混合動力技術(shù)的新能源汽車應(yīng)用分析

摘要：社會經(jīng)濟快速發(fā)展下，汽車進(jìn)入各家各戶，汽車數(shù)量不斷增加，能源、環(huán)境等問題逐漸成為社會各界關(guān)注的重點，新能源汽車順勢而生。新能源汽車不僅可以滿足交通出行需求，還能減少能源消耗，實現(xiàn)對環(huán)境的有效保護(hù)?；旌蟿恿儆谛履茉雌囍休^為常見的動力形式，能夠?qū)崿F(xiàn)電動機與內(nèi)燃機的混合驅(qū)動，當(dāng)前該技術(shù)仍處于探究階段，對其進(jìn)行分析具有較大的現(xiàn)實意義?；诖?，從混合動力汽車技術(shù)概述入手，分析發(fā)展新能源混合動力汽車技術(shù)的意義，對混合動力技術(shù)的新能源汽車應(yīng)用進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；混合動力技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：U469.7 收稿日期：2023-04-28

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.009

1 前言

目前，我國汽車擁有量在世界范圍內(nèi)位于首位。汽車已成為家庭的一個重要的出行工具。為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，減少汽車行業(yè)發(fā)展對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，新能源汽車進(jìn)入人們的視野中，得到了較多人的認(rèn)可。新能源汽車在行駛環(huán)節(jié)可將太陽能、電能、燃油作為動力能源。新能源汽車發(fā)展離不開混合動力技術(shù)的支持，在該技術(shù)條件下，能夠使多種能源混合，綜合為汽車行駛提供動力，有效轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)汽車的耗能方式，因此新能源汽車擁有較大的發(fā)展前景，值得深入研究。

2 混合動力汽車技術(shù)概述

混合動力一般表示油電混合動力，即燃料（汽油、柴油等）和電能的混合。該技術(shù)主要優(yōu)點為：整車工作中，能夠優(yōu)化燃油消耗與排放，在某些工況下能夠使駕駛?cè)藛T獲得安靜的駕駛環(huán)境，實現(xiàn)發(fā)動機技術(shù)的有效利用，還能使駕駛員獲得更高的駕駛樂趣。該技術(shù)的主要缺點為：系統(tǒng)更加復(fù)雜，系統(tǒng)會有更大的概率出現(xiàn)質(zhì)量問題，維修與保養(yǎng)難度大；由于電池的使用，需要重點考慮電池的使用壽命與穩(wěn)定性，會在一定程度上增加成本；市場認(rèn)可度提升需要較長的時間?；旌蟿恿φ嚮旌铣潭缺硎景l(fā)動機與電動機的功率比例，根據(jù)現(xiàn)階段主流技術(shù)可以達(dá)到的混合程度，混合動力整車可分為四類，即弱混、中混、重混、插電混。混合動力整車的混合程度分類如表1所示。

3 發(fā)展新能源混合動力汽車技術(shù)的意義

a.保護(hù)環(huán)境。石油屬于傳統(tǒng)汽車的主要燃料，是一種不可再生非清潔能源。汽車在不斷發(fā)展中對石油的需求量也會持續(xù)增加，進(jìn)而會加快石油消耗，且汽車尾氣排放增多，也會使環(huán)境發(fā)生更為嚴(yán)重的污染。因此，將混合動力技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車中，能夠有效保護(hù)環(huán)境。該技術(shù)支持下，其他清潔能源也可作為汽車的動力，可解決汽車單純將石油作為燃料的情況。這在減少石油開采量、節(jié)約資源的同時，促進(jìn)了環(huán)境的健康發(fā)展。汽車使用電能時不會產(chǎn)生尾氣，可減少對周圍環(huán)境的污染，有助于維護(hù)環(huán)境健康。

b.節(jié)約能源。燃油屬于傳統(tǒng)汽車的主要動力能源，新時期汽車產(chǎn)量及使用量不斷增多，使得石油被大量開采，出現(xiàn)了資源浪費的情況，長此以往勢必會將石油資源耗盡，與綠色發(fā)展及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不符。而混合動力技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑶鍧嵞茉醋鳛槠嚨膭恿δ茉?，進(jìn)而減少石油能源消耗，有效節(jié)約能源。相比于純電動汽車，混合動力汽車不會單純依靠電能。純電動汽車長期使用中，會出現(xiàn)大量的報廢電池，導(dǎo)致鋰等能源浪費，無法獲得良好的能源節(jié)約效果。而通過應(yīng)用混合動力技術(shù)，可有效降低汽車對電能的依賴，延長電池使用壽命，減少電池報廢量，從而有效節(jié)約鋰礦能源。因此在新能源汽車中應(yīng)用混合動力電池，可以進(jìn)一步提升資源與能源的利用效率，在節(jié)約能源的同時，有助于促進(jìn)我國綠色發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)。

4 混合動力技術(shù)的新能源汽車應(yīng)用

4.1 制動能量回收技術(shù)

通常情況下，汽車行駛過程中，制動環(huán)節(jié)會損失35%～80%的能量。電動汽車制動環(huán)節(jié)，利用電氣系統(tǒng)，能夠?qū)p失的能量從驅(qū)動輪向蓄電池進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)到68%，從而使汽車?yán)m(xù)航里程有所增加[1]。通過回收汽車制動環(huán)節(jié)損失的能量，可獲得明顯的經(jīng)濟效益。

混合動力汽車中，電動機不僅能夠?qū)㈦娔芟驒C械能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，還能通過發(fā)電機發(fā)電。新能源汽車制動或減速時，會啟動再生制動系統(tǒng)?；旌蟿恿ζ髽I(yè)再生制動系統(tǒng)可通過減小運行頻率來實現(xiàn)對電機停止與減速的控制。當(dāng)變頻器變頻小時，相應(yīng)地會降低電機轉(zhuǎn)速。因為機械慣性的存在而使電動機轉(zhuǎn)速不變，或轉(zhuǎn)速變化相對滯后時，會出現(xiàn)實際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速的情況，此時變頻器直流端電壓會低于電機反電動勢，使得電動機變?yōu)榘l(fā)電機，不會出現(xiàn)電能消耗，還能在變頻器專用型能量回饋單元的應(yīng)用下，使電源獲得電力。因此，一方面可獲得良好的制動效果，另一方面可實現(xiàn)能量回收。制動能量回收技術(shù)更加適用于城市工況，不過城市工況車速通常不會太快，加上制動概率較小，所以后期研究中，應(yīng)將中輕度制動能量回收作為研究重點。

4.2 混合動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

根據(jù)控制方式來劃分，協(xié)調(diào)控制能夠分為兩種模式：a.手動模式，該模式下汽車駕駛員應(yīng)結(jié)合自身判斷，進(jìn)行能量再生裝置手動開啟；b.自動模糊，表示汽車電控單元獲得車速、制動壓力、踏板力等信號，會與傳感器感知信號做對比分析，同時在各功能間進(jìn)行信號的自動轉(zhuǎn)換，共同完成任務(wù)。

協(xié)調(diào)控制策略主要表現(xiàn)如下：

a.協(xié)調(diào)控制制動能量再生裝置與車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)。汽車急轉(zhuǎn)彎、行駛在壞路地段時，為使汽車行駛平穩(wěn)、順利，在穩(wěn)定控制系統(tǒng)開始工作后，應(yīng)實現(xiàn)與能量回收裝置的良好協(xié)調(diào)。通過科學(xué)調(diào)整車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)制動力，對車輛橫擺角速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保汽車行駛的平穩(wěn)性。并且將儲能裝置回收的能量向制動能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可使地面?zhèn)认蚍醋饔昧Φ玫矫黠@降低，以免汽車行駛環(huán)節(jié)受到不良影響，發(fā)生相應(yīng)風(fēng)險問題[2]。

b.協(xié)調(diào)控制制動能量再生裝置與制動防抱死系統(tǒng)。兩者均是通過對制動力大小做出改變而達(dá)到剎車的目的。不過制動防抱死系統(tǒng)對制動力進(jìn)行調(diào)節(jié)，是向理想狀態(tài)調(diào)整驅(qū)動輪滑移率，以免汽車發(fā)生轉(zhuǎn)向失靈或側(cè)滑情況，制動防抱死系統(tǒng)如圖1所示。兩者存在不同的工作原理，實際發(fā)揮作用時，會存在相互干涉情況，所以應(yīng)做好協(xié)調(diào)控制工作。電控單元會借助傳感器傳來的數(shù)據(jù)，通過全面分析，科學(xué)做出判斷。若油管壓力突然增大，則表示汽車正進(jìn)行急剎車，為防止出現(xiàn)抱死情況，需要對制動力矩合理控制，不可過大。

4.3 動力電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)屬于連接電動汽車與車載動力電池的關(guān)鍵部分。電池組工作環(huán)節(jié)中需要與電機、汽車引擎等元件良好配合，并且還應(yīng)為其他各類電子設(shè)備提供電能。電池組工作性能會受到外界環(huán)境與自身情況的影響，所以混合動力汽車動力電池管理系統(tǒng)不可或缺。該系統(tǒng)運行中能夠?qū)㈦姵叵嚓P(guān)動態(tài)向電控單元時刻反饋，包括電池溫度、發(fā)出電流大小、剩余電量等，同時可以通過有效的措施進(jìn)行處理。該系統(tǒng)的功能如下：

a.電池間的連接方式不同，其工作狀態(tài)會存在較大差異，一組電池中，各個電池的工作狀態(tài)也存在較大不同，所以需要對傳感裝置反饋的各種信息進(jìn)行實時收集，如剩余電量、溫度、電壓及電流等。

b.電控單元[3]。結(jié)合反饋的數(shù)據(jù)信息，對電池是否在正常狀態(tài)進(jìn)行判斷，如對電池負(fù)載程度大小、供給用電器電量余值、電流、電壓等情況進(jìn)行判斷，了解電池的工作狀態(tài)，同時將檢測到的危險及時向發(fā)動機控制單元進(jìn)行反饋，確保電池始終處于良好的工作狀態(tài)。

c.發(fā)現(xiàn)問題后，應(yīng)及時進(jìn)行處理，例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池發(fā)熱時，需要利用冷卻系統(tǒng)對電池進(jìn)行降溫；當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池負(fù)載過大時，需要將多余的耗能元件適時關(guān)閉，同時對電流、電壓大小做出調(diào)節(jié)。所以，電池管理系統(tǒng)中應(yīng)涉及保護(hù)電源，信息實時反饋，分析反饋的信息，同時進(jìn)行處理，確保電池處于最佳狀態(tài)，延長電池使用期限。

4.4 電池管理策略

a.根據(jù)規(guī)則開展電池管理工作。電池管理策略應(yīng)邏輯清晰，且開發(fā)周期短，對汽車控制意義重大。汽車處于不同行駛工況時，動力電池工作狀態(tài)會存在較大不同。同時，不同電池組在連接方式上會存在較大差異，所以應(yīng)通過不同的策略進(jìn)行管理?；旌蟿託馄囍?，基于規(guī)則的電池管理屬于首選方案，這種方案操作便利、步驟較少，主要存在兩種管理策略：一種是將確定規(guī)則作為基礎(chǔ)的管理策略；另一種是將模糊性規(guī)則作為基礎(chǔ)的管理策略。其中，將確定規(guī)則作為基礎(chǔ)的管理策略應(yīng)用較廣，便于操作，主要是借助各類傳感器、發(fā)動機控制單元、執(zhí)行機構(gòu)開展能量管理工作。具體實施辦法為：當(dāng)車速較慢、電瓶剩余較多電量時，汽車只由電池進(jìn)行驅(qū)動，此時引擎處于熄火狀態(tài)；當(dāng)汽車行駛處于中等車速時，電動機則會停止工作；如果汽車在高速行駛狀態(tài)，當(dāng)其經(jīng)過陡坡路段時，則需要用到混合驅(qū)動模式。

b.其他管理策略。電池其他管理策略有很多種，較為常見的有功率跟蹤策略、全局優(yōu)化管理策略、非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化管理策略[4]。其中，功率跟蹤策略應(yīng)用過程中需要進(jìn)行汽車引擎、電瓶發(fā)出功率相關(guān)數(shù)據(jù)的全面收集，存在工作穩(wěn)定的優(yōu)勢；全局優(yōu)化管理策略，是在其基礎(chǔ)上改進(jìn)獲得的一種管理策略；相比之下，非穩(wěn)態(tài)優(yōu)化管理策略則更加完善。

4.5 電機電控技術(shù)

電機電控在混合動力汽車中處于重要位置，是系統(tǒng)動力中較為關(guān)鍵的一個部件。混動技術(shù)持續(xù)發(fā)展下，電機電控應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)能夠使混合動力汽車的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升。隨著電機電控的不斷發(fā)展，電機電控的國產(chǎn)化更加明顯，由于其存在較大的價格優(yōu)勢，進(jìn)一步打開了混合動力汽車市場。例如，雙林電機、匯川電機、仿真電機等，均屬于市場中常見的電機，這些品牌使國產(chǎn)自主電機電控部件具有較強的代表性。同時，在長期技術(shù)研發(fā)過程中，相比于10年前，電機電控設(shè)計以及生產(chǎn)成本下降了大約50%，有效擴大了混合動力汽車電機電控部件的應(yīng)用范圍。相關(guān)技術(shù)優(yōu)化變革，有效提升了電機電控使用效率，促進(jìn)混合動力技術(shù)發(fā)展，使新能源汽車更具節(jié)能減排優(yōu)勢。

4.6 混動變速箱技術(shù)

通過混動變速箱的應(yīng)用，能夠使混合動力汽車實現(xiàn)新能源混合動力驅(qū)動。尤其是將其應(yīng)用于混合動力汽車時，混動變速箱發(fā)揮著重要作用，屬于混合動力汽車中不可缺少的部件。我國發(fā)展混合動力汽車時，在混動變速箱研發(fā)設(shè)計上關(guān)注力度較大，經(jīng)過不斷努力，當(dāng)前已經(jīng)實現(xiàn)了混動變速箱量化以及國產(chǎn)化生產(chǎn)[5]。同時，由我國自主設(shè)計出的混動變速箱結(jié)構(gòu)相對簡單，且成本更低，具有較大的優(yōu)勢，能夠有效提升混合動力汽車發(fā)展優(yōu)勢。例如，比亞迪汽車中應(yīng)用的DMI系統(tǒng)，屬于我國研發(fā)的一種優(yōu)勢較高的混動變速箱系統(tǒng)，在世界上首屈一指，該系統(tǒng)的研發(fā)成功，使我國混合動力汽車在國際上的地位得到明顯提升?；靹幼兯傧湓O(shè)計環(huán)節(jié)，通常采取的是單電機三離合設(shè)計方案，同時隨著當(dāng)前技術(shù)的不斷更新，應(yīng)用到雙電機P1P3架構(gòu)，使得我國混動變速箱具有更高的設(shè)計以及應(yīng)用優(yōu)勢，也使得混合動力汽車市場得到進(jìn)一步拓寬。

4.7 混動專用發(fā)動機

為配合混動專用變速箱，混動專用發(fā)電機被研發(fā)出來。混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機的工作相對簡單，具體以穩(wěn)態(tài)工作為主。確保發(fā)動機長期穩(wěn)態(tài)工作存在較大優(yōu)勢，能夠結(jié)合功率需求，使工作處于高效區(qū)，保持良好的熱效率[6]?；旌蠈Ｓ冒l(fā)動機能夠充分發(fā)揮出發(fā)動機與電機的優(yōu)勢，在發(fā)動機方面，能夠?qū)崿F(xiàn)增效補能，在電機方面，可提升動力性與瞬態(tài)相應(yīng)。我國較多企業(yè)研發(fā)出的混動專用發(fā)動機，與上一代產(chǎn)品相比，不斷進(jìn)行減法，去除了汽油機高壓直噴技術(shù)，有效減少了技術(shù)成本?，F(xiàn)階段，較多主機廠利用燃燒室、可變截面增壓、進(jìn)配氣優(yōu)化、低壓EGR、米勒循環(huán)以及高壓縮比等技術(shù)，有效提升了發(fā)動機熱效率，提升了約43%，同時使得最優(yōu)效率工作區(qū)域更加寬廣。并且，發(fā)動機簡化硬件設(shè)計后，整套系統(tǒng)成本得到了明顯降低。

5 結(jié)語

在汽車行業(yè)的不斷發(fā)展中，傳統(tǒng)汽車負(fù)面影響因素不斷增多，而新能源汽車在研發(fā)力度上不斷加大，已成為汽車行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。相比于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車能夠更加高效地利用能源，不會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染?；旌蟿恿夹g(shù)在新能源汽車中占有主要位置，可節(jié)約傳統(tǒng)燃料消耗，續(xù)航能力較強。當(dāng)前混合動力技術(shù)仍處于探索研發(fā)階段，未來我國仍需加大混合動力技術(shù)的研發(fā)力度，以便更進(jìn)一步地推進(jìn)新能源汽車的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]宰文潔.新能源汽車混合動力系統(tǒng)探討[J].內(nèi)燃機工程，2022，43（5）：114.

[2]楊大舉.混合動力汽車的控制策略研究[J].專用汽車，2022（9）：34-36.

[3]劉倩.汽車新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究[J].時代汽車，2022（15）：115-117.

[4]楊維剛，楊志超，張學(xué)鋒.新能源混合動力汽車動力電池容量計算及SOC控制[J].汽車電器，2022（5）：16-18.

[5]張景軒，程子健.基于混合動力技術(shù)的新能源汽車應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].南方農(nóng)機，2022，53（10）：152-155.

[6]金傳琦.新能源混合動力汽車能量管理策略研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2022，18（2）：27-30.

作者簡介：

趙坤東，男，1987年生，講師，研究方向為教學(xué)。