電動(dòng)車(chē)輛相關(guān)技術(shù)問(wèn)題系統詳解

三、混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）

1.定義 目前，關(guān)于“混合動(dòng)力”的定義比較多，一般比較通行的是：一輛汽車(chē)，同時(shí)擁有兩種、或兩種以上的動(dòng)力裝置（也有的用“能源裝置”術(shù)語(yǔ)，但不夠嚴謹），其中有一種必須是電能動(dòng)力。

而一般來(lái)說(shuō)，除了電力之外的動(dòng)力，另一種都是車(chē)用內燃機。所以“混合動(dòng)力”又常被稱(chēng)作“油電混合”。

2.基本工作原理

與純電動(dòng)車(chē)和燃料電池車(chē)（以及單純太陽(yáng)能汽車(chē)等）方案相比，可以說(shuō)混合動(dòng)力采用的是一種不那么激進(jìn)的“中庸之道”。

其全部能源歸根結底還是來(lái)自車(chē)載燃油，燃油還是通過(guò)傳統熱力學(xué)過(guò)程由熱機轉化成機械能。

也就是說(shuō)，混合動(dòng)力整車(chē)的能源利用率不會(huì )高于車(chē)載內燃機的最佳熱效率。

其節能減排的基本出發(fā)點(diǎn)是：優(yōu)化發(fā)動(dòng)機的工作區間。

（可以類(lèi)比無(wú)級變速器。無(wú)級變速器可以在某功率下尋求燃油消耗率最小的工作點(diǎn)，而混合動(dòng)力可以將發(fā)動(dòng)機控制在整個(gè)萬(wàn)有特性圖中的最經(jīng)濟點(diǎn)。）

例如，發(fā)動(dòng)機的最經(jīng)濟工作點(diǎn)是：n=2000rpm，Pe=40Kw。

當車(chē)輛負荷較輕時(shí)，比如，僅需要20Kw的功率。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機仍工作在最經(jīng)濟點(diǎn)，輸出40Kw功率；多余的20Kw由電系統回收，儲存在電池中。（或者發(fā)動(dòng)機完全關(guān)閉，單純由電系工作。）

轉速和車(chē)速的協(xié)調由傳動(dòng)系的傳動(dòng)比實(shí)現，所以很多HEV配置無(wú)級變速器。

當車(chē)輛負荷較大時(shí)，比如，需要60Kw的功率。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機仍工作在最經(jīng)濟點(diǎn)，輸出40Kw功率；不足的20Kw由電系統提供，電池對外放電。（或者發(fā)動(dòng)機完全關(guān)閉，單純由電系工作。）

混合動(dòng)力技術(shù)能夠提高燃油經(jīng)濟性和排放性的具體原因，可參閱《汽車(chē)理論》第二章 第五節。

就目前技術(shù)水平而言，與常規動(dòng)力車(chē)輛相比，混合動(dòng)力車(chē)輛的油耗可以降低一半左右，排放污染物水平減少的幅度更大。

3.技術(shù)類(lèi)型

混合動(dòng)力車(chē)輛，根據“油”與“電”的不同組合方式，有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)之分。較常見(jiàn)的是前兩者。

（1）所謂“串聯(lián)”，就是發(fā)動(dòng)機-發(fā)電機-電動(dòng)機-車(chē)輛傳動(dòng)裝置…成線(xiàn)形串成一列。在發(fā)電機和電動(dòng)機之間是蓄電池端口，由控制器控制。能量基本流程：

①發(fā)動(dòng)機工作在最經(jīng)濟點(diǎn)，燃油的化學(xué)能由內燃機轉化成機械能（或者關(guān)閉發(fā)動(dòng)機，完全由電池提供能源）；

②帶動(dòng)發(fā)電機全部轉化成電能；

③如果發(fā)電量不足，則由電池補充；如果發(fā)電量超過(guò)需求，則將多余的部分儲存在電池中；

④電能經(jīng)過(guò)電池的調節后傳遞給電動(dòng)機，再次轉化成機械能；

⑤機械能帶動(dòng)車(chē)輛傳動(dòng)系統，提供驅動(dòng)輪驅動(dòng)力…

由于所有能量都要經(jīng)過(guò)發(fā)電-電動(dòng)的反復轉換，效率較差；而且由于串行布置，所有動(dòng)力總成都要滿(mǎn)足車(chē)輛最大功率的需求，體積和質(zhì)量都難以控制。

但串聯(lián)式方案由于發(fā)動(dòng)機和驅動(dòng)輪之間沒(méi)有直接的聯(lián)接，發(fā)動(dòng)機工作不受行駛環(huán)境和駕駛員意圖的影響，容易控制在理想工作點(diǎn)，整套控制系統也較簡(jiǎn)單（相對并聯(lián)和混聯(lián)）。

目前，如果選用效率較高的發(fā)電機和電動(dòng)機，串聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)輛的效能還是可以接受的。

（2）所謂“并聯(lián)”，指的是“油”和“電”都可以單獨驅動(dòng)汽車(chē)行駛。它的核心電系是一個(gè)在控制器控制下的電機，可以適時(shí)的充當電動(dòng)機或者發(fā)電機。

①發(fā)動(dòng)機工作在最經(jīng)濟點(diǎn)，燃油的化學(xué)能由內燃機轉化成機械能（或者關(guān)閉發(fā)動(dòng)機，完全由電池提供能源）；

②如果該功率不足，則電池放電，電機對外輸出機械功，在動(dòng)力合成裝置的協(xié)調下該機械功與來(lái)自?xún)热紮C的機械功匯合，共同驅動(dòng)車(chē)輛；如果發(fā)動(dòng)機功率過(guò)剩，那么動(dòng)力合成裝置將一部分功率分配給電機，電機發(fā)電，將剩余的能量?jì)Υ嫫饋?lái)；

③從動(dòng)力合成裝置輸出的機械功驅動(dòng)車(chē)輛…

很顯然，并聯(lián)式方案更復雜，而且發(fā)動(dòng)機與驅動(dòng)輪存在機械連接，對控制器的要求更高。

但其最大的優(yōu)點(diǎn)是效率高。驅動(dòng)輪輸出功率中的很大一部分直接來(lái)自發(fā)動(dòng)機，而不需要發(fā)電-電動(dòng)的轉換。另外，由于內燃機和電機的功率是相加后共同滿(mǎn)足行駛需求，它們各自的額定功率都可以遠小于整車(chē)的功率需求，可以做到小型化、輕量化，這對于許多小型車(chē)輛而言是必須的。

（3）還有一種“混聯(lián)”。從理論上說(shuō)，其綜合性能最佳；但系統組成非常龐大，傳動(dòng)布置非常困難，對控制系統的要求也非常高。在此不多介紹。

4.特點(diǎn)總結

總之，混合動(dòng)力技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：

（1） 所采用的動(dòng)力總成都是對已有技術(shù)的繼承，需要完全重新研制的設備不多。

（2） 由于所有能源從本質(zhì)上還是來(lái)自車(chē)載燃油，能夠比較準確的定量評價(jià)對燃油經(jīng)濟性和排放性的貢獻。

（3） 是目前唯一可以回收制動(dòng)能量（部分）的技術(shù)。

（4） 對蓄電池技術(shù)要求相對不高。

（5） 利用普通加油站。

而存在的問(wèn)題主要有：

（1） 沒(méi)有完全擺脫對化石燃料的依賴(lài)。這是最致命的缺陷，所以一般認為混合動(dòng)力技術(shù)只是燃料電池車(chē)輛普及之前的一個(gè)過(guò)渡。

（2） 在所有電動(dòng)車(chē)輛技術(shù)中，其控制系統最為復雜。對控制器軟硬件水平以及車(chē)上信號通信的要求非常高。（因此，實(shí)際混合動(dòng)力車(chē)輛的效能與仿真計算相比，存在一定差異。）

（3） 由于各動(dòng)力裝置的工作狀況切換比較頻繁，其壽命存在問(wèn)題。而且大量的瞬態(tài)工作過(guò)程對油耗和排放都帶來(lái)一定負面影響。

（4） 專(zhuān)門(mén)用于混合動(dòng)力車(chē)輛的高效率、低排放內燃機的研發(fā)還需加快進(jìn)度。

（5） 研發(fā)和制造成本較高。

這是所有電動(dòng)車(chē)輛（乃至所有新型節能車(chē)輛）的共性。如果沒(méi)有政策性?xún)A斜，單憑其技術(shù)優(yōu)勢和消費者對環(huán)境問(wèn)題的自覺(jué)認知，市場(chǎng)競爭力不佳。因為其初始購車(chē)費用和日程養護、維修費用的增加，遠遠超過(guò)節能所帶來(lái)的收益。