奔馳新能源汽車技術(shù)應(yīng)用簡介

朱春紅，宋建桐，李婕，梁時光

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

隨著汽車保有量的快速增長，人民的生活水平不斷提高，但這同時也給人們提出了新的挑戰(zhàn)[1]。在能源消耗方面，我國已成為世界上僅次于美國的石油消費(fèi)第二大國家[2]，公路交通領(lǐng)域的石油消耗量占全球總消耗量的 42%[3]。在環(huán)境污染方面，北京和上海的空氣污染物中，有66.7%的CO排放，68. 4%的HC排放和46%的NOx排放來自于機(jī)動車[3]。

高速增長的汽車工業(yè)與汽車保有量使能源與環(huán)境面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，面對能源安全、環(huán)境污染和全球氣候變暖的緊迫形勢，節(jié)能減排已成為汽車產(chǎn)業(yè)的首要任務(wù)，發(fā)展節(jié)能與新能源汽車也成為汽車工業(yè)的戰(zhàn)略方向和重要戰(zhàn)略舉措[4]。截止2017年12月，我國的汽車保有量已經(jīng)超過了2億，全國已登記的新能源汽車保有量達(dá)144萬輛。截止2016年11月底，北京市新能源汽車保有量達(dá)9.1萬輛。2017年北京市新能源汽車指標(biāo)額度為6萬，在剛剛結(jié)束的2017年度首次搖號，為通過審核的40328新能源汽車申請個人配置指標(biāo)。隨著大量新能源汽車支持政策的出臺，新能源汽車產(chǎn)業(yè)及市場得到了快速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2020年全國新純電動汽車和插電式混合動力汽車保有量將達(dá)500萬輛[5]。

1 新能源汽車的定義

新能源汽車的概念是針對于傳統(tǒng)能源汽車而言的，其發(fā)展時間短，因此并沒有特別明確的定義。按照定義的范圍，可以將新能源汽車分為廣義新能源汽車和狹義新能源汽車兩種。使用非柴油、汽油等傳統(tǒng)燃料作為動力來源的汽車稱之為廣義的新能源汽車，涉及市面上出現(xiàn)的全部新型動力汽車，如純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、以及以甲醇、乙醇、天然氣、液化石油氣、生物柴油等代用燃料作為動力來源的汽車。狹義的新能源汽車是以廣義的新能源汽車為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的分類。

新能源汽車定義在中國有一個不斷變化的過程，中國新能源汽車的定義和包括的車輛類型逐漸由模糊變得清晰，也變得更科學(xué)與規(guī)范。我國相關(guān)的政策與法律法規(guī)也對新能源汽車進(jìn)行了界定。在“十五”期間，根據(jù)“863”計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng)主要政策，在2001年有了電動汽車名詞，包括混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車。“十一五”期間，根據(jù)“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大專項(xiàng)的主要政策，在2006年有了節(jié)能與新能源汽車名詞。國家發(fā)改委于2007年10月17日出臺了我國首部關(guān)于新能源汽車的法規(guī)——《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》，明確的將新能源汽車定義為“新能源汽車系指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料而采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發(fā)動機(jī)汽車、其它新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等。”2009年7月1日由工業(yè)和信息化部制定并正式實(shí)施的《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》中沿用了《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》對新能源汽車的定義。國務(wù)院于2012年6月28日出臺的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》中，對我國新能源汽車重新定義為“新能源汽車是指采用新型動力系統(tǒng)，完全或主要依靠新型能源驅(qū)動的汽車，本規(guī)劃所指新能源汽車主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及燃料電池汽車。節(jié)能汽車是指以內(nèi)燃機(jī)為主要動力系統(tǒng)，綜合工況燃料消耗量優(yōu)于下一階段目標(biāo)值的汽車。”2017年1月工信部出臺《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》將新能源汽車定義為“是指采用新型動力系統(tǒng)，完全或主要依靠新型能源驅(qū)動的汽車，主要包括插電式混合動力（含增程式）汽車、純電動汽車和燃料電池電動汽車等。”

2 插電式混合動力汽車

插電式混合動力（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）是指可以使用家用電源插座（如110V/220V電源）對混合動力系統(tǒng)中電池充電的汽車。從混合比的角度來看，PHEV是介于全混合動力與純電動車之間的車型。目前，插電式混合動力電動汽車成為了混合動力汽車的一個發(fā)展方向。PHEV是在傳統(tǒng)混合動力汽車的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種新型新能源汽車，由于PHEV能從電力網(wǎng)獲得電能可依賴動力電池驅(qū)動汽車，可以認(rèn)為是一種由混合動力汽車向純電動汽車發(fā)展的過渡產(chǎn)品，相比于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)汽車和一般混合動力汽車，PHEV的經(jīng)濟(jì)性得到了進(jìn)一步提高，尾氣排放也更少。同時，小功率發(fā)動機(jī)的配備使PHEV在電池電量低時可以使用發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車?yán)^續(xù)行駛，這樣就克服了純電動汽車?yán)m(xù)航里程不足的難題。

圖1 S500插電混合動力基本組成

3 奔馳S500插電混合動力汽車

2014年9月，奔馳推出S級的第三款混合動力車型S 500 Plug-In Hybrid（S500插電混合動力），該款混合動力系統(tǒng)在原基礎(chǔ)上，首次采用外接插電對鋰離子高電壓動力電池進(jìn)行充電。奔馳S400 HYBRID和S300 BlueTEC HYBRID 混合動力汽車的動力電池只可在制動、滑行時或通過內(nèi)燃機(jī)由電動機(jī)進(jìn)行充電，而 S500 Plug-In Hybrid 新型動力電池不但容量增大了10倍，而且可以通過外接電源對其進(jìn)行充電，在純電動模式下可行駛30公里左右[6]。

圖2 驅(qū)動電機(jī)

奔馳S500 Plug-In Hybrid的基本組成如圖1所示。其發(fā)動機(jī)采用奔馳 M276.8六缸渦輪增壓發(fā)動機(jī)，最大功率245kW，扭矩480Nm。7速自動變速器采用帶扭轉(zhuǎn)減震器的濕式離合器，在純電動模式下，采用電動輔助油泵提供壓力驅(qū)動換擋元件以及潤滑。動力電機(jī)為永磁同步電機(jī)，其額定功率為85kW，最大扭矩為340Nm，重37.6kg，電動機(jī)位于變速器與發(fā)動機(jī)之間的離合器上，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通過支架與離合器的輸出端相連，如圖2所示。在變速器進(jìn)行維修時，最后需對其進(jìn)行絕緣測試。DC/DC轉(zhuǎn)換器可將直流高壓電轉(zhuǎn)變?yōu)?2V直流電。動力電池位于后備箱內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，由120個單體電池串聯(lián)而成，容量為22Ah，額定電壓396V，最高電壓432V，重量為114kg，電池包括3個可更換的保險絲。充電裝置位于行李箱內(nèi)，可將充電樁或者家用交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡瑸楦邏簞恿﹄姵剡M(jìn)行充電，其最大充電功率為3.6kW，最大充電電流為16A。S500 Plug-In Hybrid還可以通過單相充電電纜使用家用插座或者公共充電樁來進(jìn)行充電。車輛的充電裝置供電插座位于右后尾燈下方的后保險杠上。

圖3 高壓動力電池

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的混合動力汽車主要來依靠行駛時發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的能量和制動時回收的能量，這種能量將轉(zhuǎn)化為電能對車輛動力電池進(jìn)行充電，而插電式混合動力系統(tǒng)在以上兩種充電方式的基礎(chǔ)上，增加了通過外接電源進(jìn)行充電，其介于純電動和常規(guī)混合動力汽車之間，在一定里程內(nèi)采用純電動模式，超過規(guī)定里程外時采用混合動力模式，它的續(xù)航里程可以與常規(guī)車型一樣。在純電動汽車?yán)m(xù)駛里程問題解決之前，其作為過渡產(chǎn)品，具有較大優(yōu)勢。目前國內(nèi)外各大汽車廠商均對其已經(jīng)開展了大量的研究與推廣工作。

[1] 竇慧莉.電控噴射稀燃天然氣發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].吉林大學(xué), 2006.

[2] 秦鶴年,鄭鵬宇.車用氣體燃料的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].中國汽車工程學(xué)會汽車燃料與潤滑油分會第 15 屆年會論文集, 2012.

[3] 陳金柱,張春化,廖均智.電控天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的開發(fā)[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010(5):99-102.

[4] 么居標(biāo),宋建桐,呂江毅,等.基于CAN通信的輪轂電機(jī)電動汽車液晶儀表設(shè)計(jì)[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù), 2017(04):31-35.

[5] 梁時光,朱春紅,李婕,等.基于生命周期的新能源汽車的評價研究[J].河南科技, 2014(15):212-213.

[6] 陳鳴洲,夏征,付貽瑋,等.奔馳S500Hybrid混合動力汽車技術(shù)特點(diǎn)[J].汽車實(shí)用技術(shù), 2017(1):1-2.