付寬　辜文杰

摘 要：為達(dá)成“雙碳”目標(biāo)，社會各界積極推動新能源汽車的研發(fā)和推廣。當(dāng)今混合動力汽車技術(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?；旌蟿恿ζ嚱Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，針對行業(yè)各界對混合動力技術(shù)的分類不夠全面的問題，通過梳理市場上主流的混合動力技術(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、市場表現(xiàn)，并展望混動技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：混動技術(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)，我國政行企三方聯(lián)合推動發(fā)展新能源汽車。國務(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，強化整車集成技術(shù)創(chuàng)新。以純電動汽車、插電式混合動力（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，混合動力汽車有著舉足輕重的地位。當(dāng)下燃油發(fā)動機運行效率較低，純電動汽車?yán)m(xù)航里程較短，使得混合動力汽車技術(shù)擁有了發(fā)展的土壤。2021年以來，國產(chǎn)混動技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入快車道，行業(yè)各界對混合動力汽車進(jìn)行過分類，但均描述不夠全面、分類依據(jù)不夠明確?；旌蟿恿ζ嚱Y(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 什么是混合動力汽車

廣義上說，混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）（下稱混動汽車）是指車輛驅(qū)動系統(tǒng)由兩個或多個能同時運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實際的車輛行駛狀態(tài)由單個驅(qū)動系統(tǒng)單獨或共同提供[2]。通常所說的混合動力汽車一般指：油電混合動力電動汽車，即燃油（汽油、柴油）和電能的混合，是由電機作為發(fā)動機的輔助動力驅(qū)動的汽車。油電混合動力系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換器為發(fā)動機和電機，能量儲存系統(tǒng)為油箱和動力電池。

油電混動汽車相對于傳統(tǒng)燃油車，增加了一套電驅(qū)動力結(jié)構(gòu)，雖然加重了汽車的負(fù)載，但發(fā)動機和電動機在不同工況下的運行效率不同，通過混合動力技術(shù)將兩種動力源有機結(jié)合、取長補短，便能使動力性能達(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 不同視角下的混動技術(shù)分類

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

混動技術(shù)的實現(xiàn)方式多樣，從不同的視角分析混動技術(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、電機數(shù)量視角、補能方式視角等（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。主流觀點認(rèn)為混合度是指驅(qū)動電機與發(fā)動機功率的比值[3]，坊間觀點認(rèn)為混合度為混合動力版車型與同等燃油版車型節(jié)油量的百分比，而一些主機廠認(rèn)為混合度是和車型的功能相關(guān)。無論哪一種觀點，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，其電機功率低，通常只用在發(fā)動機啟停系統(tǒng)中，在發(fā)動機啟動時提供助力，嚴(yán)格意義上不能稱之為混合動力技術(shù)?；旌隙鹊陀?5%的混合動力技術(shù)稱為輕度混合（弱混），除了發(fā)動機啟停功能，還具有再生制動和輔助驅(qū)動的功能，電機功率低，配合的動力電池能量較低，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。混合度大于40%的混合動力技術(shù)稱為重度混合，電機的功率更大，再生制動回收的電能更多，電池能量更多，純電行駛的續(xù)航里程更長。

3.2 動力耦合方式視角分類

按照發(fā)動機與電機的動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

串聯(lián)式混動也叫增程式混動，發(fā)動機不直接參與驅(qū)動車輛，用來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，另一個電機作為驅(qū)動電機，負(fù)責(zé)驅(qū)動車輛和再生制動。目前在市場上主要的串聯(lián)式混動車型有理想ONE，日產(chǎn)e-Power等。目前，混動專用發(fā)動機的最高熱效率為43%左右，而日產(chǎn)官方宣布下一代e-Power的發(fā)動機效能有突破性進(jìn)展，熱效率將升至50%，使得串聯(lián)式混動的能耗大大降低。串聯(lián)式混動的發(fā)動機轉(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)機械能，機械能轉(zhuǎn)電能，電能再轉(zhuǎn)機械能）過多，導(dǎo)致總能量轉(zhuǎn)化效率不高。

3.2.2 并聯(lián)式混動

并聯(lián)式混動技術(shù)具備發(fā)動機直驅(qū)、電動機直驅(qū)、發(fā)動機和電動機共同驅(qū)動三種工作模式。當(dāng)車輛滑行和制動時，電動機可進(jìn)行再生制動，作為發(fā)電機回收動能。并聯(lián)式混動技術(shù)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能量轉(zhuǎn)化路徑少，但在電池虧電情況下，發(fā)動機不能為動力電池充電，限制其燃油經(jīng)濟性表現(xiàn)。

3.2.3 混聯(lián)式混動

混聯(lián)式混動技術(shù)結(jié)合了串聯(lián)式和并聯(lián)式混動技術(shù)的優(yōu)點，既能像串聯(lián)式混動一樣發(fā)動機帶動發(fā)電機充電，又能像并聯(lián)式混動一樣發(fā)動機直驅(qū)，所以可實現(xiàn)純電、純油、油電混合行駛，同時可動態(tài)調(diào)整能量的回收和釋放，在燃油經(jīng)濟性、動力性和平順性等方面均有不錯的發(fā)展空間，成為當(dāng)今多數(shù)車企的研究方向。

混聯(lián)式混動技術(shù)結(jié)構(gòu)和實現(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

功率分流式混動技術(shù)是指通過行星齒輪來動態(tài)的分配發(fā)動機、發(fā)電機、電動機的運動關(guān)系，達(dá)到發(fā)動機功率分流的作用。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)濟性的優(yōu)勢輕松碾壓同級別燃油車，一種說法在坊間流傳：“世界上只有兩種混動，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

近幾年串并聯(lián)混動技術(shù)的出現(xiàn)打破了豐田THS的神話，串并聯(lián)構(gòu)型運用離合器取代行星齒輪機構(gòu)，并利用電子控制技術(shù)來動態(tài)的分配發(fā)動機、電動機、發(fā)電機三者的關(guān)系，更大限度的發(fā)揮三者的優(yōu)勢，燃油經(jīng)濟性更好，行駛體驗更優(yōu)秀。本田的IMMD、比亞迪的DMI、長城的檸檬DHT均為此構(gòu)型，這些車型一經(jīng)問世，便受到了市場的極大關(guān)注，銷量亮眼，比亞迪DMI更是一車難求。

3.3 電機數(shù)量視角分類

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

3.3.1 單電機構(gòu)型

就單電機而言，不同的電機位置，其技術(shù)性能也各不相同。P0和P1構(gòu)型電機與發(fā)動機剛性連接，功能為輔助驅(qū)動和發(fā)電，電機功率都比較小，常在在輕混合度車型中使用，例如奔馳E級。中混以上單電機的主流方案有P2、P2.5構(gòu)型，P2構(gòu)型的優(yōu)點是可以采用傳統(tǒng)的動力架構(gòu)，支持電機純電行駛，也可以發(fā)動機介入并聯(lián)輸出，德系品牌熱衷此構(gòu)型，例如大眾、奧迪、保時捷，寶馬530le等，但其缺點也很明顯，發(fā)動機介入和退出時會產(chǎn)生沖擊。P2.5構(gòu)型在變速箱中將電動機和發(fā)動機的動力進(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)動機與電動機成為兩個獨立的動力源，可以分別單獨驅(qū)動車輛，也可并聯(lián)驅(qū)動。P4構(gòu)型一般用于驅(qū)動后輪，發(fā)動機只管驅(qū)動前輪，寶馬i8、X1，長城WEY P8都猜用的P4構(gòu)型。P3和P4構(gòu)型中，電機離發(fā)動機太遠(yuǎn)，無法利用發(fā)動機發(fā)電。

3.3.2 雙電機構(gòu)型

雙電機方案主要是為了彌補單電機方案的不足，在混合方式上屬于混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機和驅(qū)動電機分工不同，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P3和P4構(gòu)型中，電機不能啟動發(fā)動機，發(fā)動機也不能帶動電機發(fā)電，所以應(yīng)單獨設(shè)計一個啟動電機（發(fā)電機）。例如比亞迪DMI和長城檸檬DHT采用P1+P3構(gòu)型，在其高配車型上還會增加P4電機，采用P1+P3+P4三電機構(gòu)型以實現(xiàn)四輪驅(qū)動行駛。

3.4 補能方式視角分類

按照其補能方式不同，可分為油電混動（HEV）和插電混動（PHEV）兩種。顧名思義，油電混動不能外接充電槍補能，只能依靠發(fā)動機帶動發(fā)電機或再生制動進(jìn)行補能，插電式混動備外接充電功能，其在油電混動補能方式的基礎(chǔ)上增加了外接電網(wǎng)充電[4]。目前，將油電混動車型劃入節(jié)能汽車的范疇，不能上綠牌，插電混動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。通常插電混動車型均具備大容量動力電池，其電機功率也較高，純電續(xù)航里程較長，有觀點認(rèn)為插電混動是比重度混動更大混合度的車型，這種觀點混淆了分類方式，有一定的誤導(dǎo)性。是不是插電混動車型只評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，國內(nèi)車企加速市場布局，2021年以來，國產(chǎn)混動車型如雨后春筍般涌現(xiàn)，開始形成百家爭鳴的局面，在銷量上也交出了不錯的答卷。據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2022年2月份純電動汽車產(chǎn)銷分別完成28.5萬輛和25.8萬輛，同比分別增長1.7倍和1.6倍；插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成8.3萬輛和7.5萬輛，同比分別增長4.1倍和3.4倍[5]。值得注意的是，插電式混合動力汽車產(chǎn)銷同比增長幅度已連續(xù)4個月超過純電動汽車。

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PHEV混動技術(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)路線百家爭鳴的局面。未來混動技術(shù)仍將在發(fā)動機熱效率、電機技術(shù)、電池技術(shù)、動力耦合算法、傳動效率、智能化等方面不斷更新迭代，推動混動技術(shù)的全面發(fā)展。

科研項目：本文為漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題“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HZZYJY2021192）相關(guān)研究成果。

參考文獻(xiàn)：

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[5]姜智文.汽車產(chǎn)銷同比“兩連升”“插混”市場迎爆發(fā)期.中國經(jīng)濟網(wǎng).2022年03月，[EB/OL]．https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1727235333609553773&wfr=spider&for=pc.