摘要：在可持续发展战略环境下，我国更加注重环境保护以及能源节约，新能源汽车顺势而生。当前新能源汽车已成为汽车产业发展的主要方向，但其发展时间尚短，具有较大的发展空间，如氢气等清洁燃料制取难度较大，且不易保存，影响到了实际应用与推广，而纯电动汽车续航能力有限，造价较高，所以混合动力技术成为当前新能源汽车发展中的重要研究方向。基于此，分析混合动力汽车系统的工作特点与类型，阐述其关键技术，并提出了发展策略。
关键词：新能源汽车；
混合动力技术；
发展
中图分类号：U469.7 收稿日期：2023-04-19
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.005
1 混合动力汽车定义
新能源汽车行驶环节，可使用更加清洁的太阳能或电能进行驱动，减少燃油消耗，从而降低对环境的不良影响。通过应用混合动力技术，可以使新能源汽车获得更多形式的动力，更好地突出新能源汽车优势。混合动力汽车表示的是包含多个驱动系统的汽车，其行驶功率根据实际行驶状态，由驱动系统单独或共同提供。因为各部件存在不同的组成结构，在布置方式、汽车控制方式上也存在较大差距，进而构成了不同类型的混合动力汽车。由于混合动力汽车不会产生较大的能量损坏，也不会对环境产生严重污染，因此对混合动力汽车的开发获得了社会各界的广泛关注。
混合动力汽车工作原理为：汽车刚启动时，蓄电池中由于拥有充足的电量，能够为汽车行驶供能，此时辅助动力系统不发挥作用，处于休眠状态，当消耗超过40%的电量后，辅助动力系统会发挥作用；
若汽车能量消耗较大，无法仅通过蓄电池供能，还需要借助辅助动力系统，因此在两者共同作用下，满足汽车行驶需求；
若汽车能量较小，通过辅助动力系统可以保证驱动系统正常工作，并且还能使蓄电池获得能量，实现良好续航［1］。
2 混合动力汽车系统的特性
2.1 混合动力系统工作特点
a.相比于同类型的发动机车型，混合动力汽车存在较为明显的优势，主要体现在热力与电力上，混合动力汽车可以合理调配热力与电力，不仅可以减少油耗，还能有效降低污染物的排放量。
b.混合动力汽车中，电动机属于辅助动力，在这种模式下，可以实现能量的有效回收，还能进一步提升燃料经济性能。
c.混合动力汽车行驶环节，能够通过降低发动机负荷，有效降低噪声。
d.通过改造现有加油站，能够降低混合动力汽车成本，无需进行燃料供应站的重新建设。
可见，混合动力系统存在较为明显的特征，满足汽车行业可持续发展要求。
2.2 混合动力汽车的类型
a.串联式混合动力汽车。这种类型的汽车只拥有一套电力驱动系统，主要由驱动电机、发电机以及发动机构成，在以上系统的串联下，共同构成了动力系统。串联式混合动力汽车行驶环节，发动机启动后，会带动发电机，随后由发电机为蓄电池充电，从而由蓄电池进行电能储存。电动机工作过程中，可通过功率转换器向电动机传送电能，使汽车获得驱动力。该类型汽车主要由电动机提供动力，在城市道路中较为适用，整个驱动环节处于低油耗高效工作区域，蓄电池处于充电状态。这种动力系统常应用于卡车以及公交车上，由于机械结构较为简单，能够有效降低油耗。不过因为系统存在较多环节，动力到达车轮需要经过两次传递，传递环节会损耗较多能量，无法获得较高的机械效率，特别是在高速路况下，会增加油耗。串联式混合动力汽车的结构如图1所示。
b.并联式混合动力汽车。这种类型的汽车在行驶环节中，发电机与发动机不仅能够单独输出动力，还能进行动力的叠加输出，实际上是在内燃机汽车上配置了电能驱动系统。并联式混合动力汽车起步时，具体依靠电动机提供动力，随着速度的不断提升，发动机会发挥作用，为整体提供驱动力，当汽车存在较大转矩需求时，电动机与发动机会共同为汽车提供驱动力。通常情况下，并联式混合动力系統低速运行时，属于纯电动模式，而在高速时，通过发动机驱动，该环节会有较高的燃油效率，由于应用了功率较小的电动机与电池，在一定程度上降低了整车成本。并联式混合动力汽车的结构如图2所示。
c.混联式混合动力汽车。这种类型的汽车集合前两种汽车的优点，在结构上仍包括电动机、发电机与发动机。发电机与发动机属于串并联结构，汽车行驶过程中，发动机会向车轮传递输出功率，并且也会满足发电机发电需求。混联式混合动力汽车中存在两个电机，两套驱动系统，一个电动机用于驱动车轮，一个电动机在汽车处于极限性能时，可以向车轮直接输入动力，并且当蓄电池电力不足时，可以作为发电机使用，满足蓄电池充电需求。
由此可以看出，该类型汽车存在两种工作模式，汽车在极限工况时，会通过串联式模式工作，当汽车行驶于高速路段时，会通过并联式模式工作。混联式混合动力汽车包含串联和并联的优点，无论在何种工况下，均能实现高效率、低排放。不过这种结构存在一定的复杂性，受技术水平限制重量加大，加上工作模式复杂，成本相对较高。混联式混合动力汽车的结构如图3所示。
3 混合动力汽车的关键技术
3.1 整车能量管理控制系统技术
研发混合动力汽车时，实现控制策略属于其动力系统的核心，国外在混合动力汽车策略的实现能力上相对成熟，而我国混合动力汽车发展较晚，加上技术水平的限制，在相关工作开展环节，只能借助实验数据实施仿真分析，对国外应用策略进行测算。
通常情况下，可将控制策略分为以下几种：a.以确定规则为主的控制策略；
b.离线全局优化算法；
c.预测控制算法[2]。以上几种控制策略有着不同的优点与缺点，其中，确定规则为主的控制策略，其算法获得的结果存在较大的局限性，无法全面展现出混合动力系统的节能优势，因此若想提升混动系统性能水平，需要重点开发控制策略，同时确保开发的策略具有较强的实时性，有效提升燃油效率与节能效果。
实际设计控制策略时，应做好如下工作：重点优化发动机工作点；
优化发动机工作曲线；
优化发动机工作区；
减小发动机动态波动；
限制发动机最低转速；
减少发动机开/关次数；
保证蓄电池荷电状态；
保证蓄電池电压安全；
分工适当。
3.2 驱动电机控制技术
对电动汽车而言，电动机属于心脏，其重要程度等同于发动机，需要满足效率高、能量密度高、重量轻、体积小等要求。研发过程中，应注重永磁同步电动机与交流感应电动机，对于经常停车、启动、低速运行的城市工况，应采用永磁同步电动机驱动，对于高速、匀速行驶的工况，需要采用感应电动机驱动。当前虽然纯电动汽车不再涉及传统变速箱构架，不过受到技术水平限制，系统中仍存在通过齿轮类结构转动的功率耦合装置，这种装置的可靠性会对整车性能产生直接影响。混合动力技术发展中，电机的功能发生了重大变化，不只属于驱动单元，还能实现能量有效转换。具体设计环节，应综合考虑各项因素，做好电机选型工作，以保证整车性能。
3.3 电池管理系统技术
相比于纯电动汽车，混合动力汽车在电池性能上存在不同的要求。混合动力汽车电池工作时，通常会进入非周期性充放电循环中，存在较高的电池充放电速率，这种情况下，混合动力汽车电池不仅要满足高能量密度要求，还应满足高功率密度要求，从而在爬坡与加速环节可使汽车获得更大的峰值功率[3]。电池工作温度、充放电历史等，均会对电池寿命及性能产生影响，如果出现过放电以及过充电等不良问题，很容易使电池性能大幅降低，严重情况下还会使电池损坏。而利用电池管理系统可全面监控电池工作环境与工作过程，准确预测电池剩余电量，实现对电池能效的充分利用，有效延长电池使用寿命，因此混合动力汽车发展中，需要进一步提升电池与其管理系统的技术水平。
3.4 混合动力切换控制关键技术
a.切换系统与车辆动力学建模。针对不同工作情况，进行混合动力电动汽车相关设备动力学模型构建，在转矩模型观测器的应用下，实时监控内部设施运行数据，获得动态数据变化模型，对电动机与发动机动力特性实施专业分析，对控制系统中各耗能、供能装置间的关系进行研究。
b.通过分析混合动力汽车驾驶工作状况、动力切换稳定时间、驾驶状态，了解动力切换协调系统的影响因素，保证汽车能够稳定地进行动力切换。
c.通过仿真模拟研究，可获得相应经验，不过研究数据会与实际数据存在差距，这种情况下需要对研究项目做出调整，通过搭建硬件设施，确保试验数据与实际使用数据相接近，通过对典型状态下混合动力系统动态数据的验证与修改，最终获得针对混合动力系统的协调控制技术。
d.实施动力切换瞬态稳定性实验时，需要对混合动力汽车行驶中，动力系统运行模式及相关数据进行分析。动力系统切换时，应对数据瞬态稳定性问题进行重点考虑，构建动态分析模型，明确动力切换模式临界值。对动力切换协调控制技术过程进行分析，借助软件仿真实验，对比分析动力切换协调控制数据，研究后期应利用硬件设施分析动力切换协调控制数据，若条件允许，应使混合动力汽车在正常路况中行驶，实施监控系统的实际运行状态，进而促进协调控制系统正常运行。通过有效控制动力切换时的瞬态稳定性，避免动力切换时发生故障，提升行驶安全。
3.5 液压蓄能器与多动力源匹配技术
a.液压蓄能器。合理选用液压蓄能器，会对液压辅助单元正常工作产生直接影响，当蓄能器容量过大时，会使系统反应速度明显降低，加大系统布置难度，若蓄能器容量过小，则会影响到制动能量的及时收回。蓄能器性能主要通过两个指标进行衡量，即能量密度和功率密度。能量密度高，可使汽车拥有足够的能量，而较大的功能密度，能够确保车辆制动能量的快速储存与释放。所以，确保蓄能器容积不变的情况下，通过应用合成材料与制作工艺，研究出大功率密度、高能量密度、高能量回收率等蓄能器，应作为该技术的重要发展方向。
b.多动力源匹配技术。对于液压混合动力系统而言，其中包含两套驱动系统，即液压源驱动系统和发动机驱动系统，两者主要是借助动力复合装置进行高效匹配，而混合动力车辆经济性、动力性、排放性能，会受到匹配技术的直接影响，所以，实际匹配环节应综合分析系统关键元件的性能、工作时间以及工作效率，了解各部分的相互影响情况，对关键元件匹配关系进行优化，从而获得更高的车辆性能。
4 混合动力汽车技术的发展策略
4.1 提升技术优势
与其他类型汽车相比，混合动力汽车具有众多优势，如动力性能好、经济实用、清洁环保，因此若想有效促进混合动力汽车技术健康发展，需要进一步提升其技术优势，使更多人认识到混合动力汽车的优势与好处，拓宽受众群[4]。若想实现这一目标，需要将先进的内燃机技术应用于混合动力汽车中，突出其低耗油特性；
还应科学选择电机，保证去拥有良好的运行效率；
对混合动力汽车实施全面的分析与实验，进一步提升混合动力汽车整体性能，进而使混合动力汽车具备更强的动力性、经济性与环保性。
4.2 降低成本，提升能量再生利用率
a.降低成本。混合动力汽车中不仅拥有动力装置，还拥有电池，这使得混合动力汽车存在较高的制造成本，在一定程度上影响到了混合动力汽车的快速发展。因此需要重点关注混合动力汽车成本高的问题，积极探究电力设备成本的降低策略，通过有效控制电池与电子设备成本，将混合动力汽车成本控制在合理范围内，进一步扩大消费群体。
b.提升能量再生利用率。混合动力汽车技术发展环节，应合理设计汽车内部系统，并且经过一段时间运行后，需要作出合理优化，确保混合动力汽车符合再生制动要求，通过再生能力的应用，使汽车在行驶环节获得更高的再生能量使用率，促进混合动力汽车快速发展。
4.3 重视自主开发与知识产权
我国传统汽车企业发展中，更多的是从国外进行技术、经验引进，技术水平相对落后，因此，混合动力汽车发展环节，应注重自主开发，研发出更多具有自主知识产权的部件与产品[5]。此外，我国存在较多混合动力汽车零部件制造商，其与汽车制造商发展存在较为密切的联系，国家需要为其提供相应政策支持，减少零部件制造商成本资金压力，并且提供一定的财政补贴[6]。只有这样，才能使国内汽车制造商积极进行新产品开发，为混合动力汽车制造商提供性能更优的关键部件，从而有效提升混合动力汽车技术水平。
5 结语
新能源汽车发展中，通过混合动力技术的合理应用，能够有效满足节能减排需求，解决以往汽车高废气排放问题，避免对生态环境产生严重污染。在现代混合动力技术持续发展下，所制造出来的混合动力汽车可更好地满足民众需求，促进社会交通服务不断优化。因此新能源汽车未来发展中，需要加大对混合动力技术的研究力度，充分突出该技术的应用优势，促进新能源汽车朝绿色、低碳、可持续发展的方向迈进。
参考文献：
[1]付宽，辜文杰.浅谈不同视角下混合动力汽车技术的分类[J].时代汽车，2023（8）：17-19.
[2]王春洋，李殿起.混合动力汽车发动机启停控制策略研究[J].机械管理开发，2022，37（12）：304-306.
[3]蔡兰兰.混合动力汽车常见故障与排除技术[J].专用汽车，2022（12）：71-73.
[4]张景轩，程子健.基于混合动力技术的新能源汽车应用及发展趋势[J].南方农机，2022，53（10）：152-155.
[5]李永钧.浅议混合动力技术路线[J].重型汽车，2022（1）：3-5.
[6]张晓英.混合动力汽车的探索与思考[J].汽车工艺师，2020（12）：8-9.
作者简介：
吴小丽，女，1990年生，助教，研究方向为新能源汽车技术。
猜你喜欢 新能源汽车发展 迈上十四五发展“新跑道”，打好可持续发展的“未来牌”中国核电(2021年3期)2021-08-13从HDMI2.1与HDCP2.3出发，思考8K能否成为超高清发展的第二阶段家庭影院技术(2018年11期)2019-01-21砥砺奋进 共享发展华人时刊(2017年21期)2018-01-31改性沥青的应用与发展北方交通(2016年12期)2017-01-15比亚迪新能源汽车的市场竞争环境及战略分析中国市场(2016年32期)2016-12-06浅谈新能源汽车的概况和发展科学与财富(2016年15期)2016-11-24关于新能源汽车发展的若干思考大经贸(2016年9期)2016-11-16基于新能源汽车产业发展对汽车专业人才培养的思考中小企业管理与科技·上旬刊(2016年10期)2016-11-15“会”与“展”引导再制造发展汽车零部件(2014年9期)2014-09-18携手同行 共建共享：怎么看我国发展不平衡中国火炬(2010年8期)2010-07-25