混合动力总成开发与创新分析
2017-11-24 来源：麦格纳斯太尔汽车技术上海有限公司 作者： 许 冲
【摘要】: 文章分析了当前市场已开发的混合动力总成的类型，对其优缺点做归纳总结，并对混合动力总成的技术创新进行简单的分析。
【关键词】: 新能源; 混合动力总成; 电动汽车
中国政府2016 年1 月1 日起开始实施的乘用车燃料消耗量第四阶段标准要求，目标是到2020 年国产乘用车平均油耗要达到百公里5.0升。从2016 年到2020 年，每年的油耗限值分别为百公里6.7 升、6.4 升、6.0 升、5.5 升和5.0 升。各个传统汽车行业内的车企都在绞尽脑汁，想法设法按照要求去一步一步去实现目标;但是大家都知道如果这些车企还在对传统的动力总成能达到如此苛刻的要求继续抱有幻想，那就等于把自己逼上绝路。那么混合动力总成汽车就成为这些传统汽车行业的车企的青睐，混合动力汽车有着纯电动汽车低排放的优点，同时又有着内燃机的比能量和比功率优点，能够对传统内燃机的排放和燃油经济性有着显著的提高。回顾最早开启量产混合动力车这个市场大门的车企，大家都会想到1997 年第一辆上市的丰田产的普锐斯，随后车企纷纷开始研究混合动力车型。
1.混合动力总成的基本类型
1.1 非插电式混合动力
1.1.1 弱混
弱混动力总成混合度一般低于10%，电动机的工作范围主要集中在车辆启动，车辆刹车时能量回收。简述其工作原理: 车辆在上电后电动机便开始工作，所有用电设备都由电动机提供电力; 当松开制动踏板并踩油门时，发动机启动并介入工作; 当车辆在正常行驶时，发动机作为动力的全部来源保证车辆的日常运行。当车辆刹车或减速时，电动机将作为能量回收装置来回收制动时产生的制动能，并以电能形式存于蓄电池中;车辆刹停至怠速状态时发动机熄火，只有电动机介入工作，这样能够避免怠速时燃油的消耗，此时便实现零油耗和零排放。
1.1.2 中混
中混动力总成混合度一般低于20%，电动机的工作范围主要集中在车辆启动，辅助加速及车辆刹车时能量回收。其工作原理较弱混多辅助加速即当深踩油门加速时，电动机会同时提供动力，使车辆整体加速性能提升。尤为重要的一点来区分中混即中混车无法完全摆脱发动机来单独驱动车辆。
1.1.3 强混
强混动力总成混合度一般大于20%，动力系统既可以完全依靠电动机或完全依靠内燃机或同时依靠两者组合来驱动车辆。混联式混合动力作为强混动力总成最为典型的代表之一。简述其工作原理: 车辆在起步、减速、刹车和低速行驶时由电动机提供全部动力及能量回收; 在加速过程中，随着速度的提高发动机就会启动和电动机通过智能控制系统最大程度的提高加速性的同时又能保持良好的燃油经济性; 当车速在发动机最佳工作工况时，发动机将作为动力的主要来源为车辆提供动力，同时发动机产生的多余能量将被用于电池的充电。强混车型能够解决城市工况的日常驾驶以及短里程的零排放等优点。
图1 非插电式混合动力
1.2 插电式混合动力
插电式混合动力作为强混的一种特殊形态，即可以完全脱离于发动机的动力输出来实现纯电动模式下的行驶。从系统结构上也比较自由即可以是串联也可以是并联。其工作原理较强混多额外的充电功能，对发动机的依赖更少。
图2 插电式混合动力
1.3 增程式混合动力
增程式混合动力作为单独一个流派，与其他混合动力最明显的区别在于车辆永远不能由发动机来单独提供动力。简述其工作原理: 车辆在任何时间任何工况下都由电动机来提供动力，当电池组电量低时，发动机启动工作且仅作用于电池组的充电。
图3 增程式混合动力
2.混合动力总成的优劣势
2.1 混合动力总成的优势
2.1.1 相对于纯电动汽车
（1）整车重量相对较轻: 由于对电池容量的需求减少，大大降低了高容量电池带来的重量和体积的增加;
（2）汽车续航里程大大增加: 由于电动机能够在车辆起步、加速等对于发动机耗油量大的工况下工作，使得车辆整体续航能力提高;
（3）动力性能够达到发动机的水平: 发动机能够一定的转速范围内持续输出较大的扭矩。
2.1.2 相对于传统内燃机汽车
（1）发动机运行在最佳工况，燃油经济性有着显著的提高;
（2）应对城市拥堵路况，能够在纯电动模式下行驶，实现零排放的同时乘坐舒适性也有很大提高;
（3）制动能量回收，降低能量的消耗;
（4）具有电动车的安静，起步扭矩大。
2.2 混合动力总成的劣势
混合动力总成集成控制系统相对纯电动或发动机更为复杂，其系统包含: 系统控制模块、发动机控制模块，电动机控制模块、动力耦合器控制模块、蓄电池控制模块。不同的控制模块有着不同的控制目标，系统控制模块还需要将其他控制模块的任务进行合理安排，使整个系统协调工作，从而达到应对不同工况的需求。如此混合动力总成唯一的劣势便在于系统复杂，技术难度较高。
3.混合动力总成的技术创新分析
混合动力无论是从动力总成的基本结构所划分的非插电式普通混合动力、插电式混合动力和增程式混合动力，还是从动力系统结构上所划分的串联式，并联式和混联式混合动力。终究混动只是一个过渡产品，论发展潜力，纯电动还是终级目标，只是如何降低成本及增加续航里程等关键技术还没有最终突破。但是并不能因此而放弃了混动的技术创新研究，毕竟汽车行业迈向纯电动还有很长的一段路要走，传统内燃机汽车还占据着主要的市场地位。作为企业，较高的（产出/ 投入）比例一定是推动企业不断创新研究的动力，当然国家环保政策的要求也是企业必然要去遵守的。为了达到国家2020 年百公里油耗5 以内的目标，同时又能够实现利润/ 成本的最大化，车企们纷纷开发新的技术。
混合动力车型——丰田普锐斯
48V 弱混系统的开发，是基于混合动力思想上的一个创新。很多零部件巨头如博世、舍弗勒、德尔福和法雷奥等也都开始提供48V 弱混的全套系统零部件，AVL 则提供全套技术解决方案包含标定等。目前48V 弱混架构基本为两种即BSG+P0（位于发动机前侧）和BSG/IGS+P2（位于发动机和变速箱之间）。 对于48V 弱混，其优点在于:
（1）在60V 安全电压下，无需采取单独的电压防护，较高压混动有着极高的安全性和低成本的优势;
（2）相对于传统12V 蓄电池，同等功率的电器使用电流能够降低3/4;
（3）对于传统发动机的负载可以大大减小，如空压机、水泵、真空泵等都可以实现电动控制，即使发动机在熄火状态，这些设备也能工作;
（4）由于车载电器设备都是用48V 工作电压，损耗将进一步降低，同时整个电器设备线束的直径也可以减小;
（5）涡轮增压器也可以实现电动化，进气效率能够被精确的控制，同时解决了涡轮迟滞的问题;
（6）BSG/ISG 比传统内燃机点火时间短，启动时NVH 表现更佳;
（7）48V BSG 替代传统12V BSG，在传统内燃机上改动小，容易实现量产;
（8）BSG/ISG 能够辅助发动机作为动力输出，发动机更趋于小型化，排放也能降低;
（9）车辆能够加载一些较大功率的电器以满足日常需要。
4.结语
混合动力作为近些年来传统汽车车企重点研究的方向，将内燃机与电动机结合无疑是给内燃机创造更多的市场空间，并作为新能源的一个发展方向继续发挥作用，未来的市场仍然占据主要地位，前景依然广阔。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
