混合动力汽车机电电子发展现状及发展方向

吴腾腾

摘要：汽车产业是国民经济的支柱型产业，我国虽然汽车产销量连续多年居世界第一，但汽车产业大而不强，产业存在创新能力不足、产业链发展不完善、节能减排任务艰巨、自主品牌市场竞争力不足、国际化水平相对较低、核心技术匮乏等诸多问题。大气污染防治、降低碳排放方面，近十年我国CO2排放量持续攀升，已超越美国排名全球首位；目前我国能源结构主力为火电发电，其次是清洁能源；同样一度电，中国产生的碳排放量是日本的1.6倍，美国的1.7倍，法国的6倍。

关键词：混合动力汽车；机电电子；发展现状

引言

近年来，新能源汽车技术得到了迅猛的发展，相比于传统汽车，新能源汽车使用常规的车用燃料搭配新型车载动力装置，或者完全非常规的车用燃料作为动力来源，同时结合车辆驱动和动力控制方面的前沿技术，来降低汽车排放、提升燃料利用率、缩减使用成本，还兼有运行平稳噪音低的优点，常见的新能源汽车包括燃料电池汽车、混合动力汽车和纯电动汽车等。尽管新能源汽车目前已实现市场化量产，但在电池技术、精密机械电控技术和各项配套设施等新能源汽车技术上还在探索和发展阶段，还需要时间进一步完善。本文对2012-2019年间新能源汽车技术方面的专利申请进行分析，通过专利权人、专利申请技术分类构成、分布专利量等统计数据，分析新能源汽车技术的发展趋势及主要研究领域和技术方向。

1混合动力技术概述

混合动力总成可以按传输路线分为三大类，分别为串联系统、并联系统和混联系统。（1）串联式混合系统是由发动机、发电机和驱动电机三者串联组成的驱动总成。当车辆处于启动、加速、爬坡等状态时，电动机大负荷工作，主要由发动机向电机提供电能，当车辆处于低速、滑行、怠速工作时，电机小负荷工作，主要由电池包向电机提供电能。城市内车辆行驶频繁起步且时速低，这种串联式结构可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，提高了发动机的工作效率且降低废气排放。（2）并联式结构由发动机和电机为汽车提供动力，在不同的行驶工况下既可以两者共同驱动，也可单独驱动。例如当车辆处于加速爬坡状态时，由于对动力需求大，发动机和电机将同时驱动，为传动机构提供动力。当车辆达到预定行驶速度时，将只有发动机为其提供动力。与传统汽车驱动系统类似，没有独立电机，发动机直接驱动车轮，这样机械效率损耗低，所以应用较为广泛。（3）混联式驱动系统也叫功率分流式驱动系统，它具有上述两种结构的传动特点。混联式驱动由发动机、电动机和发电机组成，不同的驱动结构由不同的部件完成，有些驱动主装置是发动机，电机则为辅助装置；则另一种驱动主力是电机，在高功率下发动机作为辅助装置。这种驱动方式系统控制起来相对比较容易实现，但是在结构上相当复杂。

2混合动力汽车的分类

串联式混动汽车的结构在三种布置形式中是最简单的，直接带动车轮的是电机，发动机不直接参与带动车轮，只负责输出机械能。发电机接受机械能产生电能，再传递给电动机，从而驱动汽车，多余的能量则可以给电池箱充电。该结构中电动机是直接动力来源，发动机是间接动力来源，所以串联式结构相对简单。混动汽车在制动、减速时都能回收能量。串联式混合动力汽车在设计上有两种形式，一种是小功率发电机+大容量电池箱，这种设计由电池箱提供汽车的动力来源，而发电机的作用是增加续航能力，当达到电池预设电量上限时充电停止发动机关闭。而另一种设计形式是大功率发电机+小电池。这种设计形式与上一种相反，以发动机作为主要动力来源，以蓄电池作为辅助动力来源，弥补发动机功率的不足。因此，串联式混合系统中的发动机功率可以不与道路负荷耦合，所以该系统中的发动机可以是汽油机柴油机，也可以是以氢气或液化天然气为燃料的发动机，所以在减少排放量上有巨大潜力。串联式的优点非常明显，其发动机功率不需要和道路负荷一致，这样就可以让发动机一直在最佳性能区间运作，而且配备的小型发动机排放性能也是相当优良的。若是日后装备氢能发动机就可以做到无污染，但是缺点也显而易见，能量转换次数多效率就自然下降，而且成本比较大。

3国内主流混合动力技术现状

目前，国内汽车企业纷纷推出混合动力汽车，较为典型的有比亚迪的秦和唐、上海汽车荣威550、广汽传祺等插电式车型。2015年国内插电式混合动力汽车已累计销售量非常可观。国内主流插电式混合动力汽车的主要性能参数如下：比亚迪秦纯电动里程70km，每百公里综合油耗1.6L，百公里加速时间为5.9s；上汽荣威550电动里程58km，每百公里综合油耗2.3L，百公里加速时间为10.2s；广汽传祺纯电动里程80km，每百公里综合油耗2.4L，百公里加速时间为10.9s；长安逸动纯电动里程70km，每百公里综合油耗1.6L，百公里加速时间为10.97s；吉利帝豪纯电动里程57km，每百公里综合油耗1.6L，百公里加速时间为9.5s。在混合动力总成结构方面[5]，比亚迪秦采用并联“双模”混动系统，系统可纯电动或发动机模式进行驱动。上汽荣威550插电式混合动力汽车采用了双电机串并联方案，并搭载一个两档变速机构，对发动机工作区间进行优化。工作模式主要包含纯电动、串联、并联、制动能量回收、行车充电和怠速充电等CHS混合动力系统，动力总成通过调节双电机的转速和转矩，可以实现全工况无极变速（E-CVT），使发动机始终处于最优工作区间，达到经济性、动力性和排放性能的最佳控制。搭载该系统的吉利EC7混合动力汽车，已经在2016年上市销售。在混合动力方面，比亚迪秦、长安逸动和吉利帝豪采用涡轮增压、缸内直喷、内部和外部废气再循环、电控可变气门正时等技术。而在混合动力专用柴油机方面，国内已经具备了乘用车用柴油机开发基础，但针对插电混合动力系统进行研的究相对较少。能量管理优化方面，国内广泛采用的是逻辑门策略实现整车能量管理及优化。比亚迪秦采用“双擎双模”，比亚迪唐搭载了“三擎双模”动力系统，两种模式可以自由切换；上汽荣威550根据驾驶工况及电池电量将管理策略细分为六种工作模式；科力远混合动力系统采用基于逻辑门和实时优化控制相结合的方法，完成工作模式管理和动态转矩控制。

结束语

混合动力汽车是当今汽车工业的更好的解决方案。由于传统汽车是使用化石燃料的汽车，因此在排放和能效方面自然都是不利的。混合动力汽车非常适合在促进环境可持续性日益重要的大型环境中从汽车过渡到电动汽车。混合动力汽车的电动发展也表明了这一点，在传统上用作发动机的发动机的发展过程中，出现了发动机、发动机和重量相互协调的情况。今后纯电动汽车的进一步升级还需要很长时间，而电子混合动力汽车的不断优化和发展则是一种现实可行的替代方案。

参考文献

[1]李青.新能源汽车的发展现状和前景[J].产业创新研究,2019(10):14-17.

[2]师文.新能源汽车的现状与发展趋势[J].农家参谋,2019(19):149.

[3]陈福云.油电混合动力汽车的技术现状与发展前景[J].时代农机,2019,46(06):99-100+108.

[4]郐金业.混合动力汽车机电电子发展现状及发展趋势[J].科技风,2019(02):142.

[5]张磊.混合动力汽车机电电子发展现状及发展方向[J].电子技术与软件工程,2019(01):237.