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电子发烧友网整理：本文是小编给大家整理的关于混合动力系统相关知识的汇总。大家一起学习学习，欢迎留言讨论...
一.混合动力系统基础知识
1.混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV) 是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。
2.混合动力车的工作原理
混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。
以串联混合动力电动汽车为例，介绍一下混合动力电动汽车的工作原理。
在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作。电池电量低于60%时，辅助动力系统起动：当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量; 当车辆能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。
混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，可以单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。
3.混合动力系统的分类
A、根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：
a:串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。
b:并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式。
c:混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。Prius采用的是混联式联结方式。
B、根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：
a:微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机(一般为12V)上加装了皮带驱动启动电机(也就是常说的Belt-alternator Starter Generator, 简称BSG系统)。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。
b:轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机(也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统)。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：(1)在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收;(2)在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。
c:中混合动力系统。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30%左右，目前技术已经成熟，应用广泛。
d:完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima属于完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
以上各种不同的混合方式，都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽车厂商在过去的十几年，通过不断的研发投入，试验总结，商业应用，形成了各自的混合动力技术之路，而在市场上的表现也是各具特色。
二.混合动力系统的研发需要解决很多技术问题，比如控制策略的设计、内燃机燃烧系统的优化、蓄电池的改进、传动系统的匹配设计和新材料新工艺的应用等等。
1、控制系统
这里的控制系统是指汽车动力总成集中控制系统，它是整车正常行驶的核心单元。传统内燃汽车的控制系统包括发动机的空燃比(或喷油量)控制、点火控制和怠速控制，以及变速器的档位变换和换档感觉控制等。混合动力汽车的控制还需要根据转速、负荷及车速等信息和相关设备的状态确定发动机与电动机的功率分配策略，即当汽车的负荷给定后，首先要确定发动机与电动机输出功率的比例，以保证满足汽车动力性、经济性、排放性等性能指标的要求。为了满足混合动力汽车的包括驾驶性等的要求，需要设计与混合动力系统相适应的控制系统和控制策略。
混合动力汽车控制策略
由于各种混合动力电动汽车结构上的差异，因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流在不同元件间的流动，其目的是为了达到以下四个主要目标：
- 最佳的燃油经济性
- 最低的排放
- 最低的系统成本
- 最好的驱动性能
混合动力电动汽车控制策略的设计主要考虑以下几点：
(1) 优化发动机的工作点：基于最佳燃油经济性、最低排放或者二者选其一，根据发动机的转矩/转速特性曲线确定最优工作点;
(2) 优化发动机的工作曲线：如果发动机需要发出不同的功率，相应的最优工作点就构成了发动机的最优工作曲线;
(3) 优化发动机的工作区：在转矩/转速特性曲线上，发动机有一个首选的工作区，在此工作区内，燃油效率最高;
(4) 最小的发动机动态波动：应控制发动机的工作转速以避免波动，从而使发动机的动态波动达到最小;
(5) 限制发动机最低转速：当发动机低速运行时，燃油效率很低，因而当发动机转速低于某一下限值时，应关闭发动机;
(6) 减少发动机的开/关次数：频繁地开/关发动机，引起油耗和排放增加;
(7)合适的蓄电池荷电状态：蓄电池的容量须保持在适当的水平，以便在汽车加速时提供足够的功率，在汽车制动或下坡时能回收能量。若蓄电池的容量过高，应关闭发动机或使之怠速运转;
(8)安全的蓄电池电压：在放电、发电机充电或制动回收充电时，蓄电池的电压挥发生很大变化，应避免蓄电池电压过低或过高，否则蓄电池会产生永久性破损，因而蓄电池管理很关键;
(9) 分工适当：在驱动循环中，发动机和蓄电池应合理分担汽车所需功率;
(10) 在某些城市或地区混合动力电动汽车以纯电动模式工作效率最高，这种转变可以通过手动或自动来实现。
2、内燃机
经过100多年的发展，车用内燃机在动力性、经济性及排放控制方面获得了很大改善。近年来电控燃油喷射、排气再循环、增压中冷、可变进气涡轮、高压共轨和催化后处理等技术的应用，更使汽车的性能飞速提高，因此，作为一种成熟的动力设备，内燃机在混合动力电动汽车上的应用难度不大。由于可移动性能好、比功率大、热效率也较高，因此，内燃机仍然是影响整车效率和性能的关键设备。
3、蓄电池
蓄电池是混合动力电动汽车发展的关键技术，也是提高整车性能和降低成本的重要发展方向。自上世纪90年代以来，蓄电池的比能量、比功率、循环寿命等方面的问题就一直成为电动汽车发展的主要障碍;对于混合动力电动汽车来说，由于电动比例较高，因此同样面临着蓄电池技术改进的问题：第一，比能量相对不足，因而成本较高，比能量值越高，汽车经济性越好;第二，蓄电池的寿命相对较短，蓄电池寿命一般为充放电1000次左右，比整车寿命低得多，若在汽车十几年的生命周期频繁更换蓄电池的话，混合动力汽车的运营成本将大大提高。另外，蓄电池的应用还涉及到充电时间较长、电池荷电状态(SOC)判别等问题这些都不同程度影响整车性能。目前，在混合动力电动汽车上使用的蓄电池主要是铅酸电池、镍氢电池(MH-Ni)和锂离子电池，如克莱斯勒ESX2采用铅酸电池，丰田Prius和本田Insight用镍氢电池日产Tino用锂离子电池。
4、其它技术
电动机技术、转矩合成技术和新材料应用技术对于混合动力汽车系统也都起着举足轻重的作用。比如，电动机技术涉及电机的工作效率和能量回收策略等问题;转矩合成器将发动机转矩和电动机转矩耦合输出，对系统运行平稳性和可靠性有重大影响;材料技术的应用主要指轻质高强度材料的选择这对提高汽车性能极为有利。
三.混合动力汽车的优势
“传统汽车已经不可持续，日益严峻的能源短缺和环境问题，迫使我们不得不发展新能源汽车。”当前采用多元化技术开发不同车型已成为全球汽车行业的共识，但是只有混合动力汽车才是最有效的路线。
国外几大汽车巨头已将混合动力汽车规模化作为发展重点，比如丰田已投放8种混合动力车型，累计销售达200万辆以上，仅去年就实现年销售100万辆混合动力汽车，计划到2020年，为所有的车型提供混合动力。
混合动力相对于纯电动汽车具有价格低、技术成熟、不依赖基础设施、产业继承性好等优点。发展混合动力是解决节能环保最行之有效的途径。每辆混合动力车成本多1.5万元，但行驶6万公里就能赚回，如果中国保有的6200万辆轿车都采用混合动力，每年可节油1200万吨。
混合动力汽车的优点是：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充;负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。
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