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(duì)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(dòng)汽車順勢誕生受到人們高度重視。然而，由于技術(shù)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(diǎn)，其大范圍推廣應(yīng)用有著明顯阻礙。因此，以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要能量源，以電動(dòng)機(jī)為輔助能量源的油電混合動(dòng)力汽車是目前以及將來能夠廣泛應(yīng)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(dòng)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(guān)鍵詞：混合動(dòng)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(hào)：U469.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0064-02

0? 引言

邁入全新時(shí)代，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)日益深入過程中，環(huán)境問題也愈來愈嚴(yán)重，特別是化石染料燃燒所造成污染，成為社會(huì)大眾普遍重視的問題，由于環(huán)保方面有著更嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，也讓汽車工業(yè)推進(jìn)迎來新的挑戰(zhàn)，大量學(xué)者與業(yè)內(nèi)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(yán)峻，時(shí)刻牽動(dòng)著每個(gè)人內(nèi)心，希望找到更理想突破之路。有鑒于此，世界各國紛紛加強(qiáng)汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，使得電動(dòng)汽車地位逐漸升高。盡管很多人認(rèn)為，在不久的將來，純電動(dòng)汽車將會(huì)完全取代其他類型的驅(qū)動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)最高市場占有率，然則當(dāng)前始終有著成本太高、電池能量偏低等缺點(diǎn)，使得其大范圍推廣應(yīng)用面臨重重阻礙，難以真正達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。而具有傳統(tǒng)燃油汽車及新能源電動(dòng)汽車二者優(yōu)點(diǎn)的油電混合動(dòng)力汽車在日常生活中可以廣泛應(yīng)用，不管理論研究亦或是實(shí)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(duì)生存環(huán)境提出更嚴(yán)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(diǎn)問題，只有保證人與自然和諧關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)健發(fā)展。與此同時(shí)，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)對(duì)能量利用的效率低于百分之三十，因此大多數(shù)人們認(rèn)為在將來純電動(dòng)汽車將會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車。然而，汽油等化石燃料的能量密度遠(yuǎn)高于車載電池的能量密度，若完全采用電池來為汽車的驅(qū)動(dòng)提供能量，那么汽車的體積將會(huì)擴(kuò)大，從目前的技術(shù)看，現(xiàn)在廣泛使用純電動(dòng)汽車是不切實(shí)際的，仍然有著大量問題、阻礙需要攻克，無法短時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)。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(dòng)機(jī)性能良好、持續(xù)工作時(shí)間長的特性，另一方面也具有電動(dòng)機(jī)污染小的特點(diǎn)。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(dòng)力汽車

2.1 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車

根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，并聯(lián)式結(jié)構(gòu)逐漸占據(jù)該領(lǐng)域主導(dǎo)地位。它是指內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)一同運(yùn)行，一起提供汽車驅(qū)動(dòng)必要能量。同時(shí)，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)更有效率地運(yùn)行，汽車電動(dòng)機(jī)同樣起到了發(fā)電機(jī)職能作用。（見圖1）

并聯(lián)式、串聯(lián)式兩種HEV對(duì)比可知，前者生產(chǎn)、應(yīng)用階段限制更少。即便前者核心動(dòng)力依舊是內(nèi)燃機(jī)，但是相對(duì)于純電動(dòng)汽車，因?yàn)橛行ПＡ魝鹘y(tǒng)汽車動(dòng)力傳輸模式，所以在效率上更高。

2.2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)

由結(jié)構(gòu)上來看，主要包含兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，詳情如圖2所示。結(jié)合圖例進(jìn)行說明，面向較為復(fù)雜工況時(shí)能夠選擇與之對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)模式，故而應(yīng)用場合非常寬廣。對(duì)這種結(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)與布置、變速器類別、部件數(shù)量、位置關(guān)系方面存在差異。按照輸出軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)分，包括單/雙軸式。

2.2.1 單軸式并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)

對(duì)變速器而言，其經(jīng)主傳動(dòng)軸和發(fā)動(dòng)機(jī)相接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)齒輪和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩由其前面復(fù)合，也就是人們常說的轉(zhuǎn)矩復(fù)合。除此之外，內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)與其輸入軸間轉(zhuǎn)矩成比例。

2.2.2 雙軸式并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)

結(jié)合實(shí)際情況來看，配備兩套變速器，依次和內(nèi)燃機(jī)相接，以此為前提，經(jīng)齒輪有效復(fù)合。具體運(yùn)行階段，能夠逐一調(diào)整變速比控制內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)間轉(zhuǎn)速關(guān)系，讓發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速復(fù)合得到輸出軸轉(zhuǎn)速，部件間轉(zhuǎn)矩始終成比例，因此被人們叫做轉(zhuǎn)速復(fù)合。

2.3 工作模式

按照實(shí)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(qū)動(dòng)：電池電量足夠前提下，可選擇使用這種驅(qū)動(dòng)模式。②純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)：保持勻速行駛期間，可選擇使用這種驅(qū)動(dòng)模式，如此一來，效率得到大幅提高。③混合驅(qū)動(dòng)：加速或爬坡時(shí)，兩動(dòng)力輪輸出一起提供動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)能量則源于電池組。④行車充電：如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率超過正常負(fù)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(dòng)能量回收：減速制動(dòng)期間，電動(dòng)機(jī)輸出供電制動(dòng)力矩，并回收能量實(shí)現(xiàn)充電。⑥停車充電：如果此時(shí)電池組電量較低，為確保下次實(shí)現(xiàn)純電啟動(dòng)，能夠通過發(fā)動(dòng)機(jī)向其充電。

2.4 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)

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

再者，儲(chǔ)能元件容量沒有很高要求。電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)功率按照多能源動(dòng)力總成匹配標(biāo)準(zhǔn)，能夠采用更小功率發(fā)動(dòng)機(jī)。不僅功率方面占據(jù)優(yōu)勢，質(zhì)量與體積也能減小，相配套動(dòng)力電池容積減小，這種情況下，整車整備質(zhì)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(dòng)力汽車內(nèi)部的電池可以在一定程度上回收汽車上下坡等變速時(shí)過度消耗的能量，促使能量利用率得到明顯增強(qiáng)。

相對(duì)于純電動(dòng)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(diǎn)。另外，并聯(lián)式整體造價(jià)適中，有利于在實(shí)際生活中廣泛推廣和應(yīng)用。其次，由于汽車仍保留內(nèi)燃機(jī)，因此面對(duì)取暖除霜等耗能大的行為時(shí)，相較BEV而言能夠展現(xiàn)巨大優(yōu)勢。

3? 尚未解決的問題

對(duì)并聯(lián)式而言，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)屬于核心模式之一，但其工況與行駛工況有著密切關(guān)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(shí)現(xiàn)零污染要求，但相信在不久的將來，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車中內(nèi)燃機(jī)提供能量所占的比例會(huì)越來越低，逐漸向零排放的目標(biāo)靠近，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

4? 發(fā)展方向

在未來很長一段時(shí)間里，并聯(lián)式結(jié)構(gòu)將始終保持良好發(fā)展?jié)摿?，隨著人們逐漸提高節(jié)能減排以及減少環(huán)境污染的意識(shí)，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車將逐漸在日常生活中廣泛應(yīng)用，占據(jù)市場更多份額。由混合動(dòng)力系統(tǒng)來看，如何提高電動(dòng)機(jī)在能量供應(yīng)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(qiáng)背景下，必然會(huì)有突破性進(jìn)展，為人們出行提供便利的同時(shí)，真正實(shí)現(xiàn)零污染排放目標(biāo)，加強(qiáng)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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