传动无级变速系统的EVT,有人说DCT也可以用于混合动力系统,他意思是电机带一个,发动机带一个,我对这个还是有疑问的。最起码你把成本增加了一倍,我觉得AMT可以完全的适应。因为他可以电机启动,第二个到起步的时候,因为AMT怕的就是频繁的起步,尤其是坡道的起步。我觉得在混合动力的情况下这些情况都可以克服掉,你何苦再去增加一倍的成本去做这个DCT?
最后一块介绍我们基于AMT的混合动力系统,我们主要是用自大客车上的混合动力系统,基本上用发动机,电机等等联起来。另外一块就是转向系统。因为混合动力汽车经常要在发动机不工作的情况下也要工作,尤其是在停车的时候,因为这个时候要转向,如果没有注意显然是不可以的。所以我们原来燃油汽车上所用的液压动力转向系统,如果发动机不转不行。现在改为电动的,或者电动液压的转向系统。
这里面列举了三种,一个适合轻型车,轿车。适合于这种商用车,当然也可以用于轿车的电动液压转向系统,这个或分为直接式,储能式,这个不详细介绍了。还有一个线控动力转向系统,在一些豪华车上已经开始应用了,像宝马的DNS等等,这个东西直接用于新能源或者混合动力汽车也是可以的。
当然有关的这块的一个小结,混合动力电动汽车底盘系统共性零部件,包括制动能量回收系统,动力传动系统和电动转向系统,可以应用于各类电动汽车应该下大力气进行开发研究。基于AMT的混合动力系统我认为是最适合我们国情混合动力系统,价格便宜,在手动挡的基础上增加3000到5000块钱,量大增加3000块钱,量小5000块钱的问题。再一个就是储能式电动液压转向系统,他可以节油0.5升/小时,如果一天工作10小时,可以升5时油,一天省40块钱,同时也可以节能,这个应用前景也是很广阔的。
最后一个就是分布式的电液制动系统,这个也是很有前景的。
再介绍一下其余AMT的混合动力系统,拟人式的AMT,有关这种,今天不去仔细说了,一个是拟人式的控制技术,是清华大学研发的,一个是基于电子节气门的,还有一个是基于发动机扭矩的。第一块是如何换挡,因为我们的一致性做得非常差,尤其你拿一款合资的汽车你去踩踩,第二个就是换挡也要很好的掌握,在这个里面不去很详细的介绍了。
最后一块就是介绍一下AMT在混合动力动力大客车的应用,主要还是在苏州有一个研究院,当然是我们汽车界的一个产业化的基地,成立了一个公司,叫苏州绿控传动科技有限公司,主要是做大客车。首先是一个开发的介绍,在大客车上开发这样一个混合动力系统,包括如下几个方面。一个是控制方法需要进行研发,第二个做了一个控制软件,第三个开发了一个没有离合器,你可以直接进行换挡。
在开发过程中,也做了一些摸索的实验,然后开发了一个我们认为合理的一个软件。第二块就是所谓的协调层的。第三个就是某一个模块的执行。同时为了开发这样一套混合动力系统,做一个没有离合器的换挡的方式,主要有一个技术问题,当然这个系统最后就是我们开发的,基于AMT的混合动力系统。结构上就是这边有一个发动机,发动机跟电机之间有一个ECU,在多数企业开发的时候,这两者之间还要一个离合器,我们因为掌握了没有离合器的技术,所以可以大幅度的压缩这样一个距离,同时也可以节省一些成本。这个基本上就是差不多一个整体的结构。最后就是我们做的一些应用,我们把这个结合在一起,总后变成了一个动力总成。我们电机功率是65千瓦,轿车上有20千瓦就可以了,在轿车上需要挤出10公分。
我们应用主要是在大客车上,在轿车上没有很多的应用。大客车的混合动力起码上半年有补贴,下半年可能是补充插电式,我们就把油电式的混合动力变成了插电式的。后面还有一些优点也不详细的介绍了。从我们目前这样一个系统,由于我们现在很多地方做得不到位,大概可以节能43%左右,假如用到一个大客车上,以前是一个手动挡,差不多价值35万自由,假如是自动挡的大客车,比如说北京的很多共要是AMT,大概是85万的样子。油价按照7.5/升并没有多算价钱。这个是具体的一些开发出来的混合动力系统的一些参数,到去年底的时候,大概销售了1200辆,累计道路测试超过1.5公里,故障间隔超过20万公里,这个主要是和混合动力系统相关的。出勤率大概可以超过99%,因为主要是公交车。2013年上半年销售了1千多辆,销售额上亿。
这个是我的介绍,谢谢大家。