混合動力汽車概述

吳俊鋒

摘 要：為解決能源問題和環境問題，在傳統的內燃機汽車和純電動汽車進行過渡，混合動力汽車在此背景下不斷發展?；旌蟿恿ζ囀侵溉加蛣恿与娏Φ钠?。它的混合動力總成主要包括發動機和電動機，結合發動機和電動機各自的優點;內置動力分離裝置的混合動力專用變速器、鎳氫電池組和動力控制總成等部件。

關鍵詞：混合動力汽車 串聯式 并聯式 混聯式

混合動力汽車擁有兩種或者兩種以上的動力源。根據不同的動力源的布置方式，混合動力汽車主要可以分為串聯式混合動力汽車、并聯式混合動力汽車和混聯式混合動力汽車。典型的是串聯和并聯兩種構型方式，兩者的主要不同之處在于動力源和車輪的連接方式的不同，混聯式構型則是融合了以上兩種構型方式的優點。

1. 串聯式混合動力汽車

在串聯式混合動力汽車當中，通常是將發動機和發電機這兩個部件做成一體，組成APU。發動機帶動發電機發電，所產生的電能通過控制器直接送到發動機，有發動機產生驅動力矩從而驅動汽車。電池實際上起到平衡發動機-發電機組輸出功率和電動機輸入功率的作用：當發電機發出的功率高于電動機所需要的功率時（當汽車減速滑行、低速行駛或者短時停車等工況），控制器控制發電機向電池充電;當發電機發出的功率低于電動機所需要的功率時（當汽車起步、加速、高速行駛和爬坡等工況），電池則會向電動機提供額外的電能。

串聯式混合動力汽車的傳動形式和其他種類的混合動力汽車的傳動形式（并聯、混聯）相比較，具有自己明顯的特點和優勢：

1.發動機和發電機、傳動系之間沒有直接的機械連接，使整車布置的自由度較大，同時也使得發動機的工作狀態不會受到汽車行駛狀態的影響，發動機能夠保持在穩定、高效、低排放的運行狀態下工作，使得汽車具有良好的燃油經濟性和較低的污染物排放。

2.在串聯式混合動力汽車上，由于發動機帶動發電機所產生的電能和電池組輸出的電能共同帶動電動機來驅動汽車行駛，電力驅動式其唯一的驅動模式，因而控制技術比較簡單。

3.串聯傳動形式的驅動模式決定了電動機的功率應該接近或者等于汽車所需要的最大驅動功率，因此電動機的功率較大，外形和質量也都較大。所以串聯布置形式在中小汽車上不容易實現。

4.在發動機-發電機-電動機系統中的熱能-電能-機械能的能量轉換當中，能量損失比較大，因此，串聯式混合動力汽車的燃油經濟性和并聯式混合動力汽車相比較差。

5.該傳動形式更加適合用于在路況復雜的城市內公路行駛的車輛。在環保要求較高的市區，汽車在起步和低速行駛時也可以關閉發動機進入純電動狀態，使得汽車達到零排放的要求。

串聯式混合動力汽車驅動功率的直接來源是驅動電機，而發動機-發電機組和電池組作為驅動電機動力的來源，二者之間可以相互協調，根據各自不同的工作特點對各自工作狀態和工作形式進行補充，達到節能減排的目的。和并聯傳動形式的混合動力汽車一樣，串聯式混合動力汽車也可以解決傳動汽車發動機功率偏高的問題并且消除發動機怠速，并且能夠在制動時通過電機回收制動能量。除此之外，串聯式混合動力汽車還有一個顯著的優點：可以更好地進行發動機的區域控制，優化發動機的工作區域，使得發動機始終工作在高效、低排放的區域內，由此提高車輛的燃油經濟性能并且降低排放。這是由于串聯式混合動力汽車的發動機和傳動系之間沒有直接的機械連接而只有電氣連接，發動機的工作狀態可以不受汽車行駛狀態的約束。此優點是串聯式混合動力汽車得到人們認可的重要原因。

2. 并聯式混合動力汽車

并聯式混合動力汽車采用內燃機和電動機兩套各自獨立的驅動系統。內燃機可以單獨驅動車輛，電動機也可以單獨驅動車輛，內燃機與電動機還可以聯合驅動車輛，當內燃機輸出的功率大于驅動車輛所需要的功率或者再生制動時，電動機將工作在發電機狀態，將多余的能量轉化成為電能充入蓄電池。顯然，并聯式混合動力汽車能夠減少汽車尾氣的排放以及燃油消耗量。

并聯結構可以簡單理解為在普通汽車的基礎上加裝一套電能驅動系統（電動機和動力電池），發動機和電動機能單獨驅動車輪，也可以同時工作，共同驅動車輛行駛。當動力電池電量不足的時候，發動機還能帶動發電機反轉為動力電池充電。

并聯結構的混合動力車型一般有三種模式。

1.純電模式。發動機關閉，電池為電動機供電，驅動車輛行駛，該模式多用于中低速行駛，也有部分車型可以實現高速巡航。

2.純油模式。發動機啟動，驅動車輛行駛，同時能夠帶動發電機反轉為動力電池充電。

3.混合模式。發動機和電動機同時起動，驅動車輛行駛，該模式多用于爬坡、急加速以及其他高負荷工作的狀況。

與串聯結構不同的是，并聯結構中的發動機和電動機可以同時驅動汽車，動力性能更加優越。

1.由于發動機的機械能可以直接輸出到汽車驅動軸，中間沒有能量轉換，與串聯式布置相比較，系統效率高，燃油消耗較少。

2.電動機同時又可以作為發電機使用，系統僅有發動機和電動機兩個動力總成，整車質量下降和成本大大降低

3.設備功率較小，附加的設備費用也較低。

由于發動機與車輛驅動輪之間有直接的機械連接，發動機運行工況不可避免地受到汽車具體行駛工況的影響，要維持發動機在最佳工作區工作，則需要復雜的控制系統和控制策略

3. 混聯式混合動力汽車

混聯式裝置包含了串聯式和并聯式的特點。其主要的衍生結構由開關式和分路式兩種。

開關式是通過離合器的結合與脫離來實現串聯分支與并聯分支間的相互切換：離合器分離，切斷發動機和電動機與驅動輪的機械連接，系統以串聯模式運行;離合器接合，發動機與驅動輪有了機械連接，系統以并聯模式運行。

分路式是串聯分支與并聯分支都始終處于工作狀態，而由行星齒輪傳統在串聯分支和并聯分支間進行發動機輸出能量的合理分配。此結構可以通過發電機對串聯分支實施各種控制，同時又可以通過并聯分支來維持發動機與驅動輪之間的機械連接，最終實現對發動機的轉速控制。

混聯的結構優點和使用優點更加接近于并聯結構車型，但混聯的驅動模式更加豐富，在并聯的混合驅動模式基礎上，加入了充電功能，這就意味著發動機和電動機全力驅動車輛時不用擔心電量消耗的問題。

參考文獻：

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