混合動力系統組成及工作過程分析

吳丹+郭賀洋

摘 要：隨著石油供應的日趨緊缺和環境污染的日益加劇，加大對環境保護和降低能耗的研究是各行各業的重要方向，促進了汽車行業中混合動力系統與車輛的發展。設計、開發、投產混合動力車輛成為了節能、環保工作的重要舉措。深入、系統理解混合動力車輛及其主要動力設備的原理及特征具有十分重要的科學意義及應用價值。本文主要論述混合動力系統的組成及作用，并就其未來發展提出幾點思考與展望。

關鍵詞：混合動力發動機；系統組成；工作過程；發展思考

前言

混合動力系統，從廣義范疇來說，擁有至少兩種動力源，并能夠使用其中一種或多種動力源提供部分或者全部動力，是混合動力汽車（復合動力汽車）的主要動力設備。作為混合動力汽車的關鍵組成部分，混合動力發動機的系統組成、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、高效設計、運行混合動力系統，促使其持續處于最佳工況狀態，進而保障汽車在駕駛中具有較好的動力性與較低排放量是發展過程中亟待解決和攻克的問題。因此，本文以混合動力系統為研究對象，就其工作、應用等發展進行分析與總結。

1 混合動力系統的基本組成及作用

目前，混合動力系統大部分指采用傳統的內燃機和電動機作為動力源，通過混合使用熱能和電力組成的兩套動力系統。混合動力系統可以分為串聯式、并聯式和混聯式三種不同的集成化混合動力總成形式結構。混合動力系統的主要部件為內燃機、電動機、電池、混合動力控制設備等[1-3]。其中，內燃機作為混合動力系統的第一動力供給者，需要保持長時間的高功率運轉，目前仍缺乏基于混合動力系統專門開發的發動機，廣泛地采用的仍為傳統的四沖程內燃機、二沖程內燃機、轉子發動機、燃氣輪機和斯特林發動機等。混合動力系統中的電動機，作為輔助的動力供給驅動，具有降低排放、減少污染的作用；根據不同電動機類別可以組建不同類型的混合動力系統及汽車，目前多數采用了感應電動機和永磁電動機。而蓄電池系統主要起到了混合動力系統電力存儲的作用，兩套蓄電池系統分別負責為車上常規的用電器提供電壓和將直流轉換后給電機提供交流電能。除此之外，混合動力系統的運行離不開以計算機為中心的動力控制系統，包括了發動機及其驅動系統、電動機及其驅動系統、信號反饋及檢測裝置等組成部分，保障了混合動力汽車的動力性能的同時還高效的發揮了電動機驅動的輔助作用。

2 混合動力系統的工作過程與性能

混合動力系統的動力供給有發動機動力系統與電力系統混合集成，根據車輛運行與駕駛過程中的載荷所需的動力需求相配合，進而決定了混合動力系統中兩不同動力系統的運作和啟停模式。混合動力系統的動力供給主要包括單發動機驅動模式、電力系統單獨向載荷提供動力、發動機動力系統與電力系統共同為載荷提供動力這幾種方式與過程[2-4]。當車輛處于啟動、加速、爬坡工況況時，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。混合動力系統的運行模式及邏輯是為了在確保發動機效率趨于最佳值的同時，最大程度的減少廢氣的排放。以混合動力系統的節油運行機理為例，發動機系統只需要提供穩態功率，加速和爬坡過程中的峰值功率則需要由電機系統提供，在這個過程中則前后啟動了電動機與發動機兩套動力供給系統，兩者協同工作，可以在采用小功率的發動機運行的環境下，進而減少動力系統的功率損失，降低油耗；而電機系統具有零速度啟動、響應速度快的優點，因此在混合動力汽車行駛過程中如若遇到短時制動停車的情況時，可以關閉發動機系統，由電動機系統供給動力，進而取消怠速。總的來說，由于混合動力系統具有兩套動力供給源，在運行中需要通過各動力源合理配合，進而使得動力系統長期在高效區運行。

3 混合動力系統發展的幾點思考

混合動力系統，與混合動力汽車行業的發展目標及趨勢密切相關，其重要性不言而喻。如何持續高效促進混合動力系統的創新與優化，是我們需要深入探討的問題。因此，本文就混合動力系統的發展提出以下幾點思考[3-5]。

（1）持續探究并努力攻克混合動力系統中的關鍵技術，持續提升混合動力汽車各項指標性能。混合動力單元技術、能量存儲技術、汽車集成電力電子模塊技術等都是混合動力系統及汽車設計生產中需要解決的難點與重點，只有提高研發、技術能力，那么才能不斷促進混合動力系統優化發展。

（2）重視混合動力系統及汽車的戰略發展地位，促進混合動力汽車發展在實用化和大規模量產商業化階段走向成熟。技術是混合動力系統及汽車發展的基礎，而對于混合動力系統發展的戰略路線規劃、政策扶持等也是不可或缺的，只有相配套的戰略與環境保障，那么混合動力系統的持續進步與創新發展。

（3）綜合技術要求、開發成本和節能環保等優勢特征，提升混合動力系統及汽車在新能源產業鏈中的核心價值與位置。混合動力系統的諸多優勢，使得其產業化和市場化具備了應用投產的可行性，進而使發展混合動力汽車成為未來汽車工業發展的方向。

4 結語

在汽車技術不斷完善的當下，混合動力汽車的發展必定會因其既能延續汽油機的工業基礎、又能成為電動車技術“試驗田”載體而取得長足發展，為降低汽車污染物排放、環境保護做出巨大貢獻。因此，加大對混合動力系統及汽車的技術探究，優化系統設計、擴大生產規模，進而實現我國混合動力系統及汽車的自主創新與發展。

參考文獻

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[3]蘇嶺，曾育平，秦大同.插電式混合動力汽車能量管理策略研究現狀和發展趨勢[J].重慶大學學報，2017，40（2）：10-15.

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