混合動(dòng)力汽車機(jī)電電子發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向

文/張磊

1 混合動(dòng)力汽車工作原理簡(jiǎn)介

混合動(dòng)力通常是指油電混合動(dòng)力，也就是汽油、柴油等燃料與電能的混合。在實(shí)際情況中，混合動(dòng)力汽車是由電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)的汽車。

混合動(dòng)力汽車現(xiàn)在的主流方式有串聯(lián)式，并聯(lián)式，混聯(lián)這三種。但總結(jié)起來都離不開控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)以及動(dòng)力電池組。比如在并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車中，由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車。發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)可以獨(dú)立的向汽車傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力。根據(jù)不同的工作情況，既可以共同的驅(qū)動(dòng)汽車，也可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。比如，在汽車需要爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)提供動(dòng)力。在巡航時(shí)，汽車可以僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)來維持速度。作為動(dòng)力輸出的電動(dòng)機(jī)還可以當(dāng)作發(fā)電機(jī)使用，為電池組充電。這樣一來，就可以用較小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)較大排量發(fā)動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力，不僅提升了效率，也沒有犧牲汽車的性能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

2 混合動(dòng)力汽車機(jī)電電子系統(tǒng)發(fā)展史與現(xiàn)狀

混合動(dòng)力汽車中，機(jī)電電子是其重要組成部分，也是混合動(dòng)力得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

2.1 混合動(dòng)力汽車發(fā)展史

混合動(dòng)力汽車在國(guó)外發(fā)展較早，許多知名汽車公司早在上世紀(jì)九十年代就開始投入巨資研究。并將其逐步應(yīng)用于改良電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)方面，還將現(xiàn)代的電子、精密機(jī)械、控制技術(shù)，新型材料等各個(gè)方面的高新技術(shù)融入其中，到目前，其發(fā)展已初具規(guī)模。在這之中，電子技術(shù)更是被廣泛的應(yīng)用在汽車機(jī)電方面的研發(fā)當(dāng)中。作為一種通過電子技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力，混合動(dòng)力車可以很好的發(fā)揮電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在國(guó)內(nèi)，我國(guó)從“十五”期間就開始啟動(dòng)了混合動(dòng)力汽車專題研究。并分別由我國(guó)的一汽和長(zhǎng)安汽車等著名汽車企業(yè)承擔(dān)。各個(gè)汽車公司已經(jīng)完成了從研制到量產(chǎn)的轉(zhuǎn)化，并形成了一定的規(guī)模效益?；旌蟿?dòng)力汽車的用戶也普遍對(duì)混合動(dòng)力汽車評(píng)價(jià)較好。

2.2 混動(dòng)汽車機(jī)電電子系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

混動(dòng)汽車的機(jī)電電子系統(tǒng)是混動(dòng)汽車的核心技術(shù)。目前已經(jīng)形成了較為成熟的機(jī)電電子解決方案，也就是混動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)，這其中包括電池管理系統(tǒng)（BMS），驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器（HEV/EV）系統(tǒng)，整車控制器等。

（1）電池管理系統(tǒng)形成了智能化的工作方案。由于混動(dòng)汽車的電池?cái)?shù)量和容量較大，電池管理系統(tǒng)的重要性不言而喻。包括采用微控制器MCU，模擬前端電池控制器專業(yè)IC等等，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)了符合ISO26262等標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用。

（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)是負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和提供電機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。這其中包括了電動(dòng)機(jī)的高性能微控制器，各種傳感器和功率器件等。目前也已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化。

（3）整車控制器是整個(gè)汽車的核心控制部件，它采集加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)等部件信號(hào)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行管理、調(diào)度、分析和運(yùn)算，做出相應(yīng)判斷后，控制下層各部件控制器的動(dòng)作。整車控制器實(shí)現(xiàn)了能量管理，如整車驅(qū)動(dòng)控制、能量?jī)?yōu)化控制、制動(dòng)回饋控制和網(wǎng)絡(luò)管理等功能。目前在混動(dòng)汽車中，已經(jīng)有滿足汽車應(yīng)用最高功能和安全標(biāo)準(zhǔn)的各種控制器和基礎(chǔ)芯片、驅(qū)動(dòng)IC。

3 混合動(dòng)力汽車的發(fā)展趨勢(shì)

混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)的單一燃料汽車相比，有著諸多優(yōu)勢(shì)。目前，混合動(dòng)力汽車的研發(fā)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向了產(chǎn)業(yè)化，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)形成了良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。而且不僅是在西方發(fā)達(dá)國(guó)家如此，在發(fā)展中國(guó)家也已經(jīng)開始重視混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。

不僅如此，在現(xiàn)階段混合動(dòng)力汽車與純電動(dòng)汽車等新能源汽車也有著較大的優(yōu)勢(shì)，其不僅使用方便，而且技術(shù)較為成熟。成本也相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)性更好。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，目前的混合動(dòng)力汽車的研究還可能沒有達(dá)到巔峰階段，有很多的關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步攻克。尤其是對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)人口大國(guó)，在傳統(tǒng)汽車技術(shù)和汽車混合動(dòng)力技術(shù)方面還不夠先進(jìn)，很多技術(shù)還有待升級(jí)。

但是，由于混合動(dòng)力汽車相比于傳統(tǒng)汽車在節(jié)能減排等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，發(fā)展混合動(dòng)力甚至是純電動(dòng)力的汽車技術(shù)，是未來的必然發(fā)展趨勢(shì)。目前，混合動(dòng)力汽車在機(jī)電電子方面的發(fā)展還有很大的空間，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

3.1 電池技術(shù)

電池技術(shù)是混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能的重要元件。在工作時(shí)的混合動(dòng)力汽車，對(duì)電池的要求很高。尤其是在混動(dòng)工作狀況的汽車在行駛當(dāng)中，電池的工作狀況非常復(fù)雜，經(jīng)常處于非周期性的充電—放電的循環(huán)狀態(tài)中，而且充放電電流和充電速度都要求很高。此外，還要滿足功率密度的需求，使同樣體積、同樣重量的電池能夠儲(chǔ)存更多的電能。目前的電池技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到這一理想狀態(tài)。所以在未來，電池技術(shù)是混合動(dòng)力汽車機(jī)電電子發(fā)展的一個(gè)主要方向。

3.2 優(yōu)化和提升動(dòng)力總成

動(dòng)力總成負(fù)擔(dān)了汽車產(chǎn)生動(dòng)力并傳遞動(dòng)力的工作，這其中有很多機(jī)電和電子的零部件。通過機(jī)電和電子控制技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)力總成得到了優(yōu)化，可以更好的發(fā)揮出混合動(dòng)力汽車的優(yōu)勢(shì)。所以如何更好的加強(qiáng)動(dòng)力總成的效果，是未來混合動(dòng)力汽車機(jī)電發(fā)展的主要問題。

3.3 電機(jī)及電機(jī)控制

混合動(dòng)力汽車除了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，最重要的就是電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。目前應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)組要有直流電機(jī)，永磁無刷電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)等。在未來需要開發(fā)出重量更輕，動(dòng)力更大，體積更小，性能可靠，響應(yīng)迅速的電機(jī)，這樣才能促使混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性更進(jìn)一步的提升。

4 結(jié)束語

在節(jié)能減排的今天，混合動(dòng)力汽車是目前汽車行業(yè)比較好的解決方案。由于傳統(tǒng)汽車是使用石化能源的燃油汽車，無論在排放方面還是節(jié)能性方面其都具有天然的劣勢(shì)。在日益提倡環(huán)保節(jié)能的大環(huán)境下，混合動(dòng)力汽車是燃油車向電動(dòng)車過渡的理想選擇?；旌蟿?dòng)力汽車的機(jī)電電子發(fā)展也體現(xiàn)了這一點(diǎn)，其由傳統(tǒng)的為發(fā)動(dòng)機(jī)服務(wù)，轉(zhuǎn)變到了發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)兼顧并重的局面。未來純電動(dòng)汽車的進(jìn)一步升級(jí)還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，在這段時(shí)間里，不斷的優(yōu)化和發(fā)展混合動(dòng)力汽車的機(jī)電電子技術(shù)，是現(xiàn)實(shí)而又實(shí)際的選擇。