混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)分析

1、混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)分 析作者：區(qū)燦輝來源：科技資訊2015年第12期區(qū)燦輝(東莞市公共汽車有限公司廣東東莞523007)摘要:混合動力汽車作為過渡期的重要產(chǎn)品，有助于將內(nèi)燃機汽車轉(zhuǎn)變?yōu)榧冸妱悠?，具?環(huán)保、節(jié)油的特點。該文主要闡述了混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合混合動力汽車應(yīng)用特點，分 析了影響混合動力汽車性能的關(guān)鍵性技術(shù)。關(guān)鍵詞:混合動力汽車基本型式發(fā)展狀況關(guān)鍵技術(shù)中圖分類號:U469文獻標識碼:A文章編號：1672-3791(2015)04(c)-0099-011混合動力汽車的結(jié)構(gòu)特點混合動力電動汽車(HEV)主要是通過結(jié)合傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動和純電動驅(qū)動的優(yōu)點，采用電池系 統(tǒng)與

2、電機系統(tǒng)相互配合的形式，在確保結(jié)構(gòu)符合汽車動力性能要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對內(nèi)燃機效率 的優(yōu)化，能有效提升汽車的整體排放性能與經(jīng)濟適用性。其中，以混合動力系統(tǒng)雙動力源的不同 配置與組合模式,可將其劃分為動力傳動的三種方式，即：串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式。以混合度由 高至低，可將其劃分為:重度混合型、中度混合型、輕度混合型、微混合型等四類。2混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀在當今全球性環(huán)境污染問題突出、石油資源緊缺的情況下，節(jié)能環(huán)保型混合動力汽車的研發(fā) 順應(yīng)時代需求，受到各國的一致認可與高度支持。一些科技較為發(fā)達的國家，已成功研制出性能 較好的混合動力汽車。如豐田所推出的Prius，為混聯(lián)式混合動力車型的典型代表，

3、在2010年銷 售量高達200多萬。而美國的通用、福特、克萊斯勒等，則分別推出的Precept. Prodigy. DodgeESX2,皆為混合動力汽車。緊隨其后，本田再度研發(fā)出新的混合動力技術(shù)，主要代表為第二 代Civic Hybrid，其采用了 15kW的永磁電動機驅(qū)動與67kW發(fā)動機，將動力成功混合為80kW，輸 出轉(zhuǎn)矩為166Nm，其經(jīng)濟環(huán)保性能再次得到提升。而有法蘭克福所推出的奧迪Q7混合動力汽 車,通過將200Nm扭矩電動機與4.2L FSI八缸發(fā)動機的有效結(jié)合,極大提升了混合動力汽車的 動力性能，其油耗不僅低于標準的13%,從靜止加速到100km/h所需時間僅為6.8s。在國內(nèi)，

4、由奇瑞所推出的奇瑞A5 BSG，采用雙軸并聯(lián)式混合動力系統(tǒng),為起動、發(fā)電一體式 BSG發(fā)電機，能有效減少發(fā)動機怠速時產(chǎn)生的大量尾氣與燃油消耗。有長安推出的長安杰勛,為 并聯(lián)式中度混合動力汽車,其動力系統(tǒng)采用起動、發(fā)動一體化技術(shù)，整體結(jié)構(gòu)較為緊湊，動力性能 較好。在2010年有奔馳推出的奔馳S400,為串聯(lián)式輕度混合動力汽車，從靜止加速到100km/h, 所需時間僅為7.2s,并能輕松達到限速250km/h。而國內(nèi)其他大型汽車制造商也相應(yīng)推出了相關(guān) 的混合動力汽車,混合動力汽車技術(shù)得到了進一步的發(fā)展，相信在不久的將來，將會有更多環(huán)保節(jié) 能且性能極佳的混合動力產(chǎn)品問世。3混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)分析

5、電池及電池管理系統(tǒng)。與普通的電動汽車相比，混合動力汽車在電池使用方面存在較大差異，其電池放電速率與效 率較高，為確保汽車在加速與爬坡時，能有效提供較大峰值功率，對電池的能量密度與功率密度有 著非常高的要求。電池的充放電次數(shù)、工作溫度等都不同程度地影響著電池的使用壽命與性能 狀態(tài)。對電池的過度充放電，會嚴重影響電池的性能，甚至可能損壞電池，縮短電池的使用壽命。 因此,必須對電池的工作過程與所處環(huán)境、狀態(tài)進行監(jiān)控，而電池管理系統(tǒng)而主要用于對電池工 作環(huán)境與過程的監(jiān)測，通過其對電池狀態(tài)的預測提示，能有效延長電池的使用壽命,確保電池能效 得到充分利用。電機及電機控制系統(tǒng)。電機為混合動力汽車中的一項驅(qū)動

6、單元，以性能高、質(zhì)量輕、效率高、成本低為選用原則。 并且，在電機峰值功率上，須具備起動發(fā)動、電驅(qū)動、整車加速、制動回收等各方面能力?，F(xiàn)階 段，混合動力汽車主要使用永磁無刷同步、直流永磁、開關(guān)磁阻以及交流異步等四種類型的電機。 由電機工作原理與選用原則可知，對電機的研發(fā)主要集中在質(zhì)量的改進、性能的提升以及體積的 縮小上ISG結(jié)構(gòu)的提出，是對現(xiàn)有發(fā)動機動力系統(tǒng)的有效改進，能以較低成本，實現(xiàn)對汽車節(jié)油 減排性能的改造。其中,在車輛進行制動減速或下坡行駛時，應(yīng)確保電機處于發(fā)電機工作狀態(tài)，讓機械能轉(zhuǎn)化為 電能,存儲于電池內(nèi)。因此，為了滿足汽車形式的動力性能需求，電機控制系統(tǒng)需確保對電機工作 模式的有效控

7、制。驅(qū)動系統(tǒng)控制。汽車在行駛時，動力系統(tǒng)會進行工作模式的相互切換，形成許多對單個動力源而言的非連續(xù) 瞬態(tài)過程，為協(xié)調(diào)控制這一過程中兩個動力源的動力輸出，需解決以下問題。第一，確保發(fā)動機能 在較短時間內(nèi)平穩(wěn)起動。第二，能有效控制驅(qū)動前的轉(zhuǎn)速與離合器結(jié)合過程。第三，能協(xié)調(diào)控制 動機與電機轉(zhuǎn)矩，因狀態(tài)切換而形成的發(fā)動機需求轉(zhuǎn)矩變化。第四，確保在汽車總需求轉(zhuǎn)矩造成 較大波動時，能有效協(xié)調(diào)控制電機與發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。在進行驅(qū)動系統(tǒng)控制策略分析時，需結(jié)合汽車相關(guān)的行駛狀況、發(fā)動機與電機工作性能、電 池SOC等方面數(shù)據(jù),實現(xiàn)對驅(qū)動系統(tǒng)的有效控制，包括對起步、模式切換、換擋等動態(tài)過程的控 制。目前，國內(nèi)外對混合動

8、力系統(tǒng)的控制策略，已有了較為深入的研究，在動態(tài)性能的協(xié)調(diào)控制方 面已取得了較大成果。4動力總成關(guān)鍵零部件技術(shù)4.1發(fā)動機在混合動力汽車系統(tǒng)中，可通過對發(fā)動機的優(yōu)化設(shè)計,來提高汽車的經(jīng)濟性能減少尾氣排放。 對發(fā)動機改進技術(shù)的研究，主要從采用其他型式熱機或改進內(nèi)燃機兩方面進行。如長安汽車公司 所研發(fā)的專用發(fā)動機，主要用于中型混合動力汽車內(nèi)，其通過將壓縮比提高、改進原有配氣相位、 優(yōu)化電噴系統(tǒng)匹配度等,實現(xiàn)對發(fā)動機的優(yōu)化改造。4.2 變速器變速器是汽車傳動系統(tǒng)中的重要組成部分，對其動力性與經(jīng)濟性有著直接影響?，F(xiàn)階段，混 合動力汽車系統(tǒng)內(nèi)，所采用的變速器型較多，包括機械式自動變速器、手動變速器、帶傳動

9、無級 變速器、電子式無級變速器、行星齒輪自動變速器等。無級變速器的傳動效率低于機械變速器， 雖能進行無級變換，但配置成本較高。而電子式無級變速器,其應(yīng)用技術(shù)還處在研究階段。而機 械式自動變換器，其所需成本較低而傳動效率較高，但操作難度偏高。傳統(tǒng)液力式自動變速器，利 用行星齒輪系來達到變速的目的，能有效實現(xiàn)對混合動力汽車的換擋控制，但存在傳動效率不高, 整體經(jīng)濟性能偏低的缺點。4.3動力耦合裝置在混合動力系統(tǒng)開發(fā)中，動力耦合裝置一直都是其研究的重點與難點，直接影響著對車輛整 體性能的控制。目前,在混合動力系統(tǒng)中，主要采用轉(zhuǎn)矩結(jié)合式、驅(qū)動力結(jié)合式、轉(zhuǎn)速結(jié)合式等 三種動力耦合方式。其中，轉(zhuǎn)矩結(jié)合式動力耦合裝置能通過傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)對汽車的直接驅(qū)動，并 以直接或間接帶動電動、發(fā)電機的形式，讓電池蓄電，在并聯(lián)混合動力汽車內(nèi)運用較廣。而驅(qū)動 力結(jié)合式能有效利用車輛的地面附著力，提高整體驅(qū)動性能，但存在組成系統(tǒng)大、控制難度高的 問題。轉(zhuǎn)速復合式裝置，由于其要求保持電動機與電機輸出轉(zhuǎn)矩時刻相等，控制難度較大,難以廣 泛應(yīng)用于現(xiàn)實中。5測試技術(shù)在混合動力汽車測試系統(tǒng)中，其測量包括發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電池工作狀態(tài)等，需對傳統(tǒng)臺 架測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行優(yōu)化，添置相應(yīng)的電池數(shù)據(jù)采集裝置,測試電池的工作狀態(tài)。在這個過 程中，由于電池的性能易受工作環(huán)境與溫度的影響以及電池SOC的變化，使得電池的數(shù)據(jù)系統(tǒng)