混合動(dòng)力汽車技術(shù)綜述

杜鵬，王馨寧

（1.濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東青州 262500；2.濰坊博海學(xué)校，山東濰坊 261000）

新能源汽車

混合動(dòng)力汽車技術(shù)綜述

杜鵬1，王馨寧2

（1.濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東青州 262500；2.濰坊博海學(xué)校，山東濰坊 261000）

伴隨對(duì)能源和環(huán)境的重視程度的提高，混合動(dòng)力正在為了汽車行業(yè)發(fā)展的重要發(fā)展方向。文章由兩部分組成：重點(diǎn)分析了汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)；詳細(xì)介紹油電混合動(dòng)力汽車的工作原理和主要的工作模式，并梳理了一下混合動(dòng)力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

混合動(dòng)力；汽油機(jī)；電動(dòng)機(jī)

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.002

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-04-02

引言

混合動(dòng)力是指汽車上同時(shí)配備電動(dòng)機(jī)和汽油機(jī)，在兩者共同配合下使汽車獲得良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的動(dòng)力系統(tǒng)。過(guò)去國(guó)內(nèi)對(duì)混合動(dòng)力的認(rèn)識(shí)較少，但隨著近年來(lái)豐田和本田等品牌混合動(dòng)力轎車在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐步發(fā)力（性價(jià)比逐步提升），熱度逐漸增加。

1、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)

下面來(lái)談一下汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。汽油機(jī)優(yōu)點(diǎn)突出：技術(shù)非常成熟，使用方便，可靠性高。汽油可以通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。汽油機(jī)缺點(diǎn)則是起動(dòng)時(shí)（低功率）油耗高、汽油燃燒不充分，怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)；廢氣對(duì)環(huán)境的污染；動(dòng)能無(wú)法轉(zhuǎn)化。

電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：電驅(qū)動(dòng)汽車，無(wú)怠速，需要的時(shí)候能力隨叫隨到，停車時(shí)即可停止工作；能量可以回收。

電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：續(xù)航里程短，充電麻煩，如果增加蓄電池容量，將導(dǎo)致汽車重量明顯增加。

2、油電混合的基本原理

油電混合俗稱雙擎技術(shù)，是指發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)動(dòng)力輸出裝置：發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)。油電混合將兩者結(jié)合成一個(gè)整體，取長(zhǎng)補(bǔ)短，利用汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，屏蔽掉了他們的缺點(diǎn)。

汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)結(jié)合主要考慮通過(guò)調(diào)整汽車的整體負(fù)載，提高汽車的實(shí)際效率。

其中負(fù)載率是指汽車在使用過(guò)程中負(fù)載越高，則整體的負(fù)載率越高。

效率：試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)合適的負(fù)載條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際效率會(huì)更高，汽油機(jī)一般處在中等負(fù)載時(shí)效率最高。但發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中，包括起步加速、均速、急停等多種工況，在不同的工況下效率相差巨大，這就需要電動(dòng)機(jī)的介入并發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。

電動(dòng)機(jī)的加入調(diào)節(jié)可汽油機(jī)負(fù)載率，使整體發(fā)動(dòng)機(jī)的效率更加長(zhǎng)期的處在合適的區(qū)間范圍內(nèi)：1）負(fù)載率較低時(shí)，電動(dòng)機(jī)將汽油機(jī)多余的能量回收，給蓄電池充電；2）負(fù)載率較高時(shí)，電動(dòng)機(jī)幫汽油機(jī)分擔(dān)一部分負(fù)載；3）負(fù)載率超低時(shí)（堵車時(shí)，重復(fù)啟動(dòng)），汽油機(jī)完全熄火，電機(jī)工作。此時(shí)，單純利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，省去了汽油機(jī)怠速時(shí)的油耗。

3、油電混合動(dòng)力的主要工作模式

3.1 動(dòng)能回收模式（剎車和滑行）

汽油機(jī)或柴油機(jī)提到一定速度時(shí)無(wú)法進(jìn)行能量回收，特別是滑行或剎車時(shí)的多余能量均通過(guò)汽車零部件或剎車片的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，白白的損失掉了，無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀冃枰钠噭?dòng)能?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的引入，可以將多余的能量通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)。

3.2 行駛過(guò)程中的充電模式

性能優(yōu)異的混合動(dòng)力車在行駛過(guò)程中電動(dòng)機(jī)也會(huì)積極的提高負(fù)載率，并將多余的能量回收起來(lái)，儲(chǔ)存到蓄電池里。當(dāng)汽油機(jī)的運(yùn)行效率較低時(shí)（如等紅燈、市區(qū)堵車需反復(fù)啟停），將前期儲(chǔ)存的能量提取并用到汽車的正常行駛過(guò)程中。

3.3 純電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式（汽油機(jī)停機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池充電）

超低負(fù)載（如超低速或等紅燈）時(shí)，只需要電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。過(guò)去單純依靠汽油機(jī)工作時(shí)大部分的能力將通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)出去，經(jīng)濟(jì)型較差。

3.4 純油驅(qū)動(dòng)模式（汽油機(jī)工作、電動(dòng)機(jī)停機(jī)、電池電量不變）

有的情況混動(dòng)汽車只有汽油機(jī)工作。純油驅(qū)動(dòng)的情況：1）汽車正好處于最高效區(qū)域。2）電池電量已經(jīng)充滿。

3.5 強(qiáng)制充電模式（汽油機(jī)被迫運(yùn)行、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電、蓄電池充電）

電池電量已經(jīng)用光，此時(shí)混合動(dòng)力較為尷尬：夏天由于開(kāi)空調(diào)，電量過(guò)渡損耗，等紅燈或堵車過(guò)程中需要發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)，怠速運(yùn)行。

3.6 油電共同驅(qū)動(dòng)模式（汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電池供電）

啟動(dòng)或超車過(guò)程油門一腳到底時(shí)需要的功率最高時(shí)，汽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)配合共同輸出最高的動(dòng)力。在查看油電混合雙擎的汽車功率時(shí)需要把電動(dòng)機(jī)的功率考慮進(jìn)去。

4、插電式混合動(dòng)力

相對(duì)于油電混合動(dòng)力，插電式混合動(dòng)力所用的電池容量更高，可以滿足日上上班高峰或短途的純電動(dòng)行駛（100KM內(nèi)），但需要額外的充電。實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作原理與傳統(tǒng)混合動(dòng)力相近：當(dāng)用電時(shí)最經(jīng)濟(jì)則用電；當(dāng)用油最經(jīng)濟(jì)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)則運(yùn)行。

5、非直連混動(dòng)

汽油機(jī)只用于發(fā)電、給蓄電池充電，不直接驅(qū)動(dòng)汽車，汽車的能量只能來(lái)自蓄電池。

6、混合動(dòng)力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)

混合動(dòng)力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：

1）行駛過(guò)程中油電混合動(dòng)力的銜接是否平順，如純油動(dòng)力切換到純電模式；

2）能力管理效率。影響效率的重要因素：汽油機(jī)的燃燒效率，汽油機(jī)最好的燃燒效率現(xiàn)在的做法是自然吸氣配合燃燒的阿特金斯循環(huán)（壓縮比和膨脹比特性比傳動(dòng)汽油機(jī)的奧拓循環(huán)燃燒效率更高，但充氣效率較低，同排量發(fā)動(dòng)機(jī)功率可能較低），混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該配合寬域段（多轉(zhuǎn)速）的阿特金斯循環(huán)。

3）電機(jī)的效率

多數(shù)的混合動(dòng)力汽車配備了多款不同型號(hào)的電機(jī)：1）低功率時(shí)小電機(jī)工作；2）功率增加、不太高時(shí)，大電機(jī)工作；3）功率稍大時(shí)，汽油機(jī)介入并且對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行充電；4）功率要求最高時(shí)，汽油機(jī)配合大、小電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車。

7、總結(jié)

油電混合的出現(xiàn)，解決了單純利用汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)的弊端，使汽車更加注重經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙贏。

Summary of Hybrid Electric Vehicle Technology

Du Peng1, Wang Xinning2
( 1.Weifang engineering vocational college, Shandong Qingzhou 262500; 2. Weifang bosea school, shandong weifang 261000 )

Hybrid electric vehicle is an main direction of the automotive industry. This article includes two parts : analyzes the advantages and disadvantages of gasoline engine and electric motor; describes the working principle of hybrid electric vehicles and the main mode of operation.

hybrid electric vehicle; gasoline engine; electric motor

U461.9

A

1671-7988(2016)10-04-02

杜鵬（1984-），男，研究生，講師，就職于濰坊工程職業(yè)學(xué)院，主要研究方向?yàn)楣こ虣C(jī)械的密封技術(shù)。