1 油電混合動力汽車概述

在社會發展的全新背景下，各國汽車的持有量都在逐年增加，而在石油消費急劇增長以及環保壓力日益嚴峻等的影響下，迫使汽車產業需要向節能、環保的發展方向進行轉型與升級。而油電混合動力汽車可以有效滿足環保節能方面的要求，不僅具有充足的動力源，而且還能夠減少相關環境污染問題，如圖1所示。具體來說，油電混合動力汽車是一種混合型電動汽車，可以由一種以上的能量轉換來為汽車提供驅動動力，可以在一輛車上聯合使用電力驅動以及輔助動力單元。而油電混合動力汽車則是將傳統能源與電能進行有效結合，這樣不僅能夠使相關車輛的燃油經濟性得到改善，而且還能夠減少尾氣排放，使環境污染程度得到降低。

圖1 油電混合動力汽車示意圖

2 油電混合動力汽車的分類

針對混合動力汽車進行分析，其結合動力源的能量耦合方式，可以將其具體分為三種類型，分別為并聯混合動力汽車、串聯混合動力汽車以及混聯混合動力汽車。而結合電功率在全部輸出功率當中所占的百分比，對混合動力汽車進行分類，則可以將其分為輕度、中度和重度三種混動汽車類型。

2.1 結構分類

結合油電混合動力汽車的電機、發動機以及傳動系統之間的連接形式，可以將混合動力汽車的結構形式劃分為以下三種，具體包括混連式、并聯式以及串聯式[2]。

首先，串聯式混合動力汽車。在油電混合動力汽車的相關結構當中，串聯式混合動力汽車的結構相對簡單，在產生能量時主要連接發動機和發電機，而其驅動環節則需要對減速機構以及電動機進行連接。在串聯式混合動力系統的實際運行過程當中，能量產生環節可以通過逆變器對產生的電能進行轉化，并向電動機提供，使其開展相應的工作，而對于多余電能則可在蓄電池當中儲存。在發電機停止工作或者電功率不足的情況下，蓄電池可以為電動機提供電能。在此結構當中，電機和發動機之間的控制保持獨立狀態，在較優工況下燃油發動機可開展相關工作，但由于能量的轉換需要具體經過機械能到電能，再到機械能這一過程，因此降低了其整體效率。對于串聯式混合動力系統而言，其主要對公交等大型車輛比較適用，而在車速較高以及功率較大的工況下，則無法起到良好效果。

其次，并聯式混合動力汽車。對于并聯式混合動力系統而言，其一般在插電式的混合動力車輛當中進行應用，需要同時將發電機、電動機連接減速機構，以此來有效驅動車輛，使其保持正常行駛?，F如今，多數油電混合動力車輛都對此種結構進行采用，而該結構不僅相對簡單，還具有良好的動力性能與油耗水平。但該系統在發揮動力輔助作用時，往往需要受到蓄電池容量的限制。

最后，混聯式混合動力汽車。在油電混合動力汽車的三種結構當中，混聯式混合動力系統相對比較復雜，其對串聯式與并聯式結構的優勢進行了結合。在混聯式混合動力系統的實際運行過程當中，應對功率耦合裝置進行有效配備，從而實現發動機功率的分流處理，使其具體分為機械功率與電功率兩項組成部分，這樣可以使發動機功率得到合理利用，從而使其工作效率得到提高[3]，其動力傳動系統如圖2 所示。與此同時，該系統還可結合傳動裝置與發動機之間的連接方式，將其具體分為輸入、輸出以及復合等分流式類型。其中輸入分流式系統在運行時，其行星傳動機構當中的兩部分構件需要分別連接電機與發動機，而第三構件則需要與另一電機和輸出端進行有效連接。在較低傳動比的區域，該結構的工作效率相對較高，而在高速狀態下，電機的轉速會有所加快，增大了電功率的實際比例，使電功率呈現出反向的傳遞路徑，進而有功力循環產生，降低了傳動效率。在行星傳動機構當中，輸出分流式系統的其中一個構件分別連接發動機與電機，而第二構件則需要連接另一電機，第三構件作為具體的輸出端。在較高傳動比的區域，該結構的工作效率也相對較高，而在低速狀態下，則會有功率回流現象產生，進而降低了系統的傳動效率。對于復合功率的分流式結構而言，其一般需要對雙行星排的耦合裝置進行配備，而其中的六個構架，有兩組需要相互進行連接，以此來形成四個獨立節點。在此過程當中，有三個構件需要分別連接兩個電機與發動機，而另外一個則作為輸出端口。此方式可以使輸入和輸出兩種分流模式的優點得到兼顧，而且能量流路線也相對較多。

圖2 動力傳動系統示意圖

2.2 混合度分類

結合油電混合動力汽車的混合度，也就是按照電功率在總功率當中所占的比例，可以將油電混合動力汽車具體劃分為輕度、中度以及重度三種混合動力。

首先，輕度混合動力系統。該混合動力系統一般情況下，對一臺ISG電機進行配備，也就是啟動發電一體化電機。通過對此電機進行采用，可以避免發動機在怠速工況下運行，該電機并不在驅動或者能量轉換等過程中參與。

其次，中度混合動力系統。此系統在實際運行時對具有更大功率的ISG電機進行采用，與輕度系統的不同在于，該電機能夠為車輛正常行駛提供良好的驅動力。

最后，重度混合動力系統。該系統通常為混合度達到或者超過30%的相關混動系統，而在該結構的實際應用過程當中，需要對大功率電動機以及發電機等進行配備[4]。

3 油電混合動力汽車的關鍵技術

針對油電混合動力系統的能量傳遞路線進行分析，其具體包括機械功率以及電功率兩種類型，而所涉及到的環節相對較多，具體包括發動機驅動、電機驅動、變速箱驅動以及電池等，因此該系統的集成度相對較高。在油電混合動力汽車的未來發展過程當中，想要使混合動力系統的燃油經濟性以及動力性能得到有效提升，需要對其關鍵技術加大研發力度，具體包括以下幾個方面。

3.1 高能量密度電池

目前，由于電池性能不足，進而導致純電動汽車的續航里程相對較短。而油電混合動力汽車的研發與應用，可以在一定程度上使這一問題得到有效解決。而為了保證混合動力汽車在爬坡加速等過程當中，能夠具有較大的峰值功率，對電池功率和能量的密度也有了更高要求。伴隨著我國汽車輕量化革命的持續深入與有效推進，需要將高效電池管理系統以及高能量密度電池在混合汽車上有效配備，以此來進一步提升油電混合動力汽車的整體性能。具體來說，插電式混合動力汽車在實際使用過程當中，其電池容量對車輛油耗水平具有重要影響，而相關非插電式混合動力汽車，為了使車輛電池的使用壽命得到延長，往往在電池系統當中采取了相關控制策略，如淺充淺放等，這使電池的能量密度有所下降，不符合汽車輕量化的相關發展要求。所以，在油電混合動力汽車的未來發展過程當中，無論對磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鎳氫電池中的哪一種進行采用，都應對電池能量密度進行有效提升。除此之外，還需要針對電池使用研發出完善的狀態監測管理系統，并在油電混合動力汽車上有效配置，從而使電池性能得到充分發揮，使電池的實際使用壽命得到有效延長。

3.2 機械傳動結構

對于純電動汽車而言，在車輛結構組成當中并沒有安裝傳統意義上的變速箱，但目前混合動力車輛往往還存在相應的機械傳動環節，特別在采用混聯式混合動力系統時，行星排以及齒輪傳動可以構成具體的功率耦合裝置，其工作效率以及可靠性對整車性能具有決定性的影響。在對油電混合動力汽車系統進行改進與更新時，為了使傳動環節的磨損程度得到降低，也為了保證傳動可靠性，對傳動比的第二排行星傳動進行相應改造，使其轉變成平行軸齒輪傳動[5]。

3.3 電機驅動技術

隨著我國科學技術水平的不斷提升，混合動力技術也得到了快速發展，這使電機的性能得到了有效提高。在油電混合動力汽車當中，電機除了可以作為驅動單元以外，還可以參與到能量轉化過程當中，是實現能量轉換的一項重要環節，這也使油電混合動力汽車在電動模式和發電模式下都能夠保證運行的有效性。與此同時，在達到電機峰值功率時，其可以有效發揮制動回收、整車加速、電驅動以及啟動發動等相關功能。目前，在混合動力汽車的實際使用過程當中，其電機類型具體包括四種，分別為異步電機、開關磁阻、直流永磁以及交流永磁同步。在選用電機時需要對其成本、效率、性能以及質量等因素進行充分考慮。所以，在油電混合動力汽車的未來發展過程當中，需要針對電機的質量改進、體積縮小和性能提升等方面有效開展研發工作。而想要實現電機的高效運轉，需要合理采用相關驅動技術。在混合動力汽車行業的快速發展過程中，混合動力系統的電機功率也得到了明顯增大，這也對驅動電路性能提出了全新要求，需要有效保證電路中功率放大模塊的作用發揮。除此之外，還需要對具體的控制算法進行合理優化，從而使電機轉速以及轉矩控制的穩定性、可靠性與精確性得到有效提高[6]。

3.4 整車控制

在油電混合動力系統當中，汽車的控制策略是其大腦所在。我國早期所開展的相關研究工作，可以通過具體的實驗數據對發動機工作點進行有效映射，并通過對比控制策略的仿真結果，從而對國外車型的相關控制策略進行反推。對于控制策略而言，其一般可以分為三種類型，分別為預測控制算法、離線全局優化算法以及確定規則的控制策略，對于這三種控制策略來說、其各自具有相應的優缺點。首先、確定規則的相關控制算法、無法使行星混聯系統具有的節能潛力得到充分發揮，所能起到的控制效果相對有限。其次，離線全局優化算法無法充分保證控制的實時性，而且工況適應性也相對較低。最后，預測控制雖然對工況局限性進行了有效擺脫，但在實時性方面仍然存在一些不足[7]。對此，想要有效提高混合動力系統的性能 需要對控制策略進行有效研發與完善，使其具有良好的實時性，能夠在實車控制器當中進行應用，并使燃油經濟性得到提升。

4 車載能量管理系統

在能源短缺和環境污染問題不斷加劇的背景下，我國對新能源產業發展也提出了更高要求，需要加大對節能環保技術的應用力度。而混合動力汽車可對多種動力源進行采用，并多樣化回收能量流，有效實現低排放、低能耗的發展目標，對我國新能源產業的發展具有重要意義。在油電混合動力汽車當中，電機是十分重要的一項組成部分。在汽車制動時，電機可以作為發電機進行使用，從而使車輛動能能夠向電池電能有效轉化。對于電機而言，其在轉矩和功率等方面具有輸出特性，所以在建模時需要將電機和控制器作為整體充分考慮。在具體構建電機模型時，需要確保使制動和電動這兩類工作模式得到滿足。

油電混合動力汽車的電機驅動系統，對比工業驅動電機在要求上存在較大差別。對于工業驅動電機而言，其主要優化額定的工作點，需要結合典型工況展開設計。而混合動力汽車所采用的驅動電機，需要對更為復雜的路況進行適應，而且還需要能夠頻繁的進行加速、減速、停車和啟動等操作，在進行爬坡或者低速運行時應能保證高轉矩輸出，而在高速行駛過程當中還需要確保輸出功率較高，以及具有較寬的電機調速范圍。與此同時，燃油發動機是油電混合動力汽車中另外一個動力源，和其相比采用驅動電機的方式，可以有效降低控制成本。在匹配混合動力時，通常需要對發動機進行選擇，并在此基礎上對驅動電機進行配備。因此，驅動電機的控制和選型，對于混合動力汽車而言十分重要，對其動力輸出的及時性和穩定性具有直接影響，而且還關系到駕駛員的駕馭感?，F如今，在混合動力汽車當中，相關電力驅動部分主要對電刷式直流電機、永磁電機感應電機以及磁阻電機等進行使用，而其中永磁同步電機所形成的驅動系統不僅效率較高，而且體積相對較小，具有結構簡單、重量輕以及出力大等優勢，可以實現有效控制，因此在混合動力汽車當中，永磁式電機的應用相對廣泛。

對于混合動力汽車而言，其與傳統的燃油汽車和電動車不同，其車載能量源有兩種以上，而且可通過兩種能量源具有的特性互補改善和提高整車性能。為了能夠協調兩種能量源的互補，需要采取相應的控制策略，從而使燃油經濟性得到提升，使汽車驅動性能保持最佳狀態。

5 結束語

綜上所述，在我國發展過程當中，能源短缺與環境污染是影響可持續發展的兩大根本問題。在經濟快速發展的背景下，城市汽車保有量也在不斷增加，這使兩大問題不斷加劇。對此，我國需要對低排放、低污染、節能高效的混合動力汽車進行有效研發，以此來緩解能源和環境問題。油電混合動力汽車具有十分顯著的優勢，對我國汽車產業的健康發展也具有重要促進作用，因此現階段需要針對油電混合動力汽車加大研發力度，并深入分析與研究相關關鍵技術，使油電混合動力汽車的整體性能得到進一步提升，發揮出該類動力汽車具有的技術優勢，緩解能源消耗問題，改善環境污染現狀，從而促進我國的可持續發展[8]。

審核編輯：郭婷