混合动力电动汽车关键技术分析

张超

摘要：汽车作为现代社会中的重要交通工具，随着国家的发展，国民生活水平明显提高，汽车也进入每个人家，随着汽车的普及，也造成了更高的环境污染和能源消耗。为了能够降低环境污染和降低不可再生资源的消耗，使用新型能源代替汽车的传统燃料。混合动力电动汽车是一种使用电力和燃油作为发动机动力来源的新型汽车，其能使用电能代替热能，可以有效的减少汽油的消耗和空气的污染。

关键词：混合动力；电动汽车；关键技术

1、混合动力电动汽车的运行模式

混合动力电动汽车的运行模式主要分为两种，分别为串联运行模式和并联运行模式。其中，串联运行模式多应用于客车和实验车中。串联运行模式通过处理器控制整个动力系统，根据行驶状态在电能和热能之间进行合理转换，对于行驶状态为短距离，发动机为低转速时使用电动机对车辆进行驱动，通过电能代替热能，降低车辆的尾气排放，减少污染。并联运行模式是将发动机与电动机进行并联，通过传动系统的控制发动机和电动机共同为汽车提供动力。燃油发动机在运行时产生的电能储存到蓄电池中，再通过电池中的电能为电动机提供能源，同时通过再生之中策略对汽车制动时产生的能量以电能的形式进行回收，有效的减少燃油的使用量，提高汽车的能量利用率。通常采用并联运行模式的混合动力汽车，其前后轮的动力来源由发动机和电动机分别负责，前轮通过发动机提供动力，后轮通过电动机提供动力，这样能够有效提高整车性能。

2、混合动力汽车的能量传递和控制策略

    2.1串联运行模式的能量控制

串联运行模式中动力来源由发动机和电动机组成，其中电动机通过汽车蓄电池中的电能作为能量源，通过逆变器将直流电转化为交流电，再通过控制器等装置进行电能的配送。通常串联式运行模式的能量传递流程为：发动机产生的机械能传递给发电机，发电机的电能供给蓄电池组或驱动电机，制動能量回收装置将制动时产生的能量以电能的形式回收到蓄电池组储存，电能经过驱动电机和传动总成带动车轮。目前制动能量回收率还有待提高，其回收的能量只占制动能量总数的35%。

    2.2并联运行模式的能量控制

在并联运行模式的混合动力电动汽车中，发动机于发电机同时为汽车提供动力，发动机作为主要的动力来源，而以电能提供的动力仅作为辅助作用，通常作用于汽车的启动和加速中。其能量传递流程为：发动机提供的机械能通过动力总成直接带动车轮，发动机运转中产生的多余电能储存到蓄电池组中，蓄电池组为发电机提供能量，制动能量回收装置将制动时产生的能量回收到蓄电池组储存，发电机通过动力总成带动车轮。并联运行模式相对于串联运行模式，其整车重量会更轻，通过电能动力和热能动力的合理搭配可以提高汽车的动力，并且减少汽车启停、加速时燃油的消耗。

3、混合动力电动汽车的电力存储系统

混合动力电动汽车的主要核心技术就是对电能的管理和应用，因此电池和管理系统的性能决定了混合动力电动汽车的性能。对于电能的应用方面，需要汽车蓄电池组有着较好的充放电能力，而制动能量回收系统也是关键技术之一，其决定了混合动力电动汽车对能量的利用率。而将发动机产生的热能转换为电能储存到蓄电池组的过程中，其转换效率也决定了整车的性能。因此，目前混合动力电动汽车主要需要解决的问题就是蓄电池组稳定性和快速充放电能力，只有蓄电池组具有良好的充放电性能，并且不会因为频繁的充放电而迅速降低蓄电池的使用寿命，这样才能保证混合动力电动汽车被市场认可。而目前汽车蓄电池组的技术已经进入瓶颈，汽车制造领域所使用的蓄电池组通常只在氢镍电池和锂电池之间选择。因此在不能提高电池技术的前提下，只能通过能完善的电池管理系统来控制电池充电和放电，通过对电池电量的监控，避免电池的过度充电和亏电，进而延长汽车蓄电池组的使用寿命，保证汽车蓄电池组的良好运行状态。在汽车蓄电池组的选择上，锂电池是目前综合性能较高，也是比较常用的电池，其具有较大的输出功率，并且电池的体积也相对较小，快速充放电的效果较好。但是锂电池的问题在于锂电池的造价较高，需要重点监控对锂电池的充放电工作，过度充电和放电对锂电池的使用寿命损害较大。而氢镍电池是一种碱性电池，在反复充放电的使用中，其与锂电池相比，有着更高的使用寿命，并且过度充电和放电对氢镍电池的影响不大。但是，氢镍电池的制造成本更高，并且其电压较低，而且在放电过程中能量损失较高。

4、混合动力电动汽车关键技术

4.1 发动机技术

发动机主要为汽车提供动力，是汽车的心脏，决定了汽车的动力性能、经济性能、环保性能能。发动机对混合动力电动汽车的性能影响比较大，因此需要加大发动机技术的研发，提高发动机的动力性能，达到降低能耗的目标。发动机的性能指标包括动力性、经济性、环境性、可靠性以及耐久性。随着新能源汽车的发展，全球各大汽车厂商正在加快新能源汽车关键技术的研发，比如通用公司最新的2.0T 发动机采用停缸技术，通过停缸机构关闭进、排气门，同时相应气缸的喷油系统也被关闭，实现了降低燃油消耗的目标。日本丰田公司混合动力车型的发动机采用阿特金森循环、高EGR 率以及降摩擦等先进的节能技术。

4.2控制技术

电动汽车电子控制系统由传感器、电子控制元件和执行元件构成，汽车行驶过程中，传感器采集到汽车运行的各类信息，并将信息传输到电子控制元件，电子控制元件接收到这些信息以后，按照控制系统预先编写好的控制程序进行决策和处理，并将控制信号传送给执行元件，执行元件接收控制信息，执行相应的动作。随着汽车工业的发展，计算机信息技术、物联网技术、人工智能技术、自动控制技术以及专家控制系统等广泛应用在汽车生产领域。目前，混合动力电动汽车控制技术研究方向主要是将传统的汽车动力控制系统、混合动力控制系统以及制动能量回收控制结合起来，打造更舒适、安全、节能的空间环境[5]。控制技术主要目的是让发动机处于高效的工作区域，减少汽车的油耗和排污，充分利用发动机的热量。能量制动回收是混合动力电动汽车研究的重点内容，目前发达国家的电动汽车，在相同的WLTC 工况测试中，能量制动回收可以节省20%的能量需求。

4.3电机技术

电机主要通过电磁感应产生驱动转矩，为混合动力电动汽车提供动力源。汽车行驶过程中，会频繁的减速、加速、停车、启动，在减速或者加速运行时，需要高转矩，在匀速行驶过程中需要低转矩。汽车在不同工况下对电机的性能要求不同，因此，电机必修具备大的工作转矩，较宽的速度调节范围，足够的转速以及能量回收，满足混合动力电动汽车的要求。目前的直流电动机、异步电动机、交流电动机以及开关磁阻电动机技术相对已经成熟，但是无法适应电动汽车运行工况要求，因此需要加快驱动电机的研究。哈尔滨工业大学研发的一种多台电机将混合式进步电动机和异步电动机结合在一起，形成多组态电动机，可以同时发挥出进步电动机和异步电动机的优势，提高电动机的传动效率。

结语：综上所述，通过对混合动力电动汽车中电池、能量管理等方面技术的提升，混合动力电动汽车技术将更加完善。混合动力电动汽车将是我国汽车制造行业的发展方向，同时汽车制造行业不仅需要注重混合动力电动汽车的技术研发，还应该注重配套设施的普及，比如相应的充电设施，这样才能促进混合动力电动汽车的普及。

参考文献：

[1]应状.混合动力电动汽车核心技术分析与研究[J].建筑工程技术与设计,2018.

[2]梁力艳.混合动力电动汽车关键技术浅析[J].科学与财富,2019,000(025):287,289.

[3]杨仕清.混合动力汽车发展的必要性及关键技术分析[J].汽车实用技术,2021,046(002):210-212.

[4]黄家贵.混合动力电动汽车关键技术分析[J].科学技术创新,2020(14):2.