混合動力技術的新能源汽車應用分析

摘要：社會經濟快速發展下，汽車進入各家各戶，汽車數量不斷增加，能源、環境等問題逐漸成為社會各界關注的重點，新能源汽車順勢而生。新能源汽車不僅可以滿足交通出行需求，還能減少能源消耗，實現對環境的有效保護。混合動力屬于新能源汽車中較為常見的動力形式，能夠實現電動機與內燃機的混合驅動，當前該技術仍處于探究階段，對其進行分析具有較大的現實意義。基于此，從混合動力汽車技術概述入手，分析發展新能源混合動力汽車技術的意義，對混合動力技術的新能源汽車應用進行探究。

關鍵詞：新能源汽車；混合動力技術；應用

中圖分類號：U469.7 收稿日期：2023-04-28

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.009

1 前言

目前，我國汽車擁有量在世界范圍內位于首位。汽車已成為家庭的一個重要的出行工具。為實現可持續發展，減少汽車行業發展對環境產生的不良影響，新能源汽車進入人們的視野中，得到了較多人的認可。新能源汽車在行駛環節可將太陽能、電能、燃油作為動力能源。新能源汽車發展離不開混合動力技術的支持，在該技術條件下，能夠使多種能源混合，綜合為汽車行駛提供動力，有效轉變了傳統汽車的耗能方式，因此新能源汽車擁有較大的發展前景，值得深入研究。

2 混合動力汽車技術概述

混合動力一般表示油電混合動力，即燃料（汽油、柴油等）和電能的混合。該技術主要優點為：整車工作中，能夠優化燃油消耗與排放，在某些工況下能夠使駕駛人員獲得安靜的駕駛環境，實現發動機技術的有效利用，還能使駕駛員獲得更高的駕駛樂趣。該技術的主要缺點為：系統更加復雜，系統會有更大的概率出現質量問題，維修與保養難度大；由于電池的使用，需要重點考慮電池的使用壽命與穩定性，會在一定程度上增加成本；市場認可度提升需要較長的時間。混合動力整車混合程度表示發動機與電動機的功率比例，根據現階段主流技術可以達到的混合程度，混合動力整車可分為四類，即弱混、中混、重混、插電混。混合動力整車的混合程度分類如表1所示。

3 發展新能源混合動力汽車技術的意義

a.保護環境。石油屬于傳統汽車的主要燃料，是一種不可再生非清潔能源。汽車在不斷發展中對石油的需求量也會持續增加，進而會加快石油消耗，且汽車尾氣排放增多，也會使環境發生更為嚴重的污染。因此，將混合動力技術應用于新能源汽車中，能夠有效保護環境。該技術支持下，其他清潔能源也可作為汽車的動力，可解決汽車單純將石油作為燃料的情況。這在減少石油開采量、節約資源的同時，促進了環境的健康發展。汽車使用電能時不會產生尾氣，可減少對周圍環境的污染，有助于維護環境健康。

b.節約能源。燃油屬于傳統汽車的主要動力能源，新時期汽車產量及使用量不斷增多，使得石油被大量開采，出現了資源浪費的情況，長此以往勢必會將石油資源耗盡，與綠色發展及可持續發展戰略不符。而混合動力技術的應用，能夠將清潔能源作為汽車的動力能源，進而減少石油能源消耗，有效節約能源。相比于純電動汽車，混合動力汽車不會單純依靠電能。純電動汽車長期使用中，會出現大量的報廢電池，導致鋰等能源浪費，無法獲得良好的能源節約效果。而通過應用混合動力技術，可有效降低汽車對電能的依賴，延長電池使用壽命，減少電池報廢量，從而有效節約鋰礦能源。因此在新能源汽車中應用混合動力電池，可以進一步提升資源與能源的利用效率，在節約能源的同時，有助于促進我國綠色發展目標的實現。

4 混合動力技術的新能源汽車應用

4.1 制動能量回收技術

通常情況下，汽車行駛過程中，制動環節會損失35%～80%的能量。電動汽車制動環節，利用電氣系統，能夠將損失的能量從驅動輪向蓄電池進行轉化，轉化效率能夠達到68%，從而使汽車續航里程有所增加[1]。通過回收汽車制動環節損失的能量，可獲得明顯的經濟效益。

混合動力汽車中，電動機不僅能夠將電能向機械能進行轉化，還能通過發電機發電。新能源汽車制動或減速時，會啟動再生制動系統。混合動力企業再生制動系統可通過減小運行頻率來實現對電機停止與減速的控制。當變頻器變頻小時，相應地會降低電機轉速。因為機械慣性的存在而使電動機轉速不變，或轉速變化相對滯后時，會出現實際轉速高于給定轉速的情況，此時變頻器直流端電壓會低于電機反電動勢，使得電動機變為發電機，不會出現電能消耗，還能在變頻器專用型能量回饋單元的應用下，使電源獲得電力。因此，一方面可獲得良好的制動效果，另一方面可實現能量回收。制動能量回收技術更加適用于城市工況，不過城市工況車速通常不會太快，加上制動概率較小，所以后期研究中，應將中輕度制動能量回收作為研究重點。

4.2 混合動力協調控制系統

根據控制方式來劃分，協調控制能夠分為兩種模式：a.手動模式，該模式下汽車駕駛員應結合自身判斷，進行能量再生裝置手動開啟；b.自動模糊，表示汽車電控單元獲得車速、制動壓力、踏板力等信號，會與傳感器感知信號做對比分析，同時在各功能間進行信號的自動轉換，共同完成任務。

協調控制策略主要表現如下：

a.協調控制制動能量再生裝置與車身穩定控制系統。汽車急轉彎、行駛在壞路地段時，為使汽車行駛平穩、順利，在穩定控制系統開始工作后，應實現與能量回收裝置的良好協調。通過科學調整車身穩定控制系統制動力，對車輛橫擺角速度進行調節，確保汽車行駛的平穩性。并且將儲能裝置回收的能量向制動能量進行轉化，可使地面側向反作用力得到明顯降低，以免汽車行駛環節受到不良影響，發生相應風險問題[2]。

b.協調控制制動能量再生裝置與制動防抱死系統。兩者均是通過對制動力大小做出改變而達到剎車的目的。不過制動防抱死系統對制動力進行調節，是向理想狀態調整驅動輪滑移率，以免汽車發生轉向失靈或側滑情況，制動防抱死系統如圖1所示。兩者存在不同的工作原理，實際發揮作用時，會存在相互干涉情況，所以應做好協調控制工作。電控單元會借助傳感器傳來的數據，通過全面分析，科學做出判斷。若油管壓力突然增大，則表示汽車正進行急剎車，為防止出現抱死情況，需要對制動力矩合理控制，不可過大。

4.3 動力電池管理系統

電池管理系統屬于連接電動汽車與車載動力電池的關鍵部分。電池組工作環節中需要與電機、汽車引擎等元件良好配合，并且還應為其他各類電子設備提供電能。電池組工作性能會受到外界環境與自身情況的影響，所以混合動力汽車動力電池管理系統不可或缺。該系統運行中能夠將電池相關動態向電控單元時刻反饋，包括電池溫度、發出電流大小、剩余電量等，同時可以通過有效的措施進行處理。該系統的功能如下：

a.電池間的連接方式不同，其工作狀態會存在較大差異，一組電池中，各個電池的工作狀態也存在較大不同，所以需要對傳感裝置反饋的各種信息進行實時收集，如剩余電量、溫度、電壓及電流等。

b.電控單元[3]。結合反饋的數據信息，對電池是否在正常狀態進行判斷，如對電池負載程度大小、供給用電器電量余值、電流、電壓等情況進行判斷，了解電池的工作狀態，同時將檢測到的危險及時向發動機控制單元進行反饋，確保電池始終處于良好的工作狀態。

c.發現問題后，應及時進行處理，例如，當發現電池發熱時，需要利用冷卻系統對電池進行降溫；當發現電池負載過大時，需要將多余的耗能元件適時關閉，同時對電流、電壓大小做出調節。所以，電池管理系統中應涉及保護電源，信息實時反饋，分析反饋的信息，同時進行處理，確保電池處于最佳狀態，延長電池使用期限。

4.4 電池管理策略

a.根據規則開展電池管理工作。電池管理策略應邏輯清晰，且開發周期短，對汽車控制意義重大。汽車處于不同行駛工況時，動力電池工作狀態會存在較大不同。同時，不同電池組在連接方式上會存在較大差異，所以應通過不同的策略進行管理。混合動氣汽車中，基于規則的電池管理屬于首選方案，這種方案操作便利、步驟較少，主要存在兩種管理策略：一種是將確定規則作為基礎的管理策略；另一種是將模糊性規則作為基礎的管理策略。其中，將確定規則作為基礎的管理策略應用較廣，便于操作，主要是借助各類傳感器、發動機控制單元、執行機構開展能量管理工作。具體實施辦法為：當車速較慢、電瓶剩余較多電量時，汽車只由電池進行驅動，此時引擎處于熄火狀態；當汽車行駛處于中等車速時，電動機則會停止工作；如果汽車在高速行駛狀態，當其經過陡坡路段時，則需要用到混合驅動模式。

b.其他管理策略。電池其他管理策略有很多種，較為常見的有功率跟蹤策略、全局優化管理策略、非穩態優化管理策略[4]。其中，功率跟蹤策略應用過程中需要進行汽車引擎、電瓶發出功率相關數據的全面收集，存在工作穩定的優勢；全局優化管理策略，是在其基礎上改進獲得的一種管理策略；相比之下，非穩態優化管理策略則更加完善。

4.5 電機電控技術

電機電控在混合動力汽車中處于重要位置，是系統動力中較為關鍵的一個部件。混動技術持續發展下，電機電控應用較為廣泛，該技術能夠使混合動力汽車的穩定性得到進一步提升。隨著電機電控的不斷發展，電機電控的國產化更加明顯，由于其存在較大的價格優勢，進一步打開了混合動力汽車市場。例如，雙林電機、匯川電機、仿真電機等，均屬于市場中常見的電機，這些品牌使國產自主電機電控部件具有較強的代表性。同時，在長期技術研發過程中，相比于10年前，電機電控設計以及生產成本下降了大約50%，有效擴大了混合動力汽車電機電控部件的應用范圍。相關技術優化變革，有效提升了電機電控使用效率，促進混合動力技術發展，使新能源汽車更具節能減排優勢。

4.6 混動變速箱技術

通過混動變速箱的應用，能夠使混合動力汽車實現新能源混合動力驅動。尤其是將其應用于混合動力汽車時，混動變速箱發揮著重要作用，屬于混合動力汽車中不可缺少的部件。我國發展混合動力汽車時，在混動變速箱研發設計上關注力度較大，經過不斷努力，當前已經實現了混動變速箱量化以及國產化生產[5]。同時，由我國自主設計出的混動變速箱結構相對簡單，且成本更低，具有較大的優勢，能夠有效提升混合動力汽車發展優勢。例如，比亞迪汽車中應用的DMI系統，屬于我國研發的一種優勢較高的混動變速箱系統，在世界上首屈一指，該系統的研發成功，使我國混合動力汽車在國際上的地位得到明顯提升。混動變速箱設計環節，通常采取的是單電機三離合設計方案，同時隨著當前技術的不斷更新，應用到雙電機P1P3架構，使得我國混動變速箱具有更高的設計以及應用優勢，也使得混合動力汽車市場得到進一步拓寬。

4.7 混動專用發動機

為配合混動專用變速箱，混動專用發電機被研發出來。混合動力系統中，發動機的工作相對簡單，具體以穩態工作為主。確保發動機長期穩態工作存在較大優勢，能夠結合功率需求，使工作處于高效區，保持良好的熱效率[6]。混合專用發動機能夠充分發揮出發動機與電機的優勢，在發動機方面，能夠實現增效補能，在電機方面，可提升動力性與瞬態相應。我國較多企業研發出的混動專用發動機，與上一代產品相比，不斷進行減法，去除了汽油機高壓直噴技術，有效減少了技術成本。現階段，較多主機廠利用燃燒室、可變截面增壓、進配氣優化、低壓EGR、米勒循環以及高壓縮比等技術，有效提升了發動機熱效率，提升了約43%，同時使得最優效率工作區域更加寬廣。并且，發動機簡化硬件設計后，整套系統成本得到了明顯降低。

5 結語

在汽車行業的不斷發展中，傳統汽車負面影響因素不斷增多，而新能源汽車在研發力度上不斷加大，已成為汽車行業未來發展的主要方向。相比于傳統汽車，新能源汽車能夠更加高效地利用能源，不會對環境產生嚴重污染。混合動力技術在新能源汽車中占有主要位置，可節約傳統燃料消耗，續航能力較強。當前混合動力技術仍處于探索研發階段，未來我國仍需加大混合動力技術的研發力度，以便更進一步地推進新能源汽車的穩定發展。

參考文獻：

[1]宰文潔.新能源汽車混合動力系統探討[J].內燃機工程，2022，43（5）：114.

[2]楊大舉.混合動力汽車的控制策略研究[J].專用汽車，2022（9）：34-36.

[3]劉倩.汽車新能源與節能技術應用研究[J].時代汽車，2022（15）：115-117.

[4]楊維剛，楊志超，張學鋒.新能源混合動力汽車動力電池容量計算及SOC控制[J].汽車電器，2022（5）：16-18.

[5]張景軒，程子健.基于混合動力技術的新能源汽車應用及發展趨勢[J].南方農機，2022，53（10）：152-155.

[6]金傳琦.新能源混合動力汽車能量管理策略研究[J].交通節能與環保，2022，18（2）：27-30.

作者簡介：

趙坤東，男，1987年生，講師，研究方向為教學。