混合动力技术的新能源汽车应用分析

摘要：社会经济快速发展下，汽车进入各家各户，汽车数量不断增加，能源、环境等问题逐渐成为社会各界关注的重点，新能源汽车顺势而生。新能源汽车不仅可以满足交通出行需求，还能减少能源消耗，实现对环境的有效保护。混合动力属于新能源汽车中较为常见的动力形式，能够实现电动机与内燃机的混合驱动，当前该技术仍处于探究阶段，对其进行分析具有较大的现实意义。基于此，从混合动力汽车技术概述入手，分析发展新能源混合动力汽车技术的意义，对混合动力技术的新能源汽车应用进行探究。

关键词：新能源汽车；混合动力技术；应用

中图分类号：U469.7 收稿日期：2023-04-28

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.009

1 前言

目前，我国汽车拥有量在世界范围内位于首位。汽车已成为家庭的一个重要的出行工具。为实现可持续发展，减少汽车行业发展对环境产生的不良影响，新能源汽车进入人们的视野中，得到了较多人的认可。新能源汽车在行驶环节可将太阳能、电能、燃油作为动力能源。新能源汽车发展离不开混合动力技术的支持，在该技术条件下，能够使多种能源混合，综合为汽车行驶提供动力，有效转变了传统汽车的耗能方式，因此新能源汽车拥有较大的发展前景，值得深入研究。

2 混合动力汽车技术概述

混合动力一般表示油电混合动力，即燃料（汽油、柴油等）和电能的混合。该技术主要优点为：整车工作中，能够优化燃油消耗与排放，在某些工况下能够使驾驶人员获得安静的驾驶环境，实现发动机技术的有效利用，还能使驾驶员获得更高的驾驶乐趣。该技术的主要缺点为：系统更加复杂，系统会有更大的概率出现质量问题，维修与保养难度大；由于电池的使用，需要重点考虑电池的使用寿命与稳定性，会在一定程度上增加成本；市场认可度提升需要较长的时间。混合动力整车混合程度表示发动机与电动机的功率比例，根据现阶段主流技术可以达到的混合程度，混合动力整车可分为四类，即弱混、中混、重混、插电混。混合动力整车的混合程度分类如表1所示。

3 发展新能源混合动力汽车技术的意义

a.保护环境。石油属于传统汽车的主要燃料，是一种不可再生非清洁能源。汽车在不断发展中对石油的需求量也会持续增加，进而会加快石油消耗，且汽车尾气排放增多，也会使环境发生更为严重的污染。因此，将混合动力技术应用于新能源汽车中，能够有效保护环境。该技术支持下，其他清洁能源也可作为汽车的动力，可解决汽车单纯将石油作为燃料的情况。这在减少石油开采量、节约资源的同时，促进了环境的健康发展。汽车使用电能时不会产生尾气，可减少对周围环境的污染，有助于维护环境健康。

b.节约能源。燃油属于传统汽车的主要动力能源，新时期汽车产量及使用量不断增多，使得石油被大量开采，出现了资源浪费的情况，长此以往势必会将石油资源耗尽，与绿色发展及可持续发展战略不符。而混合动力技术的应用，能够将清洁能源作为汽车的动力能源，进而减少石油能源消耗，有效节约能源。相比于纯电动汽车，混合动力汽车不会单纯依靠电能。纯电动汽车长期使用中，会出现大量的报废电池，导致锂等能源浪费，无法获得良好的能源节约效果。而通过应用混合动力技术，可有效降低汽车对电能的依赖，延长电池使用寿命，减少电池报废量，从而有效节约锂矿能源。因此在新能源汽车中应用混合动力电池，可以进一步提升资源与能源的利用效率，在节约能源的同时，有助于促进我国绿色发展目标的实现。

4 混合动力技术的新能源汽车应用

4.1 制动能量回收技术

通常情况下，汽车行驶过程中，制动环节会损失35%～80%的能量。电动汽车制动环节，利用电气系统，能够将损失的能量从驱动轮向蓄电池进行转化，转化效率能够达到68%，从而使汽车续航里程有所增加[1]。通过回收汽车制动环节损失的能量，可获得明显的经济效益。

混合动力汽车中，电动机不仅能够将电能向机械能进行转化，还能通过发电机发电。新能源汽车制动或减速时，会启动再生制动系统。混合动力企业再生制动系统可通过减小运行频率来实现对电机停止与减速的控制。当变频器变频小时，相应地会降低电机转速。因为机械惯性的存在而使电动机转速不变，或转速变化相对滞后时，会出现实际转速高于给定转速的情况，此时变频器直流端电压会低于电机反电动势，使得电动机变为发电机，不会出现电能消耗，还能在变频器专用型能量回馈单元的应用下，使电源获得电力。因此，一方面可获得良好的制动效果，另一方面可实现能量回收。制动能量回收技术更加适用于城市工况，不过城市工况车速通常不会太快，加上制动概率较小，所以后期研究中，应将中轻度制动能量回收作为研究重点。

4.2 混合动力协调控制系统

根据控制方式来划分，协调控制能够分为两种模式：a.手动模式，该模式下汽车驾驶员应结合自身判断，进行能量再生装置手动开启；b.自动模糊，表示汽车电控单元获得车速、制动压力、踏板力等信号，会与传感器感知信号做对比分析，同时在各功能间进行信号的自动转换，共同完成任务。

协调控制策略主要表现如下：

a.协调控制制动能量再生装置与车身稳定控制系统。汽车急转弯、行驶在坏路地段时，为使汽车行驶平稳、顺利，在稳定控制系统开始工作后，应实现与能量回收装置的良好协调。通过科学调整车身稳定控制系统制动力，对车辆横摆角速度进行调节，确保汽车行驶的平稳性。并且将储能装置回收的能量向制动能量进行转化，可使地面侧向反作用力得到明显降低，以免汽车行驶环节受到不良影响，发生相应风险问题[2]。

b.协调控制制动能量再生装置与制动防抱死系统。两者均是通过对制动力大小做出改变而达到刹车的目的。不过制动防抱死系统对制动力进行调节，是向理想状态调整驱动轮滑移率，以免汽车发生转向失灵或侧滑情况，制动防抱死系统如图1所示。两者存在不同的工作原理，实际发挥作用时，会存在相互干涉情况，所以应做好协调控制工作。电控单元会借助传感器传来的数据，通过全面分析，科学做出判断。若油管压力突然增大，则表示汽车正进行急刹车，为防止出现抱死情况，需要对制动力矩合理控制，不可过大。

4.3 动力电池管理系统

电池管理系统属于连接电动汽车与车载动力电池的关键部分。电池组工作环节中需要与电机、汽车引擎等元件良好配合，并且还应为其他各类电子设备提供电能。电池组工作性能会受到外界环境与自身情况的影响，所以混合动力汽车动力电池管理系统不可或缺。该系统运行中能够将电池相关动态向电控单元时刻反馈，包括电池温度、发出电流大小、剩余电量等，同时可以通过有效的措施进行处理。该系统的功能如下：

a.电池间的连接方式不同，其工作状态会存在较大差异，一组电池中，各个电池的工作状态也存在较大不同，所以需要对传感装置反馈的各种信息进行实时收集，如剩余电量、温度、电压及电流等。

b.电控单元[3]。结合反馈的数据信息，对电池是否在正常状态进行判断，如对电池负载程度大小、供给用电器电量余值、电流、电压等情况进行判断，了解电池的工作状态，同时将检测到的危险及时向发动机控制单元进行反馈，确保电池始终处于良好的工作状态。

c.发现问题后，应及时进行处理，例如，当发现电池发热时，需要利用冷却系统对电池进行降温；当发现电池负载过大时，需要将多余的耗能元件适时关闭，同时对电流、电压大小做出调节。所以，电池管理系统中应涉及保护电源，信息实时反馈，分析反馈的信息，同时进行处理，确保电池处于最佳状态，延长电池使用期限。

4.4 电池管理策略

a.根据规则开展电池管理工作。电池管理策略应逻辑清晰，且开发周期短，对汽车控制意义重大。汽车处于不同行驶工况时，动力电池工作状态会存在较大不同。同时，不同电池组在连接方式上会存在较大差异，所以应通过不同的策略进行管理。混合动气汽车中，基于规则的电池管理属于首选方案，这种方案操作便利、步骤较少，主要存在两种管理策略：一种是将确定规则作为基础的管理策略；另一种是将模糊性规则作为基础的管理策略。其中，将确定规则作为基础的管理策略应用较广，便于操作，主要是借助各类传感器、发动机控制单元、执行机构开展能量管理工作。具体实施办法为：当车速较慢、电瓶剩余较多电量时，汽车只由电池进行驱动，此时引擎处于熄火状态；当汽车行驶处于中等车速时，电动机则会停止工作；如果汽车在高速行驶状态，当其经过陡坡路段时，则需要用到混合驱动模式。

b.其他管理策略。电池其他管理策略有很多种，较为常见的有功率跟踪策略、全局优化管理策略、非稳态优化管理策略[4]。其中，功率跟踪策略应用过程中需要进行汽车引擎、电瓶发出功率相关数据的全面收集，存在工作稳定的优势；全局优化管理策略，是在其基础上改进获得的一种管理策略；相比之下，非稳态优化管理策略则更加完善。

4.5 电机电控技术

电机电控在混合动力汽车中处于重要位置，是系统动力中较为关键的一个部件。混动技术持续发展下，电机电控应用较为广泛，该技术能够使混合动力汽车的稳定性得到进一步提升。随着电机电控的不断发展，电机电控的国产化更加明显，由于其存在较大的价格优势，进一步打开了混合动力汽车市场。例如，双林电机、汇川电机、仿真电机等，均属于市场中常见的电机，这些品牌使国产自主电机电控部件具有较强的代表性。同时，在长期技术研发过程中，相比于10年前，电机电控设计以及生产成本下降了大约50%，有效扩大了混合动力汽车电机电控部件的应用范围。相关技术优化变革，有效提升了电机电控使用效率，促进混合动力技术发展，使新能源汽车更具节能减排优势。

4.6 混动变速箱技术

通过混动变速箱的应用，能够使混合动力汽车实现新能源混合动力驱动。尤其是将其应用于混合动力汽车时，混动变速箱发挥着重要作用，属于混合动力汽车中不可缺少的部件。我国发展混合动力汽车时，在混动变速箱研发设计上关注力度较大，经过不断努力，当前已经实现了混动变速箱量化以及国产化生产[5]。同时，由我国自主设计出的混动变速箱结构相对简单，且成本更低，具有较大的优势，能够有效提升混合动力汽车发展优势。例如，比亚迪汽车中应用的DMI系统，属于我国研发的一种优势较高的混动变速箱系统，在世界上首屈一指，该系统的研发成功，使我国混合动力汽车在国际上的地位得到明显提升。混动变速箱设计环节，通常采取的是单电机三离合设计方案，同时随着当前技术的不断更新，应用到双电机P1P3架构，使得我国混动变速箱具有更高的设计以及应用优势，也使得混合动力汽车市场得到进一步拓宽。

4.7 混动专用发动机

为配合混动专用变速箱，混动专用发电机被研发出来。混合动力系统中，发动机的工作相对简单，具体以稳态工作为主。确保发动机长期稳态工作存在较大优势，能够结合功率需求，使工作处于高效区，保持良好的热效率[6]。混合专用发动机能够充分发挥出发动机与电机的优势，在发动机方面，能够实现增效补能，在电机方面，可提升动力性与瞬态相应。我国较多企业研发出的混动专用发动机，与上一代产品相比，不断进行减法，去除了汽油机高压直喷技术，有效减少了技术成本。现阶段，较多主机厂利用燃烧室、可变截面增压、进配气优化、低压EGR、米勒循环以及高压缩比等技术，有效提升了发动机热效率，提升了约43%，同时使得最优效率工作区域更加宽广。并且，发动机简化硬件设计后，整套系统成本得到了明显降低。

5 结语

在汽车行业的不断发展中，传统汽车负面影响因素不断增多，而新能源汽车在研发力度上不断加大，已成为汽车行业未来发展的主要方向。相比于传统汽车，新能源汽车能够更加高效地利用能源，不会对环境产生严重污染。混合动力技术在新能源汽车中占有主要位置，可节约传统燃料消耗，续航能力较强。当前混合动力技术仍处于探索研发阶段，未来我国仍需加大混合动力技术的研发力度，以便更进一步地推进新能源汽车的稳定发展。

参考文献：

[1]宰文洁.新能源汽车混合动力系统探讨[J].内燃机工程，2022，43（5）：114.

[2]杨大举.混合动力汽车的控制策略研究[J].专用汽车，2022（9）：34-36.

[3]刘倩.汽车新能源与节能技术应用研究[J].时代汽车，2022（15）：115-117.

[4]杨维刚，杨志超，张学锋.新能源混合动力汽车动力电池容量计算及SOC控制[J].汽车电器，2022（5）：16-18.

[5]张景轩，程子健.基于混合动力技术的新能源汽车应用及发展趋势[J].南方农机，2022，53（10）：152-155.

[6]金传琦.新能源混合动力汽车能量管理策略研究[J].交通节能与环保，2022，18（2）：27-30.

作者简介：

赵坤东，男，1987年生，讲师，研究方向为教学。