混合动力汽车节能机理及节能途径解析

随着能源与环境问题日益严重，节能与新能源汽车成为国际汽车工业发展热点，也是当前汽车行业低碳化进程中的必然趋势。混合动力汽车是实现节能减排的有效途径，既能满足短程纯电行驶、零排放，又能够通过协调发动机和电机多个动力源，提高能量的综合利用率，降低整车能耗。

混合动力汽车因其低成本、低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。混合动力汽车的节能潜力混合动力汽车的基础性研究课题，其实质上就是研究混合动力汽车节能机理，考查混合动力汽车能量消耗特点，并分析各节能途径对节能的贡献率，以获知整车的最大节能潜力。

混合动力汽车串联混动运行模式

1、混合动力汽车市场发展前景

2023年8月由工业和信息化部等七部门联合印发的《汽车行业稳增长工作方案（2023—2024年）》中提出“鼓励企业以绿色低碳为导向，积极探索混合动力、低碳燃料等技术路线，促进燃油汽车市场平稳发展”，引发了业界的强烈关注。

汽车行业稳增长工作方案（2023—2024年）

2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》则进一步提出，到2035年节能汽车与新能源汽车年销量各占50%，传统能源动力乘用车将全部转化为混合动力，占比达到100%，我国正在积极鼓励发展混合动力技术，清晰明确了节能汽车全面混动化的路线图。

汽车产业总体技术路线

近几年，中国汽车市场涌现出一批全新的混合动力系统，混合动力市场（尤其是插电式混合动力和增程式电动汽车）正迎来蓬勃发展，混合动力方案也迎来量产落地。如率先量产的比亚迪DM-i混动系统、长城柠檬DHT、长安蓝鲸智电iDD、吉利雷神Hi·X、广汽GMC2.0等混合动力汽车。

2、混合动力系统原理

混合动力指在车辆动力系统中采用两种不同动力源的一种技术，包括油电混合动力系统、液压混合动力系统等，目前更侧重于油电混合动力。混合动力汽车按混动模式可以分为插电式混动和油电式混动。

插电式混动（PHEV）：通过外接电源为电池充电，然后通过电池提供电量来驱动电动机，最终驱动车辆前进。发动机则是电池电量不足，或者一些特殊驾驶模式的情况下，用于提供动力驱动车辆行驶。

油电式混动（HEV）：怠速或者低速状态下行车时，可以通过纯电动的驱动，发动机主要用于发电的方式，来提升燃油经济性。

混合动力汽车基本结构

油电混合动力技术原理：通过控制电机的输出调整发动机工作状态，在满足整车性能前提下使发动机尽可能工作在高效区，同时在怠速或者低速下回收能量，从而提升效率，降低油耗与排放。

混合动力系统技术原理

混合动力系统节油原理：通常降低油耗的方法包括采用小排量发动机、减少怠速运行时间、进行发动机工作点优化、使发动机尽可能工作在最高热效率区间、采用辅助能源或者替代能源以及减少摩擦损失和回收制动能量等，混合动力系统可以以这些为出发点进行开发。

3、混合动力汽车节能机理

混合动力汽车的燃油经济性能较高，行驶性能优越，在起步、加速时，通过驱动电机的辅助降低油耗。辅助驱动电机可以在车辆起动的瞬间产生强大的动力，驾乘人员可以享受更强劲的起步、加速，实现较高水平的燃油经济性。

混合动力汽车的节能机理主要体现在以下几个方面：

动力源互补：混合动力汽车结合了内燃机（如汽油或柴油）和电动机两种不同动力源的优势。在内燃机的高效稳定工况下，如高速行驶，以及电动机在高效率、高扭矩的低速行驶、启动和加速过程中的应用，实现了动力的优化分配。

能量回收：混合动力汽车利用电动机发电并将动能转化为电能存储在蓄电池中，这样可以避免在制动过程中因摩擦产生的能量损失，提高整车能量利用率。

纯电模式运行：在低速行驶或城市道路交通拥堵时，混合动力汽车可以切换至纯电动模式，仅依靠电动机驱动，减少燃油消耗和尾气排放，进一步提升燃油利用效率。

智能能源管理：混合动力汽车配备智能能源管理系统，根据车辆的动力需求、行驶状况和能量状况，自动选择最佳的能源转换模式和动力输出组合，以达到最高的能效。

变速匹配：混合动力汽车通过改变传动比的挡位数量，可以有效调节发动机转速，使其始终处于高效的运转区间，尤其是在0-40km/h的速度区间，发动机可以从怠速迅速提升至适宜的工作转速，减少不必要的燃油消耗。

混合动力汽车运行模式

4、混合动力汽车节能途径

混合动力汽车节能途径可以归结为两个方面，一是整车设计，二是整车控制。通过深入研究混合动力汽车的节能机理，定量地分析每种节能途径的贡献，可以为整车性能改善与技术方案的选择指出明确方向。

（1）整车设计

在整车设计阶段，可以采用以下方法在设计阶段来实现混合动力汽车节能：

直喷汽油和柴油发动机：新技术的应用提高了燃料经济性，降低排放。

选择小发动机：通过这种方式可以提高发动机负荷率，从而提高燃油经济性。

采用分缸断油：在低工况下切断发动机的一部分气缸的燃油供应，提高负荷率和工作效率。

缩小发动机排量：在不降低发动机标定功率的情况下，通过缩小发动机总排量，提高低负荷时的负荷率，并在高负荷时通过增压来达到标定功率。

混合动力装置：这种装置结合了内燃机和电动机，可以使发动机工作在油耗最低的工况区域，从而实现节能。

选择自动变速器：在恒定车速下行驶时，自动变速器可以根据不同挡位的工作情况，使发动机工作在最低油耗的工况区域。

材料轻质化：通过减轻车身重量，降低车辆的燃油消耗。

（2）整车控制策略

改善控制策略：使发动机工作在高效区，以改善整车的燃油消耗。

对制动能量进行回收：这是通过再生制动系统实现的，可以在减速或停车时将动能转换为电能存储起来。

优化发动机怠速控制策略：通过发动机的高速断油控制（制动减速段怠速）及控制策略实现停车怠速控制，消除发动机怠速，达到节能指标要求。

能量管理策略：分为瞬时优化能量管理策略，局部优化能量管理策略，近似最优能量管理策略以及全局优化能量管理策略。

5、总结

综上所述，混合动力电动汽车通过将发动机、电动机的动力进行相应的匹配和优化控制，可以使其同时发挥出传统内燃机汽车和纯电动汽车的优点，可以显著地改善汽车的动力性和燃油经经济性。

混合动力技术在中国汽车产业发展中具有重要地位，相对于纯电动、纯燃油等汽车来说，混动汽车更具有普适性，适合作为家庭的日常通勤工具。从政策法规、市场现状和技术等多个方面来看，混合动力技术为保持汽车行业的持续发展带来了新增长点，已经成为推动中国汽车产业可持续发展的重要力量。