油電混合系統在汽車中的應用分析

龐翔勻

摘要：汽車是當前社會中廣泛應用的交通工具，而汽車是以柴油或汽油等不可再生能源提供動力，并且汽車尾氣等也會產生一定的環境污染。因此，在能源問題、環境問題日益嚴峻的條件下，對新能源的開發和利用就顯得尤為重要。有點混合動力系統，在當前汽車中正逐漸得到應用。混合動力汽車與其它汽車相比，在起步和加速的時候，可以得到電動馬達的輔助，進而達到降低油耗、減少污染的目的。基于此，本文基于油電混合動力汽車的特點，探討了其結構形式和驅動模式，分析了其關鍵技術，并對其能量管理策略進行了分析。

關鍵詞：油電混合系統;汽車;驅動模式;能量管理

前言：在當今社會中，隨著人們經濟的發展，人們的生活水平日益提高，汽車也從以前的奢侈品，轉變為現在的必需品。汽車數量的不斷增加，也使得能源消耗大大增加，同時由此產生的污染問題也日益嚴峻。對此，為了實現汽車行業的可持續發展，人們開始研究新的能源系統——油電混合系統，將不可再生的石油資源和可再生的電力能源混合使用，進而減少油耗，緩解能源問題和環境問題。油電混合汽車作為當前一種新的汽車類型，具有較為獨特的特點，因此，對其展開研究，有利于促進油電混合汽車的進一步發展與完善。

一、油電混合動力汽車的特點

（一）行駛距離長

新能源汽車發展中，純電力汽車價格高昂，行駛里程有限。而油電混合動力汽車，不但能降低成本，還能實現更長的行駛距離。在動力性、行駛能力等方面，油電混合汽車都比較理想，人們在開車出行時，也不需要對電量需求加以考慮，不需要頻繁充電，提高了便利性。另外，電池的使用壽命也能得到延長，從而降低了汽車維護的投入[1]。

（二）能源消耗低

在能源消耗方面，和傳統汽車相比，油電混合汽車也能明顯降低。油電混合汽車能夠發揮自身的特點及優勢，綜合利用油電動力，利用一部分電能，代替燃油消耗，進而實現了對油耗的降低，同時也減少了尾氣排放，降低了對環境的污染，因而在經濟性與環保性方面，都比較理想。

二、油電混合動力汽車的結構形式和驅動模式

（一）結構形式

當前的油電混合動力汽車，主要的結構形式有三種，分別是串聯、并聯、混聯。串聯式結構主要在大型客車中應用較多，如城市公交等。電能轉化后供給電動機工作，以及存儲蓄電池。串聯結構中有相對獨立的發動機、電機控制，能保證燃油發動機的良好工況。并聯式結構中，發動力動力直接向汽車提供動力，無需再轉化為電力，效率比較高，不過，汽車行駛工況會受到發動機運行工況的影響[2]。混合式結構相對復雜，將串聯和并聯式進行了融合，低速運行以串聯式工作，高速運行以并聯式工作。

（二）驅動模式

串聯式結構中，驅動模式為，起步、形式、加速下，發動機和電池共同發出電能，傳遞給功率轉換器，到驅動電機，驅動車輪運轉。輕載時一部分電能充電蓄電池。減速、制動時將動能轉化為電能，充電蓄電池。停車時發動機響電池充電。并聯式結構中，起步、加速時發動機和發電機同時運行，驅動車輛。行駛中發動機提供驅動力，電動機脫離工作。減速制動時電動機工作發電，充電電池。輕載時發動機提供部分功率，并充電電池。混聯式結構中，起步時發動機關閉，蓄電池提供動力。加速時二者同時工作，共同提供動力。行使中電動機關閉，發動機運行提供動力。制動減速時電動機發電，充電電池。行駛中，發動機同時驅動車輛和充電電池。

三、油電混合動力汽車的關鍵技術

（一）電池管理系統

油電混合動力汽車中，電池的能量和密度，對于汽車加速、爬行峰值功率有所影響[3]。在一些路途遙遠的情況下，電池蓄電量容易不足，進而導致行車受限。基于此，開發應用高能量密度電池，同時研發配套的電池狀態監測管理系統，對電池情況實時監測，進而提高電池的使用壽命和應用性能。

（二）機械傳動結構

機械傳動機構是油電混合汽車中的重要部分，采用齒輪傳動、行星排等功率耦合裝置。其中，核心環節耦合裝置的可靠性與效率性，將決定車輛的整體性能。例如在豐田PRIUS中，并不僅僅局限在碳素傳動緩解工作效率方面，同時也注重了對車輛可靠性的提升，將原有的傳動比固定的第二排行星傳動，使用了效果更好的機平行軸齒輪傳動。

（三）電機驅動技術

電動驅動，主要是蓄電池的充放電狀態，對發動機工作的開啟或停止。在油電混合動力汽車中，發動機和電動機相互配合工作，通過多種不同的工作模式搭配，完成系統驅動。其中，電機驅動技術，對于電機運轉效率有直接的影響。所以，對于電機不但要控制質量性能，也應采用優化控制算法，確保其轉矩控制、電機轉速的穩定精確[4]。

（四）關鍵零件技術

油電混合汽車中，動力耦合裝置、傳動裝置、離合器、發動機等，對于汽車性能都有直接影響，同時這些關鍵零部件技術，也決定了汽車的燃油經濟性與動力性能。基于此，可重點改進內燃機，或應用其它類型的熱機。例如，長城公司研發的中型混合動力汽車專用發動機，將壓縮比提高，重新設計配氣相位，優化匹配電噴系統等，使發動機燃油后消耗率、熱效率等明顯改善。

四、油電混合動力汽車的能量管理策略

（一）串聯結構的能量管理

串聯式結構當中，發動機和汽車行駛工況，并沒有直接關系，所以，在能量管理中，重點確保發動機工作的最佳排放區和效率區。同時，結合傳動系統的發電機、電動機、發動機、動力電池等，實現整體效率合理分配及能量優化。在實際應用中，主要可采取恒溫器策略、功率跟蹤式策略、基本規則性策略等方式，實現對油電混合動力汽車的能量管理。

（二）并聯結構的能量管理

并聯式結構當中，能量管理的重點，主要是以轉矩控制為基礎的控制策略，例如靜態邏輯門限策略，對車輛的相關門限參數加以設置，并對動力系統部件工作區域加以限定。瞬時優化能量管理策略，在工況瞬時下，確保系統名義油耗的最小，進而確定電動機工作范圍及工作點。全局最優能量管理策略，建立空間狀態方程，基于特定約束條件，對滿足性能要求最優解進行計算。模糊能量管理策略，以模糊控制方法，對混合動力系統功率分配、工作模式等問題加以解決。

（三）混聯結構的能量管理

混合式結構中，在其特殊傳動系統結構之下，可以參考串聯或并聯結構的能量管理模式。另外，也可采用發動機恒定工作點的策略，在行星齒輪結構下，發動機轉速與車速變化相對獨立，保證發動機最優工作點，提供的轉矩輸出恒定。剩余轉矩供給電動機[5]。動態部分由電動機承擔，避免發動機動態調節的損失。或采用發動機最優工作曲線的管理策略，基于萬有特性圖，在發動機電流需求，比電池接受能力更高，或是電動機驅動電流需求，比電動機允許限制更高的情況下，對發動機工作點加以調整。

結論：油電混合系統，在當前的汽車工業中，正在越來越廣泛的應用。相比于傳統的內燃機汽車，或是純電力能源的汽車，油電混合動力汽車都具有明顯的優勢。在發展中，應注重對關鍵技術的把握，結合汽車的結構形式和驅動模式，采取有效的能量管理策略，保證油電混合汽車良好的性能。

參考文獻：

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[2]潘雍， 胡江民， 于晨，等. 載重車的油電液混合動力系統設計[J]. 機床與液壓， 2016， 44（4）：51-55.

[3]游文娟， 王歸新， 劉興文. 飛輪電池在混合動力電動汽車中的應用分析[J]. 電源技術應用， 2016（4）：7-11.

[4]王昊. 插電式混合動力汽車用密閉與非密閉燃油箱的分析及選擇[J]. 汽車科技， 2016（1）：46-51.

[5]張磊， 傅明星， 王瑜. 基于AMESim的新型油電液混合動力系統的仿真分析[J]. 機電工程， 2015， 32（4）：561-565.