油電混合動(dòng)力汽車(chē)的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景

陳福云

（江蘇省淮安生物工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 淮安 223200）

隨著石油供應(yīng)的日趨緊缺和環(huán)境污染的日益加劇，以電能為動(dòng)力、節(jié)能環(huán)保為特色的電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注。純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單成熟，但是蓄電池存量太少，壽命短，價(jià)格高，這些因素導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)的性?xún)r(jià)比難以勝過(guò)傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，因此融合燃油汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)各自?xún)?yōu)點(diǎn)的油電混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）異軍突起，油電混合動(dòng)力汽車(chē)不僅燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越。雖然混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)要使用燃油，但是在起步、加速時(shí)有電動(dòng)馬達(dá)輔助，因此可降低油耗，使其成為當(dāng)前汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。

1 油電混合動(dòng)力汽車(chē)的分類(lèi)

油電混合動(dòng)力汽車(chē)將電力驅(qū)動(dòng)和輔助動(dòng)力單元合用到一輛汽車(chē)上，輔助動(dòng)力單元通常采用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)組，排放少，效率高同時(shí)提高汽車(chē)行駛速度，加大行駛里程，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的連接方式，混合動(dòng)力汽車(chē)基本上可分為三類(lèi)：串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。

1.1 串聯(lián)式油電混合動(dòng)力汽車(chē)

串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池等裝置以串聯(lián)方式連接而成，也稱(chēng)增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)（如圖1所示）。其結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，而是驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電后發(fā)動(dòng)機(jī)給汽車(chē)提供動(dòng)力，接近于純電動(dòng)汽車(chē)，主要優(yōu)點(diǎn)是在城市行駛時(shí)，可只用蓄電池電能驅(qū)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)“零污染”行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠保持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，將有害氣體控制在最低范圍。但是由于能量轉(zhuǎn)換先將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，二次能量的轉(zhuǎn)化勢(shì)必造成能量損失導(dǎo)致其效率較低，另外龐大的動(dòng)力電池組和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，外形尺寸較大，質(zhì)量也較大，選擇難度大，較適合在大型客車(chē)上采用，在中小型車(chē)上布置有一定的困難，我國(guó)車(chē)企很少采用此種結(jié)構(gòu)。

圖1 串聯(lián)式油電混合動(dòng)力示意圖

1.2 并聯(lián)式油電混合動(dòng)力汽車(chē)

并聯(lián)式油電混合動(dòng)力汽車(chē)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、耦合器、變速器、電動(dòng)機(jī)、功率變速器以及蓄電池組成，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是并列連接的（如圖2所示）。實(shí)質(zhì)上就是在傳統(tǒng)燃油汽車(chē)上加裝一套電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的機(jī)械動(dòng)力主要來(lái)自?xún)刹糠郑皇怯蓛?nèi)燃機(jī)通過(guò)燃燒燃油將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車(chē)輛；二是驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)將動(dòng)力電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，即內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同參與驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。所以其具有發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩個(gè)動(dòng)力總成，每個(gè)動(dòng)力總成的功率設(shè)計(jì)為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)功率的50%～100%即可，動(dòng)力性比較出色，質(zhì)量和體積要小很多，比較適合于經(jīng)常在郊區(qū)和高速公路上行駛的汽車(chē)，當(dāng)汽車(chē)在市區(qū)行駛時(shí)，可以只使用二次電池，避免發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染；另外其沒(méi)有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的二次能量轉(zhuǎn)換，其能量損失小，油耗也相對(duì)更低，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)帶來(lái)了高成本，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性均較差，我國(guó)大部分車(chē)企采用這種結(jié)構(gòu)源于其出色的動(dòng)力系統(tǒng)。

圖2 并聯(lián)式油電混合動(dòng)力示意圖

1.3 混聯(lián)式油電混合動(dòng)力汽車(chē)

混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離合器以及蓄電池組成（如圖3所示），也稱(chēng)為串并聯(lián)混合式動(dòng)力汽車(chē)、串并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)、混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)等，其實(shí)就是在并聯(lián)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再添加一個(gè)發(fā)電機(jī)，其特點(diǎn)是兼?zhèn)淞舜⒙?lián)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，單橋驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)式混合電動(dòng)汽車(chē)的典型系統(tǒng)是豐田Prius的動(dòng)力系統(tǒng)。混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有功率分配裝置，能根據(jù)汽車(chē)行駛工況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率中用于直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的功率和用于發(fā)電的功率的比例進(jìn)行分配。在汽車(chē)正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率全部用于直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛；在全負(fù)荷、加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與蓄電池共同提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛；在停車(chē)或滑行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率全部驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)向電池充電。從能源轉(zhuǎn)換效率和汽車(chē)的行駛性能比較來(lái)看，混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的性能明顯好于串聯(lián)式和并聯(lián)式系統(tǒng)，目前仍是最有影響力的混合動(dòng)力汽車(chē)。

圖3 混聯(lián)式油電混合動(dòng)力示意圖

2 油電混合動(dòng)力汽車(chē)的技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 世界混合動(dòng)力汽車(chē)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

混合動(dòng)力汽車(chē)的研究始于20世紀(jì)80年代，美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家各大知名汽車(chē)公司紛紛開(kāi)始研制和開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力汽車(chē)，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，各國(guó)加快了混合動(dòng)力汽車(chē)的產(chǎn)品化進(jìn)程，相繼推出了不同型式的混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)品，具有典型性的代表產(chǎn)品有日本豐田公司的Prius、本田公司的Insight、美國(guó)通用公司的Precept等，其成熟的技術(shù)和先進(jìn)的設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)用化和商品化的階段。

2.2 我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)從上世紀(jì)90年代末開(kāi)始了混合動(dòng)力汽車(chē)的研制和開(kāi)發(fā)工作，1999年，清華大學(xué)與廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有限公司合作研制成功國(guó)內(nèi)第一輛混合動(dòng)力輕型客車(chē)。自此后，我國(guó)高度重視混合動(dòng)力汽車(chē)的研發(fā)，并將其列入了“863”重大單項(xiàng)內(nèi)容。目前比較有典型性的代表產(chǎn)品有比亞迪秦、榮威550Plug-in、傳祺GA5增程版，其技術(shù)和銷(xiāo)量都在呈上升趨勢(shì)，加速了推動(dòng)我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展進(jìn)程。

3 油電混合動(dòng)力汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的前景

（1）混合動(dòng)力技術(shù)是汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)最大的突破，其為汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)。能源緊缺問(wèn)題已經(jīng)是世界范圍內(nèi)的共性問(wèn)題，在這個(gè)大環(huán)境下，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展符合社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，是現(xiàn)階段解決能源問(wèn)題的有效措施。

（2）混合動(dòng)力汽車(chē)排放量小，污染少，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展要求。混合動(dòng)力汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好，同時(shí)結(jié)合電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、噪聲小的好處，二者有機(jī)結(jié)合可以大大降低污染。

（3）雖然發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物，但是由于其主要工作在最佳工況點(diǎn)附近，所以能減少汽車(chē)上內(nèi)燃機(jī)改變工況特別是低速、怠速時(shí)的排放，另外可以回收制動(dòng)能量，使混合動(dòng)力汽車(chē)成為較低排放的節(jié)能汽車(chē)；還可以借助發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力直接帶動(dòng)車(chē)內(nèi)空調(diào)、暖風(fēng)、真空助力器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等汽車(chē)電器附件，無(wú)需再消耗電池組內(nèi)有限的電能，這樣真正達(dá)到了節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

（4）目前混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展的主要難點(diǎn)是其成本過(guò)高，蓄電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等的成本是其技術(shù)發(fā)展的首要難題。應(yīng)該從混合動(dòng)力汽車(chē)的設(shè)計(jì)和制造階段著手，解決蓄電池的使用壽命和可靠性問(wèn)題，進(jìn)而解決混合動(dòng)力汽車(chē)的可靠性和成本，未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)不僅要成本低，還要排量低、污染小。

4 結(jié)語(yǔ)

油電混合動(dòng)力汽車(chē)是傳統(tǒng)汽車(chē)時(shí)代向新能源汽車(chē)時(shí)代的過(guò)渡車(chē)型技術(shù)，也是目前新能源汽車(chē)中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化前景的車(chē)型，其發(fā)展方向是零排放、無(wú)污染，雖然它不是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的最終形式，但是以其特色的節(jié)能環(huán)保性在當(dāng)前會(huì)有非常好的發(fā)展前景。