混合动力技术在车辆工程领域的应用
杨琛
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杨琛,. 混合动力技术在车辆工程领域的应用[J]. 动力技术研究,2023.7. DOI:10.12721/ccn.2023.159306.
摘要: 随着国民经济的快速发展,汽车保有量越来越多,由此带来的能源紧张和环境问题也越来越凸出。特别是在双碳目标的大背景下,国家对汽车油耗和排放提出了更严格的标准。为应对严峻的形势,混合动力汽车应运而生。混动技术起源较早,经过多年的发展,出现了多种多样的混动技术路线。因此,分析混动技术路线的特点及适用车型,对于整车开发具有重要意义。
关键词: 混合动力;车辆工程领域;应用研究
DOI:10.12721/ccn.2023.159306
基金资助:

1混合动力技术的必要性

1.1保护环境

地球是我们每个人生存的环境,为每个人的生存提供了保障。但是,近些年全球环境问题越来越严重,在很大程度上与汽车使用频率与数量有着很大的关系。传统汽车主要以石油作为燃料,但是石油作为一种不可再生的非清洁能源,汽车在耗油量增加的过程中,不仅导致石油开采量加大,而汽车排放的尾气也造成了环境的进一步污染。所以,在现阶段下进行混合动力技术在新能源汽车中的应用,对于保护环境而言十分有必要。混合动力技术在新能源汽车中的应用,汽车能够以其他清洁能源作为动力,不再单纯依靠石油作为燃料。在此基础上,全球范围内的石油开采量就会下降,对于保护环境有着十分重要的意义。另外,采用混合动力进行生产的汽车,在行驶的过程中由于不用使用燃油,所以也不会产生大量的尾气。特别是电能与燃油的混动。由于电能低廉,使用便捷,车主在使用新能源汽车的过程中除非汽车没电等特殊情况,一般不会使用燃油动力系统。这种情况下,汽车使用电能是不会产生尾气的,进而减少了对周围环境的污染与破坏,对于保护我们赖以生存的环境有着重要的作用与意义。

1.2节约能源

传统汽车主要将燃油作为动力,随着世界范围内汽车产量与使用量的增加,为了满足车主的出行要求,需要进行大量的石油开采,在很大程度上造成了资源的浪费。如果始终将石油等不可再生资源作为汽车的动力,终有一天世界上的石油能源会开采殆尽。这种情况下,是十分不利于节约能源和资源的。但是,混合动力技术在新能源汽车中的应用,使汽车行驶不再单纯依赖石油等燃油能源,可以使用更清洁的能源作为动力。这样一来,车主对燃油的需求量就会减少,进而促使石油开采量也会降低,能够起到节约能源和资源的作用。另外,混合动力汽车与纯电动汽车相比,其能够利用混合动力技术驱动汽车,同样不会单纯依靠电能。众所周知,纯电动汽车的电池使用是有寿命的。纯电动汽车在长期使用中,由于产生大量的报废电池,同样会造成锂等能源的浪费,起不到实际结语能源和资源的作用。但是,在混合动力技术的支撑下,能够减少汽车对电能的过度依赖,可以降低每年报废电池的产出量,在一定程度上对锂矿能源起到了节约的作用。所以,综合来看,混合动力技术在新能源汽车中的应用,能够有效提高能源和资源的节约率,对于促进我国进行绿色发展有着十分重要的作用。

2混合动力动技术不同视角的技术分类

2.1混合度视角分类

按照混合度分类法,可将混动汽车分为微混合、轻度混合(弱混)、中度混合和重度混合四种。主流观点认为混合度是指驱动电机与发动机功率的比值,坊间观点认为混合度为混合动力版车型与同等燃油版车型节油量的百分比,而一些主机厂认为混合度是和车型的功能相关。无论哪一种观点,虽然其划分标准不同,但其底层思想想通,本文以主流观点出发,并结合功能进行讨论。混合度低于5%称为微混合,其电机功率低,通常只用在发动机启停系统中,在发动机启动时提供助力,严格意义上不能称之为混合动力技术。混合度低于15%的混合动力技术称为轻度混合(弱混),除了发动机启停功能,还具有再生制动和辅助驱动的功能,电机功率低,配合的动力电池能量较低,通常不具备外接充电功能,属于节能汽车范畴。混合度介于15%到40%的混合动力技术称为中度混合,在轻度混合功能的基础上增加了低速纯电行驶功能。混合度大于40%的混合动力技术称为重度混合,电机的功率更大,再生制动回收的电能更多,电池能量更多,纯电行驶的续航里程更长。

2.2动力耦合方式视角分类

2.2.1并联式混动

并联式混动技术具备发动机直驱、电动机直驱、发动机和电动机共同驱动三种工作模式。当车辆滑行和制动时,电动机可进行再生制动,作为发电机回收动能。并联式混动技术的优点是结构简单,能量转化路径少,但在电池亏电情况下,发动机不能为动力电池充电,限制其燃油经济性表现。

2.2.2混联式混动

混联式混动技术结合了串联式和并联式混动技术的优点,既能像串联式混动一样发动机带动发电机充电,又能像并联式混动一样发动机直驱,所以可实现纯电、纯油、油电混合行驶,同时可动态调整能量的回收和释放,在燃油经济性、动力性和平顺性等方面均有不错的发展空间,成为当今多数车企的研究方向。

3混合动技术在车辆工程中的应用

3.1串联式混动系统应用

串联式混动系统,指车辆的动力源仅仅来源于电动机,发动机仅为发电机提供动力进行发电,将电能储存在蓄电池中,电池给电动机供电,进而使电动机驱动车辆,发动机不能直接驱动车辆,仅驱动电机,可以使发动机保持在燃油消耗率较低的工况点,达到节油减排的效果。增程式混动车型是典型的串联混动路线,增程式混动技术一般采用较大电量的电池,短途行驶时,可以保证一定的纯电里程,在电量较低或者能量不足以供给电动机时,发动机启动,给电池蓄电,保证正常的车辆行驶。e-power路线也属于串联混动,与增程式不同的是,蓄电池电量减小,发动机停机时间很短,优势是电池成本降低,整车重量也降低,整车更具竞争力。

3.2并联式混动系统应用

并联式混动系统,指发动机和驱动电机均可以单独驱动车辆的混动系统,可以实现多种模式的行驶。纯电模式,发动机关闭,离合器断开,驱动电机单独驱动车辆,此模式一般在车辆起步时开启,车速处在较低速的情况下,可以将起步时发动机负荷较大的工况区间优化掉,达到节油的目的。另外,当动力电池电量比较充裕时,可以将车辆切换到纯电模式,进行纯电行驶。纯燃油模式,仅有发动机提供动力,当工况处在发动机经济区间时,发动机动力全部应用于车辆,当发动机处在经济区间时,扭矩除了正常行驶有冗余,可以将扭矩分配给发电机进行发电,为动力电池充电。混合动力模式,发动机和驱动电机同时驱动车辆,此模式一般用于爬坡、急加速等负荷较大的工况。驻车充电模式,此模式一般应用于专用车,停车状态下,动力电池电量较少时,可以通过发动机驱动发电机充电,此时离合器接合,变速箱处于空挡状态。制动能量回收,当车辆滑行或者加速时,车辆反拖发电机转动发电,将制动能量回收至动力电池。

结论

混合动力技术在车辆工程领域中的应用,在很大程度上实现了节能减排的要求,一改以往汽车高废气排放的弊端。并且,在现代混动技术不断发展的背景下,生产出来的混动汽车更加符合当前民众生活与生产需要,起到了优化社会交通服务的作用。所以,在接下来的混动汽车发展中,需要继续加大混合动力技术的研发,加强其在新能源汽车中的应用,使我国的混动汽车能够创造国际优势,实现我国低碳生产与生产的最终目标。

参考文献:

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