混合动力系统组成及工作过程分析

摘 要：随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，加大对环境保护和降低能耗的研究是各行各业的重要方向，促进了汽车行业中混合动力系统与车辆的发展。设计、开发、投产混合动力车辆成为了节能、环保工作的重要举措。深入、系统理解混合动力车辆及其主要动力设备的原理及特征具有十分重要的科学意义及应用价值。本文主要论述混合动力系统的组成及作用，并就其未来发展提出几点思考与展望。

关键词：混合动力发动机；系统组成；工作过程；发展思考

前言

混合动力系统，从广义范畴来说，拥有至少两种动力源，并能够使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力，是混合动力汽车（复合动力汽车）的主要动力设备。作为混合动力汽车的关键组成部分，混合动力发动机的系统组成、性能特征都直接影响了汽车整车性能和驾驶安全；如何合理、高效设计、运行混合动力系统，促使其持续处于最佳工况状态，进而保障汽车在驾驶中具有较好的动力性与较低排放量是发展过程中亟待解决和攻克的问题。因此，本文以混合动力系统为研究对象，就其工作、应用等发展进行分析与总结。

1 混合动力系统的基本组成及作用

目前，混合动力系统大部分指采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力组成的两套动力系统。混合动力系统可以分为串联式、并联式和混联式三种不同的集成化混合动力总成形式结构。混合动力系统的主要部件为内燃机、电动机、电池、混合动力控制设备等[1-3]。其中，内燃机作为混合动力系统的第一动力供给者，需要保持长时间的高功率运转，目前仍缺乏基于混合动力系统专门开发的发动机，广泛地采用的仍为传统的四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。混合动力系统中的电动机，作为辅助的动力供给驱动，具有降低排放、减少污染的作用；根据不同电动机类别可以组建不同类型的混合动力系统及汽车，目前多数采用了感应电动机和永磁电动机。而蓄电池系统主要起到了混合动力系统电力存储的作用，两套蓄电池系统分别负责为车上常规的用电器提供电压和将直流转换后给电机提供交流电能。除此之外，混合动力系统的运行离不开以计算机为中心的动力控制系统，包括了发动机及其驱动系统、电动机及其驱动系统、信号反馈及检测装置等组成部分，保障了混合动力汽车的动力性能的同时还高效的发挥了电动机驱动的辅助作用。

2 混合动力系统的工作过程与性能

混合动力系统的动力供给有发动机动力系统与电力系统混合集成，根据车辆運行与驾驶过程中的载荷所需的动力需求相配合，进而决定了混合动力系统中两不同动力系统的运作和启停模式。混合动力系统的动力供给主要包括单发动机驱动模式、电力系统单独向载荷提供动力、发动机动力系统与电力系统共同为载荷提供动力这几种方式与过程[2-4]。当车辆处于启动、加速、爬坡工况况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。混合动力系统的运行模式及逻辑是为了在确保发动机效率趋于最佳值的同时，最大程度的减少废气的排放。以混合动力系统的节油运行机理为例，发动机系统只需要提供稳态功率，加速和爬坡过程中的峰值功率则需要由电机系统提供，在这个过程中则前后启动了电动机与发动机两套动力供给系统，两者协同工作，可以在采用小功率的发动机运行的环境下，进而减少动力系统的功率损失，降低油耗；而电机系统具有零速度启动、响应速度快的优点，因此在混合动力汽车行驶过程中如若遇到短时制动停车的情况时，可以关闭发动机系统，由电动机系统供给动力，进而取消怠速。总的来说，由于混合动力系统具有两套动力供给源，在运行中需要通过各动力源合理配合，进而使得动力系统长期在高效区运行。

3 混合动力系统发展的几点思考

混合动力系统，与混合动力汽车行业的发展目标及趋势密切相关，其重要性不言而喻。如何持续高效促进混合动力系统的创新与优化，是我们需要深入探讨的问题。因此，本文就混合动力系统的发展提出以下几点思考[3-5]。

（1）持续探究并努力攻克混合动力系统中的关键技术，持续提升混合动力汽车各项指标性能。混合动力单元技术、能量存储技术、汽车集成电力电子模块技术等都是混合动力系统及汽车设计生产中需要解决的难点与重点，只有提高研发、技术能力，那么才能不断促进混合动力系统优化发展。

（2）重视混合动力系统及汽车的战略发展地位，促进混合动力汽车发展在实用化和大规模量产商业化阶段走向成熟。技术是混合动力系统及汽车发展的基础，而对于混合动力系统发展的战略路线规划、政策扶持等也是不可或缺的，只有相配套的战略与环境保障，那么混合动力系统的持续进步与创新发展。

（3）综合技术要求、开发成本和节能环保等优势特征，提升混合动力系统及汽车在新能源产业链中的核心价值与位置。混合动力系统的诸多优势，使得其产业化和市场化具备了应用投产的可行性，进而使发展混合动力汽车成为未来汽车工业发展的方向。

4 结语

在汽车技术不断完善的当下，混合动力汽车的发展必定会因其既能延续汽油机的工业基础、又能成为电动车技术“试验田”载体而取得长足发展，为降低汽车污染物排放、环境保护做出巨大贡献。因此，加大对混合动力系统及汽车的技术探究，优化系统设计、扩大生产规模，进而实现我国混合动力系统及汽车的自主创新与发展。

参考文献

[1]郭广超.混合动力电动汽车技术的发展与现状分析[J].科技创新与应用，2014（15）：109-109.

[2]于得洋，张伟，王涛.车辆工程领域中混合动力技术的应用现状分析[J].南方农机，2017，48（1）：89-89.

[3]苏岭，曾育平，秦大同.插电式混合动力汽车能量管理策略研究现状和发展趋势[J].重庆大学学报，2017，40（2）：10-15.

[4]韩培欣，鲍久圣，杨帅，等.混合动力技术在车辆工程领域的应用与研究现状[J].现代制造工程，2016（5）：143-147.

[5]刘卓然，陈健，林凯，等.国内外电动汽车发展现状与趋势[J].电力建设，2015（7）：25-32.

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