混合動力汽車綜述

李亞文 金洋 劉勝權 嚴行

摘 要：隨著世界經濟的持續增長和世界人口的增加、人民生活水平的提高，人均能源消耗將會高速增加，環境污染會變得更加嚴重。開發新的替代能源、提高熱能轉換效率和節約能源被認為是解決或緩解環境污染和保障能源供給的有效辦法。汽車燃油發動機是消耗礦石能源和制造環境污染的大戶，研發替代燃油發動機的新動力勢所必然。替代燃油發動機汽車的方案也越來越多，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車等。但目前最有實用性價值并已有商業化運轉的模式，只有混合動力電動汽車。本文介紹了混合動力電動汽車（HEV）的概念、HEV動力總成的組成及型式。

關鍵詞：混合動力電動汽車；串聯；并聯；混聯；驅動模式

根據國際機電委員會下屬的電力機動車技術委員會的建議，混合動力電動汽車是指由兩種和兩種以上的儲能器、能源或轉換器作驅動能源，其中至少有一種能源提供電能的車輛稱為混合動力電動汽車。本文介紹的是既有內燃機又有電動機驅動的混合動力電動汽車。混合動力電動汽車的關鍵是混合動力系統，它的性能直接關系到混合動力汽車整車性能。經過十多年的發展，混合動力系統總成已從原來發動機與電機離散結構向發動機、電機和變速器一體化結構發展，即集成化混合動力總成系統。

1混合動力總成分類

混合動力總成按照驅動系統能量流和功率流的配置結構關系，可分為串聯式（兩種）、并聯式和混聯式。

1.1串聯式動力由發動機、發電機和電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯的方式組成SHEV的動力單元系統，發動機驅動發電機發電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時由電池驅動電動機驅動車輪，大負荷時由發動機帶動發電機發電驅動電動機。當車輛處啟動、加速、爬坡工況時，發動機-電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當電動車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅動電動機，當電池組缺電時則由發動機-發電機組向電池組充電。

串聯式結構適用于城市內頻繁起步和低速運行工況，可以將發動機調整在最佳工況點附近穩定運轉，通過調整電池和電動機的輸出來達到調整車速的目的。使發動機避免了怠速和低速運轉的工況，從而提高了發動機的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換，機械效率較低。

1.2并聯式系統的發動機和電動機共同驅動汽車，發動機與電動機分屬兩套系統，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動。當汽車加速爬坡時，電動機和發動機能夠同時向傳動機構提供動力，一旦汽車車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發動機維持該速度。電動機既可以作電動機又可以作發電機使用，又稱為電動-發電機組。由于沒有單獨的發電機，發動機可以直接通過傳動機構驅動車輪，這種裝置更接近傳統的汽車驅動系統，機械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應用。

1.3混聯式系統包含了串聯式和并聯式的特點。動力系統包括發動機、發電機和電動機，根據助力裝置不同，它又分為發動機為主和電機為主兩種。以發動機為主的形式中，發動機作為主動力源，電機為輔助動力源；以電機為主的形式中，發動機作為輔助動力源，電機為主動力源。該結構的優點是控制方便，缺點是結構比較復雜。

2混合動力車輛類型

按照兩種不同的能量的搭配比例不同，混合動力車輛則有四種類型，即：

2.1 微混合（micro hybrids），有時也叫“起-停混合”，其特點是采用低電壓和低功率的電動機，電動機不驅動車輪，只是使用大功率的起動機，在內燃機起動時，將其曲軸旋轉到較高的轉速。內燃機的起動更加輕松可靠；汽車在減速、制動時還可以使內燃機熄火，電動機則通過再生制動發電給蓄電池充電回收部分能量，這樣都可以達到節省燃油的效果。

2.2 輕度混合（mild hybrids）動力電動汽車的特點是采用高電壓和低功率的電動機，在汽車加速是，電動機作為輔助動力使用。這樣內燃機的排量就可以減小。

2.3全混合（full hybrids）也稱強混合（Strong Hybrid），特點是可以只使用內燃機或電動機驅動車輛，也可二者同時驅動。當然，這需要裝備較大體積、較高電壓的電池。下面要介紹的豐田Prius即屬此類。

2.4 外電源插座充電混合動力汽車（PHEV） ，PHEV是Plug-in Hybrid Electric Vehicle的縮寫。PHEV是指可以使用家用電源插座（例如220V電源）對混合動力車電池充電的混合動力汽車，同時這種混合動力汽車應能單獨依靠電池就能行駛較長距離，但需要時仍然可以像通常的全混合動力汽車一樣工作。例如有一輛可以單獨靠電池行駛50km的PHEV，可利用電池行駛40km，到旅程終點后，插入電源對電池充電；如果旅程超過50km，則開始的50km可以用電池來行駛，超過50km后則可以以通常的混合動力方式行駛，到了旅程終點則再插入電源對電池充電。

目前由于電池尺寸、重量以及其他因素使得PHEV的成本很高，但是隨著電池和混合動力技術的進步，PHEV可能會成為未來的一種汽車。

3結束語

內燃機和電動機結合。啟動時電動機提供額外的扭矩，協助加速；剎車或下坡時，電動機能把部分動能反過來轉換成電能，存儲到電池中。在啟動停止頻繁的市內交通里，這樣就能節省能源。而且，在電動機的支持下，內燃機可以盡可能多的以省油的模式以最優化的轉速運行。為了節能和環保，替代純內燃動力的新一代動力系統，與遙不可及的燃料電池車相比，混合動力是非常現實的選擇。

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（作者單位：武漢科技大學汽車與交通工程學院）