【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 態(tài)，即動(dòng)力性好、排放低。采用混合動(dòng)力系統(tǒng)可以按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)處在油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。汽車起步強(qiáng)勁、加速有力，還能實(shí)現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性。比較而言，在這傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)與新型能源汽車的過渡期間，混合動(dòng)力汽車更適合社會(huì)發(fā)展和人類生活的需求。 混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 2 2 混合動(dòng)力汽車的簡(jiǎn)介與分類 混合動(dòng)力汽車的簡(jiǎn)介 混合動(dòng)力汽車（ Hybrid Electrical Vehecle,簡(jiǎn)稱 HEV） 是指配置兩種或兩種以上不同類型的動(dòng)力源，聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛行駛， 車輛的行駛動(dòng)力依據(jù)車輛行駛工況由單個(gè)動(dòng)力源單獨(dú)或多個(gè)動(dòng)力源共同提供，其中至少有一種能提供電能的汽車 [2]。 通常所說的混合動(dòng)力汽車一般指的是油電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，即以燃油和電能作為車輛行駛的能量來源，是由電機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)車輛行駛的汽車。油電混合動(dòng)力系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換器使機(jī)械能與其他能量之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能量儲(chǔ)存系統(tǒng)為油箱和動(dòng)力電池。 混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)是能提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放，主要原因如下： （ 1）由于電動(dòng)機(jī)的協(xié)助工作，因而選用較小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)即可。 （ 2）在車輛行駛時(shí)由于有輔助動(dòng) 力系統(tǒng)提供所需功率，所以可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)在高效率、低污染的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足時(shí)，電池可以補(bǔ)充能量；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率過剩時(shí)可通過發(fā)電機(jī)給電池充電。 （ 3）由于系統(tǒng)具有能量回收功能，所以電機(jī)、電源系統(tǒng)可以方便地回收汽車制動(dòng)、下坡時(shí)的能量。 （ 4）在車輛頻繁起停的行駛條件下，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，發(fā)動(dòng)機(jī)可以不參與能量的提供從而消除怠速能耗，并實(shí)現(xiàn)零排放。 混合動(dòng)力汽車的分類 混合動(dòng)力系統(tǒng)有多種分類方式。依據(jù)混合方式的不同，混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)可以分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種類型；依據(jù)混合程度不同，混合動(dòng)力系統(tǒng)還 可以分為弱混合動(dòng)力、輕度混合動(dòng)力、中度混合動(dòng)力、重度混合動(dòng)力、插電混合動(dòng)力五類；本文對(duì)上述兩種分類進(jìn)行簡(jiǎn)要分析討論。 按混合方式分類 根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的混合方式，混合動(dòng)力汽車主要分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三類。 （ Series Hybrid Electric Vehicle,SHEV） 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組成。發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，電能經(jīng)過電機(jī)控制器的調(diào)節(jié)提供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，整個(gè)過程中進(jìn)行了機(jī)械能與電能的 多次轉(zhuǎn)換。動(dòng)力電池在系統(tǒng)的控制下根據(jù)不同工況的要求釋放和儲(chǔ)存電能，以保證車輛不同的功率需求。在串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中，由于動(dòng)力電池和發(fā)電機(jī)是通過控制器串聯(lián)在回路中的，動(dòng)力的流動(dòng)方向?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 3 串聯(lián)，所以稱為串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖 21所示： 圖 21 串聯(lián)型 Plugin HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 根據(jù)串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下幾種工作模式： （ 1）純電驅(qū)動(dòng)模式：發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。 （ 2）純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：發(fā)動(dòng)機(jī)只提供電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛所需的能量，該模式主要用于車輛中速和高速 行駛工況。 （ 3）混合驅(qū)動(dòng)模式：驅(qū)動(dòng)功率由發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組和蓄電池共同提供，該模式主要用于車輛加速和爬坡工況。 （ 4）發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電池充電模式：發(fā)動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能由電機(jī)控制器分配能量，一部分輸送給電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)車輛，另一部分向動(dòng)力電池充電，該模式主要用于車輛低負(fù)荷行駛且電池 SOC較低的工況。 （ 5）回饋制動(dòng)模式：該模式下發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電動(dòng)機(jī)以發(fā)電形式工作，把來自車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過電機(jī)控制器給動(dòng)力電池充電，該模式主要用于車輛制動(dòng)和下坡工況。 （ 6）電池充電模式：電動(dòng)機(jī)不工作，通過發(fā)電 機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換，把來自發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能全部以電能的形式通過電機(jī)控制器給動(dòng)力電池充電，該模式主要用于車輛靜止且電池 SOC較低的工況。 在以低負(fù)荷行駛時(shí)，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車可采用純粹的電驅(qū)動(dòng)模式或純粹的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。在以高負(fù)荷行駛時(shí)（如超車或滿載爬坡時(shí)），串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車則采用混合驅(qū)動(dòng)模式，電能來自于發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組和蓄電池組。在正常行駛時(shí)，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車則一般采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和蓄電池充電模式運(yùn)行。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以始終工作在效混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 4 率較高、排放較低的單一工況，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 統(tǒng)（ Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV） 并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、電機(jī)、電機(jī)控制器和動(dòng)力電池組成，其中電機(jī)可作為電動(dòng)機(jī)使用，也可作為發(fā)電機(jī)使用，根據(jù)工況要求實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車有傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作來驅(qū)動(dòng)汽車。當(dāng)兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，動(dòng)力的流動(dòng)方向?yàn)椴⒙?lián)，所以稱為并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。 圖 22 并聯(lián)型 Plugin HEV動(dòng)力系統(tǒng) 簡(jiǎn)圖 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)存在以下幾種工作模式： （ 1）純粹的電驅(qū)動(dòng)模式：該模式下離合器是分離的，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能經(jīng)耦合器傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。 （ 2）純粹的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：該模式下電動(dòng)機(jī)是關(guān)閉的，僅由發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)能量，而蓄電池組既不供電也不獲取任何能量。 （ 3）混合驅(qū)動(dòng)模式：該模式下由發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池組共同提供車輛行駛所需能量。 （ 4）發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和蓄電池充電模式：來自發(fā)動(dòng)機(jī)的功率分為兩部分，一部分用于驅(qū)動(dòng)車輛行駛，另一部風(fēng)向蓄電池組提供充電功率。 （ 5）再生制動(dòng)模式：該模式下發(fā) 動(dòng)機(jī)關(guān)閉，而牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，把來自車輛本身的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能向蓄電池組充電。 （ 6）停車充電模式：車輛停駛，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，向蓄電池組充電。 在以低負(fù)荷行駛時(shí)，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車可采用純粹的電驅(qū)動(dòng)模式或純粹的發(fā)動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 5 驅(qū)動(dòng)模式。純粹的電驅(qū)動(dòng)模式主要用于對(duì)排放要去較高的市區(qū)道路環(huán)境。在以高負(fù)荷行駛時(shí)（如超車或滿載爬坡時(shí)），并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車則采用混合驅(qū)動(dòng)模式。在正常行駛時(shí)，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車一般采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和蓄電池充電模式運(yùn)行。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率與工作區(qū)間隨著負(fù)荷的變化而不斷變化，不能像串 聯(lián)式混合動(dòng)力汽車那樣工作在單一工況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率有多余時(shí)，可以同時(shí)向蓄電池組充電。 （ Series/Parallel Hybrid Electric Vehicle） 混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組成。由于該混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力流向既有串聯(lián)又有并聯(lián)，所以稱為混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。 圖 23 混聯(lián)型 Plugin HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車根據(jù)行駛負(fù)荷和動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有以下幾種工作模式： （ 1）純粹的電驅(qū)動(dòng)模式： 該模式下僅由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，而發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)是關(guān)閉的。 （ 2）純粹的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：車輛驅(qū)動(dòng)功率僅源于發(fā)動(dòng)機(jī)，而發(fā)電機(jī)關(guān)閉，蓄電池組既不供電也不獲取任何能量。 （ 3）混合驅(qū)動(dòng)模式：該模式下由發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池組共同提供車輛行駛所需的能量。 （ 4）發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和蓄電池充電模式：發(fā)動(dòng)機(jī)的功率既用于驅(qū)動(dòng)車輛又用于給蓄電池充電。 （ 5）再生制動(dòng)模式：該模式下通過牽引電動(dòng)機(jī)把來自車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，用于向蓄電池組充電。 （ 6）停車充電模式：車輛停駛，發(fā)動(dòng)機(jī)功率僅提供電池充電能量。 按混合程度分類 混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 6 在混合動(dòng) 力系統(tǒng)中，根據(jù)混合程度和功能要求的差別分以下五類： （ 1）弱混合動(dòng)力系統(tǒng) 這種混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用了帶傳動(dòng)的發(fā)電起動(dòng)一體式電機(jī)（ BSG） ,該電機(jī)用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)快速起停。此類動(dòng)力系統(tǒng)的電機(jī)功率比較小，在車輛起步時(shí)還需發(fā)動(dòng)機(jī)介入，所以是一種初級(jí)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。 （ 2）輕度混合動(dòng)力系統(tǒng) 該混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了集成起動(dòng)電機(jī)（ ISG），不僅能夠?qū)崿F(xiàn)用電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起停，在一定工況下還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)部分能量的回收。在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在驅(qū)動(dòng)能量需求和發(fā)電能量需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)工作。 （ 3）中度混合動(dòng)力系統(tǒng) 該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣 采用了 ISG 系統(tǒng)，所用的電機(jī)為高壓電機(jī)，在汽車加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電機(jī)可作為輔助動(dòng)力補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，以提高整車性能。 （ 4）重度混合動(dòng)力系統(tǒng) 重度混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了 272650V 的高壓電機(jī)，電機(jī)功率更為強(qiáng)大，完全可以滿足車輛在起步和低速時(shí)的動(dòng)力要求 [3]。因此重度混合車型可以完全依靠電機(jī)提供起步、低速行駛狀態(tài)下的動(dòng)力輸出。 （ 5）插電式混合動(dòng)力系統(tǒng) 插電式混合動(dòng)力汽