混合動力汽車概述

吳俊鋒

摘 要：為解決能源問題和環(huán)境問題，在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車和純電動汽車進行過渡，混合動力汽車在此背景下不斷發(fā)展。混合動力汽車是指燃油動力加電力的汽車。它的混合動力總成主要包括發(fā)動機和電動機，結(jié)合發(fā)動機和電動機各自的優(yōu)點;內(nèi)置動力分離裝置的混合動力專用變速器、鎳氫電池組和動力控制總成等部件。

關(guān)鍵詞：混合動力汽車 串聯(lián)式 并聯(lián)式 混聯(lián)式

混合動力汽車擁有兩種或者兩種以上的動力源。根據(jù)不同的動力源的布置方式，混合動力汽車主要可以分為串聯(lián)式混合動力汽車、并聯(lián)式混合動力汽車和混聯(lián)式混合動力汽車。典型的是串聯(lián)和并聯(lián)兩種構(gòu)型方式，兩者的主要不同之處在于動力源和車輪的連接方式的不同，混聯(lián)式構(gòu)型則是融合了以上兩種構(gòu)型方式的優(yōu)點。

1. 串聯(lián)式混合動力汽車

在串聯(lián)式混合動力汽車當中，通常是將發(fā)動機和發(fā)電機這兩個部件做成一體，組成APU。發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，所產(chǎn)生的電能通過控制器直接送到發(fā)動機，有發(fā)動機產(chǎn)生驅(qū)動力矩從而驅(qū)動汽車。電池實際上起到平衡發(fā)動機-發(fā)電機組輸出功率和電動機輸入功率的作用：當發(fā)電機發(fā)出的功率高于電動機所需要的功率時（當汽車減速滑行、低速行駛或者短時停車等工況），控制器控制發(fā)電機向電池充電;當發(fā)電機發(fā)出的功率低于電動機所需要的功率時（當汽車起步、加速、高速行駛和爬坡等工況），電池則會向電動機提供額外的電能。

串聯(lián)式混合動力汽車的傳動形式和其他種類的混合動力汽車的傳動形式（并聯(lián)、混聯(lián)）相比較，具有自己明顯的特點和優(yōu)勢：

1.發(fā)動機和發(fā)電機、傳動系之間沒有直接的機械連接，使整車布置的自由度較大，同時也使得發(fā)動機的工作狀態(tài)不會受到汽車行駛狀態(tài)的影響，發(fā)動機能夠保持在穩(wěn)定、高效、低排放的運行狀態(tài)下工作，使得汽車具有良好的燃油經(jīng)濟性和較低的污染物排放。

2.在串聯(lián)式混合動力汽車上，由于發(fā)動機帶動發(fā)電機所產(chǎn)生的電能和電池組輸出的電能共同帶動電動機來驅(qū)動汽車行駛，電力驅(qū)動式其唯一的驅(qū)動模式，因而控制技術(shù)比較簡單。

3.串聯(lián)傳動形式的驅(qū)動模式?jīng)Q定了電動機的功率應(yīng)該接近或者等于汽車所需要的最大驅(qū)動功率，因此電動機的功率較大，外形和質(zhì)量也都較大。所以串聯(lián)布置形式在中小汽車上不容易實現(xiàn)。

4.在發(fā)動機-發(fā)電機-電動機系統(tǒng)中的熱能-電能-機械能的能量轉(zhuǎn)換當中，能量損失比較大，因此，串聯(lián)式混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性和并聯(lián)式混合動力汽車相比較差。

5.該傳動形式更加適合用于在路況復(fù)雜的城市內(nèi)公路行駛的車輛。在環(huán)保要求較高的市區(qū)，汽車在起步和低速行駛時也可以關(guān)閉發(fā)動機進入純電動狀態(tài)，使得汽車達到零排放的要求。

串聯(lián)式混合動力汽車驅(qū)動功率的直接來源是驅(qū)動電機，而發(fā)動機-發(fā)電機組和電池組作為驅(qū)動電機動力的來源，二者之間可以相互協(xié)調(diào)，根據(jù)各自不同的工作特點對各自工作狀態(tài)和工作形式進行補充，達到節(jié)能減排的目的。和并聯(lián)傳動形式的混合動力汽車一樣，串聯(lián)式混合動力汽車也可以解決傳動汽車發(fā)動機功率偏高的問題并且消除發(fā)動機怠速，并且能夠在制動時通過電機回收制動能量。除此之外，串聯(lián)式混合動力汽車還有一個顯著的優(yōu)點：可以更好地進行發(fā)動機的區(qū)域控制，優(yōu)化發(fā)動機的工作區(qū)域，使得發(fā)動機始終工作在高效、低排放的區(qū)域內(nèi)，由此提高車輛的燃油經(jīng)濟性能并且降低排放。這是由于串聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機和傳動系之間沒有直接的機械連接而只有電氣連接，發(fā)動機的工作狀態(tài)可以不受汽車行駛狀態(tài)的約束。此優(yōu)點是串聯(lián)式混合動力汽車得到人們認可的重要原因。

2. 并聯(lián)式混合動力汽車

并聯(lián)式混合動力汽車采用內(nèi)燃機和電動機兩套各自獨立的驅(qū)動系統(tǒng)。內(nèi)燃機可以單獨驅(qū)動車輛，電動機也可以單獨驅(qū)動車輛，內(nèi)燃機與電動機還可以聯(lián)合驅(qū)動車輛，當內(nèi)燃機輸出的功率大于驅(qū)動車輛所需要的功率或者再生制動時，電動機將工作在發(fā)電機狀態(tài)，將多余的能量轉(zhuǎn)化成為電能充入蓄電池。顯然，并聯(lián)式混合動力汽車能夠減少汽車尾氣的排放以及燃油消耗量。

并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以簡單理解為在普通汽車的基礎(chǔ)上加裝一套電能驅(qū)動系統(tǒng)（電動機和動力電池），發(fā)動機和電動機能單獨驅(qū)動車輪，也可以同時工作，共同驅(qū)動車輛行駛。當動力電池電量不足的時候，發(fā)動機還能帶動發(fā)電機反轉(zhuǎn)為動力電池充電。

并聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合動力車型一般有三種模式。

1.純電模式。發(fā)動機關(guān)閉，電池為電動機供電，驅(qū)動車輛行駛，該模式多用于中低速行駛，也有部分車型可以實現(xiàn)高速巡航。

2.純油模式。發(fā)動機啟動，驅(qū)動車輛行駛，同時能夠帶動發(fā)電機反轉(zhuǎn)為動力電池充電。

3.混合模式。發(fā)動機和電動機同時起動，驅(qū)動車輛行駛，該模式多用于爬坡、急加速以及其他高負荷工作的狀況。

與串聯(lián)結(jié)構(gòu)不同的是，并聯(lián)結(jié)構(gòu)中的發(fā)動機和電動機可以同時驅(qū)動汽車，動力性能更加優(yōu)越。

1.由于發(fā)動機的機械能可以直接輸出到汽車驅(qū)動軸，中間沒有能量轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比較，系統(tǒng)效率高，燃油消耗較少。

2.電動機同時又可以作為發(fā)電機使用，系統(tǒng)僅有發(fā)動機和電動機兩個動力總成，整車質(zhì)量下降和成本大大降低

3.設(shè)備功率較小，附加的設(shè)備費用也較低。

由于發(fā)動機與車輛驅(qū)動輪之間有直接的機械連接，發(fā)動機運行工況不可避免地受到汽車具體行駛工況的影響，要維持發(fā)動機在最佳工作區(qū)工作，則需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)和控制策略

3. 混聯(lián)式混合動力汽車

混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點。其主要的衍生結(jié)構(gòu)由開關(guān)式和分路式兩種。

開關(guān)式是通過離合器的結(jié)合與脫離來實現(xiàn)串聯(lián)分支與并聯(lián)分支間的相互切換：離合器分離，切斷發(fā)動機和電動機與驅(qū)動輪的機械連接，系統(tǒng)以串聯(lián)模式運行;離合器接合，發(fā)動機與驅(qū)動輪有了機械連接，系統(tǒng)以并聯(lián)模式運行。

分路式是串聯(lián)分支與并聯(lián)分支都始終處于工作狀態(tài)，而由行星齒輪傳統(tǒng)在串聯(lián)分支和并聯(lián)分支間進行發(fā)動機輸出能量的合理分配。此結(jié)構(gòu)可以通過發(fā)電機對串聯(lián)分支實施各種控制，同時又可以通過并聯(lián)分支來維持發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的機械連接，最終實現(xiàn)對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制。

混聯(lián)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點和使用優(yōu)點更加接近于并聯(lián)結(jié)構(gòu)車型，但混聯(lián)的驅(qū)動模式更加豐富，在并聯(lián)的混合驅(qū)動模式基礎(chǔ)上，加入了充電功能，這就意味著發(fā)動機和電動機全力驅(qū)動車輛時不用擔心電量消耗的問題。

參考文獻：

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