混合动力汽车电驱动系统集成与优化

混合动力汽车电驱动系统集成与优化

汤玉辉

新能源汽车技术安徽省技术创新中心钇威汽车科技有限公司230601

摘要：随着全球能源危机的日益加剧以及人们对环境保护意识的不断提高，传统燃油汽车由于其高油耗和高排放的特点，面临着巨大的挑战。在这样的背景下，混合动力汽车（HEV）作为一种过渡性的解决方案应运而生。混合动力汽车结合了传统燃油发动机和电驱动系统的优势，能够在提高燃油效率的同时降低尾气排放。基于此，以下对混合动力汽车电驱动系统集成与优化措施进行了探讨，以供参考。

关键词：混合动力汽车；电驱动系统集成；优化措施

引言

近年来，技术的进步为混合动力汽车电驱动系统的集成与优化提供了坚实的技术基础。提高了逆变器的效率和开关频率，从而改善了电驱动系统的电能转换效率；智能的控制系统能够根据车辆的不同行驶工况，精确地控制电驱动系统与发动机之间的协同工作，实现最佳的动力分配和能量管理。在这样的技术发展浪潮下，对混合动力汽车电驱动系统进行集成与优化研究，不仅能够推动混合动力汽车技术的进一步发展，还能促进相关产业的升级和创新。

1混合动力汽车电驱动系统集成与优化的重要性

提升能源利用效率：在混合动力汽车中，电驱动系统与传统燃油发动机协同工作。通过集成与优化，能够根据不同的行驶工况（如城市拥堵路况下更多依靠电驱动，高速稳定行驶时合理分配发动机与电机的工作）精确地控制能量的流动。例如，在制动过程中，优化后的电驱动系统可以更好地实现能量回收，将车辆的动能转化为电能储存起来，减少能量浪费，从而提高整个车辆的能源利用效率，降低油耗。增强动力性能：合理的集成与优化能够使电驱动系统与发动机的动力输出更好地匹配。电机的即时扭矩特性可以弥补发动机低转速扭矩不足的问题，在车辆起步和加速时提供更强劲的动力。例如，在高性能混合动力汽车中，优化的电驱动系统与发动机配合，能让车辆在短时间内实现快速加速，提升驾驶体验和车辆的动力性能。降低排放：由于电驱动系统在混合动力汽车运行过程中承担了部分工作，减少了发动机的工作时间。集成与优化后的系统可以在满足动力需求的同时，使发动机工作在更高效、更清洁的工况下，从而降低尾气排放，这对于改善环境质量、应对气候变化有着积极的意义。

2混合动力汽车电驱动系统集成

2.1物理集成

物理集成是混合动力汽车电驱动系统集成中的重要方面。它主要涉及到将各个硬件组件在物理空间上进行合理布局与组合。从电机、逆变器到电池等部件，物理集成旨在优化它们的安装位置和连接方式。将电机与变速器进行紧凑的一体化设计，不仅可以减少占用的空间，还能降低动力传输过程中的能量损失。在布局时，要考虑到散热需求，将散热需求大的部件（如逆变器）放置在通风良好的位置，确保其在高温环境下也能正常工作。物理集成也包括对线路的合理规划，减少线路长度和杂乱程度，降低电磁干扰的风险。例如，将高压线路和低压线路分开布置，并且采用屏蔽线来防止电磁干扰。

2.2功能集成

功能集成强调的是混合动力汽车电驱动系统各个组件功能之间的协同与融合。电机、电池和发动机管理系统等组件各自具有不同的功能，功能集成就是要让这些功能相互配合达到最优的效果。在动力输出方面，发动机和电机的功能集成可以根据驾驶需求和车辆行驶工况，智能地切换动力源或者进行动力混合。在能量管理功能上，电池管理系统与电机控制系统进行集成，根据电池的电量状态、电机的负载情况等因素，合理地控制电池的充放电过程。功能集成还体现在故障诊断和安全保护方面，各个子系统的故障检测功能集成到一个统一的监控系统中，一旦某个组件出现故障，可以及时调整其他组件的工作模式，确保车辆的安全性和继续行驶的能力，同时也便于维修人员快速定位故障点。

2.3控制集成

它主要是对各个子系统的控制策略进行整合，以实现整体性能的优化。在混合动力汽车中，电机控制、电池控制和发动机控制原本是相对独立的，但通过控制集成可以将它们统一起来。例如，在车辆启动和低速行驶时，集成的控制策略可以使电机优先工作，实现零排放的纯电驱动；当车辆需要高速行驶或者急加速时，控制集成能够协调发动机和电机同时工作，提供足够的动力。控制集成还涉及到对能量回收的控制，在制动或减速过程中，统一的控制策略可以确保电机高效地将车辆的动能转化为电能并储存到电池中。

3混合动力汽车电驱动系统的优化策略

3.1性能优化

在电机性能方面，可以通过改进电机设计来提高效率和功率密度。例如采用高性能的永磁材料，如钕铁硼，可增强电机的磁场强度，进而提高转矩输出能力，使车辆在起步和加速时更加迅速。优化控制系统算法，实现更精准的动力分配。根据不同的行驶工况，如城市道路的频繁启停、高速公路的匀速行驶等，精确控制发动机和电机的协同工作，提高燃油经济性和动力响应速度。提升逆变器的性能也至关重要。采用先进的功率半导体器件，如碳化硅（SiC），可以提高逆变器的开关频率和转换效率，减少电能损耗，从而提升整个电驱动系统的性能，让车辆在行驶过程中动力输出更加流畅，并且能够适应更复杂的路况需求。

3.2成本优化

在组件选型上，要进行性价比评估。在满足性能要求的前提下，选择成本较低的电机类型，如异步电机在某些应用场景下可能比永磁同步电机成本更低，同时通过优化电机的设计和制造工艺，降低材料成本和加工成本。对于电池部分，研发新型的电池技术，提高电池的能量密度，这样可以在减少电池体积和重量的同时，降低电池的成本。在生产制造环节，采用大规模生产技术和自动化生产线，提高生产效率，降低单位产品的生产成本。另外，在电驱动系统的集成方面，减少不必要的零部件和接口，简化系统结构，从而降低系统的整体制造成本，并且在售后维修方面也能降低维修成本和难度，提高产品的性价比。

3.3可靠性优化

从硬件方面来看，要提高组件的质量和耐久性。对电机的绕组进行特殊的绝缘处理，防止在高温、高湿度等恶劣环境下出现短路故障；选用高质量的电子元器件，如具有高可靠性的电容器和电阻器，确保逆变器等电路的稳定工作。在系统设计上，采用冗余设计理念，对于关键部件如电机控制器，设置备份系统或者采用容错技术，一旦主系统出现故障，备份系统能够及时接管工作，保证车辆的正常行驶。加强对电驱动系统的热管理。合理设计散热系统，确保电机、逆变器等发热部件在工作时能够及时散热，避免因过热导致的性能下降和部件损坏，从而提高整个电驱动系统的可靠性，减少故障发生的概率，延长系统的使用寿命，提升用户对混合动力汽车的信任度。

结束语

混合动力汽车电驱动系统的集成与优化是一个复杂工程。它对于提高混合动力汽车的性能、降低能耗和减少排放具有至关重要的意义。随着技术的不断发展，我们有理由相信，未来混合动力汽车电驱动系统将朝着更高集成度、更高效率和更智能化的方向发展。不断优化电驱动系统的各个组成部分及其相互之间的集成关系，混合动力汽车将在未来的交通运输领域发挥更为重要的作用，为实现可持续发展的交通出行做出更大的贡献。

参考文献

[1]许敏,张亦嘉.中国混合动力汽车动力总成技术进展[J].汽车安全与节能学报,2024,15(03):269-294.

[2]张永林.混合动力汽车动力传动系统振动冲击分析与控制研究[D].西南交通大学,2022.

[3]王春洋.混合动力汽车动力分配系统及控制策略研究[D].沈阳工业大学,2022.

[4]石先立.某混合动力汽车整车热管理系统优化研究[D].重庆理工大学,2021.

[5]周云山,杨豪杰.考虑电驱动系统成本的混合动力汽车参数综合优化[J].汽车安全与节能学报,2019,6(03):265-271.