電子發(fā)燒友網(wǎng)整理：本文是小編給大家整理的關(guān)于混合動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)的匯總。大家一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，歡迎留言討論...

　　一.混合動(dòng)力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

　　1.混合動(dòng)力汽車(Hybrid Electrical Vehicle, 簡(jiǎn)稱HEV) 是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來(lái)源——熱動(dòng)力源(由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生)與電動(dòng)力源(電池與電動(dòng)機(jī))的汽車。通過(guò)在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。

?

　　2.混合動(dòng)力車的工作原理

　　混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成。

　　以串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車為例，介紹一下混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作原理。

　　在車輛行駛之初，蓄電池處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作。電池電量低于60%時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)：當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量; 當(dāng)車輛能量需求較小時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。由于蓄電池組的存在，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。

　　混合動(dòng)力汽車采用能夠滿足汽車巡航需要的較小發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠電動(dòng)機(jī)或其它輔助裝置提供加速與爬坡所需的附加動(dòng)力。其結(jié)果是提高了總體效率，同時(shí)并未犧牲性能?；旌蟿?dòng)力車設(shè)計(jì)成可回收制動(dòng)能量。在傳統(tǒng)汽車中，當(dāng)司機(jī)踩制動(dòng)時(shí)，這種本可用來(lái)給汽車加速的能量作為熱量被白白扔掉了。而混合動(dòng)力車卻能大部分回收這些能量，并將其暫時(shí)貯存起來(lái)供加速時(shí)再用。當(dāng)司機(jī)想要有最大的加速度時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作，提供可與強(qiáng)大的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)钠鸩叫阅堋Ｔ趯?duì)加速性要求不太高的場(chǎng)合，混合動(dòng)力車可以單靠電機(jī)行駛，或者單靠汽油發(fā)動(dòng)機(jī)行駛，或者二者結(jié)合以取得最大的效率。比如在公路上巡航時(shí)使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。而在低速行駛時(shí)，可以單靠電機(jī)拖動(dòng)，不用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)輔助。即使在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)仍可保持操縱功能，提供比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更大的效率。

　　3.混合動(dòng)力系統(tǒng)的分類

　　A、根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式，混合動(dòng)力系統(tǒng)主要分為以下三類：

　　a:串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過(guò)控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后通過(guò)變速機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下，電池就象一個(gè)水庫(kù)，只是調(diào)節(jié)的對(duì)象不是水量，而是電能。電池對(duì)在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動(dòng)力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。

　　b:并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。

?

　　c:混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)?；炻?lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過(guò)齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。Prius采用的是混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。

?

　　　　B、根據(jù)在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，電機(jī)的輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說(shuō)的混合度的不同，混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以分為以下四類：

　　a:微混合動(dòng)力系統(tǒng)。代表的車型是PSA的混合動(dòng)力版C3和豐田的混合動(dòng)力版Vitz。這種混合動(dòng)力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)(一般為12V)上加裝了皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)(也就是常說(shuō)的Belt-alternator Starter Generator, 簡(jiǎn)稱BSG系統(tǒng))。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機(jī)，用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來(lái)講，這種微混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動(dòng)力汽車，因?yàn)樗碾姍C(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。在微混合動(dòng)力系統(tǒng)里，電機(jī)的電壓通常有兩種：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)。

　　b:輕混合動(dòng)力系統(tǒng)。代表車型是通用的混合動(dòng)力皮卡車。該混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了集成啟動(dòng)電機(jī)(也就是常說(shuō)的Integrated Starter Generator，簡(jiǎn)稱ISG系統(tǒng))。與微混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，輕混合動(dòng)力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：(1)在減速和制動(dòng)工況下，對(duì)部分能量進(jìn)行吸收;(2)在行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動(dòng)需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。

　　c:中混合動(dòng)力系統(tǒng)。本田旗下混合動(dòng)力的Insight, Accord 和Civic都屬于這種系統(tǒng)。該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。另外，中混合動(dòng)力系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助驅(qū)動(dòng)車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，可以達(dá)到30%左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。

　　d:完全混合動(dòng)力系統(tǒng)。豐田的Prius 和未來(lái)的Estima屬于完全混合動(dòng)力系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，混合程度更高。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度可以達(dá)到甚至超過(guò)50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)力技術(shù)的主要發(fā)展方向。

　　以上各種不同的混合方式，都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽車廠商在過(guò)去的十幾年，通過(guò)不斷的研發(fā)投入，試驗(yàn)總結(jié)，商業(yè)應(yīng)用，形成了各自的混合動(dòng)力技術(shù)之路，而在市場(chǎng)上的表現(xiàn)也是各具特色。

　　二.混合動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)需要解決很多技術(shù)問(wèn)題，比如控制策略的設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化、蓄電池的改進(jìn)、傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)和新材料新工藝的應(yīng)用等等。

　　1、控制系統(tǒng)

　　這里的控制系統(tǒng)是指汽車動(dòng)力總成集中控制系統(tǒng)，它是整車正常行駛的核心單元。傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車的控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比(或噴油量)控制、點(diǎn)火控制和怠速控制，以及變速器的檔位變換和換檔感覺控制等。混合動(dòng)力汽車的控制還需要根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及車速等信息和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的功率分配策略，即當(dāng)汽車的負(fù)荷給定后，首先要確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)輸出功率的比例，以保證滿足汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等性能指標(biāo)的要求。為了滿足混合動(dòng)力汽車的包括駕駛性等的要求，需要設(shè)計(jì)與混合動(dòng)力系統(tǒng)相適應(yīng)的控制系統(tǒng)和控制策略。

　　混合動(dòng)力汽車控制策略

　　由于各種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)上的差異，因而需要不同的控制策略來(lái)調(diào)節(jié)和控制功率流在不同元件間的流動(dòng)，其目的是為了達(dá)到以下四個(gè)主要目標(biāo)：

　　- 最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性

　　- 最低的排放

　　- 最低的系統(tǒng)成本

　　- 最好的驅(qū)動(dòng)性能

　　混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)：

　　(1) 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)：基于最佳燃油經(jīng)濟(jì)性、最低排放或者二者選其一，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線確定最優(yōu)工作點(diǎn);

　　(2) 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作曲線：如果發(fā)動(dòng)機(jī)需要發(fā)出不同的功率，相應(yīng)的最優(yōu)工作點(diǎn)就構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作曲線;

　　(3) 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)：在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線上，發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)首選的工作區(qū)，在此工作區(qū)內(nèi)，燃油效率最高;

　　(4) 最小的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)波動(dòng)：應(yīng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速以避免波動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)達(dá)到最小;

　　(5) 限制發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，燃油效率很低，因而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于某一下限值時(shí)，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī);

　　(6) 減少發(fā)動(dòng)機(jī)的開/關(guān)次數(shù)：頻繁地開/關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)，引起油耗和排放增加;

　　(7)合適的蓄電池荷電狀態(tài)：蓄電池的容量須保持在適當(dāng)?shù)乃?，以便在汽車加速時(shí)提供足夠的功率，在汽車制動(dòng)或下坡時(shí)能回收能量。若蓄電池的容量過(guò)高，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)或使之怠速運(yùn)轉(zhuǎn);

　　(8)安全的蓄電池電壓：在放電、發(fā)電機(jī)充電或制動(dòng)回收充電時(shí)，蓄電池的電壓揮發(fā)生很大變化，應(yīng)避免蓄電池電壓過(guò)低或過(guò)高，否則蓄電池會(huì)產(chǎn)生永久性破損，因而蓄電池管理很關(guān)鍵;

　　(9) 分工適當(dāng)：在驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池應(yīng)合理分擔(dān)汽車所需功率;

　　(10) 在某些城市或地區(qū)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車以純電動(dòng)模式工作效率最高，這種轉(zhuǎn)變可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　　　2、內(nèi)燃機(jī)

　　經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，車用內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放控制方面獲得了很大改善。近年來(lái)電控燃油噴射、排氣再循環(huán)、增壓中冷、可變進(jìn)氣渦輪、高壓共軌和催化后處理等技術(shù)的應(yīng)用，更使汽車的性能飛速提高，因此，作為一種成熟的動(dòng)力設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上的應(yīng)用難度不大。由于可移動(dòng)性能好、比功率大、熱效率也較高，因此，內(nèi)燃機(jī)仍然是影響整車效率和性能的關(guān)鍵設(shè)備。

　　3、蓄電池

　　蓄電池是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是提高整車性能和降低成本的重要發(fā)展方向。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，蓄電池的比能量、比功率、循環(huán)壽命等方面的問(wèn)題就一直成為電動(dòng)汽車發(fā)展的主要障礙;對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，由于電動(dòng)比例較高，因此同樣面臨著蓄電池技術(shù)改進(jìn)的問(wèn)題：第一，比能量相對(duì)不足，因而成本較高，比能量值越高，汽車經(jīng)濟(jì)性越好;第二，蓄電池的壽命相對(duì)較短，蓄電池壽命一般為充放電1000次左右，比整車壽命低得多，若在汽車十幾年的生命周期頻繁更換蓄電池的話，混合動(dòng)力汽車的運(yùn)營(yíng)成本將大大提高。另外，蓄電池的應(yīng)用還涉及到充電時(shí)間較長(zhǎng)、電池荷電狀態(tài)(SOC)判別等問(wèn)題這些都不同程度影響整車性能。目前，在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上使用的蓄電池主要是鉛酸電池、鎳氫電池(MH-Ni)和鋰離子電池，如克萊斯勒ESX2采用鉛酸電池，豐田Prius和本田Insight用鎳氫電池日產(chǎn)Tino用鋰離子電池。

　　4、其它技術(shù)

　　電動(dòng)機(jī)技術(shù)、轉(zhuǎn)矩合成技術(shù)和新材料應(yīng)用技術(shù)對(duì)于混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)也都起著舉足輕重的作用。比如，電動(dòng)機(jī)技術(shù)涉及電機(jī)的工作效率和能量回收策略等問(wèn)題;轉(zhuǎn)矩合成器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合輸出，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性和可靠性有重大影響;材料技術(shù)的應(yīng)用主要指輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的選擇這對(duì)提高汽車性能極為有利。

　　三.混合動(dòng)力汽車的優(yōu)勢(shì)

　　“傳統(tǒng)汽車已經(jīng)不可持續(xù)，日益嚴(yán)峻的能源短缺和環(huán)境問(wèn)題，迫使我們不得不發(fā)展新能源汽車?！碑?dāng)前采用多元化技術(shù)開發(fā)不同車型已成為全球汽車行業(yè)的共識(shí)，但是只有混合動(dòng)力汽車才是最有效的路線。

　　國(guó)外幾大汽車巨頭已將混合動(dòng)力汽車規(guī)模化作為發(fā)展重點(diǎn)，比如豐田已投放8種混合動(dòng)力車型，累計(jì)銷售達(dá)200萬(wàn)輛以上，僅去年就實(shí)現(xiàn)年銷售100萬(wàn)輛混合動(dòng)力汽車，計(jì)劃到2020年，為所有的車型提供混合動(dòng)力。

　　混合動(dòng)力相對(duì)于純電動(dòng)汽車具有價(jià)格低、技術(shù)成熟、不依賴基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)繼承性好等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)展混合動(dòng)力是解決節(jié)能環(huán)保最行之有效的途徑。每輛混合動(dòng)力車成本多1.5萬(wàn)元，但行駛6萬(wàn)公里就能賺回，如果中國(guó)保有的6200萬(wàn)輛轎車都采用混合動(dòng)力，每年可節(jié)油1200萬(wàn)噸。

　　混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)是：1、采用混合動(dòng)力后可按平均需用的功率來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來(lái)補(bǔ)充;負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。2、因?yàn)橛辛穗姵?，可以十分方便地回收制?dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。3、在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零”排放。4、有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。5、可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。6、可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過(guò)充、過(guò)放，延長(zhǎng)其使用壽命，降低成本。