文／湖北 宋健
经济和科技发展要兼顾环境的保护，为此，有着较好燃油经济及排放性的混合动力汽车进入了人们的视野。它成为了调节交通和环境污染以及石油短缺的一剂良方，也被认为是当下汽车工业的一个主要发展方向。于是，对混合动力汽车关键技术的分析也成为人们所关注的焦点。
现在的新能源汽车主要有纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(PHEV)和燃料电池汽车(FCV)，它们各自的结构特点如图1所示。如果一辆车的驱动系由两个或两个以上可以同时运转的单个驱动系联合组成，那么该车辆就被称为混合动力汽车。驱动系统能够保障车辆的行驶状态，同时可以决定车辆的行驶功率。混合动力电动汽车的驱动能源是两种或多种储能器以及能源或者转换器，同时其中～种能够提供电能，本文所说的混合动力汽车是指混合动力电动汽车。
一、混合动力汽车的结构特点
混合动力汽车是将传统的内燃机驱动以及纯电动驱动式结合，将电力驱动和辅助动力单元组合到同一辆车上。辅助动力单元一般都会使用发动机或动力发动机，由此，发动机一直处于最佳工作点，这使得汽车减少排放并提高能源效率。同时，蓄电池可以得到发电机的持续充电，进一步减小了蓄电池的容量，从而提高车速，加大续驶里程，延长蓄电池的使用寿命。根据混合动力系统动力源配置及组合方式的不同，可以将混合动力汽车分为串、并联以及混联式（图2）。
丰田汽车在混合动力方面是颇具代表性的。它合理利用动力分配装置和能源管理技术，兼顾了串联式混合动力系统的节能效果和并联式混合动力系统的加速优势，从而铸就了其他车辆系统无法比拟的混联式混合动力系统。在汽车启动时，它的驱动依靠于蓄电池供电的电动机，发动机并不参与驱动；在低速行驶的时候由蓄电池驱动；在中速行驶过程中，使用发动机作为主动力源，一部分动力作用于车轮，还有一部分动力分配给发电机，由发电机转换为电能驱动电动机。油电混合的双动力系统，可以使发动机以最小的损耗驱动汽车行驶。全速行驶时则由蓄电池将电力供给到电动机来进行辅助动力的提供，这使得车辆的动力性能更好。
二、混合动力汽车所面临的问题
混合动力汽车技术随着科技工艺的进步不断发展完善。虽说已经达到一定高度，却仍有一些迫切需要解决的问题。例如：动力分配装置以及能量管理系统的完善；电池的高比能量及功率方面的研究；如何使混合动力系统的结构更加简单；如何使车辆制造成本得以降低；如何使车辆更加易于维修和使用。另外，针对混合动力汽车我们还需要建立一个更加先进的驱动系统数学模型，从而对整个车辆系统进行全面的计算机仿真分析。
三、混合动力汽车关键技术
混合动力汽车不是一个单一个体，它是汽车、电力拖动以及自动控制和化学电源的集合，所以对于其关键技术的分析往往需要涉及到电池管理、驱动系统、电机控制系统等多个系统。
1．电池管理系统
混合动力汽车的电池在汽车工作时一直处于非周期性充放电的循环中，因此对电池的要求相对较高。一般要求电池具有较高的能量密度和较高的功率密度，从而使其满足加速时所需的较大的峰值功率。电池的充放电以及其工作温度对其寿命有着直接的影响，使用不当会使其寿命有所减短甚至直接造成损坏情况。研究开发高性能、低成本且长寿命的电池仍然是目前混合动力汽车发展中的研究重点。
2．电机以及电机控制系统
电机是混合动力汽车的重要组成部分之一，性能质量、尺寸效率都是影响其使用效果的主要因素。因此在选择车辆所配备的电机时一般会选择性能比较稳定、质量较轻、体积较小的，较小的质量和体积可以减小汽车形状和车速的受限度。其次，还要求电机具有较宽范围的转速和较高的效率以及小量的电池辐射。目前混合动力汽车上使用的多为直流永磁型、开关磁阻以及交流异步和永磁无刷同步的电机。当车辆下坡行驶或者减速时，电机能够工作并将制动的机械能转化为电能，而后储存在蓄电池里，以满足汽车工作的动力需求。
3．驱动系统控制
串联混合动力汽车的电力驱动为唯一驱动，发电机的运行控制比较简单，只需要根据蓄电池的充电放电情况进行发电或停止的控制。并联混合动力汽车的驱动则需要各个部分的配合，同时需要具体情况具体分析，根据需要进行动力系统的模式转换。要维持混合动力系统总的动力输出，实现动力的平稳和连续就需要对动力源和动力输出进行协调控制。驱动系统的控制策略是能够具体分析车辆的行驶情况、发动机及电机的转矩特性和电池情况，从而决定其工作模式，确定发动机与电动机的合理工况点。目前，国内这—方面的研究还不够深入，因此对这方面的探究还有待发展。
4．动力总成关键零部件技术
发动机、离合器、变速器以及动力耦合装置等都属于混合动力汽车的动力总成。它们各自的性能以及配合程度对汽车的总使用情况都有一定的影响。
就发动机而言，其工况可以控制在一定范围内，所以可以对其进行一定程度优化，主要是可以改进内燃机和热机的型号选择使用情况，而变速器是不可忽略的车辆传动系统，目前可用的混合动力系统变速器主要为手动变速器、机械式自动变速器、行星齿轮自动变速器、电子式无极变速器、液力式自动变速器、带传动的无极变速器等。比较之下，机械变速器传动效率较好，无极变速的优势则为自动换挡操作简单，易于控制。传统液力式自动变速器易控制，却受限于传动效率低。
动力耦合装置结构较为复杂，同时也影响整车控制策略，是混合动力系统技术的一大难点，目前常采用转矩结合、转速结合和驱动力结合式。
5.测试和优化
测试对汽车的安全性保证来说是必要的，对汽车的测试需要做到全面细致。同时，混合动力汽车整车系统设计的科学技术较为繁杂，其性能及使用情况都受到颇多因素的制约，因此需要对其进行合理优化。在优化时需要结合各个方面，权衡利弊，进行动力性、经济性以及环保性的最优组合。同时需要利用现有计算机技术，对所设计的系统进行合理仿真计算与参数优化，避免不必要的人财物力损耗，同时保证设计的科学合理性和可行性。
四、混合动力汽车的发展前景
在科技发展迅猛的时代，汽车行业的发展并没有脱离时代的步伐。混合动力汽车在现有技术的基础上已经很大力度地提高了燃料的经济性，同时也减小了排放量。基于科技的进步、人们环保意识的增强、自然资源的匮乏以及电子技术的迅猛发展等情况，混合动力汽车将有较好的发展前景。汽车向电力型发展必然需要由机电混合型过渡而实现，因此混合动力作为一个不可忽视的技术，或许会引导燃料电池和内燃机的相互转换，这将带动混合动力汽车成为以后汽车工业的一大主流发展方向。对此，就需要集中一定的专业科研人才，进行相关的研究，从而保证其相关技术得以发展完善。
就国外混合动力汽车的研发现状而言，从20世纪90年代开始，日本、美国等国家就开始着手于混合动力汽车的研发，现已将其作为研发重点。目前世界上混合动力汽车已经超过了一百万辆。
较于国外我们国内的研发也不甘落后。我国“863”计划中就专门列出了包括混合动力汽车在内的电动汽车专项。我们已确定了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池／燃料电池为“三横”的研发布局，可以说我国的混合动力汽车在自主创新方面的成就也是值得赞叹的。
目前，在面对可持续发展的要求时，纯电动汽车和燃料电池汽车技术还不够成熟，同时难以实现工业化生产和使用。因此混合动力汽车的发展备受关注，即使由于各种条件限制，它还无法取代传统内燃机汽车，但只要不断对其进行完善，随着机电技术以及相关控制技术和电化学应用的迅速发展，混合动力汽车将成为主流车型，进入大众的生活。
（作者宋健单位：荆州职业技术学院）