混合动力车-大气污染控制工程

1.混合动力车的种类

混合动力电动车（HEV），简称混合动力车，其技术种类很多，但其基本技术原理是，让内燃机在燃烧效率相对稳定的行驶条件下发电，并将电能贮存进电池，借助电动机驱使车辆行驶。它不仅废气排放少、能耗低、噪声小，而且也不像纯电动车那样受每次充电后行驶距离的限制，能够像一般汽油车一样长距离行驶。由于混合动力车集成了两套不同的动力系统和各自相关的燃料贮备/辅助系统，在制动时蓄电池还能回收多余的能量，因此，比单一电池驱动或单一内燃机汽车在构造上复杂得多。目前，HEV作为城市交通的新动力源而备受关注，特别是新型的插电式混合动力车，还集成了纯电动车的优点，更适合在城市运行。

混合动力车吸取了纯电池驱动汽车和传统内燃机车的设计思路。和电动汽车最相近的，称作扩展电池混合动力车，它利用50～100 kW的蓄电池组，能提供很好的加速和行驶性能，全部利用电力行程可达80 km，绝大部分时间可在零排放状态下运行。附带5～10 kW的发动机，可使行程再扩大80 km，但不能保持持续不变的速度。

另一类是双模式混合动力车。这一车型也能持续80 km零排放行驶，但装的是25～40 kW的发动机。由于具备更长的行驶能力和更高的速度，配备大型发动机的双模式混合动力车能替代传统的汽油车。不过，在非零排放模式（non-ZEV mode）下行驶时，它的排放和燃油消耗也很高。

接近传统内燃机汽车的是内燃机—电力混合动力车，驱动这种车的能量都来自随车储备的汽油或其他化石燃料。电动机提供电力，并将过剩的电能用于随车蓄电池、调速轮和极电容，用于提供变化的峰值功率。发动机在近似常速的稳定状态下断续地工作。这种车的排放水平和汽油消耗比内燃机汽车低得多，但不能在全电力模式下行驶，因而不能被看作零排放车。

2.混合动力技术

混合动力车有平行混合与连续混合两大类。

（1）平行构造。平行构造的混合动力车，其发动机和电动机都能驱动车轮。电动机的输出直接作为发动机的输出功率补充。因此，平行混合动力车的电动机可比发动机小，在汽车运行中起的作用也相对较小，通常适合于双模式混合动力车应用。

（2）连续构造。这类混合动力车利用燃油发动机发电，然后用电动机驱动汽车。来自内燃机的机械能都转化成电能，直接供给电动机，如果暂时过剩，就送到蓄电池或极电容储藏。对于连续混合动力车，特别是内燃机-电力混合动力车，内燃机以较恒定的速度和功率运行较长时间，只有在电池充满电的时候才停止运行。峰值功率由电池或其他装置提供，而不是发动机。(www.xing528.com)

连续混合动力车面临的主要问题是电池的使用寿命。从发动机到电动机的急剧功率切换，虽然减少了发动机的能耗和排放，但是这是以缩短电池的使用寿命为代价的。目前，市场上的铅酸电池和其他蓄电池，都只能每天充一次电，而不能进行每天数十次或上百次的充放电循环。连续混合动力车要求设计新的高功率蓄电池，能承受频繁的浅度和快速的充、放电循环。随着电力驱动和电池技术的快速发展，连续混合方式将比平行混合方式更加受益。

3.混合动力车的环境效益和能耗分析

由于混合动力车改变了峰值功率供应功能，因而具备改进排放和降低能耗的可能性。首先，发动机尺寸可以减小3/4；其次，发动机缓慢改变速度和功率时，削减排放容易实现；最后，近似恒定速度的运行大大增加了利用更高效内燃机的可能，如气体涡轮发动机。

混合动力车比内燃机汽车的排放低得多，如果尽量扩展车辆的全电力行驶能力，使发动机以恒定速率和功率运行（减少电机运行振动），在连续混合动力车中采用低排放的气体涡轮机或直喷甲醇—柴油混合内燃机等，还可以进一步降低排放。

在实际状况下，混合燃料汽车排放会比理论的计算高。造成这种状况的原因主要包括：驾驶员不是很频繁地对电池充电；或者还使电池保持原样，而完全靠内燃机发动；或者不顾控制电脑的指示，使发动机超负荷工作等。

4.混合动力车的成本和市场分析

与纯电动汽车一样，混合动力车的初期投资会比传统的内燃机汽车高一些。如果混合动力车能够达到市场化的生产规模，其成本会相应降低到一个具有竞争力的水平。由于混合动力车的内燃机和其他附加电子控制元件的成本较高，价格优势可能不是很明显。但随着微处理器技术和相关的传感器技术的飞速发展和相应成本的下降，电力—混合控制设备的成本也会降低到一个具有竞争力的水平。在混合动力车中附加电池，可能使它的成本高过汽油车。但是，如果考虑电池较长的使用寿命和较低的能耗，混合动力车的整个使用周期的成本也许接近于汽油车。如果再考虑能源和环境因素，混合动力车将比汽油车成本还低。