第三节 混合动力汽车的动力提升

从汽车的发展来看，纯电动汽车是未来发展的终极方向（并不是要全部代替燃油车，至少在燃油完全枯竭前）。但就目前来看，电动汽车成本高、充电时间长和续驶里程偏短等因素仍阻碍着电动汽车产业的快速发展，因此从节能和环保两大主题出发的混合动力汽车便发展起来。

从技术上讲，混合动力汽车的纯电动工况就相当于纯电动汽车，要说区别就是混合动力汽车原则上不一定要充电，纯电动汽车必须要充电。

一、混合动力汽车的优势

下面简要介绍混合动力汽车为什么省油和环保。

1．内燃机在设计上普遍是大马拉小车

汽车为保证其加速和爬坡性能，内燃机的最大功率选定约为车辆以100km/h在平路上行驶时需求功率的10倍，或者是在6%坡度上100km/h行驶时需求功率的3～4倍。传统汽车为了保证动力性，匹配了过大的内燃机，导致内燃机大部分时间以低负荷工作，出现“大马拉小车”的现象，这是内燃机低效率的主要原因之一。

为了节油，混合动力汽车内燃机采用了DOWNSIZE技术，即采用内燃机小排量的技术。

2．内燃机和车轮间的直接机械连接关系使内燃机效率低

为适应驱动的需要，内燃机工作在变工况环境，所以效率从低到高变化很大，但平均效率仍然很低。

电机和内燃机混合驱动可以提高内燃机效率。原因是内燃机的效率虽很低，但永磁电机的发电和电动效率都在95%左右，混动过程中虽然有更多阶段的能量损失，但由于此时内燃机是在高效率工况下产生的能量，即使经过这些阶段的能量损失，最终也比传统内燃机更高。混合动力汽车利用内燃机在高效率区工作驱动汽车的同时也发出电能保存在蓄电池内，储存的能量会在内燃机进入低效率区域时发挥作用，比如低速时采用纯电动工况，中高速则采用内燃机工作发电的混合动力工况，急加速和高速采用电机电动的混合动力工况。

内燃机在中等转速时，一般汽车恒速在60～90km/h时内燃机效率最高，此时电机参与度下降。

3．怠速工况耗油

混合动力汽车没有怠速工况，怠速时内燃机需要产生转矩以维持自身运转，基本不向外输出转矩，但这个最低转矩也很大。其次，内燃机转矩要以怠速转矩为基础，在一定范围内，随转速上升其输出转矩上升，这种特性不利于汽车行驶。而电机则在起动开始就能达到峰值转矩，根本不需要怠速。当电机转速上升时，输出转矩也随之降低，这种特性恰好适用于汽车低速大转矩、高速小转矩的动力需求。

4．制动能量回收

传统汽车在制动过程中没有能量回收功能，而混合动力汽车有能量回收功能。

二、电机的工作特性

图1-18所示为电机在逆变器控制下的机械特性曲线，这是一条受控曲线，不仅与负载有关，还与逆变器的控制输出有关。图中，低速时转矩先大后小，同时电机最高转速时的转矩也不是很低，可以看出电机的机械特性比内燃机更适合驱动汽车。

三、内燃机的工作特性

图1-19所示为奥迪车型电控直喷内燃机系统的机械外特性曲线，除了内燃机的升功率（接近75kW/L）大大提升外，同时在1800～5000r/min时都能输出最高转矩280N·m，这说明汽车在不同车速下都有良好的加速超车能力，这得益于涡轮增压和可变配气相位技术。

但是，图中800～1800r/min转速时转矩特性不适合汽车大转矩起步的需要，因此更多依赖变速器。