第三節(jié) 混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力提升

從汽車的發(fā)展來(lái)看，純電動(dòng)汽車是未來(lái)發(fā)展的終極方向（并不是要全部代替燃油車，至少在燃油完全枯竭前）。但就目前來(lái)看，電動(dòng)汽車成本高、充電時(shí)間長(zhǎng)和續(xù)駛里程偏短等因素仍阻礙著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，因此從節(jié)能和環(huán)保兩大主題出發(fā)的混合動(dòng)力汽車便發(fā)展起來(lái)。

從技術(shù)上講，混合動(dòng)力汽車的純電動(dòng)工況就相當(dāng)于純電動(dòng)汽車，要說(shuō)區(qū)別就是混合動(dòng)力汽車原則上不一定要充電，純電動(dòng)汽車必須要充電。

一、混合動(dòng)力汽車的優(yōu)勢(shì)

下面簡(jiǎn)要介紹混合動(dòng)力汽車為什么省油和環(huán)保。

1．內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)上普遍是大馬拉小車

汽車為保證其加速和爬坡性能，內(nèi)燃機(jī)的最大功率選定約為車輛以100km/h在平路上行駛時(shí)需求功率的10倍，或者是在6%坡度上100km/h行駛時(shí)需求功率的3～4倍。傳統(tǒng)汽車為了保證動(dòng)力性，匹配了過(guò)大的內(nèi)燃機(jī)，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)大部分時(shí)間以低負(fù)荷工作，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，這是內(nèi)燃機(jī)低效率的主要原因之一。

為了節(jié)油，混合動(dòng)力汽車內(nèi)燃機(jī)采用了DOWNSIZE技術(shù)，即采用內(nèi)燃機(jī)小排量的技術(shù)。

2．內(nèi)燃機(jī)和車輪間的直接機(jī)械連接關(guān)系使內(nèi)燃機(jī)效率低

為適應(yīng)驅(qū)動(dòng)的需要，內(nèi)燃機(jī)工作在變工況環(huán)境，所以效率從低到高變化很大，但平均效率仍然很低。

電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)混合驅(qū)動(dòng)可以提高內(nèi)燃機(jī)效率。原因是內(nèi)燃機(jī)的效率雖很低，但永磁電機(jī)的發(fā)電和電動(dòng)效率都在95%左右，混動(dòng)過(guò)程中雖然有更多階段的能量損失，但由于此時(shí)內(nèi)燃機(jī)是在高效率工況下產(chǎn)生的能量，即使經(jīng)過(guò)這些階段的能量損失，最終也比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)更高。混合動(dòng)力汽車?yán)脙?nèi)燃機(jī)在高效率區(qū)工作驅(qū)動(dòng)汽車的同時(shí)也發(fā)出電能保存在蓄電池內(nèi)，儲(chǔ)存的能量會(huì)在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入低效率區(qū)域時(shí)發(fā)揮作用，比如低速時(shí)采用純電動(dòng)工況，中高速則采用內(nèi)燃機(jī)工作發(fā)電的混合動(dòng)力工況，急加速和高速采用電機(jī)電動(dòng)的混合動(dòng)力工況。

內(nèi)燃機(jī)在中等轉(zhuǎn)速時(shí)，一般汽車恒速在60～90km/h時(shí)內(nèi)燃機(jī)效率最高，此時(shí)電機(jī)參與度下降。

3．怠速工況耗油

混合動(dòng)力汽車沒(méi)有怠速工況，怠速時(shí)內(nèi)燃機(jī)需要產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以維持自身運(yùn)轉(zhuǎn)，基本不向外輸出轉(zhuǎn)矩，但這個(gè)最低轉(zhuǎn)矩也很大。其次，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩要以怠速轉(zhuǎn)矩為基礎(chǔ)，在一定范圍內(nèi)，隨轉(zhuǎn)速上升其輸出轉(zhuǎn)矩上升，這種特性不利于汽車行駛。而電機(jī)則在起動(dòng)開始就能達(dá)到峰值轉(zhuǎn)矩，根本不需要怠速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，這種特性恰好適用于汽車低速大轉(zhuǎn)矩、高速小轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力需求。

4．制動(dòng)能量回收

傳統(tǒng)汽車在制動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有能量回收功能，而混合動(dòng)力汽車有能量回收功能。

二、電機(jī)的工作特性

圖1-18所示為電機(jī)在逆變器控制下的機(jī)械特性曲線，這是一條受控曲線，不僅與負(fù)載有關(guān)，還與逆變器的控制輸出有關(guān)。圖中，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩先大后小，同時(shí)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩也不是很低，可以看出電機(jī)的機(jī)械特性比內(nèi)燃機(jī)更適合驅(qū)動(dòng)汽車。

三、內(nèi)燃機(jī)的工作特性

圖1-19所示為奧迪車型電控直噴內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械外特性曲線，除了內(nèi)燃機(jī)的升功率（接近75kW/L）大大提升外，同時(shí)在1800～5000r/min時(shí)都能輸出最高轉(zhuǎn)矩280N·m，這說(shuō)明汽車在不同車速下都有良好的加速超車能力，這得益于渦輪增壓和可變配氣相位技術(shù)。

但是，圖中800～1800r/min轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩特性不適合汽車大轉(zhuǎn)矩起步的需要，因此更多依賴變速器。