插電式混合動力汽車技術特點綜述

張志強，張曉莉，熊禹，韋杰宏，伍健

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

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插電式混合動力汽車技術特點綜述

張志強，張曉莉，熊禹，韋杰宏，伍健

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

文章首先簡述各種插電式混合動力汽車的技術路線特點。然后結合現有市場中插電式混合動力汽車相關參數和市場應用情況，總結出主流插電混合動力汽車技術路線為并聯式。其次分析了插電式混合動力汽車純電續航里程、綜合油耗與電池包電能之間的關系，并分析了百公里加速時間與整車動力總和之間的關系，總結出滿足開發和使用便利性所需電池包電能。最后針對不同并聯式插電混合動力的結構特點，對比分析其可行性和優缺點。

插電式混合動力汽車；串聯式；并聯式；混聯式

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.042

CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-120-04

概述

為改善和緩解能源問題和環境保護問題，全球范圍內都在大力發展新能源汽車。并且很多國家都開展了新能源汽車的示范運營和推廣實施。如我國分別在“十二五”和“十三五”規劃中都將新能源汽車作為重點發展項目。

一般認為新能源汽車包括插電式混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車等[1]。插電式混合動力汽車兼具傳統燃油汽車和純電動汽車的優點。在純電動汽車和燃料電池汽車技術尚未成熟和充電等基礎設施未普及之前，插電式混合動力汽車具備較好的節能減排優勢，因此最早在日美等國開展了大量的研究和推廣[2,3]。雖然我國相關插電式混合動力汽車產品起步較晚，但總體重視力度也是非常大的。為此本文對插電式混合動力汽車技術及相關特點進行總結和分析，以期對研究其技術路線特點和推動發展有一定的幫助作用。

1、插電式混合動力汽車分類

按照電機驅動功率占整車功率的比例（亦可稱為混合度），一般可將混合動力汽車分成以下四種類型：（1）微度混合動力，混合度在 5%以內；（2）輕度混合動力，一般混合度在20%左右；（3）中度混合動力，混合度可達30%~40%；（4）重度混合動力，混合度達40%以上[4]。

上述四種混合動力汽車類型，隨著混合度的增強，所需電機功率和電池包電能亦增大，節能減排的效果越好。

按照驅動系統結構的不同可以將混合動力分成以下三種類型：

1.1串聯式插電式混合動力

串聯式插電式混合動力，亦稱為增程式。其技術特點如下圖1所示，發動機不直接驅動汽車，需要先由發動機驅動發電機來發電，再供電動機來驅動汽車，能量傳遞鏈較長，總體效率不高。目前代表車型有寶馬i3增程式和廣汽傳祺增程式。

圖1　串聯式PHEV示意圖

1.2并聯式插電式混合動力

并聯式插電式混合動力示意如圖2所示，該類型下發動機和電機均可驅動汽車，動力傳動模式較多，動力性較好，結構簡單，應用廣泛。目前代表車型有比亞迪秦/唐、長安逸動PHEV、奇瑞艾瑞澤PHEV、寶馬530Le、奔馳S500eL、奧迪Q7e-tron、索納塔PHEV等等。

圖2　并聯式PHEV示意圖

1.3混聯式插電式混合動力

混聯式插電式混合動力，又可稱為動力分流式。如圖 3所示，一般需要2臺電機（一臺發電機和一臺電動機），同時需要一套用于動力分流的行星齒輪裝置。該類型的結構和控制最為復雜[5,6]。目前只有非常少數的制造商具備生產和制造該類型產品能力，且存在一定的專利壁壘。代表車型有豐田普銳斯和三菱歐藍德等等。

圖3　混聯式PHEV示意圖

2、主流插電式混合動力技術路線分析和產品特性分析

2.1主流插電式混合動力技術路線分析

對目前國內外插電式混合動力車型進行技術參數匯總，如下表1所示。

按照串聯、并聯、混聯式等三種混合動力方式進行車型數量匯總分析如下圖 4所示。采用并聯式的最多，共有 12款車型。而采用混聯式和串聯式的車型較少，分別為6款和3款。可知目前并聯式是較為主流的技術路線，較多車企選擇該技術路線來開發插電式混合動力汽車。

圖4　混合動力方式數量匯總對比

2.2插電式混合動力車型產品特性分析

對插電式混合動力車型而言，比較關鍵的產品特性有：純電續航里程、綜合百公里油耗和動力性等等。

圖5　不同混合動力方式的純電續航里程對比

圖5給出了三種混合動力類型下，各種插電式混合動力汽車的純電續航里程與電池包電能的關系。盡管不同車型和不同技術路線下的電池包電能不同，但純電續航里程基本與電池電量正相關。一般為達到國家針對插電式混合動力汽車補貼要求（即純電續航里程需大于50km），插電式混合動力汽車的電能大多為12 kWh～14kWh。

表1　插電式混合動力車型技術參數匯總

三種混合方式下，綜合百公里油耗和電池包電能的關系如圖6所示。不同串聯、并聯和混聯式插電混合動力汽車的綜合百公里油耗與電池包電能負相關，即電池包電能越大，綜合百公里油耗越低；為了更好地起到降低企業平均油耗目的，實現插電式混合動力車的綜合百公里油耗低于2L，電池包電能一般大于10kWh。

圖6　不同混合動力方式的百公里油耗對比

綜合純電續航里程和百公里油耗等混合動力汽車核心參數特點，為滿足我國現行補貼要求和純電使用便利性，相應車型所需具備的電池包電能至少要為 10kWh，一般多為12~14kWh。

本文以百公里加速時間來評價動力性，百公里加速時間越小，動力性越好。圖7給出了不同類型插電式混動動力車型的百公里加速時間與整車動力總和的關系。在串聯式插電混合動力汽車中，由于只有一臺電機驅動，動力性較差，百公里加速時間基本大于7s；在并聯式插電混合動力汽車中，同時具有發動機和電動機雙動力源，動力總和較大，動力性較好；混聯式插電混合動力汽車中，同樣具有發動機和電動機雙動力源，動力總和較大，動力性較好。

圖7　不同混合動力方式的百公里加速時間對比

3、并聯式插電混合動力技術分析和探討

鑒于采用并聯式的插電混合動力車型較多，一定程度上可視為目前主流混合動力類型。為此根據電機在發動機、離合器及變速箱的位置不同，將并聯插電式混合動力細分為以下三種形式，并針對其可行性和優劣性進行探討分析。

3.1P1并聯方式

P1并聯方式如圖8所示，電機通過皮帶及發動機側的輪系相連，并位于發動機和變速箱之前。不同公司對 P1并聯方式的叫法不同，如通用公司稱之為“BAS”系統，博世公司稱之為“BRS”系統。由于受限于電機布置空間，及皮帶傳遞扭矩的限值，導致電機的功率和扭矩不能較大，為此混合度不高，驅動功能較弱，節油率較小。其優點是其布置較為便利，對原機改動不大，成本亦不高。

圖8　P1并聯方式

3.2P2并聯方式

P2并聯方式如圖9所示，電機位于汽油機和變速箱之間，電機與發動機之間通過電控離合器相連，電機與變速箱也通過電控離合器相連。該方式可以實現聯合驅動、純發動機驅動、純電驅動、行車發電（發動機帶電機發電）、制動能量回收（發動機停，電機發電）、怠速發電等功能模式。這種方式下，為了減少動力總成的橫向尺寸，電機一般為盤式電機，其最大功率有限，但相比P1并聯方式，P2方式下的電機的功率較大，易于實現純電行駛，節油率較高。但由于這種方式下需要二個離合器和一個電機，在發動機前艙的布置難度較大。P2并聯方式常見車型如現代索納塔、本田IMA、奔馳S500Le等等。

圖9　P2并聯方式

在 P2方式下，根據電機、電控離合器、變速箱之間集成關系的不同，有電機和電控離合器集成的 P2模塊（變速箱為傳統CVT、DCT或AT），如舍弗勒和采埃孚的相關模塊；亦有將電機及離合器集成到變速箱的模塊，如Jatco的CVT8、格特拉克的7HDT300、奔馳采用的7G-TRONIC Plus 7等。

3.3P3并聯方式

P3并聯方式如圖10所示，電機布置在變速箱的上方，變速箱無法對電機進行變速調節，只有主減速器對電機進行變速調節。這種方式對傳統動力總成（汽油機和變速箱等）改動較小，但是由于電機不能夠得到變速箱的傳動調節，只有主減速器的增扭降速調節，在車速較低時，電機的轉速不高，運行效果較差。常見車型如比亞迪秦。

圖10　P3并聯方式

綜合而言，P1方式下電機功率較小，混合度較低，節油率低，一般為弱混。P2方式可以達到較強的混合度，節油率高。采用這種方式的車型最多，是目前主流的并聯方式。P3方式雖然可以達到較強的混合度，但是由于只有主減速器對電機進行增扭降速調節，電機效率較低，采用該方式的車型不多。

4、結論

(1) 結合串聯、并聯及混聯式插電混合動力汽車特點及市場應用情況來分析，目前較主流的類型為并聯式。

(2) 針對所有類型插電式混合動力車型，為滿足我國現行補貼要求和純電使用便利性，電池包電能至少要為10kWh。

(3) 由于并聯式和混聯式具備多個動力源，動力總和較大，整車動力性比串聯式較好，百公里加速時間較少。

(4) P1并聯式中電機功率扭矩較小，混合度較低；P2并聯式對發動機前艙的集成度要求較高，混合度較高，降低綜合油耗效果較好；P3并聯式結構較P2簡單，但總體效率相對較低，較少車型采用P3并聯方式。

[1] 夏濤.新能源汽車發展概述[C].重慶汽車工程學會 2008年學術會議論文集,重慶，2008.

[2] 王峻寧.日本混合動力汽車產業發展概述[J].時代汽車,2014.(10): 17-18.

[3] 過學迅,張杰山,胡朝峰.日美混合動力汽車發展的比較研究[J].上海汽車, 2006.(3):7-10.

[4] 李玉茂. 混合動力車概述[J].汽車維修與保養,2013.(10):66-69.

[5] 蔣科軍,何仁,束馳等. 混合動力汽車動力耦合技術綜述[J]. 機械傳動, 2015，Vol.39(4):175-181 .

[6] 楊東徽,李軍. 淺析混合動力汽車控制策略[J].汽車工業研究,2015. (8):24-28.

A Review on technology's characteristics of plug-in HEV

Zhang Zhiqiang, Zhang Xiaoli, Xiong Yu, Wei Jiehong, Wu Jian
( Dongfeng Liuzhou motor Co. Ltd., Guangxi Liuzhou 545005 )

In this paper, first based on all types of plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) which are prevalent in the world, the characteristics of different PHEV are illustrated. Then the parameters and application in the markets of PHEV are summarized. It's analyzed that the most popular kinds of PHEV is parallel PHEV. The relationships for drive range of pure electric energy, comprehensive fuel consumption with battery's electric energy are illustrated. And the relationship for acceleration time from 0 to 100km/h with total vehicle power is analyzed. The necessary of battery's electric energy for developing and utilizing conveniently is illustrated. Finally, the parallel PHEV is classified by the specialty structure. And all kinds of parallel PHEV are compared with each other for the feasibility and advantage.

plug-in hybrid electric vehicle; series hybrid electric vehicle; parallel hybrid electric vehicle; seriesparallel hybrid electric vehicle

張志強，就職于東風柳州汽車有限公司。

U469

A

1671-7988 （2016）06-120-04