李勇

湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院 湖南省株洲市 412001

2020年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出“到2025年，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右”[1]。2022年上半年，受國(guó)際形勢(shì)急劇變化等因素的影響，全球都出現(xiàn)了油價(jià)大幅上漲的情況，在油價(jià)飆升的背景下，新能源，包括純電和混動(dòng)車型的銷量都大幅上升。僅在2022年4月，我國(guó)新能源汽車批發(fā)量為28萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)50.1%[2]。但隨著這個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化，關(guān)于幾種常見的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式的優(yōu)劣的爭(zhēng)論也趨于激烈。本文將立足于混動(dòng)系統(tǒng)的基本概念，基于幾種市場(chǎng)上常見的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式的結(jié)構(gòu)與原理進(jìn)行探討與分析。

1 混動(dòng)技術(shù)的基本概念和主要類型

混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)電驅(qū)動(dòng)單元和一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。它的動(dòng)力源采用兩種或兩種以上的儲(chǔ)能設(shè)備或能量轉(zhuǎn)換器作為動(dòng)力源。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是既有發(fā)動(dòng)機(jī)又有電機(jī)。動(dòng)力輸出的模式可以依據(jù)汽車行駛的負(fù)荷以及能源存儲(chǔ)的狀況進(jìn)行調(diào)整。

從分類上講，混動(dòng)汽車可以根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三大類型。其中串聯(lián)式混動(dòng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等三大動(dòng)力總成用串聯(lián)方式組成動(dòng)力系統(tǒng)。并聯(lián)式混動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都是動(dòng)力總成，兩大動(dòng)力總成的功率可以互相疊加輸出，也可以單獨(dú)輸出。混聯(lián)式混動(dòng)綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)而組成的電動(dòng)汽車，能夠在這兩種動(dòng)力模式之間隨意切換。

而按照充電方式，混動(dòng)汽車可以分為插電混動(dòng)和非插電混動(dòng)，前者以比亞迪DM/DM-i和通用eMotion等為代表，能通過(guò)直接對(duì)蓄電池充電來(lái)補(bǔ)充電能，讓混動(dòng)汽車能直接被當(dāng)成純電汽車來(lái)使用，遇上沒(méi)有充電設(shè)備或者缺點(diǎn)時(shí)再通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)供能及充電；后者則以豐田THS和本田i-MMD等為代表，僅能加油，但通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)充電和驅(qū)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)的續(xù)航和更低的油耗。

混動(dòng)技術(shù)還可以根據(jù)系統(tǒng)混合的程度分為微混、輕混、中混和重混系統(tǒng)，其中微混和輕混的應(yīng)用范圍較小，因?yàn)殡姍C(jī)提供的驅(qū)動(dòng)非常有限。中混的電機(jī)最大功率和發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率比值范圍一般在15%-40%之間，同時(shí)當(dāng)汽車處于加速或者大負(fù)荷工況下時(shí)電機(jī)能輔助驅(qū)動(dòng)車輪。重混的電機(jī)最大功率和發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的比值高于40%，一般采用混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)均能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。

圖示：從上至下：典型串聯(lián)式混動(dòng)、典型并聯(lián)式混動(dòng)、典型混聯(lián)式混動(dòng)[3]

2 市場(chǎng)上的幾種常見的混動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式及其優(yōu)劣簡(jiǎn)析

因?yàn)樾履茉雌噷儆谛屡d產(chǎn)業(yè)，相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚處于建設(shè)階段，而市場(chǎng)上混動(dòng)汽車類型繁多，基本上個(gè)廠商都給自己的混動(dòng)技術(shù)起了個(gè)名字，嚴(yán)格定義的混動(dòng)技術(shù)分類反而較少被人提及，更多是“增程式電動(dòng)”、“油電混動(dòng)”、“插電混動(dòng)”這種較為模糊的分類比較流行，公眾面對(duì)眼花繚亂的混動(dòng)產(chǎn)品名稱不免產(chǎn)生諸多誤解。這里做詳細(xì)說(shuō)明并簡(jiǎn)析其優(yōu)劣。

①“增程式電動(dòng)”：實(shí)際上是一種串聯(lián)式混動(dòng)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一條動(dòng)力傳輸路徑上，車輛驅(qū)動(dòng)力完全由驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生，發(fā)動(dòng)機(jī)工作只為電池充電。從驅(qū)動(dòng)的角度而言，確實(shí)相當(dāng)于一輛電動(dòng)車，但有內(nèi)燃機(jī)用于充電“增程”，因此常被稱為“增程式電動(dòng)”。理想ONE、問(wèn)界M5等都屬于這類。近來(lái)某汽車品牌CEO就批評(píng)增程式電動(dòng)為“落后技術(shù)”，主要是因?yàn)檫@種技術(shù)并不新鮮：早在1898年誕生的“洛納-保時(shí)捷”汽車就是采用這種串聯(lián)式的混動(dòng)。增程式電動(dòng)擁有和純電汽車相似的行駛質(zhì)感，電池電力充沛時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡量處于最優(yōu)工作效率區(qū)間以獲得較低的油耗。但一旦進(jìn)入虧電或者高速巡航的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制進(jìn)入高負(fù)荷狀態(tài)反而帶來(lái)了更高的油耗。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，很多增程式車型采用了充電接口和較大電量的電池盡可能延長(zhǎng)純電續(xù)航。但也是因?yàn)榧尤肓舜箅姵氐冉Y(jié)構(gòu)，它們的重量往往超過(guò)同尺寸的燃油車。

②“油電混動(dòng)”：這里的所謂的油電混動(dòng)并不是嚴(yán)格定義的“油電混合動(dòng)力”。而是指的那些不能充電、僅能加油的混動(dòng)模式，以豐田的THS和本田的i-MMD為代表。二者技術(shù)成熟、在售多年積攢了良好的評(píng)價(jià)。豐田THS在結(jié)構(gòu)上屬于混聯(lián)式混動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)三部分通過(guò)一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)耦合在一起，發(fā)電機(jī)與太陽(yáng)輪連接，發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架連接，電機(jī)與外齒圈連接并通過(guò)主減速器與輪端連接。在純電行駛工況下，靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪端。在混動(dòng)模式下，三者同時(shí)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩通過(guò)行星齒輪組分流，一部分用于驅(qū)動(dòng)車輪，一部分用于發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)電機(jī)輸出扭矩協(xié)調(diào)輪端扭矩輸出。本田i-MMD則同樣屬于混聯(lián)，但i-MMD可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)多數(shù)工況下只用于充電，在部分諸如高速巡航工況下通過(guò)離合器接合直接驅(qū)動(dòng)車輪。二者都實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)比同型號(hào)燃油車型更長(zhǎng)的續(xù)航和低油耗，且都不需要充電，在充電樁稀少的時(shí)期優(yōu)勢(shì)明顯，但在油價(jià)高漲的當(dāng)下反而成了劣勢(shì)，并且因?yàn)檎咴虿荒苌暇G牌。

③“插電混動(dòng)”：這里和前文所說(shuō)的插電混動(dòng)并不相同（很多增程式車型也符合插電混動(dòng)的定義），它實(shí)際上指的是我們前面所說(shuō)的中混和重混技術(shù)，能通過(guò)外接充電的同時(shí)也能給油箱加油，同時(shí)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)都能驅(qū)動(dòng)汽車行駛。比亞迪的DM/DM-i、長(zhǎng)城魏派的DHT、吉利“雷神”混動(dòng)等都屬于這種類型。既不是增程式，也同時(shí)兼具充電和加油的混動(dòng)技術(shù)，當(dāng)然這個(gè)分類并非嚴(yán)格定義下的插電混動(dòng)。比亞迪近年來(lái)推出的DM-i采用大容量的刀片電池以及大功率的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)一旦工作就始終處于最佳的轉(zhuǎn)速和負(fù)載下給驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)電池充電，即使進(jìn)入高速巡航時(shí)也能在高效區(qū)間并聯(lián)直驅(qū)，獲得了良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。長(zhǎng)城和吉利的DHT技術(shù)則屬于“混動(dòng)變速器”，也是一種混聯(lián)技術(shù)，它將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組成的增程系統(tǒng)分別放在兩根輸入軸上，動(dòng)力則通過(guò)帶變速機(jī)構(gòu)的第三軸即輸出軸輸送到輪端，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)間。市場(chǎng)上被歸類到“插電混動(dòng)”的這類混動(dòng)技術(shù)即能用充電樁避免加油，又實(shí)現(xiàn)了將低油耗覆蓋到任何工況。但相應(yīng)的缺點(diǎn)則是結(jié)構(gòu)普遍復(fù)雜，可靠性還需要時(shí)間來(lái)考驗(yàn)，同時(shí)售價(jià)也偏高。

3 三種常見混動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的主要優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，見表1

表1 三種常見混動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的主要優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

4 結(jié)語(yǔ)

目前市場(chǎng)上混動(dòng)汽車處于生長(zhǎng)期，各類型的混動(dòng)汽車都能占據(jù)一定的份額。但消費(fèi)市場(chǎng)總會(huì)趨于理性，現(xiàn)存的幾種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式彼此之間的優(yōu)劣已經(jīng)較為明顯，未來(lái)的前景也可以預(yù)見。

增程式電動(dòng)與生俱來(lái)的虧電狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)油耗大幅上升的缺陷，是無(wú)法根本解決的，目前的幾款熱銷的增程式電動(dòng)車型，而且都不約而同的選擇了增設(shè)大電池和插電功能，試圖引導(dǎo)消費(fèi)者通過(guò)盡可能給電池充電來(lái)回避虧電行駛這一惡劣工況，但大電池帶來(lái)的重量上升，又會(huì)進(jìn)一步影響車輛的動(dòng)力性。總體而言，增程式電動(dòng)屬于當(dāng)下各類混動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式里缺陷最明顯的，在未來(lái)的發(fā)展空間非常有限，預(yù)計(jì)以后只能靠進(jìn)一步增大電池的電量以延長(zhǎng)純電續(xù)航里程的方式來(lái)謀求繼續(xù)在市場(chǎng)上存在，最終相關(guān)廠商會(huì)拋棄這種模式。

而“油電混動(dòng)”多年來(lái)積累了較好的口碑，但受制于綠牌政策和高油價(jià)，以及充電樁的日益普及，“無(wú)需充電”已經(jīng)愈發(fā)成為劣勢(shì)，在限牌的城市這類車型已無(wú)法成為首選。但考慮到現(xiàn)如今以兩田為代表的“油電混動(dòng)”車型的油耗數(shù)據(jù)依然出色，售價(jià)也相對(duì)親民，在非限牌以及充電樁使用緊張的地區(qū)，這類車型相比燃油車型仍具有優(yōu)勢(shì)。從本田2021年在國(guó)內(nèi)推出插混車型來(lái)看，未來(lái)“油電混動(dòng)”雖然很難像過(guò)去那樣風(fēng)頭旺盛，但仍將有不小的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)相關(guān)廠商會(huì)聚焦于改進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步降低油耗以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

而非增程式的插電混動(dòng)，雖然驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)各不相同，但基本上都實(shí)現(xiàn)了在任何工況下都擁有充足的動(dòng)力的同時(shí)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)只要在工作時(shí)都處于高效而低油耗的狀態(tài)。同時(shí)給予客戶多種模式保證既可以純電行駛零油耗，也可以發(fā)動(dòng)機(jī)低油耗直驅(qū)。這類混動(dòng)模式基本上可以看做是目前新能源汽車的最優(yōu)解，避免了純電、增程式等模式的各類缺點(diǎn)。隨著混動(dòng)汽車的普及，公眾越來(lái)越多的了解到混合動(dòng)力的原理，缺點(diǎn)最少、優(yōu)勢(shì)最全面的插電混動(dòng)會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為混動(dòng)汽車的主流。