油电混合动力汽车的技术现状与发展前景

2019-10-12陈福云

时代农机 2019年6期

陈福云

（江苏省淮安生物工程高等职业学校，江苏淮安 223200）

随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，以电能为动力、节能环保为特色的电动汽车越来越受到业界的关注。纯电动汽车技术相对简单成熟，但是蓄电池存量太少，寿命短，价格高，这些因素导致电动汽车的性价比难以胜过传统燃油汽车，因此融合燃油汽车和电动汽车各自优点的油电混合动力汽车（HEV）异军突起，油电混合动力汽车不仅燃油经济性能高，而且行驶性能优越。虽然混合动力汽车的发动机要使用燃油，但是在起步、加速时有电动马达辅助，因此可降低油耗，使其成为当前汽车技术发展的热点。

1 油电混合动力汽车的分类

油电混合动力汽车将电力驱动和辅助动力单元合用到一辆汽车上，辅助动力单元通常采用一台发动机或动力发动机组，排放少，效率高同时提高汽车行驶速度，加大行驶里程，延长了蓄电池的使用寿命，根据动力系统的连接方式，混合动力汽车基本上可分为三类：串联式、并联式和混联式。

1.1 串联式油电混合动力汽车

串联式混合动力系统主要有燃油发动机、发电机、驱动电机和动力电池等装置以串联方式连接而成，也称增程式电动汽车动力系统（如图1所示）。其结构最为简单，发动机不能直接驱动汽车，而是驱动发动机发电后发动机给汽车提供动力，接近于纯电动汽车，主要优点是在城市行驶时，可只用蓄电池电能驱动，能实现“零污染”行驶，发动机能够保持在稳定、高效、低污染的状态下运转，将有害气体控制在最低范围。但是由于能量转换先将机械能转化为电能，再由电能转化为机械能，二次能量的转化势必造成能量损失导致其效率较低，另外庞大的动力电池组和驱动电动机，外形尺寸较大，质量也较大，选择难度大，较适合在大型客车上采用，在中小型车上布置有一定的困难，我国车企很少采用此种结构。

图1 串联式油电混合动力示意图

1.2 并联式油电混合动力汽车

并联式油电混合动力汽车主要由发动机、耦合器、变速器、电动机、功率变速器以及蓄电池组成，发动机和电动机是并列连接的（如图2所示）。实质上就是在传统燃油汽车上加装一套电动机和动力电池的驱动系统，驱动车辆的机械动力主要来自两部分，一是由内燃机通过燃烧燃油将化学能转化成机械能驱动车辆；二是驱动电机通过将动力电池中储存的电能转换成机械能驱动车辆，即内燃机和驱动电机共同参与驱动车辆行驶。所以其具有发动机和驱动电机两个动力总成，每个动力总成的功率设计为车辆驱动功率的50%～100%即可，动力性比较出色，质量和体积要小很多，比较适合于经常在郊区和高速公路上行驶的汽车，当汽车在市区行驶时，可以只使用二次电池，避免发动机的排气污染；另外其没有串联结构的二次能量转换，其能量损失小，油耗也相对更低，但是复杂的结构带来了高成本，导致其经济性和环保性均较差，我国大部分车企采用这种结构源于其出色的动力系统。

图2 并联式油电混合动力示意图

1.3 混联式油电混合动力汽车

混联式混合动力汽车主要由发动机、发电机、电动机、离合器以及蓄电池组成（如图3所示），也称为串并联混合式动力汽车、串并联式混合动力汽车、混联式混合动力汽车等，其实就是在并联结构的基础上再添加一个发电机，其特点是兼备了串并联结构各自的优点，单桥驱动的混联式混合电动汽车的典型系统是丰田Prius的动力系统。混联式混合动力汽车的主要结构特点是具有功率分配装置，能根据汽车行驶工况对发动机功率中用于直接驱动汽车的功率和用于发电的功率的比例进行分配。在汽车正常行驶时，发动机的功率全部用于直接驱动汽车行驶；在全负荷、加速行驶时，发动机与蓄电池共同提供动力驱动汽车行驶；在停车或滑行时，发动机的功率全部驱动发电机向电池充电。从能源转换效率和汽车的行驶性能比较来看，混联式混合动力汽车的性能明显好于串联式和并联式系统，目前仍是最有影响力的混合动力汽车。

图3 混联式油电混合动力示意图

2 油电混合动力汽车的技术现状

2.1 世界混合动力汽车的技术发展现状

混合动力汽车的研究始于20世纪80年代，美国、日本、欧洲等国家各大知名汽车公司纷纷开始研制和开发混合动力汽车，特别是进入21世纪后，各国加快了混合动力汽车的产品化进程，相继推出了不同型式的混合动力汽车产品，具有典型性的代表产品有日本丰田公司的Prius、本田公司的Insight、美国通用公司的Precept等，其成熟的技术和先进的设备已经进入到实用化和商品化的阶段。

2.2 我国混合动力汽车的技术发展现状

我国从上世纪90年代末开始了混合动力汽车的研制和开发工作，1999年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。自此后，我国高度重视混合动力汽车的研发，并将其列入了“863”重大单项内容。目前比较有典型性的代表产品有比亚迪秦、荣威550Plug-in、传祺GA5增程版，其技术和销量都在呈上升趋势，加速了推动我国混合动力汽车的发展进程。

3 油电混合动力汽车未来发展的前景

（1）混合动力技术是汽车动力系统最大的突破，其为汽车动力系统的转型奠定了基础。能源紧缺问题已经是世界范围内的共性问题，在这个大环境下，混合动力汽车的发展符合社会发展的趋势，是现阶段解决能源问题的有效措施。

（2）混合动力汽车排放量小，污染少，符合“低碳经济”的发展要求。混合动力汽车的优点是发动机持续工作时间长，动力性好，同时结合电动机无污染、噪声小的好处，二者有机结合可以大大降低污染。

（3）虽然发动机排放污染物，但是由于其主要工作在最佳工况点附近，所以能减少汽车上内燃机改变工况特别是低速、怠速时的排放，另外可以回收制动能量，使混合动力汽车成为较低排放的节能汽车；还可以借助发动机输出的动力直接带动车内空调、暖风、真空助力器、动力转向等汽车电器附件，无需再消耗电池组内有限的电能，这样真正达到了节能的优点。

（4）目前混合动力汽车发展的主要难点是其成本过高，蓄电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本是其技术发展的首要难题。应该从混合动力汽车的设计和制造阶段着手，解决蓄电池的使用寿命和可靠性问题，进而解决混合动力汽车的可靠性和成本，未来汽车发展的趋势不仅要成本低，还要排量低、污染小。