混合动力汽车技术及其发展研究

1.引言

随着不可再生资源的日益消耗，特别是石油资源的消耗，人们人们不得不为汽车业的可持续发展开始思考，混合动力汽车及电动汽车将成为新世纪前几十年汽车发展的主流，并成为我国汽车界所有业内人士的共识。我国政府也在实施很多项高科技发展研究计划其中就包括混合动力汽车在内的电动汽车重大专项。我国在新能源汽车的自主创新过程中，有了政府的支持，坚持以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为主要方向以及整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池/燃料电池的研发，通过产学研紧密合作，我国混合动力汽车的自主创新取得了重大进展。同时，近年来，美、日、德等汽车工业强国先后发布了关于推动包括混合动力汽车在内的新能源汽车产业发展的国家计划。也取得了一些先进的成果。

2.混合动力汽车概念

混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV) 是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。

3.混合动力汽车的结构原理

以串联混合动力电动汽车为例子，介绍混合动力电动汽车的工作原理。

在车辆行驶刚开的时候，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出能够满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作。电池电量低于60％时，这时辅助动力系统起动：当车辆能量需求较大时，这时辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量需求较小时，这时辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。由于有了蓄电池组，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。

混合动力汽车是采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置来提供加速与爬坡所需的附加动力。这不但提高了总体效率，而且并

未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统的汽车中，司机踩制动时，本可用来给汽车加速的能量转化为热量分散到空气中了。而混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。如果司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机就会并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。一般在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，也可以单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。例如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，只单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。

4..混合动力汽车技术类型

根据混合动力驱动的联结方式

一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，所产生的电能通过控制单元传到电池，然后由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在串联联结方式下，电池就是用来储蓄的，储蓄的是电能。电池调节在发电机产生的能量和电动机需要的能量，从而保证车辆正常工作。

二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统不但可以同时协调工作，而且可以各自单独工作驱动汽车。并联系统适用于多种不同的行驶状况，尤其适用于复杂的路况。并联联结方式结构简单，成本低。

三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点是内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速的机构，两套机构可以通过齿轮系，也可以采用行星轮式结构结合在一起，从而来综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。和并联式混合动力系统相比，混联式动力系统更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。

B、根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同

一是微混合动力系统。代表的车型有PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机上加装了皮带驱动启动

电机。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，是用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正意义上的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机电压通常有两种：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。

二是轻混合动力系统。代表车型有通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统通常采用集成启动电机。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了可以实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（1）在减速和制动工况下，对吸收部分能量；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机所产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行适当的调节。轻混合动力系统的混合度一般在20％以下。

三是中混合动力系统。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于混合动力系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同的是，中混合动力系统采用的是高压电机。还有，中混合动力系统增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机可以辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统混合程度较高，可以达到30％左右，目前技术已经成熟，应用广泛。

四是完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima就属于完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度相当高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统混合度可以大于等于50%，技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

5.混合动力汽车需要解决的问题和关键技术

目前，混合动力汽车需要解决的问题包括以下几个方面:一，进行动力分配装置和能量管理系统研究。二，开发具备高比能量和高比功率经济实用电池。三，混合动力系统的结构复杂，制造成本高，维修比较困难，售价相对较高。四，建立更先进驱动系统数学模型，进行计算机仿真分析。

具体来说需要进行下面几项关键技术的研究:

混合动力单元技术在混合动力汽车上，热力发动机又被叫做混合动力单元。