混合動力政策和技術分析概述

賈林娜，閆立君，張世偉，趙長明，劉玉明

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

混合動力政策和技術分析概述

賈林娜，閆立君，張世偉，趙長明，劉玉明

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章主要通對新能源汽車國家政策研究，從混合動力汽車概念、分類及典型工作邏輯分析，由淺入深介紹混合動力技術及企業發展方向。

新能源；政策研究；混合動力技術

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.004

CLC NO.: U469.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-08-05

引言

隨著市場傳統燃料汽車急劇提升，生活環境空氣日益惡化，節能減排至零排放，降低傳統燃料汽車對大氣環境污染，已成為汽車行業發展必然趨勢。電能作為未來汽車的動力之源，能實現高能效比及零排放，是一種相當理想的能源。但當前電池及電機技術的限制，純電動車在續航里程及維護成本無法披靡傳統的燃料汽車，同時純電動車充電設施暫未完善，使得純電動車暫不能得到廣泛普及。因此推出了混合動力汽車，優勢在于一方面排放較低，另一方面在續航里程上和傳統汽車無異。

在當前行業發展大趨勢環境下，混合動力技術已成為汽車發展的主流技術，作為動力總成企業，積極研究混合動力技術，需求企業后續發展和轉型道路是必然之舉。

1、政策分析

為加快新能源汽車產業發展，推進節能減排，促進大氣污染治理，促進我國交通能源戰略轉型，經國務院批準，由國家相關部門組織在全國范圍內開展新能源汽車推廣應用工作。

近幾年，為加快推進進程，國家先后出臺了關于“節能惠民”、“免征購置稅”、“2016-2020年新能源推廣應用”等扶植政策，突顯國家對新能源動力車型的高度重視和推動產業化發展決心。對國家相關部門頒布的幾項對插電式混合動力車型重點照顧的發文進行說明，詳見表1 。

1.1 補助對象、產品和標準的要求

1.1.1 補助對象

補助對象是消費者。新能源汽車生產企業在銷售新能源汽車產品時按照扣減補助后的價格與消費者進行結算，中央財政按程序將企業墊付的補助資金再撥付給生產企業。

1.1.2 補助產品

中央財政補助的產品是納入“新能源汽車推廣應用工程推薦車型目錄”（以下簡稱“推薦車型目錄”）的純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車。以發布的73批車型目錄進行乘用車型數據統計收錄新能源車2795例，多為客車與專用車，乘用車僅47款，如圖1。

表1 國家相關部門頒布發文說明

1.1.3 補助產品

補助標準主要依據節能減排效果，并綜合考慮生產成本、規模效應、技術進步等因素逐步退坡。2016年各類新能源汽車補助標準如表2分類。2017-2020年除燃料電池汽車外其他車型補助標準適當退坡，其中：2017-2018年補助標準在2016年基礎上下降20%，2019-2020年補助標準在2016年基礎上下降40%。

純電動乘用車、插電式混合動力（含增程式）乘用車推廣應用補助標準（單位：萬元/輛）。

表2 2016年各類新能源汽車補助標準

1.2 對產品的要求

1.2.1 新能源汽車續駛里程要求

表3 續駛里程要求 （單位：km）

2.M1類是指包括駕駛員座位在內，座位數不超過九座的載客車輛。N1類是指最大設計總質量不超過3500kg的載貨車輛。

1.2.2 純電動乘用車最高車速要求

純電動乘用車30分鐘最高車速應不低于100km/h。

1.2.3 插電式混合動力汽車綜合燃料消耗量要求

1）插電式混合動力乘用車綜合燃料消耗量（不計電能消耗量）與現行的常規燃料消耗量國家標準中對應目標值相比小于60%；

2）插電式混合動力商用車（含貨車、客車）燃料消耗量（不含電能轉化的燃料消耗量）與現行的常規燃料消耗量國家標準中對應限值相比小于60%。

2、混合動力技術

2.1 新能源汽車概述

2009年6月17日中華人民共和國工業和信息化部發布了《新能源汽車生產企業級產品準入管理規定》，明確新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。

新能源汽車分類：純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車、氫發動機汽車、其他新能源汽車（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產品。

2.2 混合動力汽車定義和分類

混合動力是指采用汽油或柴油為燃料的，同時配以電動機和發動機，由電動機作為發動機的輔助動力，以改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。簡單的說，混合動力汽車就是用電動機和發動機作為動力源的汽車。如圖2。

2.2.1 根據混合動力系統構成的不同可以將混合動力車分為三種：

1）串聯式混合動力系統。只靠發電機行駛的電氣汽車，配置的發動機輸出的動力僅用于推動發電機發電。系統輸出動力等于電動機輸出動力。

2）并聯式混合動力系統。發動機為主，電動機為輔，電動機一般無法單獨驅動汽車。系統輸出動力等于發動機與電動機輸出動力之和

3）混聯式混合動力系統。主要靠電機，發動機為輔助的，電動機和發動機都能單獨驅動汽車。由于系統中配置有獨立發電機，因而系統輸出的最大動力等于發動機、電動機以及充當電動機（部分情況）的發電機的輸出動力之和。

2.2.2 根據在混合動力系統中，電機的輸出功率在整個系統輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統還可以分為以下四類：

1）微混合動力系統。在傳統內燃機上的啟動電機上加裝驅動啟動電機（Belt-alternator Starter Generator，簡稱BSG系統）。該電機為發電啟動(Stop-Start)一體式電動機，用來控制發動機的啟動和停止，降低了油耗和排放。

2）輕混合動力系統。采用了集成啟動電機（Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統），發電機控制發動機的啟動和停止，在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；在行駛過程中，發動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發電機的充電需求之間進行調節。

3）中混合動力系統。同樣采用了ISG系統，電機是高壓電機，在汽車處于加速或者大負荷工況時，電動機能夠輔助驅動車輪，從而補充發動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。

4）重混合動力系統。采用了272-650v的高壓啟動電機。發動機和電動機均能單獨驅動車輪。插電式混合動力汽車一般為重型混合動力汽車，可以使用電動機單獨驅動車輛。

電機的輸出功率在整個系統輸出功率中占的比重和典型車型如表4。

表4 電機輸出功率比重與典型車型

3、工作模式分析

3.1 并聯式混合動力工作模式

以IMA系統為例來說明，IMA系統主要由發動機、電機、變速箱以及IPU智能動力單元組成。工作邏輯包括起步加速、急加速、低速巡航、輕加速和高速巡航、減速以及停車。

1）起步加速時，發動機低速運轉，電機提供輔助動力，以實現快速加速性能，達到節油目的。

2）急加速時，發動機高速配氣正時狀態運轉，此時電池給電機供電，電機與發動機共同驅動車輛，提高整車的加速性能。

3）低速巡航。發動機停止工作，車輛以純電動方式驅動車輛。

4）輕加速和高速巡航。發動機低速配氣正時狀態運轉，此時發動機工作效率較高，單獨驅動車輛，電動機不工作。

5）減速或制動時發動機關閉，電機此時以發電機方式工作，將機械能最大限度地轉化為電能，儲存到電池包中。車輛制動時，制動踏板傳感器給計算機一個信號，計算機控制制動系統，使機械制動和電機能量回饋之間制動力協調，以得到最大程度的能量回饋。

6）車輛停止時，發動機自動關閉，減少燃料損失和排放。當制動踏板松開時，發動機自動啟動。

3.2 混聯式混合動力工作模式

以THS-II系統系統為例來說明，THS-II系統主要由發動機、動力分配系統、發電機、電池盒以及功率控制單元組成。工作邏輯包括啟動、怠速、起步、加速、降檔、減速、倒車。

1）發動機啟動。電流流進MG2通過電磁力固定行星齒輪的齒圈，MG1作為啟動機轉動太陽輪，太陽輪帶動行星架轉動，與行星架連接的發動機曲軸轉動，發動機啟動。

2）怠速。電流流進MG2固定行星齒輪的齒圈，發動機帶動行星架轉動，行星架帶動太陽輪轉動，與太陽輪連接的MG1發電給電池充電。

3）車輛起步。發動機停轉，行星架被固定。MG2驅動行星齒輪齒圈，推動車輛前進，MG1處于空轉狀態。如需要更多動力（駕駛員深踩油門或檢測到負載過大），MG1轉動啟動發動機。

車輛起步時，發動機驅動MG1發電并供給推動MG2運轉的電能。

4）加速狀態。在輕負荷下加速時，發動機驅動MG1發電并供給推動MG2運轉的電能，MG2提供附加的驅動力用以補充發動機動力。

在重負載下加速時，發動機驅動MG1發電并供給推動MG2運轉的電能。MG2提供附加的驅動力用以補充發動機動力。電池會根據加速程度給MG2提供電流。

5）降擋。發動機停轉，MG1空轉，車輪驅動MG2發電，其電能給電池充電。

6）減速。MG2產生的電能提供MG1，MG1驅動發動機。此時發動機斷油空轉。MG1輸出的動力成為發動機制動力。

7）倒車。由MG2提供倒車動力。

4、串聯式混合動力工作模式

以Voltec混合動力系統為例來說明。Voltec系統主要由汽油發動機、綜合動力分配系統、電池及電力控制單元。工作模式分別為：EV低速模式、EV高速模式、EREV混合低速模式、EREV混合高速模式以及能量回收模式。

1）EV低速模式。C1吸合，C2、C3松開，發動機停轉。齒圈被固定，電動機推動太陽輪轉動，行星架因太陽輪的轉動而轉動，把動力傳輸到減速齒輪并傳遞到車輪。

2）EV高速模式。C2吸合，C1、C3松開，發動機停轉。發電機此時充當電動機工作，推動齒圈轉動。電動機推動太陽輪轉動。齒圈和太陽輪同時轉動，帶動行星架轉動，從而把動力傳到車輪。

3）EREV低速模式。C1、C3吸合，C2松開，發動機運轉。發動機推動發電機發電，并為電池充電；同時電池為電動機供電推動太陽輪轉動，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽輪轉動，從而把動力傳到車輪。

4）EREV高速模式。C2、C3吸合，C1松開，發動機運轉。發動機與發電機轉子連接后推動齒圈轉動同時發電，電動機推動太陽輪轉動。齒圈和太陽輪同時轉動，帶動行星架轉動，從而把動力傳到車輪。

5）能量回收模式時。C1吸合，C2、C3松開，發動機停轉。車輪帶動行星架轉動，由于齒圈固定，太陽輪隨著行星架轉動。電動機作為發電機對電池充電。

5、總結

隨著國家對新能源汽車產業推廣政策重視和扶持力度加大，新能源汽車研制和開發也日益壯大，基于目前電池及電機技術發展現狀，混合動力已經成為新能源汽車發展的主要技術。作為動力總成企業，深入挖掘混合動力汽車領域技術前沿，尋求適應本企業發展技術，是謀求企業長遠發展之路。

從當前市場需求和技術發展趨勢看，發動機作為混動汽車的動力源或發電源，開發趨向結構小而緊湊、輕量化、排放低、高能效方向，以滿足搭載和能量輸出需求；手動變速器趨向結構簡單、輕巧減速器發展。作為動力總成企業，提供整車所需動力總成、控制策略及售后服務一體化解決方案是后續發展必由之路。

[1] 關于2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知.財建部(2015)134號,2015.

[2] 三部門公告免征新能源汽車車輛購置稅有關事項.公告2014年第53號,2014.

[3] 常慶林.電動汽車普及的前奏3種混合動力技術解析.太平洋汽車網,2012.

Overview Of Hybrid Policy And Technology Analysis

Jia Linna, Yan Lijun, Zhang Shiwei, Zhao Changming, Liu Yuming
（Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This paper mainly through to new energy vehicles for national policy research, from the analysis of the hybrid vehicle concept, the classification and the working logic, introduce the hybrid technology and the direction of enterprise development from easy to difficult.

New Energy; Policy Research; Hybrid Technology

U469.1

A

1671-7988(2016)10-08-05

賈林娜（1978-），女，中級工程師，就職于哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司，長期從事動力總成新產品項目開發和管理。