淺談不同視角下混合動(dòng)力汽車技術(shù)的分類

付寬　辜文杰

摘 要：為達(dá)成“雙碳”目標(biāo)，社會(huì)各界積極推動(dòng)新能源汽車的研發(fā)和推廣。當(dāng)今混合動(dòng)力汽車技術(shù)日趨成熟，能較好兼顧節(jié)能減排和的續(xù)航里程的需求?；旌蟿?dòng)力汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針對(duì)行業(yè)各界對(duì)混合動(dòng)力技術(shù)的分類不夠全面的問題，通過梳理市場(chǎng)上主流的混合動(dòng)力技術(shù)，從不同的視角出發(fā)，分門別類進(jìn)行歸納，闡述各類型的結(jié)構(gòu)原理、特性特點(diǎn)、市場(chǎng)表現(xiàn)，并展望混動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：混動(dòng)技術(shù) 分類 混合度 耦合方式 構(gòu)型

Discussion about the Classification of Hybrid Vehicle Technology from Different Perspectives

Fu Kuan Gu Wenjie

Abstract：In order to achieve the goal of "dual carbon"， all sectors of society actively promote the research and development and promotion of new energy vehicles. Today's hybrid vehicle technology is becoming more and more mature， which can better balance the needs of energy saving， emission reduction and cruising range. The structure of hybrid vehicles is complex. In view of the problem that the classification of hybrid technology from all walks of life in the industry is not comprehensive enough， by sorting out the mainstream hybrid technology in the market， from different perspectives， it is divided into categories， and the structural principles， characteristics and market performance of various types are expounded， and the development of hybrid technology is prospected.

Key words：hybrid technology， classification， degree of mixing， coupling method， configuration

1 引言

為達(dá)到“雙碳”目標(biāo)，我國(guó)政行企三方聯(lián)合推動(dòng)發(fā)展新能源汽車。國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》提出要深化“三縱三橫”研發(fā)布局，強(qiáng)化整車集成技術(shù)創(chuàng)新。以純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力（含增程式）汽車、燃料電池汽車為“三縱”，布局整車技術(shù)創(chuàng)新鏈[1]。作為“三縱”技術(shù)路線的其中一縱，混合動(dòng)力汽車有著舉足輕重的地位。當(dāng)下燃油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率較低，純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程較短，使得混合動(dòng)力汽車技術(shù)擁有了發(fā)展的土壤。2021年以來，國(guó)產(chǎn)混動(dòng)技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入快車道，行業(yè)各界對(duì)混合動(dòng)力汽車進(jìn)行過分類，但均描述不夠全面、分類依據(jù)不夠明確?；旌蟿?dòng)力汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形式多樣，需要從不同視角審視，才能全面系統(tǒng)的進(jìn)行分類和闡述。

2 什么是混合動(dòng)力汽車

廣義上說，混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）（下稱混動(dòng)汽車）是指車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或共同提供[2]。通常所說的混合動(dòng)力汽車一般指：油電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，即燃油（汽油、柴油）和電能的混合，是由電機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的汽車。油電混合動(dòng)力系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換器為發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)為油箱和動(dòng)力電池。

油電混動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車，增加了一套電驅(qū)動(dòng)力結(jié)構(gòu)，雖然加重了汽車的負(fù)載，但發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)在不同工況下的運(yùn)行效率不同，通過混合動(dòng)力技術(shù)將兩種動(dòng)力源有機(jī)結(jié)合、取長(zhǎng)補(bǔ)短，便能使動(dòng)力性能達(dá)到1+1大于2的效果，從而降低燃油消耗率，減少碳排放。

3 不同視角下的混動(dòng)技術(shù)分類

混合動(dòng)力技術(shù)（下稱混動(dòng)技術(shù)）由于采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的組合，故作為燃油車向純電動(dòng)車演變的過渡技術(shù)。其兼?zhèn)淙加蛙嚭图冸妱?dòng)車的優(yōu)點(diǎn)，不僅具備燃油車?yán)m(xù)航里程長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，也具備電動(dòng)車的靜音性和順滑的行駛品質(zhì)。

混動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式多樣，從不同的視角分析混動(dòng)技術(shù)，可將其分為不同類型，常用的分類視角有：混合度視角、混合形式視角、電機(jī)數(shù)量視角、補(bǔ)能方式視角等（如圖1所示）。

3.1 混合度視角分類

按照混合度分類法，可將混動(dòng)汽車分為微混合、輕度混合（弱混）、中度混合和重度混合四種。主流觀點(diǎn)認(rèn)為混合度是指驅(qū)動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)功率的比值[3]，坊間觀點(diǎn)認(rèn)為混合度為混合動(dòng)力版車型與同等燃油版車型節(jié)油量的百分比，而一些主機(jī)廠認(rèn)為混合度是和車型的功能相關(guān)。無論哪一種觀點(diǎn)，雖然其劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，但其底層思想想通，本文以主流觀點(diǎn)出發(fā)，并結(jié)合功能進(jìn)行討論。混合度低于5%稱為微混合，其電機(jī)功率低，通常只用在發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)中，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)提供助力，嚴(yán)格意義上不能稱之為混合動(dòng)力技術(shù)。混合度低于15%的混合動(dòng)力技術(shù)稱為輕度混合（弱混），除了發(fā)動(dòng)機(jī)啟停功能，還具有再生制動(dòng)和輔助驅(qū)動(dòng)的功能，電機(jī)功率低，配合的動(dòng)力電池能量較低，通常不具備外接充電功能，屬于節(jié)能汽車范疇?；旌隙冉橛?5%到40%的混合動(dòng)力技術(shù)稱為中度混合，在輕度混合功能的基礎(chǔ)上增加了低速純電行駛功能?；旌隙却笥?0%的混合動(dòng)力技術(shù)稱為重度混合，電機(jī)的功率更大，再生制動(dòng)回收的電能更多，電池能量更多，純電行駛的續(xù)航里程更長(zhǎng)。

3.2 動(dòng)力耦合方式視角分類

按照發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的動(dòng)力耦合方式不同分類，通常分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種。

3.2.1 串聯(lián)式混動(dòng)

串聯(lián)式混動(dòng)也叫增程式混動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與驅(qū)動(dòng)車輛，用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，另一個(gè)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)車輛和再生制動(dòng)。目前在市場(chǎng)上主要的串聯(lián)式混動(dòng)車型有理想ONE，日產(chǎn)e-Power等。目前，混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)的最高熱效率為43%左右，而日產(chǎn)官方宣布下一代e-Power的發(fā)動(dòng)機(jī)效能有突破性進(jìn)展，熱效率將升至50%，使得串聯(lián)式混動(dòng)的能耗大大降低。串聯(lián)式混動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速完全解耦，能全工況工作在高效率區(qū)間，但是三次能量的轉(zhuǎn)換路徑（化學(xué)能轉(zhuǎn)機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)電能，電能再轉(zhuǎn)機(jī)械能）過多，導(dǎo)致總能量轉(zhuǎn)化效率不高。

3.2.2 并聯(lián)式混動(dòng)

并聯(lián)式混動(dòng)技術(shù)具備發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)、電動(dòng)機(jī)直驅(qū)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)三種工作模式。當(dāng)車輛滑行和制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)可進(jìn)行再生制動(dòng)，作為發(fā)電機(jī)回收動(dòng)能。并聯(lián)式混動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)化路徑少，但在電池虧電情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不能為動(dòng)力電池充電，限制其燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。

3.2.3 混聯(lián)式混動(dòng)

混聯(lián)式混動(dòng)技術(shù)結(jié)合了串聯(lián)式和并聯(lián)式混動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，既能像串聯(lián)式混動(dòng)一樣發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)充電，又能像并聯(lián)式混動(dòng)一樣發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)，所以可實(shí)現(xiàn)純電、純油、油電混合行駛，同時(shí)可動(dòng)態(tài)調(diào)整能量的回收和釋放，在燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和平順性等方面均有不錯(cuò)的發(fā)展空間，成為當(dāng)今多數(shù)車企的研究方向。

混聯(lián)式混動(dòng)技術(shù)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)形式各不相同，當(dāng)今主流的技術(shù)主要有功率分流式和串并聯(lián)式兩種。

（1）功率分流式混動(dòng)

功率分流式混動(dòng)技術(shù)是指通過行星齒輪來動(dòng)態(tài)的分配發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)功率分流的作用。該技術(shù)以豐田THS為代表，從上世紀(jì)末上市以來，經(jīng)過多年的技術(shù)迭代，已經(jīng)發(fā)展了五代車型。豐田THS技術(shù)在近20年來，燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)輕松碾壓同級(jí)別燃油車，一種說法在坊間流傳：“世界上只有兩種混動(dòng)，一種是豐田，一種是其他！”THS地位之高可見一斑。

（2）串并聯(lián)式混動(dòng)

近幾年串并聯(lián)混動(dòng)技術(shù)的出現(xiàn)打破了豐田THS的神話，串并聯(lián)構(gòu)型運(yùn)用離合器取代行星齒輪機(jī)構(gòu)，并利用電子控制技術(shù)來動(dòng)態(tài)的分配發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)三者的關(guān)系，更大限度的發(fā)揮三者的優(yōu)勢(shì)，燃油經(jīng)濟(jì)性更好，行駛體驗(yàn)更優(yōu)秀。本田的IMMD、比亞迪的DMI、長(zhǎng)城的檸檬DHT均為此構(gòu)型，這些車型一經(jīng)問世，便受到了市場(chǎng)的極大關(guān)注，銷量亮眼，比亞迪DMI更是一車難求。

3.3 電機(jī)數(shù)量視角分類

根據(jù)電機(jī)數(shù)量的不同，混合動(dòng)力技術(shù)有單電機(jī)方案和雙電機(jī)方案兩類。無論單電機(jī)還是雙電機(jī)方案，電機(jī)均有不同的位置分布和組合方式。目前電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)中有六個(gè)排布位置：P0、P1、P2、P2.5、P3和P4，P是“Position（位置）”的意思，離發(fā)動(dòng)機(jī)的位置越遠(yuǎn)，P后的數(shù)字越大（如圖所示）。P0又稱為BSG，電機(jī)通過皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，功率較?。籔1又稱為ISG，電機(jī)處于發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器之間，功率較??；P2的構(gòu)型，電機(jī)位于離合器和變速器輸入軸之間，布置方便；P2.5把電機(jī)集成在變速器內(nèi)，空間利用率高；P3將電機(jī)置于變速箱輸出端，與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸輸出；P4電機(jī)位于變速箱后，驅(qū)動(dòng)無動(dòng)力車輪。

3.3.1 單電機(jī)構(gòu)型

就單電機(jī)而言，不同的電機(jī)位置，其技術(shù)性能也各不相同。P0和P1構(gòu)型電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)剛性連接，功能為輔助驅(qū)動(dòng)和發(fā)電，電機(jī)功率都比較小，常在在輕混合度車型中使用，例如奔馳E級(jí)。中混以上單電機(jī)的主流方案有P2、P2.5構(gòu)型，P2構(gòu)型的優(yōu)點(diǎn)是可以采用傳統(tǒng)的動(dòng)力架構(gòu)，支持電機(jī)純電行駛，也可以發(fā)動(dòng)機(jī)介入并聯(lián)輸出，德系品牌熱衷此構(gòu)型，例如大眾、奧迪、保時(shí)捷，寶馬530le等，但其缺點(diǎn)也很明顯，發(fā)動(dòng)機(jī)介入和退出時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊。P2.5構(gòu)型在變速箱中將電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行耦合，空間利用率更高，車型有榮威、名爵、領(lǐng)克PHPV系列等。P3構(gòu)型使發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)成為兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力源，可以分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，也可并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。P4構(gòu)型一般用于驅(qū)動(dòng)后輪，發(fā)動(dòng)機(jī)只管驅(qū)動(dòng)前輪，寶馬i8、X1，長(zhǎng)城WEY P8都猜用的P4構(gòu)型。P3和P4構(gòu)型中，電機(jī)離發(fā)動(dòng)機(jī)太遠(yuǎn)，無法利用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。

3.3.2 雙電機(jī)構(gòu)型

雙電機(jī)方案主要是為了彌補(bǔ)單電機(jī)方案的不足，在混合方式上屬于混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)分工不同，分串聯(lián)式、功率分流式和串并聯(lián)式三條技術(shù)路線。比如單電機(jī)P3和P4構(gòu)型中，電機(jī)不能啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)也不能帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，所以應(yīng)單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)啟動(dòng)電機(jī)（發(fā)電機(jī)）。例如比亞迪DMI和長(zhǎng)城檸檬DHT采用P1+P3構(gòu)型，在其高配車型上還會(huì)增加P4電機(jī)，采用P1+P3+P4三電機(jī)構(gòu)型以實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)行駛。

3.4 補(bǔ)能方式視角分類

按照其補(bǔ)能方式不同，可分為油電混動(dòng)（HEV）和插電混動(dòng)（PHEV）兩種。顧名思義，油電混動(dòng)不能外接充電槍補(bǔ)能，只能依靠發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或再生制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)能，插電式混動(dòng)備外接充電功能，其在油電混動(dòng)補(bǔ)能方式的基礎(chǔ)上增加了外接電網(wǎng)充電[4]。目前，將油電混動(dòng)車型劃入節(jié)能汽車的范疇，不能上綠牌，插電混動(dòng)車型的入門門檻定義為純電續(xù)航50公里以上，劃入新能源汽車的范疇，可以上綠牌。通常插電混動(dòng)車型均具備大容量動(dòng)力電池，其電機(jī)功率也較高，純電續(xù)航里程較長(zhǎng)，有觀點(diǎn)認(rèn)為插電混動(dòng)是比重度混動(dòng)更大混合度的車型，這種觀點(diǎn)混淆了分類方式，有一定的誤導(dǎo)性。是不是插電混動(dòng)車型只評(píng)判其是否具備外接充電功能，與混合度沒有必然聯(lián)系。

4 展望

新能源汽車時(shí)代已經(jīng)到來，想要節(jié)能環(huán)保，又想避免續(xù)航里程的焦慮，混合動(dòng)力汽車是當(dāng)下的不二之選。在《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》指導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)車企加速市場(chǎng)布局，2021年以來，國(guó)產(chǎn)混動(dòng)車型如雨后春筍般涌現(xiàn)，開始形成百家爭(zhēng)鳴的局面，在銷量上也交出了不錯(cuò)的答卷。據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2022年2月份純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成28.5萬輛和25.8萬輛，同比分別增長(zhǎng)1.7倍和1.6倍；插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷分別完成8.3萬輛和7.5萬輛，同比分別增長(zhǎng)4.1倍和3.4倍[5]。值得注意的是，插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷同比增長(zhǎng)幅度已連續(xù)4個(gè)月超過純電動(dòng)汽車。

無論從技術(shù)表現(xiàn)還是從銷量數(shù)據(jù)的來看，目前串并聯(lián)式雙電機(jī)PHEV混動(dòng)技術(shù)有可能成為行業(yè)最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)方案。但混合動(dòng)力的技術(shù)種類多樣，當(dāng)下已形成多條技術(shù)路線百家爭(zhēng)鳴的局面。未來混動(dòng)技術(shù)仍將在發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、電機(jī)技術(shù)、電池技術(shù)、動(dòng)力耦合算法、傳動(dòng)效率、智能化等方面不斷更新迭代，推動(dòng)混動(dòng)技術(shù)的全面發(fā)展。

科研項(xiàng)目：本文為漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題“校企雙元合作教材《新能源汽車技術(shù)》開發(fā)研究”（課題編號(hào)HZZYJY2021192）相關(guān)研究成果。

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