并聯(lián)式混合動力汽車研究現(xiàn)狀

李澤琛

摘要：隨著大氣污染等問題的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)汽車對環(huán)境的污染逐漸為人們所詬病。在這種發(fā)展背景下，電動汽車順勢誕生受到人們高度重視。然而，由于技術條件等諸多因素掣肘，BEV始終有著成本高，電池能量密度低等缺點，其大范圍推廣應用有著明顯阻礙。因此，以發(fā)動機為主要能量源，以電動機為輔助能量源的油電混合動力汽車是目前以及將來能夠廣泛應用的新能源車型，值得人們研究與探索。本文介紹了并聯(lián)式混合動力汽車及其發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向。

Abstract： With the continuous emergence of air pollution and other problems， the pollution of traditional vehicles to the environment has been criticized gradually. In this development background， the birth of electric vehicle homeopathy has been highly valued. However， due to the constraints of technical conditions and other factors， BEV always has the disadvantages of high cost and low energy density of battery， which obviously hinders its wide application. Therefore， the hybrid electric vehicle， which takes the engine as the main energy source and the motor as the auxiliary energy source， is a type of new energy vehicle that can be widely used at present and in the future， which is worthy of research and exploration. This paper introduces the parallel hybrid electric vehicle， its development status and future development direction.

關鍵詞：混合動力;新能源;油電混合;并聯(lián)

Key words： hybrid;new energy;oil-electric hybrid;parallel connection

中圖分類號：U469.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0064-02

0? 引言

邁入全新時代，在社會經濟建設日益深入過程中，環(huán)境問題也愈來愈嚴重，特別是化石染料燃燒所造成污染，成為社會大眾普遍重視的問題，由于環(huán)保方面有著更嚴格標準，也讓汽車工業(yè)推進迎來新的挑戰(zhàn)，大量學者與業(yè)內人士紛紛為此開展研究工作，雖然取得許多重要成果，但整體發(fā)展依舊不夠完善。環(huán)境、資源兩方面壓力越來越大，形勢日漸嚴峻，時刻牽動著每個人內心，希望找到更理想突破之路。有鑒于此，世界各國紛紛加強汽車尾氣排放標準，使得電動汽車地位逐漸升高。盡管很多人認為，在不久的將來，純電動汽車將會完全取代其他類型的驅動汽車，實現(xiàn)最高市場占有率，然則當前始終有著成本太高、電池能量偏低等缺點，使得其大范圍推廣應用面臨重重阻礙，難以真正達到預期目標。而具有傳統(tǒng)燃油汽車及新能源電動汽車二者優(yōu)點的油電混合動力汽車在日常生活中可以廣泛應用，不管理論研究亦或是實踐發(fā)展，均有重要意義。

1? 研究背景

隨著人們越來越重視大氣污染，對生存環(huán)境提出更嚴格要求，化石燃料的燃燒也越來越被人們詬病，成為亟需解決的重點問題，只有保證人與自然和諧關系，才能實現(xiàn)長期穩(wěn)健發(fā)展。與此同時，傳統(tǒng)的內燃機對能量利用的效率低于百分之三十，因此大多數(shù)人們認為在將來純電動汽車將會代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車。然而，汽油等化石燃料的能量密度遠高于車載電池的能量密度，若完全采用電池來為汽車的驅動提供能量，那么汽車的體積將會擴大，從目前的技術看，現(xiàn)在廣泛使用純電動汽車是不切實際的，仍然有著大量問題、阻礙需要攻克，無法短時間內達到目標。有鑒于此，眾多工程師提出了HEV，這種汽車一方面擁有發(fā)動機性能良好、持續(xù)工作時間長的特性，另一方面也具有電動機污染小的特點。除此之外，相較傳統(tǒng)汽車而言，HEV能量利用率明顯更高。

2? 并聯(lián)式混合動力汽車

2.1 并聯(lián)式混合動力汽車

根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，并聯(lián)式結構逐漸占據(jù)該領域主導地位。它是指內燃機、電動機一同運行，一起提供汽車驅動必要能量。同時，為了使發(fā)動機更有效率地運行，汽車電動機同樣起到了發(fā)電機職能作用。（見圖1）

并聯(lián)式、串聯(lián)式兩種HEV對比可知，前者生產、應用階段限制更少。即便前者核心動力依舊是內燃機，但是相對于純電動汽車，因為有效保留傳統(tǒng)汽車動力傳輸模式，所以在效率上更高。

2.2 并聯(lián)式混合動力汽車結構

由結構上來看，主要包含兩套驅動系統(tǒng)，詳情如圖2所示。結合圖例進行說明，面向較為復雜工況時能夠選擇與之對應驅動模式，故而應用場合非常寬廣。對這種結構而言，通過人們不懈研究和努力，現(xiàn)階段類型越來越豐富，具體表現(xiàn)在電動機臺數(shù)與布置、變速器類別、部件數(shù)量、位置關系方面存在差異。按照輸出軸結構進行區(qū)分，包括單/雙軸式。

2.2.1 單軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

對變速器而言，其經主傳動軸和發(fā)動機相接，電動機轉矩經齒輪和內燃機轉矩由其前面復合，也就是人們常說的轉矩復合。除此之外，內燃機、電動機與其輸入軸間轉矩成比例。

2.2.2 雙軸式并聯(lián)混合動力系統(tǒng)

結合實際情況來看，配備兩套變速器，依次和內燃機相接，以此為前提，經齒輪有效復合。具體運行階段，能夠逐一調整變速比控制內燃機、電動機間轉速關系，讓發(fā)動機工況控制更加方便。

行星齒輪存在兩自由度，能按兩輸入部件轉速復合得到輸出軸轉速，部件間轉矩始終成比例，因此被人們叫做轉速復合。

2.3 工作模式

按照實際情況歸納整理可知，一般包含如下幾種工作模式：①純電驅動：電池電量足夠前提下，可選擇使用這種驅動模式。②純發(fā)動機驅動：保持勻速行駛期間，可選擇使用這種驅動模式，如此一來，效率得到大幅提高。③混合驅動：加速或爬坡時，兩動力輪輸出一起提供動力。電動機能量則源于電池組。④行車充電：如果發(fā)動機功率超過正常負荷，電池組SOC沒有處于最高狀態(tài)，那么多余能量可用于向其充電。⑤制動能量回收：減速制動期間，電動機輸出供電制動力矩，并回收能量實現(xiàn)充電。⑥停車充電：如果此時電池組電量較低，為確保下次實現(xiàn)純電啟動，能夠通過發(fā)動機向其充電。

2.4 并聯(lián)式混合動力汽車的優(yōu)點

首先，兩條驅動路徑并聯(lián)在一起，可提高功率。具備兩套動力系統(tǒng)，可提高汽車動力性。另外，動力傳遞期間，僅僅只有摩擦損耗，并無其它轉換過程，故而總能量轉換綜合效率超過串聯(lián)式HEV。

再者，儲能元件容量沒有很高要求。電動機/發(fā)動機功率按照多能源動力總成匹配標準，能夠采用更小功率發(fā)動機。不僅功率方面占據(jù)優(yōu)勢，質量與體積也能減小，相配套動力電池容積減小，這種情況下，整車整備質量明顯更輕。

相較其它類型HEV而言，并聯(lián)式能夠長期保持污染少，油耗低的情況之下行駛。另外，并聯(lián)式混合動力汽車內部的電池可以在一定程度上回收汽車上下坡等變速時過度消耗的能量，促使能量利用率得到明顯增強。

相對于純電動汽車來說，并聯(lián)式能夠直接選擇加油站解決能量問題，換言之，不用另建充電站點。另外，并聯(lián)式整體造價適中，有利于在實際生活中廣泛推廣和應用。其次，由于汽車仍保留內燃機，因此面對取暖除霜等耗能大的行為時，相較BEV而言能夠展現(xiàn)巨大優(yōu)勢。

3? 尚未解決的問題

對并聯(lián)式而言，發(fā)動機驅動屬于核心模式之一，但其工況與行駛工況有著密切關聯(lián)，不能長期工作于高效區(qū)，故而排放性能明顯遜于串聯(lián)式HEV。

在諸多因素影響下，目前，并聯(lián)式仍然不能實現(xiàn)零污染要求，但相信在不久的將來，并聯(lián)式混合動力汽車中內燃機提供能量所占的比例會越來越低，逐漸向零排放的目標靠近，最終實現(xiàn)預期目標。

4? 發(fā)展方向

在未來很長一段時間里，并聯(lián)式結構將始終保持良好發(fā)展?jié)摿ΓS著人們逐漸提高節(jié)能減排以及減少環(huán)境污染的意識，并聯(lián)式混合動力汽車將逐漸在日常生活中廣泛應用，占據(jù)市場更多份額。由混合動力系統(tǒng)來看，如何提高電動機在能量供應上的占比也是工程師們目前正在努力研究的問題，相信不久之后，在科技水平日益增強背景下，必然會有突破性進展，為人們出行提供便利的同時，真正實現(xiàn)零污染排放目標，加強環(huán)保效果，讓節(jié)能減排與環(huán)保事業(yè)發(fā)展上升到全新高度。

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