王崧浩 钟发平 吴纯华

摘 要：近几年国内汽车行业蓬勃发展，但混合动力技术相比国外起步较晚，为响应国家节能汽车发展政策，做到节能减排，发展汽车混合动力技术显得尤为重要。文章简单阐述了混合动力技术的耦合技术，对国内外较成熟的车型混动技术的进行收集整理，简单分析国内外主流车型与技术方案，总结出国内外混动技术优缺点，并对未来汽车混合动力技术发展趋势进行分析与阐述，对国内混合动力技术发展具有一定的参考价值。

关键词：汽车;节能;混合动力;发展趋势

中图分类号：U469.79  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）13-266-03

Development Status and Trend Analysis of Passenger Car Hybrid Technology

Wang Songhao， Zhong Faping， Wu Chunhua

（ Corun CHS Technology CO.， Ltd.， Guangdong Foshan 528000 ）

Abstract： In recent years， the domestic automotive industry has been developing rapidly. However， the research of hybrid power technology is carried out late compared with foreign countries. In order to respond to the national development policy of the fuel-efficient car to achieve energy conservation and emission reduction， the development of hybrid power technology is particularly important. The connection technology of the hybrid power technology in this article is described. The hybrid power technology of more mature cars at home and abroad is illustrated. Mainstream car models and technology solutions are analyzed. The advantages and disadvantages of hybrid power technology are summarized， and its development trend in the future is analyzed. It has certain reference value for the development of domestic hybrid power technology.

Keywords： Automobile; Energy saving; Hybrid power technology; Development trend

CLC NO.： U469.79  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）13-266-03

引言

汽車产业是国民经济的支柱型产业，我国虽然汽车产销量连续多年居世界第一，但汽车产业大而不强[1]，产业存在创新能力不足、产业链发展不完善、节能减排任务艰巨、自主品牌市场竞争力不足、国际化水平相对较低、核心技术匮乏等诸多问题。大气污染防治、降低碳排放方面，近十年我国CO2 排放量持续攀升，已超越美国排名全球首位;目前我国能源结构主力为火电发电，其次是清洁能源;同样一度电，中国产生的碳排放量是日本的1.6倍，美国的1.7倍，法国的6倍。

实现我国传统能源消耗降低仍需要漫长的过程，近年来国家通过大力推广节能及新能源车、提出“国家蓝图保卫战”要求各地实施大气污染防治条例及行动方案、推动汽车国六排放降低，我们必须发展新能源汽车技术，降低汽车交通领域排放对大气污染防治、降低整体碳排放水平意义重大。

1 混合动力技术现状

1.1 混合动力技术概述

混合动力总成可以按传输路线分为三大类，分别为串联系统、并联系统和混联系统[2]。

（1）串联式混合系统是由发动机、发电机和驱动电机三者串联组成的驱动总成。当车辆处于启动、加速、爬坡等状态时，电动机大负荷工作，主要由发动机向电机提供电能，当车辆处于低速、滑行、怠速工作时，电机小负荷工作，主要由电池包向电机提供电能。城市内车辆行驶频繁起步且时速低，这种串联式结构可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，提高了发动机的工作效率且降低废气排放。

（2）并联式结构由发动机和电机为汽车提供动力，在不同的行驶工况下既可以两者共同驱动，也可单独驱动。例如当车辆处于加速爬坡状态时，由于对动力需求大，发动机和电机将同时驱动，为传动机构提供动力。当车辆达到预定行驶速度时，将只有发动机为其提供动力。与传统汽车驱动系统类似，没有独立电机，发动机直接驱动车轮，这样机械效率损耗低，所以应用较为广泛。

（3）混联式驱动系统也叫功率分流式驱动系统，它具有上述两种结构的传动特点。混联式驱动由发动机、电动机和发电机组成，不同的驱动结构由不同的部件完成，有些驱动主装置是发动机，电机则为辅助装置;则另一种驱动主力是电机，在高功率下发动机作为辅助装置。这种驱动方式系统控制起来相对比较容易实现，但是在结构上相当复杂。

2 国内外混合动力技术研究

2.1 国外主流混合动力技术现状

目前国外许多厂家都推出混合动力汽车，以丰田普锐斯、通用沃蓝达、宝马530Le等三款车型较为典型。丰田普锐斯汽车采用功率分流混合动力系统，通用沃蓝达汽车采用增程式混合动力系统，宝马530Le汽车采用同轴并联混合动力系统。国外混动汽车如四代丰田普锐斯纯电动里程56 km，每百公里综合油耗2.5L，百公里加速时间为10.3 s，通用沃兰达纯电动里程56 km，每百公里综合油耗3.9L，百公里加速时间为9 s;宝马纯电动里程58 km，每百公里综合油耗3.8L，百公里加速时间為7.1 s。

在混合动力总成结构方面，丰田公司采用行星排功率分流模式[3]。丰田公司的行星齿轮动力分流装置开始用于插电式混合动力系统，普锐斯系统从单模单速度，向单模多速度发展。通用公司采用的行星排功率分流结构图系统具有低速大扭矩输出、高车速高效率等优点，但结构及控制策略较为复杂。

在混合动力专用汽油机方面，增压直喷、电控可变气门正时VVT-i、阿特金森等技术纷纷在国外混合动力发动机上得以应用。丰田第四代普锐斯Prius发动机采用阿特金森循环，热效率提升到40%以上;本田雅阁插电式混合动力汽车采用智能可变气门正时及升程电子控制系统自然吸气发动机，实现阿特金森循环和高负荷状态奥拓循环切换，燃油经济性提高了10%。

国外车企在以下几个方面进行优化：结构上小型化、轻量化;控制策略方面，避开燃油经济性较差的低负荷工况，多控制在中高负荷区域工作[4];排气后处理方面，采用氧化催化器DOC等技术来控制排放。标致3008柴油插电式混合动力汽车，综合油耗3.8L/100km。奔驰E300插电式混合动力汽车，采用同轴并联启动/发电一体化电机技术，该车油耗为4.2L/100km。

在混合动力驱动电机方面，丰田和通用搭载了油冷双电机和电力电子集成双控制器，电机的连续功率密度可达2.5kW/kg，控制器功率密度在12-15kW/kg。丰田第四代普锐斯Prius和通用沃蓝达Volt电机采用了矩形导体绕组。

在整车热管理技术方面，丰田普锐斯通过电池温度监控、优化散热器，实现油耗降低1%-4%，排放降低60%。通用沃蓝达热管理系统具有四个冷却回路，每个回路具有单独的散热器。宝马530Le的发动机与电机采用同一冷却循环，电机自带一个节温器，可自行调节冷却液温度，使其保持在最佳温度范围。

在混动的NVH方面，国外的研究主要聚焦于发动机频繁启停的振动噪声、风噪和胎噪、电动辅件振动噪声、急加速时问题，以及动力切换瞬态振动。针对上述问题，丰田公司使用主动控制策略降低启停振动;美国俄亥俄州立大学利用最优控制理论得出不同阶段的目标转矩，降低车辆纵向冲击噪音;韩国汉阳大学将混合动力汽车的模式切换过程划分成发动机启动、转速同步、离合器结合及转矩转移四个阶段，使用干扰补偿的转矩协调控制策略减少噪音。

2.2 国内主流混合动力技术现状

目前，国内汽车企业纷纷推出混合动力汽车，较为典型的有比亚迪的秦和唐、上海汽车荣威550、广汽传祺等插电式车型。2015年国内插电式混合动力汽车已累计销售量非常可观。国内主流插电式混合动力汽车的主要性能参数如下：比亚迪秦纯电动里程70 km，每百公里综合油耗1.6 L，百公里加速时间为5.9 s;上汽荣威550电动里程58 km，每百公里综合油耗2.3 L，百公里加速时间为10.2 s;广汽传祺纯电动里程80 km，每百公里综合油耗2.4 L，百公里加速时间为10.9 s;长安逸动纯电动里程70 km，每百公里综合油耗1.6 L，百公里加速时间为10.97 s;吉利帝豪纯电动里程57 km，每百公里综合油耗1.6 L，百公里加速时间为9.5 s。

在混合动力总成结构方面[5]，比亚迪秦采用并联“双模”混动系统，系统可纯电动或发动机模式进行驱动。上汽荣威550插电式混合动力汽车采用了双电机串并联方案，并搭载一个两档变速机构，对发动机工作区间进行优化。工作模式主要包含纯电动、串联、并联、制动能量回收、行车充电和怠速充电等。

CHS混合动力系统，动力总成通过调节双电机的转速和转矩，可以实现全工况无极变速（E-CVT），使发动机始终处于最优工作区间，达到经济性、动力性和排放性能的最佳控制。搭载该系统的吉利EC7混合动力汽车，已经在2016年上市销售。

在混合动力方面，比亚迪秦、长安逸动和吉利帝豪采用涡轮增压、缸内直喷、内部和外部废气再循环、电控可变气门正时等技术。而在混合动力专用柴油机方面，国内已经具备了乘用车用柴油机开发基础，但针对插电混合动力系统进行研的究相对较少。

能量管理优化方面，国内广泛采用的是逻辑门策略实现整车能量管理及优化。比亚迪秦采用“双擎双模”，比亚迪唐搭载了“三擎双模”动力系统，两种模式可以自由切换;上汽荣威550根据驾驶工况及电池电量将管理策略细分为六种工作模式;科力远混合动力系统采用基于逻辑门和实时优化控制相结合的方法，完成工作模式管理和动态转矩控制。

热管理技术方面，上汽荣威550通过优化电池热管理策略、模块布置等，保证动力电池工作在较佳温度范围内;比亚迪秦采用分布式电池管理系统，通过对电池单体温度和电压的采集，进行动力电池热平衡管理，但其冷却方式为风扇冷却，电池温度的均匀性较差，寿命受到影响;同济大学依托热环境风洞实验室，开展了大量整车热管理系统优化研究。国内混合动力系统电池组、发动机、电机、动力电池等发热部件的热管理系统未完全实现闭环控制，冷却系统集成度和整体控制策略有待提高。

NVH方面，上汽荣威550有效控制了胎噪和路面颠簸;比亚迪秦在发动机舱盖内表面等部位使用隔音材料，降低了车内噪音;吉利帝豪通过匹配行星排混合动力汽车减振器的刚度阻尼，降低噪音;同济大学对混合动力总成悬置系统进行匹配提升了隔振性能，设计动态转矩协调控制策略抑制了混动轿车在模式切换过程中的纵向冲击。

3 结论及趋势分析

从国际发展趋势上看，一是多种插电式混合动力技术路线并存[6];二是阶段油耗不断降低;三是混合动力发动机效率不断提升，混合动力机电耦合结构更加紧凑，功率控制单元趋向集成，动力性能和安全性水平更加优秀;四是纯电动续驶里程趋向更长。与国际先进水平相比，我国混合动力技术还存在较大差距，具体表现在：国内还处在产业化初期，在机电耦合装置、混合动力阶段油耗、能量管理策略、热管理技术、NVH性能、整车可靠性、集成开发及成本控制上，有待进一步提高。

目前国内外48V系统较为热门，48V系统具备低成本、技术门槛低和降油耗效果明显的特点，在后退补时期表现逐渐升温。欧洲是未来48V系统的主要应用区域，当前48V系统主要应用于中档及高档车型，预计到2021年大部分的新生产车型都将搭载轻度混合动力系统。从技术特点来看，目前阶段市场推出的48V系统主要为一代BSG技术，电机的功率较小，不能提供足够功率以改善发动机工作区域。二代48V系统将电机设置在传动系端，对系统进行优化集成。电机功率提高，能够实质的提供额外辅助动力。在純电动的安全性、电池包寿命、里程限制、充电便利性等多因素的影响下，在未来的5年内HEV汽车趋于上升。目前日本三个有代表性的企业分别为丰田、本田和日产，也分别是混联系统、串并联系统和串联系统，都取得了比较好的整车油耗[6]。HEV混合动力是个系统级的概念，混合动力整车油耗和经济性的体现，需要在“整车+发动机+机电耦合装置+电机+电池+多能源管理”，进行系统优化。

参考文献

[1] 陈世冰.基于钻石模型下我国汽车产业国际竞争力分析[J].时代经贸，2011，2：1.

[2] 陈宏昌，杨建华.汽车混合动力技术的分类及其工作原理[J].汽车运用，2010，4：1.

[3] 韩兵.单模复合动力分流混合动力系统开发及热平衡技术研究[D].江苏：江苏大学机械工程学院，2011.

[4] 张彤，朱磊，袁银南，王存磊等.并联混合动力轿车多能源管理系统标定试验[J].机械工程学报，2009，2： 12-17.

[5] 石磊.混合动力系统控制策略及匹配应用研究[D].湖南大学，2014.

[6] 宋静.中国节能汽车蓝皮书[M].重庆： 社会科学文献出版社，2020.