油電混合動力汽車的技術現狀與發展前景

陳福云

（江蘇省淮安生物工程高等職業學校，江蘇 淮安 223200）

隨著石油供應的日趨緊缺和環境污染的日益加劇，以電能為動力、節能環保為特色的電動汽車越來越受到業界的關注。純電動汽車技術相對簡單成熟，但是蓄電池存量太少，壽命短，價格高，這些因素導致電動汽車的性價比難以勝過傳統燃油汽車，因此融合燃油汽車和電動汽車各自優點的油電混合動力汽車（HEV）異軍突起，油電混合動力汽車不僅燃油經濟性能高，而且行駛性能優越。雖然混合動力汽車的發動機要使用燃油，但是在起步、加速時有電動馬達輔助，因此可降低油耗，使其成為當前汽車技術發展的熱點。

1 油電混合動力汽車的分類

油電混合動力汽車將電力驅動和輔助動力單元合用到一輛汽車上，輔助動力單元通常采用一臺發動機或動力發動機組，排放少，效率高同時提高汽車行駛速度，加大行駛里程，延長了蓄電池的使用壽命，根據動力系統的連接方式，混合動力汽車基本上可分為三類：串聯式、并聯式和混聯式。

1.1 串聯式油電混合動力汽車

串聯式混合動力系統主要有燃油發動機、發電機、驅動電機和動力電池等裝置以串聯方式連接而成，也稱增程式電動汽車動力系統（如圖1所示）。其結構最為簡單，發動機不能直接驅動汽車，而是驅動發動機發電后發動機給汽車提供動力，接近于純電動汽車，主要優點是在城市行駛時，可只用蓄電池電能驅動，能實現“零污染”行駛，發動機能夠保持在穩定、高效、低污染的狀態下運轉，將有害氣體控制在最低范圍。但是由于能量轉換先將機械能轉化為電能，再由電能轉化為機械能，二次能量的轉化勢必造成能量損失導致其效率較低，另外龐大的動力電池組和驅動電動機，外形尺寸較大，質量也較大，選擇難度大，較適合在大型客車上采用，在中小型車上布置有一定的困難，我國車企很少采用此種結構。

圖1 串聯式油電混合動力示意圖

1.2 并聯式油電混合動力汽車

并聯式油電混合動力汽車主要由發動機、耦合器、變速器、電動機、功率變速器以及蓄電池組成，發動機和電動機是并列連接的（如圖2所示）。實質上就是在傳統燃油汽車上加裝一套電動機和動力電池的驅動系統，驅動車輛的機械動力主要來自兩部分，一是由內燃機通過燃燒燃油將化學能轉化成機械能驅動車輛；二是驅動電機通過將動力電池中儲存的電能轉換成機械能驅動車輛，即內燃機和驅動電機共同參與驅動車輛行駛。所以其具有發動機和驅動電機兩個動力總成，每個動力總成的功率設計為車輛驅動功率的50%～100%即可，動力性比較出色，質量和體積要小很多，比較適合于經常在郊區和高速公路上行駛的汽車，當汽車在市區行駛時，可以只使用二次電池，避免發動機的排氣污染；另外其沒有串聯結構的二次能量轉換，其能量損失小，油耗也相對更低，但是復雜的結構帶來了高成本，導致其經濟性和環保性均較差，我國大部分車企采用這種結構源于其出色的動力系統。

圖2 并聯式油電混合動力示意圖

1.3 混聯式油電混合動力汽車

混聯式混合動力汽車主要由發動機、發電機、電動機、離合器以及蓄電池組成（如圖3所示），也稱為串并聯混合式動力汽車、串并聯式混合動力汽車、混聯式混合動力汽車等，其實就是在并聯結構的基礎上再添加一個發電機，其特點是兼備了串并聯結構各自的優點，單橋驅動的混聯式混合電動汽車的典型系統是豐田Prius的動力系統。混聯式混合動力汽車的主要結構特點是具有功率分配裝置，能根據汽車行駛工況對發動機功率中用于直接驅動汽車的功率和用于發電的功率的比例進行分配。在汽車正常行駛時，發動機的功率全部用于直接驅動汽車行駛；在全負荷、加速行駛時，發動機與蓄電池共同提供動力驅動汽車行駛；在停車或滑行時，發動機的功率全部驅動發電機向電池充電。從能源轉換效率和汽車的行駛性能比較來看，混聯式混合動力汽車的性能明顯好于串聯式和并聯式系統，目前仍是最有影響力的混合動力汽車。

圖3 混聯式油電混合動力示意圖

2 油電混合動力汽車的技術現狀

2.1 世界混合動力汽車的技術發展現狀

混合動力汽車的研究始于20世紀80年代，美國、日本、歐洲等國家各大知名汽車公司紛紛開始研制和開發混合動力汽車，特別是進入21世紀后，各國加快了混合動力汽車的產品化進程，相繼推出了不同型式的混合動力汽車產品，具有典型性的代表產品有日本豐田公司的Prius、本田公司的Insight、美國通用公司的Precept等，其成熟的技術和先進的設備已經進入到實用化和商品化的階段。

2.2 我國混合動力汽車的技術發展現狀

我國從上世紀90年代末開始了混合動力汽車的研制和開發工作，1999年，清華大學與廈門金龍聯合汽車工業有限公司合作研制成功國內第一輛混合動力輕型客車。自此后，我國高度重視混合動力汽車的研發，并將其列入了“863”重大單項內容。目前比較有典型性的代表產品有比亞迪秦、榮威550Plug-in、傳祺GA5增程版，其技術和銷量都在呈上升趨勢，加速了推動我國混合動力汽車的發展進程。

3 油電混合動力汽車未來發展的前景

（1）混合動力技術是汽車動力系統最大的突破，其為汽車動力系統的轉型奠定了基礎。能源緊缺問題已經是世界范圍內的共性問題，在這個大環境下，混合動力汽車的發展符合社會發展的趨勢，是現階段解決能源問題的有效措施。

（2）混合動力汽車排放量小，污染少，符合“低碳經濟”的發展要求。混合動力汽車的優點是發動機持續工作時間長，動力性好，同時結合電動機無污染、噪聲小的好處，二者有機結合可以大大降低污染。

（3）雖然發動機排放污染物，但是由于其主要工作在最佳工況點附近，所以能減少汽車上內燃機改變工況特別是低速、怠速時的排放，另外可以回收制動能量，使混合動力汽車成為較低排放的節能汽車；還可以借助發動機輸出的動力直接帶動車內空調、暖風、真空助力器、動力轉向等汽車電器附件，無需再消耗電池組內有限的電能，這樣真正達到了節能的優點。

（4）目前混合動力汽車發展的主要難點是其成本過高，蓄電池、電機驅動系統、電子控制系統等的成本是其技術發展的首要難題。應該從混合動力汽車的設計和制造階段著手，解決蓄電池的使用壽命和可靠性問題，進而解決混合動力汽車的可靠性和成本，未來汽車發展的趨勢不僅要成本低，還要排量低、污染小。

4 結語

油電混合動力汽車是傳統汽車時代向新能源汽車時代的過渡車型技術，也是目前新能源汽車中最具有產業化和市場化前景的車型，其發展方向是零排放、無污染，雖然它不是電動汽車發展的最終形式，但是以其特色的節能環保性在當前會有非常好的發展前景。