混合動(dòng)力系統(tǒng)組成及工作過程分析

吳丹+郭賀洋

摘 要：隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇，加大對環(huán)境保護(hù)和降低能耗的研究是各行各業(yè)的重要方向，促進(jìn)了汽車行業(yè)中混合動(dòng)力系統(tǒng)與車輛的發(fā)展。設(shè)計(jì)、開發(fā)、投產(chǎn)混合動(dòng)力車輛成為了節(jié)能、環(huán)保工作的重要舉措。深入、系統(tǒng)理解混合動(dòng)力車輛及其主要?jiǎng)恿υO(shè)備的原理及特征具有十分重要的科學(xué)意義及應(yīng)用價(jià)值。本文主要論述混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成及作用，并就其未來發(fā)展提出幾點(diǎn)思考與展望。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)；系統(tǒng)組成；工作過程；發(fā)展思考

前言

混合動(dòng)力系統(tǒng)，從廣義范疇來說，擁有至少兩種動(dòng)力源，并能夠使用其中一種或多種動(dòng)力源提供部分或者全部動(dòng)力，是混合動(dòng)力汽車（復(fù)合動(dòng)力汽車）的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。作為混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵組成部分，混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)組成、性能特征都直接影響了汽車整車性能和駕駛安全；如何合理、高效設(shè)計(jì)、運(yùn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)，促使其持續(xù)處于最佳工況狀態(tài)，進(jìn)而保障汽車在駕駛中具有較好的動(dòng)力性與較低排放量是發(fā)展過程中亟待解決和攻克的問題。因此，本文以混合動(dòng)力系統(tǒng)為研究對象，就其工作、應(yīng)用等發(fā)展進(jìn)行分析與總結(jié)。

1 混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本組成及作用

目前，混合動(dòng)力系統(tǒng)大部分指采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，通過混合使用熱能和電力組成的兩套動(dòng)力系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種不同的集成化混合動(dòng)力總成形式結(jié)構(gòu)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的主要部件為內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池、混合動(dòng)力控制設(shè)備等[1-3]。其中，內(nèi)燃機(jī)作為混合動(dòng)力系統(tǒng)的第一動(dòng)力供給者，需要保持長時(shí)間的高功率運(yùn)轉(zhuǎn)，目前仍缺乏基于混合動(dòng)力系統(tǒng)專門開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)，廣泛地采用的仍為傳統(tǒng)的四沖程內(nèi)燃機(jī)、二沖程內(nèi)燃機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)，作為輔助的動(dòng)力供給驅(qū)動(dòng)，具有降低排放、減少污染的作用；根據(jù)不同電動(dòng)機(jī)類別可以組建不同類型的混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車，目前多數(shù)采用了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)。而蓄電池系統(tǒng)主要起到了混合動(dòng)力系統(tǒng)電力存儲(chǔ)的作用，兩套蓄電池系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)為車上常規(guī)的用電器提供電壓和將直流轉(zhuǎn)換后給電機(jī)提供交流電能。除此之外，混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行離不開以計(jì)算機(jī)為中心的動(dòng)力控制系統(tǒng)，包括了發(fā)動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、信號(hào)反饋及檢測裝置等組成部分，保障了混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能的同時(shí)還高效的發(fā)揮了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助作用。

2 混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作過程與性能

混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力供給有發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)混合集成，根據(jù)車輛運(yùn)行與駕駛過程中的載荷所需的動(dòng)力需求相配合，進(jìn)而決定了混合動(dòng)力系統(tǒng)中兩不同動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)作和啟停模式?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力供給主要包括單發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電力系統(tǒng)單獨(dú)向載荷提供動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)共同為載荷提供動(dòng)力這幾種方式與過程[2-4]。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能；當(dāng)電動(dòng)車處于低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行模式及邏輯是為了在確保發(fā)動(dòng)機(jī)效率趨于最佳值的同時(shí)，最大程度的減少廢氣的排放。以混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)油運(yùn)行機(jī)理為例，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)只需要提供穩(wěn)態(tài)功率，加速和爬坡過程中的峰值功率則需要由電機(jī)系統(tǒng)提供，在這個(gè)過程中則前后啟動(dòng)了電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)兩套動(dòng)力供給系統(tǒng)，兩者協(xié)同工作，可以在采用小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的環(huán)境下，進(jìn)而減少動(dòng)力系統(tǒng)的功率損失，降低油耗；而電機(jī)系統(tǒng)具有零速度啟動(dòng)、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，因此在混合動(dòng)力汽車行駛過程中如若遇到短時(shí)制動(dòng)停車的情況時(shí)，可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，由電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)供給動(dòng)力，進(jìn)而取消怠速?？偟膩碚f，由于混合動(dòng)力系統(tǒng)具有兩套動(dòng)力供給源，在運(yùn)行中需要通過各動(dòng)力源合理配合，進(jìn)而使得動(dòng)力系統(tǒng)長期在高效區(qū)運(yùn)行。

3 混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

混合動(dòng)力系統(tǒng)，與混合動(dòng)力汽車行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)及趨勢密切相關(guān)，其重要性不言而喻。如何持續(xù)高效促進(jìn)混合動(dòng)力系統(tǒng)的創(chuàng)新與優(yōu)化，是我們需要深入探討的問題。因此，本文就混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展提出以下幾點(diǎn)思考[3-5]。

（1）持續(xù)探究并努力攻克混合動(dòng)力系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，持續(xù)提升混合動(dòng)力汽車各項(xiàng)指標(biāo)性能?；旌蟿?dòng)力單元技術(shù)、能量存儲(chǔ)技術(shù)、汽車集成電力電子模塊技術(shù)等都是混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)中需要解決的難點(diǎn)與重點(diǎn)，只有提高研發(fā)、技術(shù)能力，那么才能不斷促進(jìn)混合動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展。

（2）重視混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車的戰(zhàn)略發(fā)展地位，促進(jìn)混合動(dòng)力汽車發(fā)展在實(shí)用化和大規(guī)模量產(chǎn)商業(yè)化階段走向成熟。技術(shù)是混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車發(fā)展的基礎(chǔ)，而對于混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略路線規(guī)劃、政策扶持等也是不可或缺的，只有相配套的戰(zhàn)略與環(huán)境保障，那么混合動(dòng)力系統(tǒng)的持續(xù)進(jìn)步與創(chuàng)新發(fā)展。

（3）綜合技術(shù)要求、開發(fā)成本和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢特征，提升混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車在新能源產(chǎn)業(yè)鏈中的核心價(jià)值與位置?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的諸多優(yōu)勢，使得其產(chǎn)業(yè)化和市場化具備了應(yīng)用投產(chǎn)的可行性，進(jìn)而使發(fā)展混合動(dòng)力汽車成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向。

4 結(jié)語

在汽車技術(shù)不斷完善的當(dāng)下，混合動(dòng)力汽車的發(fā)展必定會(huì)因其既能延續(xù)汽油機(jī)的工業(yè)基礎(chǔ)、又能成為電動(dòng)車技術(shù)“試驗(yàn)田”載體而取得長足發(fā)展，為降低汽車污染物排放、環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。因此，加大對混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車的技術(shù)探究，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國混合動(dòng)力系統(tǒng)及汽車的自主創(chuàng)新與發(fā)展。

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