混合動力指在車輛動力系統(tǒng)中采用兩種不同動力源的一種技術(shù)，更側(cè)重于指油電混合動力。
分類
油、電混合動力系統(tǒng)
混合動力是一種區(qū)別于傳統(tǒng)車輛的新能源車輛技術(shù)，通常意義上是指油、電混合動力，即車輛在保留傳統(tǒng)內(nèi)燃機的基礎(chǔ)上，配合使用電動機提供輔助動力，系統(tǒng)可按照整車實際運行工況要求而進行靈活調(diào)控，使得發(fā)動機始終保持在綜合性能最佳的工作區(qū)域，可有效降低其油耗與排放。油、電混合動力技術(shù)開展較早，是混合動力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種，已有多款小型汽車產(chǎn)品投放市場，按照連接方式可以將其劃分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種。
液壓混合動力系統(tǒng)
由發(fā)動機和液壓動力系統(tǒng)組成，其中液壓動力系統(tǒng)以液壓蓄能器作為可逆儲能元件，液壓泵、液壓馬達(dá)作為動力元件。按照動力驅(qū)動方式不同，液壓混合動力系統(tǒng)可以劃分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種，其工作原理與油、電混合動力系統(tǒng)類似，而目前應(yīng)用較廣泛的主要有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。串聯(lián)式系統(tǒng)主要應(yīng)用于輕、B級車，并聯(lián)式系統(tǒng)主要應(yīng)用于中、重型車。
特點
通常降低油耗的方法包括采用小排量發(fā)動機、減少怠速運行時間、進行發(fā)動機工作點優(yōu)化、采用輔助能源或者替代能源以及減少摩擦損失和回收制動能量等，混合動力系統(tǒng)也主要是以這些為出發(fā)點而開發(fā)的。
混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性能較高，行駛性能優(yōu)越，在起步、加速時，由于有電動電動機的輔助，可以降低油耗。輔助發(fā)動機的電動電機可以在啟動的瞬間產(chǎn)生強大的動力，因此，車主可以享受更強勁的起步、加速，實現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟性。
隨著世界各國環(huán)境保護的措施越來越嚴(yán)格，替代燃油發(fā)動機汽車的方案也越來越多，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車等。目前最有實用性價值并已有商業(yè)化運轉(zhuǎn)模式的，只有混合動力汽車。通常說的混合動力是指油電混合動力，即燃料（汽油、柴油）和電能的混合。
原理
混合動力汽車的關(guān)鍵是混合動力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動力汽車整車性能。經(jīng)過十多年的發(fā)展，混合動力系統(tǒng)總成已從原來發(fā)動機與電機離散結(jié)構(gòu)向發(fā)動機電機和變速器一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動力總成系統(tǒng)。混合動力汽車是由電動電動機作為發(fā)動機的輔助動力來驅(qū)動汽車的。
混合動力總成按動力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。
（1）串聯(lián)式 混合動力汽車Series Hybrid Electric Vehicle (SHEV) SHEV是由發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電動機三大動力總成組成，發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電動機采用“串聯(lián)”的方式組成SHEV的驅(qū)動系統(tǒng)。SHEV用發(fā)動機－發(fā)電機組均衡地發(fā)電，電能供應(yīng)驅(qū)動電動機或動力電池組，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構(gòu)驅(qū)動汽車，使SHEV的行駛里程得到延長。實際上SHEV的發(fā)動機－發(fā)電機組只能看作一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)動機并不直接參與SHEV的驅(qū)動、
SHEV的發(fā)動機，可采用四沖程內(nèi)燃機、二沖程內(nèi)燃機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機和燃?xì)廨啓C。發(fā)動機、發(fā)電機組，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi)，不受SHEV運行工況的影響，經(jīng)常保持在低能耗、高效率和低污染的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。
SHEV驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，動力電池組、發(fā)動機－發(fā)電機組和驅(qū)動電動機在底盤上的布置有較大的自由度，控制系統(tǒng)也比較簡單，因為只有唯一的電動機驅(qū)動模式，其特點是動力特性更加趨近于EV。SHEV必須裝置在一個大功率的發(fā)動機發(fā)電機組，再用驅(qū)動電動機來驅(qū)動車輛。發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)動電動機的功率都要求等于或接近于SHEV的最大驅(qū)動功率，在熱能→電能→機械能之間的轉(zhuǎn)換過程中，總效率低于內(nèi)燃機汽車。三大動力總成的體積較大，質(zhì)量也較重，還有龐大的動力電池組，使得在中小型汽車上布置有一定的困難，一般適合大型客車采用。
小負(fù)荷時由電池驅(qū)動電動機驅(qū)動車輪，大負(fù)荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅(qū)動電動機。當(dāng)車輛處啟動、加速、爬坡 工況時，發(fā)動機電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當(dāng)電動車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅(qū)動電動機，當(dāng)電池組缺電時則由發(fā)動機-發(fā)電機組向電池組充電。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運行工況，可以將發(fā)動機調(diào)整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動機的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動機避免了怠速和低速運轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動機的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機械效率較低。
（2）并聯(lián)式裝置的發(fā)動機和電動機共同驅(qū)動汽車，發(fā)動機與電動機分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動又可以單獨驅(qū)動。當(dāng)汽車加速爬坡時，電動機和發(fā)動機能夠同時向傳動機構(gòu)提供動力，一旦汽車車速達(dá)到行駛速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動機維持該速度。電動機可以作為發(fā)電機使用，稱為電動－發(fā)電機組。由于沒有單獨的發(fā)電機，發(fā)動機可以直接通過傳動機構(gòu)驅(qū)動車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，機械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。
（3）混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點。動力系統(tǒng)包括發(fā)動機、發(fā)電機和電動機，根據(jù)助力裝置不同，它又分為以發(fā)動機為主和以電機為主兩種。以發(fā)動機為主的形式中，發(fā)動機作為主動力源，電機為輔助動力源；以電機為主的形式中，發(fā)動機作為輔助動力源，電機為主動力源。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是控制方便，缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
聯(lián)結(jié)方式
A、根據(jù)混合動力驅(qū)動的聯(lián)結(jié)方式，混合動力系統(tǒng)主要分為以下三類：
一是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機直接帶動發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速機構(gòu)來驅(qū)動汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下，電池就像一個水庫，只是調(diào)節(jié)的對象不是水量，而是電能。電池對在發(fā)電機產(chǎn)生的能量和電動機需要的能量之間進行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。
二是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)既可以同時協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨工作驅(qū)動汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低。本田技研工業(yè)的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。
三是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)各有一套機械變速機構(gòu)，兩套機構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機與電動機之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的功率輸出和電機的運轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。Prius采用的是混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。
混合度
B、根據(jù)在混合動力系統(tǒng)中，電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統(tǒng)還可以分為以下四類：
一是微混合動力系統(tǒng)。代表的車型是PSA的混合動力版C3和豐田汽車的混合動力版Vitz。這種混合動力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機（也就是常說的Belt-alternator 起動器 Generator, 簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機，用來控制發(fā)動機的啟動和停止，從而取消了發(fā)動機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講，這種微混合動力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。在微混合動力系統(tǒng)里，電機的電壓通常有兩種：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合動力系統(tǒng)。
二是輕混合動力系統(tǒng)。代表車型是通用的混合動力皮卡車。該混合動力系統(tǒng)采用了集成啟動電機（也就是常說的Integrated 起動器 Generator，簡稱ISG系統(tǒng)）。與微混合動力系統(tǒng)相比，輕混合動力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：（1）在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；（2）在行駛過程中，發(fā)動機等速運轉(zhuǎn)，發(fā)動機產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調(diào)節(jié)。輕混合動力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。
三是中混合動力系統(tǒng)。本田技研工業(yè)旗下混合動力的Insight, Accord 和Civic都屬于這種系統(tǒng)。該混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同，中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時，電動機能夠輔助驅(qū)動車輪，從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，可以達(dá)到30%左右，技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。
四是完全混合動力系統(tǒng)。豐田汽車的Prius 和未來的Estima屬于完全混合動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統(tǒng)相比，完全混合動力系統(tǒng)的混合度可以達(dá)到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。
以上各種不同的混合方式，都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽車廠商在過去的十幾年，通過不斷的研發(fā)投入，試驗總結(jié)，商業(yè)應(yīng)用，形成了各自的混合動力技術(shù)之路，而在市場上的表現(xiàn)也是各具特色。
應(yīng)用現(xiàn)狀
混合動力技術(shù)作為目前提高車輛動力性和燃油經(jīng)濟性的重要技術(shù)手段，越發(fā)受到各國政府和生產(chǎn)商的重視。雖然混合動力技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在不少車輛領(lǐng)域，但在大力研發(fā)和推廣上還存在著很多難點，主要包括：
1)電池組系統(tǒng)性能。油、電混合動力車輛對電池系統(tǒng)的要求較高，要求其具有存儲量大、功率高、壽命長、充電時間短等特點，但目前混合動力車用電池依然存在成本高、壽命短等缺陷，而在延長現(xiàn)有電池壽命、降低成本、研發(fā)新型電池等方面尚有不少技術(shù)難點難以突破。
2)系統(tǒng)控制策略。混合動力系統(tǒng)作為典型的多動力源輸入與多目標(biāo)控制系統(tǒng)，其在優(yōu)化能量分配、制動能量回收、合理匹配動力系統(tǒng)參數(shù)以及協(xié)同控制等方面過程十分復(fù)雜。其控制策略在研發(fā)過程中不但要考慮不同工況下車輛的燃油經(jīng)濟性和動力性，還要兼顧各零部件可靠性、壽命及整車成本等多方面因素，技術(shù)難度大，是混合動力技術(shù)研究的核心內(nèi)容及難點所在。
3)車輛成本及質(zhì)量。混合動力車輛較同等普通車輛而言，成本大幅度增加，這讓普通用戶難以接受；同時，混合動力裝置質(zhì)量大，導(dǎo)致整機質(zhì)量增大，這在一定程度上會影響車輛的節(jié)能效率。因此，如何在保證車輛可靠性基礎(chǔ)上，減輕整機質(zhì)量和最大限度降低制造成本是目前研發(fā)過程中的一大難點。為此，在混合動力技術(shù)發(fā)展過程中，未來還要著力研究以下問題：研制適用于混合動力車輛的新型低成本、高壽命電池以及其他關(guān)鍵部件，增強與傳統(tǒng)車輛的市場競爭力；切實解決混合動力系統(tǒng)的能量管理和協(xié)同控制問題，研制先進的檢測系統(tǒng)；開展混合動力車輛輕量化研究，減輕整機質(zhì)量，降低成本，提高節(jié)能效率。此外，必須指出：液壓儲能與電動儲能結(jié)合的復(fù)合式混合動力系統(tǒng)結(jié)合了液壓混合動力系統(tǒng)及油、電混合動力系統(tǒng)兩者的優(yōu)點，是未來混合動力發(fā)展的新方向。
參考資料 >