油電混合動力汽車的技術(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，以電能為動力、節(jié)能環(huán)保為特色的電動汽車越來越受到業(yè)界的關(guān)注。純電動汽車技術(shù)相對簡單成熟，但是蓄電池存量太少，壽命短，價格高，這些因素導(dǎo)致電動汽車的性價比難以勝過傳統(tǒng)燃油汽車，因此融合燃油汽車和電動汽車各自優(yōu)點的油電混合動力汽車（HEV）異軍突起，油電混合動力汽車不僅燃油經(jīng)濟性能高，而且行駛性能優(yōu)越。雖然混合動力汽車的發(fā)動機要使用燃油，但是在起步、加速時有電動馬達輔助，因此可降低油耗，使其成為當前汽車技術(shù)發(fā)展的熱點。

1 油電混合動力汽車的分類

油電混合動力汽車將電力驅(qū)動和輔助動力單元合用到一輛汽車上，輔助動力單元通常采用一臺發(fā)動機或動力發(fā)動機組，排放少，效率高同時提高汽車行駛速度，加大行駛里程，延長了蓄電池的使用壽命，根據(jù)動力系統(tǒng)的連接方式，混合動力汽車基本上可分為三類：串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。

1.1 串聯(lián)式油電混合動力汽車

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

圖1 串聯(lián)式油電混合動力示意圖

1.2 并聯(lián)式油電混合動力汽車

并聯(lián)式油電混合動力汽車主要由發(fā)動機、耦合器、變速器、電動機、功率變速器以及蓄電池組成，發(fā)動機和電動機是并列連接的（如圖2所示）。實質(zhì)上就是在傳統(tǒng)燃油汽車上加裝一套電動機和動力電池的驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動車輛的機械動力主要來自兩部分，一是由內(nèi)燃機通過燃燒燃油將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機械能驅(qū)動車輛；二是驅(qū)動電機通過將動力電池中儲存的電能轉(zhuǎn)換成機械能驅(qū)動車輛，即內(nèi)燃機和驅(qū)動電機共同參與驅(qū)動車輛行駛。所以其具有發(fā)動機和驅(qū)動電機兩個動力總成，每個動力總成的功率設(shè)計為車輛驅(qū)動功率的50%～100%即可，動力性比較出色，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，當汽車在市區(qū)行駛時，可以只使用二次電池，避免發(fā)動機的排氣污染；另外其沒有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的二次能量轉(zhuǎn)換，其能量損失小，油耗也相對更低，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)帶來了高成本，導(dǎo)致其經(jīng)濟性和環(huán)保性均較差，我國大部分車企采用這種結(jié)構(gòu)源于其出色的動力系統(tǒng)。

圖2 并聯(lián)式油電混合動力示意圖

1.3 混聯(lián)式油電混合動力汽車

混聯(lián)式混合動力汽車主要由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機、離合器以及蓄電池組成（如圖3所示），也稱為串并聯(lián)混合式動力汽車、串并聯(lián)式混合動力汽車、混聯(lián)式混合動力汽車等，其實就是在并聯(lián)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再添加一個發(fā)電機，其特點是兼?zhèn)淞舜⒙?lián)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點，單橋驅(qū)動的混聯(lián)式混合電動汽車的典型系統(tǒng)是豐田Prius的動力系統(tǒng)。混聯(lián)式混合動力汽車的主要結(jié)構(gòu)特點是具有功率分配裝置，能根據(jù)汽車行駛工況對發(fā)動機功率中用于直接驅(qū)動汽車的功率和用于發(fā)電的功率的比例進行分配。在汽車正常行駛時，發(fā)動機的功率全部用于直接驅(qū)動汽車行駛；在全負荷、加速行駛時，發(fā)動機與蓄電池共同提供動力驅(qū)動汽車行駛；在停車或滑行時，發(fā)動機的功率全部驅(qū)動發(fā)電機向電池充電。從能源轉(zhuǎn)換效率和汽車的行駛性能比較來看，混聯(lián)式混合動力汽車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力汽車。

圖3 混聯(lián)式油電混合動力示意圖

2 油電混合動力汽車的技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 世界混合動力汽車的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

混合動力汽車的研究始于20世紀80年代，美國、日本、歐洲等國家各大知名汽車公司紛紛開始研制和開發(fā)混合動力汽車，特別是進入21世紀后，各國加快了混合動力汽車的產(chǎn)品化進程，相繼推出了不同型式的混合動力汽車產(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、美國通用公司的Precept等，其成熟的技術(shù)和先進的設(shè)備已經(jīng)進入到實用化和商品化的階段。

2.2 我國混合動力汽車的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國從上世紀90年代末開始了混合動力汽車的研制和開發(fā)工作，1999年，清華大學(xué)與廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司合作研制成功國內(nèi)第一輛混合動力輕型客車。自此后，我國高度重視混合動力汽車的研發(fā)，并將其列入了“863”重大單項內(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)和銷量都在呈上升趨勢，加速了推動我國混合動力汽車的發(fā)展進程。

3 油電混合動力汽車未來發(fā)展的前景

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

（2）混合動力汽車排放量小，污染少，符合“低碳經(jīng)濟”的發(fā)展要求。混合動力汽車的優(yōu)點是發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好，同時結(jié)合電動機無污染、噪聲小的好處，二者有機結(jié)合可以大大降低污染。

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

（4）目前混合動力汽車發(fā)展的主要難點是其成本過高，蓄電池、電機驅(qū)動系統(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)該從混合動力汽車的設(shè)計和制造階段著手，解決蓄電池的使用壽命和可靠性問題，進而解決混合動力汽車的可靠性和成本，未來汽車發(fā)展的趨勢不僅要成本低，還要排量低、污染小。

4 結(jié)語

油電混合動力汽車是傳統(tǒng)汽車時代向新能源汽車時代的過渡車型技術(shù)，也是目前新能源汽車中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場化前景的車型，其發(fā)展方向是零排放、無污染，雖然它不是電動汽車發(fā)展的最終形式，但是以其特色的節(jié)能環(huán)保性在當前會有非常好的發(fā)展前景。