混合动力电动汽车的发展趋势

10.16638/j.cnki. 1671-7988.2020.22. 083

混合动力电动汽车的发展趋势*

汤高攀1，李海光2

(1.福建船政交通职业学院汽车运用工程系，福建 福州350000；

2•福州京东方光电科技有限公司，福建福州350000)

摘要：混合动力电动汽车解决了纯电动汽车续驶里程问题和燃油汽车的尾气排放问题，是新能源汽车发展的一个

重要方向。文章介绍了混合动力电动汽车动力驱动技术的分类和基本原理，并且对目前混合动力电动汽车存在的问

题和关键技术进行阐述，希望为混合动力电动汽车的发展提供帮助。

关键词：混合动力电动汽车；混合动力驱动技术；发展

中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)22-243-03

The Trend Toward Hybrid Electric Vehicles*

Tang Gaopan1, Li Haiguang2

( 1.Department ofAutomotive Application Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College,

Fujian Fuzhou 350000; 2.Fuzhou BOE Optoelectronics Technology Co., Ltd, Fujian Fuzhou 350000 )

Abstract: Hybrid electric vehicle solves the problem of driving range of pure electric vehicle and the problem of reducing

exhaust emission of fuel vehicle, which is a direction of new energy vehicle development. In this paper, the classification

and basic principles of the hybrid electric vehicle power drive technology are introduced, and the problems and key

technology of the current hybrid electric vehicle are described to provide help for the development of the hybrid electric

vehicle.

Keywords: Hybrid electric vehicle; Hybrid drive technology; Development

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)22-243-03

___1—刖言

随着全球范围内能源危机和全球环境污染越来越严重， 汽车行业的发展方向受到越来越多人的关注。为了缓解这些 问题， 世界各国开始对纯电动汽车和混合动力电动汽车展开

研究。美国政府 2002 年推出 了 “Freedom Car & Vehile Techno

作者简介：汤高攀，硕士研究生，助教，福建船政交通职业学院汽 车运用工程系，主要研究领域为车辆动力学与电子控制。李海光， 硕士研究生，高级工程师，福州京东方光电科技有限公司，主要研

究方向为半导体显示领域Color Filter的产品、工艺、材料的研发。 基金项目：福建省教育厅中青年教师教育科研项目（科技类）（编号 JAT191192）资助。-logy”计划；中国政府自2000年开始实施“清洁汽车行动” 计划，并且将电动汽车列入国家“863”发展计划［1］。根据我

国的法规规定，一般将用非常规的车用燃料为动力来源（或 者使用常规的车用燃料，采用新型车载动力装置），综合车辆

动力控制和驱动方面的先进技术，形成的计数原理先进，具 有新技术、新结构的汽车称为新能源汽车［1］。纯电动汽车中

电源是唯一的动力输出源，驱动车轮行驶的是电机，这种汽 车中没有内燃机，排放无污染。追溯电动汽车的发展历史可

知，电动汽车最早是苏格兰商人罗伯特•安德森在1832-1839

年研发的不可再充的蓄电池电动车。紧接着，1835年荷兰教 授西博兰斯•斯特町组装了一款小型电动三轮车。虽然纯电 动车可以实现对环境的无污染， 但受动力电池性能的限制，

243汽车实用技术

其续驶里程达不到预期的目标。虽然政府对购买新能源汽车 会进行补贴，但是使用的不方便性加上价格较高使得纯电动

车的大规模推广相当迟缓。在这种背景下，既可以保证长距 离行驶，又可以降低排放的混合动力电动汽车应运而生。

1混合动力驱动技术的基本原理

混合动力电动汽车与燃油汽车最大的不同点是其驱动方 式。 混合动力电动汽车的驱动是利用混合动力技术， 混合动

力技术是指将不同的两种工作原理完全不同的动力系统结

合在一起。目前，汽车上的混合动力技术是将电动机与发动

机匹配在一起，作为汽车的动力源驱动汽车行驶。这样的驱 动方式结合了电动机无污染和发动机动力性好的优点。 混合

动力电动汽车按照混合动力驱动系统基本结构的不同分为 微混合动力驱动、中混合动力驱动、完全混合动力驱动三种 形式切。

1.1微混合动力驱动

微混合动力驱动是通过电动部件（起动机/发电机）执行 起动&停止功能，制动能量可以进行能量回收，对蓄电池再 充电，汽车频繁启动发动机需要对蓄电池进行相应的匹配〔3〕。

该系统虽然不可以用纯电动方式驱动车辆行驶，但奥迪很多

车型也有应用。

1.2完全混合动力驱动

完全混合动力驱动是由一个离合器分隔开的内燃机和电 机组成，离合器可以断开内燃机和电机这两个系统，使其单 独起作用。车辆低速行驶时，电机工作，车辆以纯电动方式

提供动力，即纯电动行驶。车辆高速行驶或其他条件达成时，

该系统的内燃机接通工作，电机辅助内燃机来工作。完全混 合动力驱动系统与微混合动力驱动系统类似也具备能量回收

功能， 可以给高压蓄电池充电。

完全混合动力驱动又可以分为并联式、串联式、分支式

和分支式串联式四种形式。1.2.1并联式混合动力系统并联式混合动力系统是典型的混合动力系统，它拥有电 动机和内燃机两套驱动系统。发动机与电动机并联，电动机 和发动机都能够单独驱动车轮， 它们既能分开工作也能协调

合作，共同驱动，并联式混合动力系统的总功率为内燃机和 电机各自的功率之和〔4〕。这种机构设计可以直接利用原车上

很多部件进行改造，目前对内燃机车辆进行直接改造的车辆 基本上都是采用的这种结构。 但由于该并联式结构系统安装 了两套动力系统， 整个传动系统的质量比较大， 增加了整车

装备质量；另外，该种形式的驱动系统对控制单元要求比较 高， 所以制造成本比较高。 在应用方面， 该种形式的驱动系

统可以在应用于非常复杂的行驶工况下，因此应用范围非常 广泛。1.2.2串联式混合动力系统串联式混合动力系统的结构为，内燃机带动发电机，但 内燃机与驱动轴无机械连接冈。串联式混合动力驱动系统的

发电机在车辆行驶时会给电机供电或者给高压蓄电池充电。

无论车辆在何种负荷下运行，车轮都是由电动机驱动的。当 车辆在小负荷下运行时，电池驱动电动机转动， 从而带动车

轮转动；当车辆在较大负荷下运行时， 发动机带动发电机发

电驱动电动机转动，从而带动车轮转动。但是由于能量传递 需要从机械能转换为电能再转换为机械能， 这样两个转换过 程就增加了中间损耗， 所以其总体效率较低； 另外， 串联式

混合动力驱动系统比并联式混合动力驱动系统增加了发电 机， 使动力系统质量增大， 增加了整车装备质量。 在应用方

面， 该动力系统主要适用于高频率起步、 提速与低速行驶工

况状态的市内行驶车辆。1.2.3分支式混合动力系统分支式混合动力系统包含安装在前桥上的内燃机和电

机，它们产生的动力通过行星齿轮机构传递到车辆变速器。 分支式混合动力系统的功率分配与并联式混合动力驱动系统

完全不同，它不是将内燃机和电机各自的功率相加全部用来 驱动车轮行驶， 而是一部分驱动车辆行驶， 一部分转化为电

能存储在蓄电池内。1.2.4分支式串联混合动力系统分支式串联混合动力系统是将分支式和串联式两种动力 驱动系统结合的一种新型驱动系统。 它包含安装在前桥上的

一个内燃机和一个电机、 安装在后桥上的一个电机，以及布

置在前桥和后桥的中间的高压蓄电池。前桥上的内燃机和电

机通过行星齿轮机构驱动汽车变速器， 后桥上的电机在工况 需要时进行启动， 这种结构适用于四轮驱动车。 分支式串联

混合动力系统与分支式混合动力系统的功率分配类似，不能 将内燃机和电机各自的功率相加全部用来驱动车轮行驶。

1.3 中混合动力驱动中混合动力驱动在技术和部件方面都与完全混合动力驱

动是相似的，不同点主要是中度混合动力驱动是不可以以纯 电动的 方式 驱动车辆行驶[2] 。

2混合动力电动汽车的优点和不足

2.1混合动力电动汽车的优点应用混合动力技术驱动的混合动力汽车具有独特的优

点，有非常好的发展前景。一是能量可以二次利用，节约高 效。 混合动力技术可从制动能量中回收能量向蓄电池组提供

电能，用于发动机来驱动车辆以及作为内燃机的起动机，这 样不仅能量可以进行二次回收利用，而且不像纯电动汽车一

样停车对电池进行长时间充电，效率更高；二是内燃机可随 需求进行关闭，不仅可以满足人们对于远距离行驶里程的需

244汤高攀等：混合动力电动汽车的发展趋势

求，也可以减少市内空气污染；三是混合动力汽车的燃油添 加可以使用现有的加油站，能够减少投入和成本。

2.2混合动力电动汽车的不足目前混合动力电动汽车仍然存在严重影响其发展的不足

之处。

一是混合动力电动汽车的成本较高。对于消费者来讲，

对比相同类型不同汽车的区别时,最直观的就是汽车的价格。

混合动力电动汽车的销售价格普遍比相同类型的普通汽车的

销售价格高。 一方面因为混合动力电动汽车比普通燃油汽车 的科技含量高， 而且研发难度系数大， 所以导致研发成本高；

另一方面是由混合动力电动汽车的结构决定的，混合动力电

动汽车的结构不仅包含普通的动力装置，还包含电池组，这

就造成了混合动力汽车的制造成本高。此外，混合动力电动

汽车的售后成本高,主要是使用后出现故障需要维修保养时,

相关设备价格和人工费用也比较高。这就导致消费者在使用

混合动力电动汽车的过程中整体体验感偏差。

二是电池耐用及性能的问题。当混合动力电动汽车在使

用过程中面对各种复杂工况时，电池如何能够经受不同强度

的考验， 满足人们对于各种性能的要求， 如何实现电池能量 密度、功率密度的最优化等，都是必须解决的问题冋。

三是能量动力的管理和控制问题。当混合动力电动汽车

在使用过程中面对各种复杂情况时，需要对能量管理系统和

动力分配系统进行管控， 这就需要建立数学模型进行充分的

分析和配置优化， 从而提高能量利用效率。

3混合动力电动汽车的关键技术和研究方向

对混合动力驱动汽车的控制系统和能量管理系统进行深

入的研究是使其得到快速发展的关键。