混合动力技术基本原理解析

1.混合动力技术

混合动力技术这个概念用于两个方向：双燃料动力、驱动混合动力技术。

2.双燃料动力

双燃料动力的车，是指其发动机（内燃机）能够燃烧不同类型的燃料，去产生驱动能量。因此，使用矿物燃料和可再生燃料（柴油/生物柴油）或者使用液态和气态燃料（汽油/天然气/液化石油气）的系统越来越为人重视，市场上也越来越常见了。

3.驱动混合动力技术

驱动混合动力技术是指将两种不同的动力装置组合在一起来使用，且这两种动力装置的工作原理是不同的。就目前来讲，混合动力技术是指将内燃机与电动机组合在一起这种形式。

该技术可用作发动机从动能中回收电能（能量回收）、用作发动机来驱动车辆以及用作内燃机的起动机。根据基本结构情况，混合动力驱动分为三种形式：微混合动力驱动、中混合动力驱动、完全混合动力驱动。

4.完全混合动力驱动

将一台大功率电动机（E-Maschine）与内燃机组合在了一起，可以以纯电动方式来驱动车辆行驶（图10-3）。一旦条件许可，该电动机会辅助内燃机来工作。车辆缓慢行驶时，是纯粹通过电动方式来提供动力的。它可以实现起停功能，还有能量回收功能，用以给高压蓄电池充电。

内燃机和电动机之间有一个离合器，通过它可以断开这两个系统。内燃机只在需要时才接通工作。现在用于Audi Q5 hybrid quattro，也计划用于其他车型。

图10-2　识别标记

5.中混合动力驱动

中混合动力驱动在技术上和部件方面都与完全混合动力驱动是一样的，只是它不能以纯电动方式驱动车辆来行驶。它也有能量回收、起停功能，以及助力（Boost）功能。

6.微混合动力驱动（如图10-4）

使用这种驱动结构，电动部件（起动机/发电机）只是用来执行起停功能。一部分动能在制动时又可作为电能使用（能量回收）。不能以纯电动方式驱动车辆来行驶。

12V蓄电池的特性针对频繁起动发动机这个特点做了匹配。用到了很多奥迪车型上，比如Audi A1。

完全混合动力驱动有四种形式：并联式混合动力系统、分支式混合动力系统、串联式混合动力系统、分支式串联混合动力系统。

并联式混合动力系统（图10-5）：并联式结构的特点是简单。要对现有车辆进行“混合动力改造”的话，就使用这种结构。内燃机、电动机和变速器装在同一根轴上。内燃机和电动机各自的功率加起来，就是总功率。这种机构设计可以充分利用原车上的件（就是很多件可直接拿来用）。对于四轮驱动车辆来说，并联式混合动力结构可以将动力分配到四个车轮上。

图10-3　完全混合动力驱动结构

图10-4　微混合动力驱动结构

图10-5　并联式混合动力系统

分支式混合动力系统（图10-6）：分支式混合动力系统除了有内燃机外，还有一个电动机，两者都安装在前桥上。内燃机和电动机所发出的动力经一个行星齿轮机构到达汽车变速器。但与并联式混合动力系统不同的是，本系统不能将内燃机和电动机各自的功率加起来传递到车轮上。所产生的功率，一部分用于驱动车辆，另一部分作为电能存储在高压蓄电池内。

图10-6　分支式混合动力系统(www.xing528.com)

串联式混合动力系统（图10-7）：车辆只通过电动机来驱动，内燃机与驱动轴是没有机械连接的。内燃机带动一个发电机，该发电机在车辆行驶时为电动机供电或者给高压蓄电池充电。

图10-7　串联式混合动力系统

分支式串联混合动力系统（图10-8）：分支式串联混合动力系统，就是把分支式混合动力系统和串联混合动力系统综合在一起了。该系统有一个内燃机和两个电动机。内燃机和电动机1装在前桥上，电动机2装在后桥上。这种结构用于四轮驱动车。内燃机和电动机1可以通过行星齿轮机构来驱动车辆变速器。要注意的是：在这里也是不能就将内燃机和电动机各自的功率加起来传递到车轮上。后桥上的电动机2在需要时才会工作。因结构原因，高压蓄电池布置在前、后桥之间了。

图10-8　分支式串联混合动力系统

7.插电式混合动力（Plug-in-Hybrid）

这个名词指车上使用了混合动力装置，而其高压蓄电池还可以通过外接电源（充电站或者家用插座）来充电。这就相当于纯混合动力车与电动车的混合体，插电式混合动力车将内燃机车和蓄电池车的优点集中在一起了。

8.能量回收

能量回收（英语叫Rekuperation，源于拉丁语recuperare，就是重新获得的意思），一般就是指在车辆减速时利用其动能。就是说：在车辆制动阶段或者在超速减速（反拖）阶段，回收这种“免费的”能量并将其暂时存储到车辆蓄电池上。能量回收功能是电能管理不可分割的一部分。

9.高压部件之间的能量流

靠电能驱动来行车：高压蓄电池放电（图10-9），在靠电能驱动来行车时，由高压蓄电池来供电。12V的车载电网由高压蓄电池来供电。

能量回收：给高压蓄电池充电（图10-10），与牵引阶段不同，在减速阶段通过牵引电动机以电动方式来实施制动，从而再为高压蓄电池充电。驾驶人刚一松开加速踏板，一部分能量就得到了回收。在制动过程中，回收的能量也会相应增多。12V的车载电网由牵引电动机来供电。

10.电动机（E-Maschine）

此处的电动机（或称E-Maschine）替代了车上的发电机和起动机。其实每个电动机都可以都可作发电机来使用，只要在外部来驱动电动机轴的话，那么电动机就会像发电机那样输出电能了。但如果是向电动机输送电能的话，那么它就是个驱动电动机。电动式混合动力上的电动机，就取代了内燃机上传统的起动机和发电机（图10-11）。

11.电动加速（E-Boost）

混合动力驱动有一个电动加速（E-Boost）功能（图10-12），这与内燃机的强制降档功能（可提供最大发动机功率供使用）类似。如果执行了这个电动加速（E-Boost）功能，那么电动机和内燃机就会发出最大功率（合计总功率很大）。这两种驱动方式各自功率合在一起，就是传动系统的总功率了。从技术上来讲，电动机（E-Maschine）内部是有功率损耗的，因此它当发电机时输出功率要小于其驱动功率。Audi Q5 hybrid quattro车的内燃机功率是155kW，电动机（E-Maschine）作为发电机时是31kW，电动机（E-Maschine）作为电动机时是40kW。总体算来，内燃机和电动机（E-Maschine）作为电动机时共计可产生180kW的功率。

图10-9　高压蓄电池放电

图10-10　给高压蓄电池充电

图10-11　电动机工作示意图

图10-12　电动加速

12.滑行（指内燃机不提供驱动力，电动机也不提供驱动力）

滑行时，车辆是处在无动力的滚动状态了，这时内燃机就关闭了，电动机（E-Maschine）通过能量回收来为12V的车载电网供电，不消耗高压蓄电池的电能。