1 混合動力汽車工作原理簡介
混合動力通常是指油電混合動力,也就是汽油、柴油等燃料與電能的混合。在實際情況中,混合動力汽車是由電動機和發(fā)動機共同驅(qū)動的汽車。
混合動力汽車現(xiàn)在的主流方式有串聯(lián)式,并聯(lián)式,混聯(lián)這三種。但總結(jié)起來都離不開控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)以及動力電池組。比如在并聯(lián)式混合動力汽車中,由發(fā)動機與電動機共同驅(qū)動汽車。發(fā)動機與電動機可以獨立的向汽車傳動系統(tǒng)提供動力。根據(jù)不同的工作情況,既可以共同的驅(qū)動汽車,也可以單獨驅(qū)動。比如,在汽車需要爬坡時,電動機和發(fā)動機同時提供動力。在巡航時,汽車可以僅依靠發(fā)動機或電動機來維持速度。作為動力輸出的電動機還可以當(dāng)作發(fā)電機使用,為電池組充電。這樣一來,就可以用較小排量的發(fā)動機實現(xiàn)較大排量發(fā)動機才能實現(xiàn)的動力,不僅提升了效率,也沒有犧牲汽車的性能,實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。
2 混合動力汽車機電電子系統(tǒng)發(fā)展史與現(xiàn)狀
混合動力汽車中,機電電子是其重要組成部分,也是混合動力得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。
2.1 混合動力汽車發(fā)展史
混合動力汽車在國外發(fā)展較早,許多汽車公司早在上世紀(jì)九十年代就開始投入巨資研究。并將其逐步應(yīng)用于改良電子技術(shù)和機械技術(shù)方面,還將現(xiàn)代的電子、精密機械、控制技術(shù),新型材料等各個方面的高新技術(shù)融入其中,到目前,其發(fā)展已初具規(guī)模。在這之中,電子技術(shù)更是被廣泛的應(yīng)用在汽車機電方面的研發(fā)當(dāng)中。作為一種通過電子技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的燃油動力,混合動力車可以很好的發(fā)揮電子技術(shù)的優(yōu)勢。在國內(nèi),我國從“十五"期間就開始啟動了混合動力汽車專題研究。并分別由我國的一汽和長安汽車等汽車企業(yè)承擔(dān)。各個汽車公司已經(jīng)完成了從研制到量產(chǎn)的轉(zhuǎn)化,并形成了一定的規(guī)模效益?;旌蟿恿ζ嚨挠脩粢财毡閷旌蟿恿ζ囋u價較好。
2.2 混動汽車機電電子系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
混動汽車的機電電子系統(tǒng)是混動汽車的核心技術(shù)。目前已經(jīng)形成了較為成熟的機電電子解決方案,也就是混動汽車的控制系統(tǒng),這其中包括電池管理系統(tǒng)(BMS),驅(qū)動電機控制器(HEV/EV)系統(tǒng),整車控制器等。
(1)電池管理系統(tǒng)形成了智能化的工作方案。由于混動汽車的電池數(shù)量和容量較大,電池管理系統(tǒng)的重要性不言而喻。包括采用微控制器MCU,模擬前端電池控制器專業(yè)IC 等等,已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)鏈,實現(xiàn)了符合ISO26262 等標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)級應(yīng)用。
(2)驅(qū)動電機控制系統(tǒng)是負(fù)責(zé)驅(qū)動電機和提供電機控制的自動化系統(tǒng)。這其中包括了電動機的高性能微控制器,各種傳感器和功率器件等。目前也已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化。
(3)整車控制器是整個汽車的核心控制部件,它采集加速踏板信號、制動踏板信號等部件信號,并對網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行管理、調(diào)度、分析和運算,做出相應(yīng)判斷后,控制下層各部件控制器的動作。整車控制器實現(xiàn)了能量管理,如整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制、制動回饋控制和網(wǎng)絡(luò)管理等功能。目前在混動汽車中,已經(jīng)有滿足汽車應(yīng)用高功能和安全標(biāo)準(zhǔn)的各種控制器和基礎(chǔ)芯片、驅(qū)動IC。
3 混合動力汽車的發(fā)展趨勢
混合動力汽車與傳統(tǒng)的單一燃料汽車相比,有著諸多優(yōu)勢。目前,混合動力汽車的研發(fā)已經(jīng)從實驗室走向了產(chǎn)業(yè)化,在*范圍內(nèi)已經(jīng)形成了良好的發(fā)展態(tài)勢。而且不僅是在西方發(fā)達(dá)國家如此,在發(fā)展中國家也已經(jīng)開始重視混合動力汽車的發(fā)展。
不僅如此,在現(xiàn)階段混合動力汽車與純電動汽車等新能源汽車也有著較大的優(yōu)勢,其不僅使用方便,而且技術(shù)較為成熟。成本也相對較低,經(jīng)濟性更好。但是從長遠(yuǎn)來看,目前的混合動力汽車的研究還可能沒有達(dá)到階段,有很多的關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步攻克。尤其是對于我國這樣一個人口大國,在傳統(tǒng)汽車技術(shù)和汽車混合動力技術(shù)方面還不夠先進(jìn),很多技術(shù)還有待升級。
但是,由于混合動力汽車相比于傳統(tǒng)汽車在節(jié)能減排等方面的巨大優(yōu)勢,發(fā)展混合動力甚至是純電動力的汽車技術(shù),是未來的必然發(fā)展趨勢。目前,混合動力汽車在機電電子方面的發(fā)展還有很大的空間,具體體現(xiàn)在如下幾個方面:
3.1 電池技術(shù)
電池技術(shù)是混合動力汽車儲能的重要元件。在工作時的混合動力汽車,對電池的要求很高。尤其是在混動工作狀況的汽車在行駛當(dāng)中,電池的工作狀況非常復(fù)雜,經(jīng)常處于非周期性的充電—放電的循環(huán)狀態(tài)中,而且充放電電流和充電速度都要求很高。此外,還要滿足功率密度的需求,使同樣體積、同樣重量的電池能夠儲存更多的電能。目前的電池技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到這一理想狀態(tài)。所以在未來,電池技術(shù)是混合動力汽車機電電子發(fā)展的一個主要方向。
3.2 優(yōu)化和提升動力總成
動力總成負(fù)擔(dān)了汽車產(chǎn)生動力并傳遞動力的工作,這其中有很多機電和電子的零部件。通過機電和電子控制技術(shù)的發(fā)展,動力總成得到了優(yōu)化,可以更好的發(fā)揮出混合動力汽車的優(yōu)勢。所以如何更好的加強動力總成的效果,是未來混合動力汽車機電發(fā)展的主要問題。
3.3 電機及電機控制
混合動力汽車除了發(fā)動機系統(tǒng),重要的就是電動機系統(tǒng)。目前應(yīng)用的電動機組要有直流電機,永磁無刷電機,感應(yīng)電機等。在未來需要開發(fā)出重量更輕,動力更大,體積更小,性能可靠,響應(yīng)迅速的電機,這樣才能促使混合動力汽車的動力性能和經(jīng)濟性更進(jìn)一步的提升。
4 結(jié)束語
在節(jié)能減排的今天,混合動力汽車是目前汽車行業(yè)比較好的解決方案。由于傳統(tǒng)汽車是使用石化能源的燃油汽車,無論在排放方面還是節(jié)能性方面其都具有天然的劣勢。在日益提倡環(huán)保節(jié)能的大環(huán)境下,混合動力汽車是燃油車向電動車過渡的理想選擇?;旌蟿恿ζ嚨臋C電電子發(fā)展也體現(xiàn)了這一點,其由傳統(tǒng)的為發(fā)動機服務(wù),轉(zhuǎn)變到了發(fā)動機、電動機兼顧并重的局面。未來純電動汽車的進(jìn)一步升級還需要相當(dāng)長的一段時間,在這段時間里,不斷的優(yōu)化和發(fā)展混合動力汽車的機電電子技術(shù),是現(xiàn)實而又實際的選擇。
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