混合動力汽車的發展分析

摘 要：21世紀社會對環境和節能的重視有力地促進了混合動力車輛的發展。本文分析了國內外混合動力汽車的研究現狀，介紹了混合動力汽車的主要結構形式與工作特點，指出了混合動汽車目前需要解決的主要問題和采用的關鍵技術，并對其發展前景進行了預測。

關鍵詞：混合動力；汽車；內燃機；電動機； 控制

混合動力汽車利用混合動力作為能源，能實現較高的燃油經濟性，廢氣排放量低，環保性能好，符合節能環保的理念?；旌蟿恿ζ嚨募夹g較為成熟，但生產成本及技術成本較高，導致目前的銷售價格與同類汽車產品相比偏高，消費者的消費能力影響著現階段銷售狀況，未來能否有好的市場前景，值得思索。

一、現狀

國外HEV的發展概況 21世紀后，各國加快了HEV的概念產品化的進程，相繼推出了不同形式的HEV產品。豐田的Prius，本田的Insight，通用的Precept，福特的Prodigy，戴姆勒克萊斯勒的ESx3， 日產的Tino等都是具有代表性的車型，其中Prius和Insight己是成熟的產品，截止2008年12月，豐田Prius全球銷量已經超過了100萬輛。

我國HEV的研發現狀 我國也非常重視混合動力電動汽車的研究與開發，有關工作開始于上個世紀90年代。在“十五”期間，科技部組織北京理工大學、清華大學、東風汽車公司等國內多家企業、高校和科研機構進行聯合攻關，確定了以燃料電池汽車（FCEV）、混合動力電動汽車（HEV）純電動汽車（BEV）車型為“三縱”，多能源動力總成控制系統、驅動電機及其控制系統、動力蓄電池及其管理系統三種共性技術為“三橫”的“三縱三橫”的研發布局；之后，節能與新能源汽車的研發又被列入“十一五”863計劃重大項目。

二、 混合動力系統的構成及工作特點

混合動力驅動系統聯合使用兩種動力裝置，一種是傳統的內燃發動機，另一種是電動機。整個系統由發動機、電動機、動力分配裝置、發電機、蓄電池和電流逆變器等部分構成。

2.1 串聯式混合動力系統

在串聯混合動力驅動（SHEV）系統中，所有發動機機械能都轉換為電能以驅動電動機。這種系統使發動機在效率最高的轉速范圍內工作，因此能最大限度地改善燃油經濟性和減少排放。

2.2 并聯式混合動力系統

并聯式（PHEV）結構有內燃機和電動機兩套驅動系統。發動機與電動機并聯，兩者都可以驅動車輪，電動機還可以作為發電機給電池充電，不再需要額外的發電機。在車輛行駛時，系統以發動機為主要動力源，在車輛起步或加速時則使電動機工作，作為輔助驅動力。當發動機效率低的低負荷工況時，則電動機功能轉變為發電機功能，向蓄電池充電。其次，在車輛制動或下坡減速行駛時，則通過制動能量回收系統進行制動能量回收。

2.3 混聯式混合動力系統

混聯式混合動力驅動系統（PSHEV）是串聯式與并聯式的綜合。

混聯式驅動系統的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅動系統主要以串聯方式工作；當汽車高速穩定行駛時，則以并聯工作方式為主。

三、混合動力汽車需要解決的問題和關鍵技術

目前，混合動力汽車所需要解決的問題包括以下幾個方面：其一，進行動力分配裝置和能量管理系統的研究。其二，開發具備高比能量和高比功率經濟實用的電池。其三，混合動力系統結構復雜，制造成本高，維修比較困難，售價相對較高。其四，建立更先進的驅動系統數學模型（包括靜態和動態的），進行計算機仿真分析。

3.1 混合動力單元技術

在混合動力汽車上，熱力發動機又被稱為混合動力單元。為提高燃料經濟性，對混合動力單元必然提出更多的要求，例如要求混合動力單元能夠快速起動和關閉等。目前對混合動力單元的研究主要集中于：一是燃燒系統的優化；二是尾氣處理技術，主要研究高效的尾氣催化系統；三是代用燃料的研究。

3.2 控制策略技術

HEV產品開發中最關鍵的環節是根據不同的混合動力驅動系統制定和優化其控制策略，國外通過系統建模仿真對此進行了大量的匹配理論研究?？刂葡到y的開發首先是根據采集到的速度和負荷等數據，計算出對應的要求輸出功率：計算出以最高效率為基點的分配到內燃機與電動機上的功率值，即實現內燃機與電動機的最優功率分配比；然后，根據功率分配比，求出驅動電動機的功率值和其它有關數據，給出內燃機的控制參數和電動機的控制參數。同時，驅動執行器完成這兩個層次的工作控制。在執行器設計中，功率分配裝置的設計及其與變速器的一體化設計是關鍵的部件設計工作。因為它要根據控制器的指令，正確地進行內燃機功率向驅動車輛功率和驅動發電機功率的分解。

四、發展前景分析

從目前的發展來看，以計算機技術和自動控制技術，各種智能控制系統包括自適應控制技術、模糊控制技術（Fuzzy）、專家控制系統（Expert System）、神經網絡控制系統（Neural Networks）等在混合動力汽車上的逐漸應用，將進一步促進混合動力汽車的發展。與傳統型汽車相比，混合動力汽車充分吸取了電力/熱力系統中最大的優勢，在節能和排放上勝出一籌；與純電動汽車相比，HEV的電壓和功率等級與電動車類似，但蓄電池容量大大減小，因而其造價成本低于電動汽車。

混合動力汽車與傳統的燃油汽車相比，在正常行駛時油耗低、排放少、對能量的利用率高，有著良好的使用性能；但目前與同類汽車產品相比售價偏高。隨著人們環保意識的不斷增強，混合動力技術的不斷成熟和完善，生產成本的不斷降低，混合動力汽車在市場的占有量會不斷地增加，具備較大的市場潛力。

參考文獻：

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