混合动力汽车的发展现状及其关键技术分析

区灿辉

摘 要：混合动力汽车作为过渡期的重要产品，有助于将内燃机汽车转变为纯电动汽车，具有环保、节油的特点。该文主要阐述了混合动力汽车的发展现状，结合混合动力汽车应用特点，分析了影响混合动力汽车性能的关键性技术。

关键词：混合动力汽车 基本型式 发展状况 关键技术

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0099-01

1 混合动力汽车的结构特点

混合动力电动汽车（HEV）主要是通过结合传统内燃机驱动和纯电动驱动的优点，采用电池系统与电机系统相互配合的形式，在确保结构符合汽车动力性能要求的基础上，实现对内燃机效率的优化，能有效提升汽车的整体排放性能与经济适用性。其中，以混合动力系统双动力源的不同配置与组合模式，可将其划分为动力传动的三种方式，即：串联式、并联式、混联式。以混合度由高至低，可将其划分为：重度混合型、中度混合型、轻度混合型、微混合型等四类。

2 混合动力汽车的发展现状

在当今全球性环境污染问题突出、石油资源紧缺的情况下，节能环保型混合动力汽车的研发顺应时代需求，受到各国的一致认可与高度支持。一些科技较为发达的国家，已成功研制出性能较好的混合动力汽车。如丰田所推出的Prius，为混联式混合动力车型的典型代表，在2010年销售量高达200多万。而美国的通用、福特、克莱斯勒等，则分别推出的Precept、Prodigy、DodgeESX2，皆为混合动力汽车。紧随其后，本田再度研发出新的混合动力技术，主要代表为第二代Civic Hybrid，其采用了15kW的永磁电动机驱动与67kW发动机，将动力成功混合为80kW，输出转矩为166N·m，其经济环保性能再次得到提升。而有法兰克福所推出的奥迪Q7混合动力汽车，通过将200N·m扭矩电动机与4.2L FSI八缸发动机的有效结合，极大提升了混合动力汽车的动力性能，其油耗不仅低于标准的13%，从静止加速到100km/h所需时间仅为6.8s。

在国内，由奇瑞所推出的奇瑞A5 BSG，采用双轴并联式混合动力系统，为起动、发电一体式BSG发电机，能有效减少发动机怠速时产生的大量尾气与燃油消耗。有长安推出的长安杰勋，为并联式中度混合动力汽车，其动力系统采用起动、发动一体化技术，整体结构较为紧凑，动力性能较好。在2010年有奔驰推出的奔驰S400，为串联式轻度混合动力汽车，从静止加速到100km/h，所需时间仅为7.2s，并能轻松达到限速250km/h。而国内其他大型汽车制造商也相应推出了相关的混合动力汽车，混合动力汽车技术得到了进一步的发展，相信在不久的将来，将会有更多环保节能且性能极佳的混合动力产品问世。

3 混合动力汽车的关键技术分析

（1）电池及电池管理系统。

与普通的电动汽车相比，混合动力汽车在电池使用方面存在较大差异，其电池放电速率与效率较高，为确保汽车在加速与爬坡时，能有效提供较大峰值功率，对电池的能量密度与功率密度有着非常高的要求。电池的充放电次数、工作温度等都不同程度地影响着电池的使用寿命与性能状态。对电池的过度充放电，会严重影响电池的性能，甚至可能损坏电池，缩短电池的使用寿命。因此，必须对电池的工作过程与所处环境、状态进行监控，而电池管理系统而主要用于对电池工作环境与过程的监测，通过其对电池状态的预测提示，能有效延长电池的使用寿命，确保电池能效得到充分利用。

（2）电机及电机控制系统。

电机为混合动力汽车中的一项驱动单元，以性能高、质量轻、效率高、成本低为选用原则。并且，在电机峰值功率上，须具备起动发动、电驱动、整车加速、制动回收等各方面能力。现阶段，混合动力汽车主要使用永磁无刷同步、直流永磁、开关磁阻以及交流异步等四种类型的电机。由电机工作原理与选用原则可知，对电机的研发主要集中在质量的改进、性能的提升以及体积的缩小上。ISG结构的提出，是对现有发动机动力系统的有效改进，能以较低成本，实现对汽车节油减排性能的改造。

其中，在车辆进行制动减速或下坡行驶时，应确保电机处于发电机工作状态，让机械能转化为电能，存储于电池内。因此，为了满足汽车形式的动力性能需求，电机控制系统需确保对电机工作模式的有效控制。

（3）驱动系统控制。

汽车在行驶时，动力系统会进行工作模式的相互切换，形成许多对单个动力源而言的非连续瞬态过程，为协调控制这一过程中两个动力源的动力输出，需解决以下问题。第一，确保发动机能在较短时间内平稳起动。第二，能有效控制驱动前的转速与离合器结合过程。第三，能协调控制动机与电机转矩，因状态切换而形成的发动机需求转矩变化。第四，确保在汽车总需求转矩造成较大波动时，能有效协调控制电机与发动机的转矩。

在进行驱动系统控制策略分析时，需结合汽车相关的行驶状况、发动机与电机工作性能、电池SOC等方面数据，实现对驱动系统的有效控制，包括对起步、模式切换、换挡等动态过程的控制。目前，国内外对混合动力系统的控制策略，已有了较为深入的研究，在动态性能的协调控制方面已取得了较大成果。

4 动力总成关键零部件技术

4.1 发动机

在混合动力汽车系统中，可通过对发动机的优化设计，来提高汽车的经济性能减少尾气排放。对发动机改进技术的研究，主要从采用其他型式热机或改进内燃机两方面进行。如长安汽车公司所研发的专用发动机，主要用于中型混合动力汽车内，其通过将压缩比提高、改进原有配气相位、优化电喷系统匹配度等，实现对发动机的优化改造。

4.2 变速器

变速器是汽车传动系统中的重要组成部分，对其动力性与经济性有着直接影响。现阶段，混合动力汽车系统内，所采用的变速器型较多，包括机械式自动变速器、手动变速器、带传动无级变速器、电子式无级变速器、行星齿轮自动变速器等。无级变速器的传动效率低于机械变速器，虽能进行无级变换，但配置成本较高。而电子式无级变速器，其应用技术还处在研究阶段。而机械式自动变换器，其所需成本较低而传动效率较高，但操作难度偏高。传统液力式自动变速器，利用行星齿轮系来达到变速的目的，能有效实现对混合动力汽车的换挡控制，但存在传动效率不高，整体经济性能偏低的缺点。

4.3 动力耦合装置

在混合动力系统开发中，动力耦合装置一直都是其研究的重点与难点，直接影响着对车辆整体性能的控制。目前，在混合动力系统中，主要采用转矩结合式、驱动力结合式、转速结合式等三种动力耦合方式。其中，转矩结合式动力耦合装置能通过传动系统，实现对汽车的直接驱动，并以直接或间接带动电动、发电机的形式，让电池蓄电，在并联混合动力汽车内运用较广。而驱动力结合式能有效利用车辆的地面附着力，提高整体驱动性能，但存在组成系统大、控制难度高的问题。转速复合式装置，由于其要求保持电动机与电机输出转矩时刻相等，控制难度较大，难以广泛应用于现实中。

5 测试技术

在混合动力汽车测试系统中，其测量包括发动机转矩、转速、电池工作状态等，需对传统台架测试数据采集系统进行优化，添置相应的电池数据采集装置，测试电池的工作状态。在这个过程中，由于电池的性能易受工作环境与温度的影响以及电池SOC的变化，使得电池的数据系统研发困难重重。但随着科技与计算机技术的快速发展，在混合动力汽车测试系统技术方面，已取得了较大突破。

参考文献

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