混合動力技術軍事化應用現狀

史小川，史冊，李麗軍，高錦

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

近年來，伴隨著全球能源危機及污染的加劇，融合了內燃機汽車和電動汽車優點的混合動力電動汽車，成為新能源汽車的開發熱點。而混合動力車輛由于其具有機動性強、純電行駛隱蔽性好、高壓電源可為武器系統提供動力等諸多優秀性能，各國也開始了軍用混合動力車輛的研制工作。

1 混合動力汽車的分類

混合動力汽車的關鍵部件是混合動力系統，混合動力汽車根據不同的分類方式，其結構型式如下表1 所示：

表1 混合動力汽車的型式及特點

2 常見的混合動力汽車結構及原理

2.1 串聯式混合動力

串聯式混合動力動力系統由發動機、發電機和電動機三部分動力總成組成，相當于在普通的電動車上加載了一臺或多臺輔助動力單元（APU）。驅動原理見圖1。

圖1 串聯式、并聯式、混聯式混合動力汽車驅動原理圖

2.2 并聯式混合動力

并聯式混合動力只有一臺電機，不能同時發電和驅動車輪，發動機與電動機共同驅動車輪的工況不能持久。持續加速時，電池的能量會很快耗盡，轉成發動機單獨驅動模式，驅動原理見圖1。

2.3 混聯式混合動力

混聯式有兩個電機，一個電動機僅用于直接驅動車輪，還有一個電機具有雙重角色：當需要極限性能的時候，充當電動機直接驅動車輪，整車功率就是發動機、兩個電機的功率之和；當電力不足的時候，就充當發電機，給電池充電，驅動原理見圖1。

3 混合動力軍用卡車國內外應用情況

軍用卡車混合動力的產業化進程相對于乘用車輛來說，相對緩慢，國內外主要混合動力軍用卡車發展及應用情況見表2。

表2 國內外主要混合動力軍用卡車應用情況

4 軍用車輛混合動力發展主要風險分析

對于軍用車輛系統，無論底盤系統采用何種技術，最終都必須滿足其作戰性能指標的要求；不能因為某種新技術的應用，而弱化軍用車輛的作戰使命特征。軍用車輛發展混合動力的主要制約因素有車輛的環境適應性、電磁兼容性、及整車控制策略等。

4.1 整車控制需解決的問題

在混合動力整車系統中，對于電動機技術、轉矩合成技術及整車控制策略技術對于混合動力汽車系統起著舉足輕重的作用。電動機技術涉及電機的工作效率和能量回收策略等問題；轉矩合成將發動機轉矩和電動機轉矩耦合輸出，以及多個電機轉矩的耦合輸出，對系統運行平穩性和可靠性有重大影響；整車控制策略技術，可以調節和控制功率流在不同元件間的流動，達到車輛系統最佳油耗、最低排放、最低系統成本及最好驅動性能。

由于整車動力輸出功率的大小及方向，完全處于整車的控制策略下執行，沒有傳統動力底盤在不同路面下行駛的自適應性。對于不同用途及使用環境的車輛，在整車的控制策略上可能會有很大差異，可能導致底盤系統控制系統軟件通用化程度的降低，這也是混合動力技術在軍用車輛中應用需權衡的技術問題。

4.2 電磁環境適應性

整車的EMC 干擾問題，從相關實際經驗及反饋信息來看，90%都來源于驅動電機及其控制器。其他干擾設備還有空調、DC/DC 轉換器、輔助DC/AC 等電氣設備，經分析驅動電機系統EMC 問題突出有以下原因導致：（1）工作電壓高（現有車載驅動電機系統大部分工作電壓在300V 以上）；（2）驅動電機及控制器開關幅值變化大（一般在1-3GV/s 范圍）；（3）三相UVW 輸出共模電流大（一般峰值在10-30A 之間）。

現有設備主要的干擾方式為：輻射、傳導。而軍用車輛關心的外部射頻電磁環境、大電流注入、靜電電荷控制、雷電等方面均未進行相關測試或摸底試驗。

4.3 軍用車輛的環境適應性分析

軍用車輛的使用環境見表3：

表3 軍用車輛使用環境

根據軍用車輛的使用環境需求，可能存在的風險主要為發電機、電動機、電池及控制模塊的低溫環境、高溫環境、濕熱環境適應性，國內現有商用及乘用車輛上所用部件性能基本上不滿足軍用車輛的使用要求。從技術應用上考慮，國內現在還沒有能夠完全滿足軍用車輛使用要求的混合動力系統部件，軍用車輛混合動力技術的應用還有待混合動力電驅部件性能的進一步完善。

5 軍用車輛混合動力模式探索

軍用車輛未來的發展趨勢，從使用角度出發，其需求將是高可靠性、高機動性、高信息化、高安全性及高環境適應能力；從技術發展角度出發，其需求將是底盤上裝系統的一體化設計、部件的通用化設計、系統的模塊化設計并最終達到車型的平臺化設計及系列化發展。

串聯式混合動力方案，若電池持續發展，其功率密度能夠滿足車輛系統續駛里程的要求，將很容易將底盤系統轉換純電動模式車輛，底盤系統沒有了APU 系統，無論從底盤安裝空間還是重量來說，都是現有并聯式/混聯式混合動力底盤無法比擬的，而且，底盤系統更容易實現系統模塊化及車型的系列化發展。

并聯式混合動力，從技術的特點來說，可以在短期內、低成本狀態下實現軍用車輛的混合動力化，而且該模式無論是通用車輛，還是專用車輛，均無整車布置方面的限制。對于越野狀態，可以使用傳動動力模式，有效避免電機的過載損壞；加速狀態，電機輔助驅動，有效提高車輛系統的加速性能；同時車輛系統也具備靜默功能。不足之處是車輛系統的總體布置依舊受傳動部件結構及尺寸的限制，但其總成與現役裝備車輛的總成通用化程度較高。

混聯式混合動力，技術特點更優于并聯式，具備了并聯式的優點，同時也繼承了并聯式混合動力存在的不足。

6 結論

每種混合動力模式對于軍用車輛來說，都不完美。所以在混合動力模式的選擇上，我們可以基于裝備系統的任務剖面，以滿足任務為最終目的，對車輛底盤混合動力的模式靈活控制。既繼承傳統動力底盤的優勢，解決傳統動力底盤動力性的不足，同時又不帶來新的技術、成本及可靠性問題。