油电混合系统在汽车中的应用分析
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摘要：汽车是当前社会中广泛应用的交通工具，而汽车是以柴油或汽油等不可再生能源提供动力，并且汽车尾气等也会产生一定的环境污染。因此，在能源问题、环境问题日益严峻的条件下，对新能源的开发和利用就显得尤为重要。有点混合动力系统，在当前汽车中正逐渐得到应用。混合动力汽车与其它汽车相比，在起步和加速的时候，可以得到电动马达的辅助，进而达到降低油耗、减少污染的目的。基于此，本文基于油电混合动力汽车的特点，探讨了其结构形式和驱动模式，分析了其关键技术，并对其能量管理策略进行了分析。
关键词：油电混合系统;汽车;驱动模式;能量管理
前言：在当今社会中，随着人们经济的发展，人们的生活水平日益提高，汽车也从以前的奢侈品，转变为现在的必需品。汽车数量的不断增加，也使得能源消耗大大增加，同时由此产生的污染问题也日益严峻。对此，为了实现汽车行业的可持续发展，人们开始研究新的能源系统——油电混合系统，将不可再生的石油资源和可再生的电力能源混合使用，进而减少油耗，缓解能源问题和环境问题。油电混合汽车作为当前一种新的汽车类型，具有较为独特的特点，因此，对其展开研究，有利于促进油电混合汽车的进一步发展与完善。
一、油电混合动力汽车的特点
（一）行驶距离长
新能源汽车发展中，纯电力汽车价格高昂，行驶里程有限。而油电混合动力汽车，不但能降低成本，还能实现更长的行驶距离。在动力性、行驶能力等方面，油电混合汽车都比较理想，人们在开车出行时，也不需要对电量需求加以考虑，不需要频繁充电，提高了便利性。另外，电池的使用寿命也能得到延长，从而降低了汽车维护的投入[1]。
（二）能源消耗低
在能源消耗方面，和传统汽车相比，油电混合汽车也能明显降低。油电混合汽车能够发挥自身的特点及优势，综合利用油电动力，利用一部分电能，代替燃油消耗，进而实现了对油耗的降低，同时也减少了尾气排放，降低了对环境的污染，因而在经济性与环保性方面，都比较理想。
二、油电混合动力汽车的结构形式和驱动模式
（一）结构形式
当前的油电混合动力汽车，主要的结构形式有三种，分别是串联、并联、混联。串联式结构主要在大型客车中应用较多，如城市公交等。电能转化后供给电动机工作，以及存储蓄电池。串联结构中有相对独立的发动机、电机控制，能保证燃油发动机的良好工况。并联式结构中，发动力动力直接向汽车提供动力，无需再转化为电力，效率比较高，不过，汽车行驶工况会受到发动机运行工况的影响[2]。混合式结构相对复杂，将串联和并联式进行了融合，低速运行以串联式工作，高速运行以并联式工作。
（二）驱动模式
串联式结构中，驱动模式为，起步、形式、加速下，发动机和电池共同发出电能，传递给功率转换器，到驱动电机，驱动车轮运转。轻载时一部分电能充电蓄电池。减速、制动时将动能转化为电能，充电蓄电池。停车时发动机响电池充电。并联式结构中，起步、加速时发动机和发电机同时运行，驱动车辆。行驶中发动机提供驱动力，电动机脱离工作。减速制动时电动机工作发电，充电电池。轻载时发动机提供部分功率，并充电电池。混联式结构中，起步时发动机关闭，蓄电池提供动力。加速时二者同时工作，共同提供动力。行使中电动机关闭，发动机运行提供动力。制动减速时电动机发电，充电电池。行驶中，发动机同时驱动车辆和充电电池。
三、油电混合动力汽车的关键技术
（一）电池管理系统
油电混合动力汽车中，电池的能量和密度，对于汽车加速、爬行峰值功率有所影响[3]。在一些路途遥远的情况下，电池蓄电量容易不足，进而导致行车受限。基于此，开发应用高能量密度电池，同时研发配套的电池状态监测管理系统，对电池情况实时监测，进而提高电池的使用寿命和应用性能。
（二）机械传动结构
机械传动机构是油电混合汽车中的重要部分，采用齿轮传动、行星排等功率耦合装置。其中，核心环节耦合装置的可靠性与效率性，将决定车辆的整体性能。例如在丰田PRIUS中，并不仅仅局限在碳素传动缓解工作效率方面，同时也注重了对车辆可靠性的提升，将原有的传动比固定的第二排行星传动，使用了效果更好的机平行轴齿轮传动。
（三）电机驱动技术
电动驱动，主要是蓄电池的充放电状态，对发动机工作的开启或停止。在油电混合动力汽车中，发动机和电动机相互配合工作，通过多种不同的工作模式搭配，完成系统驱动。其中，电机驱动技术，对于电机运转效率有直接的影响。所以，对于电机不但要控制质量性能，也应采用优化控制算法，确保其转矩控制、电机转速的稳定精确[4]。
（四）关键零件技术
油电混合汽车中，动力耦合装置、传动装置、离合器、发动机等，对于汽车性能都有直接影响，同时这些关键零部件技术，也决定了汽车的燃油经济性与动力性能。基于此，可重点改进内燃机，或应用其它类型的热机。例如，长城公司研发的中型混合动力汽车专用发动机，将压缩比提高，重新设计配气相位，优化匹配电喷系统等，使发动机燃油后消耗率、热效率等明显改善。
四、油电混合动力汽车的能量管理策略
（一）串联结构的能量管理
串联式结构当中，发动机和汽车行驶工况，并没有直接关系，所以，在能量管理中，重点确保发动机工作的最佳排放区和效率区。同时，结合传动系统的发电机、电动机、发动机、动力电池等，实现整体效率合理分配及能量优化。在实际应用中，主要可采取恒温器策略、功率跟踪式策略、基本规则性策略等方式，实现对油电混合动力汽车的能量管理。
（二）并联结构的能量管理
并联式结构当中，能量管理的重点，主要是以转矩控制为基础的控制策略，例如静态逻辑门限策略，对车辆的相关门限参数加以设置，并对动力系统部件工作区域加以限定。瞬时优化能量管理策略，在工况瞬时下，确保系统名义油耗的最小，进而确定电动机工作范围及工作点。全局最优能量管理策略，建立空间状态方程，基于特定约束条件，对满足性能要求最优解进行计算。模糊能量管理策略，以模糊控制方法，对混合动力系统功率分配、工作模式等问题加以解决。
（三）混联结构的能量管理
混合式结构中，在其特殊传动系统结构之下，可以参考串联或并联结构的能量管理模式。另外，也可采用发动机恒定工作点的策略，在行星齿轮结构下，发动机转速与车速变化相对独立，保证发动机最优工作点，提供的转矩输出恒定。剩余转矩供给电动机[5]。动态部分由电动机承担，避免发动机动态调节的损失。或采用发动机最优工作曲线的管理策略，基于万有特性图，在发动机电流需求，比电池接受能力更高，或是电动机驱动电流需求，比电动机允许限制更高的情况下，对发动机工作点加以调整。
结论：油电混合系统，在当前的汽车工业中，正在越来越广泛的应用。相比于传统的内燃机汽车，或是纯电力能源的汽车，油电混合动力汽车都具有明显的优势。在发展中，应注重对关键技术的把握，结合汽车的结构形式和驱动模式，采取有效的能量管理策略，保证油电混合汽车良好的性能。
参考文献：
[1]魏秋兰. 波形分析在汽車电子控制系统故障诊断中的应用[J]. 汽车实用技术， 2015（1）：136-139.
[2]潘雍， 胡江民， 于晨，等. 载重车的油电液混合动力系统设计[J]. 机床与液压， 2016， 44（4）：51-55.
[3]游文娟， 王归新， 刘兴文. 飞轮电池在混合动力电动汽车中的应用分析[J]. 电源技术应用， 2016（4）：7-11.
[4]王昊. 插电式混合动力汽车用密闭与非密闭燃油箱的分析及选择[J]. 汽车科技， 2016（1）：46-51.
[5]张磊， 傅明星， 王瑜. 基于AMESim的新型油电液混合动力系统的仿真分析[J]. 机电工程， 2015， 32（4）：561-565.
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