第三節 混合動力汽車的動力提升

從汽車的發展來看，純電動汽車是未來發展的終極方向（并不是要全部代替燃油車，至少在燃油完全枯竭前）。但就目前來看，電動汽車成本高、充電時間長和續駛里程偏短等因素仍阻礙著電動汽車產業的快速發展，因此從節能和環保兩大主題出發的混合動力汽車便發展起來。

從技術上講，混合動力汽車的純電動工況就相當于純電動汽車，要說區別就是混合動力汽車原則上不一定要充電，純電動汽車必須要充電。

一、混合動力汽車的優勢

下面簡要介紹混合動力汽車為什么省油和環保。

1．內燃機在設計上普遍是大馬拉小車

汽車為保證其加速和爬坡性能，內燃機的最大功率選定約為車輛以100km/h在平路上行駛時需求功率的10倍，或者是在6%坡度上100km/h行駛時需求功率的3～4倍。傳統汽車為了保證動力性，匹配了過大的內燃機，導致內燃機大部分時間以低負荷工作，出現“大馬拉小車”的現象，這是內燃機低效率的主要原因之一。

為了節油，混合動力汽車內燃機采用了DOWNSIZE技術，即采用內燃機小排量的技術。

2．內燃機和車輪間的直接機械連接關系使內燃機效率低

為適應驅動的需要，內燃機工作在變工況環境，所以效率從低到高變化很大，但平均效率仍然很低。

電機和內燃機混合驅動可以提高內燃機效率。原因是內燃機的效率雖很低，但永磁電機的發電和電動效率都在95%左右，混動過程中雖然有更多階段的能量損失，但由于此時內燃機是在高效率工況下產生的能量，即使經過這些階段的能量損失，最終也比傳統內燃機更高。混合動力汽車利用內燃機在高效率區工作驅動汽車的同時也發出電能保存在蓄電池內，儲存的能量會在內燃機進入低效率區域時發揮作用，比如低速時采用純電動工況，中高速則采用內燃機工作發電的混合動力工況，急加速和高速采用電機電動的混合動力工況。

內燃機在中等轉速時，一般汽車恒速在60～90km/h時內燃機效率最高，此時電機參與度下降。

3．怠速工況耗油

混合動力汽車沒有怠速工況，怠速時內燃機需要產生轉矩以維持自身運轉，基本不向外輸出轉矩，但這個最低轉矩也很大。其次，內燃機轉矩要以怠速轉矩為基礎，在一定范圍內，隨轉速上升其輸出轉矩上升，這種特性不利于汽車行駛。而電機則在起動開始就能達到峰值轉矩，根本不需要怠速。當電機轉速上升時，輸出轉矩也隨之降低，這種特性恰好適用于汽車低速大轉矩、高速小轉矩的動力需求。

4．制動能量回收

傳統汽車在制動過程中沒有能量回收功能，而混合動力汽車有能量回收功能。

二、電機的工作特性

圖1-18所示為電機在逆變器控制下的機械特性曲線，這是一條受控曲線，不僅與負載有關，還與逆變器的控制輸出有關。圖中，低速時轉矩先大后小，同時電機最高轉速時的轉矩也不是很低，可以看出電機的機械特性比內燃機更適合驅動汽車。

三、內燃機的工作特性

圖1-19所示為奧迪車型電控直噴內燃機系統的機械外特性曲線，除了內燃機的升功率（接近75kW/L）大大提升外，同時在1800～5000r/min時都能輸出最高轉矩280N·m，這說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。

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