淺談不同視角下混合動力汽車技術的分類

付寬　辜文杰

摘 要：為達成“雙碳”目標，社會各界積極推動新能源汽車的研發和推廣。當今混合動力汽車技術日趨成熟，能較好兼顧節能減排和的續航里程的需求。混合動力汽車結構復雜，針對行業各界對混合動力技術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，從不同的視角出發，分門別類進行歸納，闡述各類型的結構原理、特性特點、市場表現，并展望混動技術的發展。

關鍵詞：混動技術 分類 混合度 耦合方式 構型

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

為達到“雙碳”目標，我國政行企三方聯合推動發展新能源汽車。國務院辦公廳發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》提出要深化“三縱三橫”研發布局，強化整車集成技術創新。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”，布局整車技術創新鏈[1]。作為“三縱”技術路線的其中一縱，混合動力汽車有著舉足輕重的地位。當下燃油發動機運行效率較低，純電動汽車續航里程較短，使得混合動力汽車技術擁有了發展的土壤。2021年以來，國產混動技術發展已進入快車道，行業各界對混合動力汽車進行過分類，但均描述不夠全面、分類依據不夠明確。混合動力汽車結構復雜，形式多樣，需要從不同視角審視，才能全面系統的進行分類和闡述。

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）是指車輛驅動系統由兩個或多個能同時運轉的單個驅動系統聯合組成的車輛，車輛的行駛功率依據實際的車輛行駛狀態由單個驅動系統單獨或共同提供[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，是由電機作為發動機的輔助動力驅動的汽車。油電混合動力系統中的能量轉換器為發動機和電機，能量儲存系統為油箱和動力電池。

油電混動汽車相對于傳統燃油車，增加了一套電驅動力結構，雖然加重了汽車的負載，但發動機和電動機在不同工況下的運行效率不同，通過混合動力技術將兩種動力源有機結合、取長補短，便能使動力性能達到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分類

混合動力技術（下稱混動技術）由于采用發動機和電機的組合，故作為燃油車向純電動車演變的過渡技術。其兼備燃油車和純電動車的優點，不僅具備燃油車續航里程長的優點，也具備電動車的靜音性和順滑的行駛品質。

混動技術的實現方式多樣，從不同的視角分析混動技術，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。主流觀點認為混合度是指驅動電機與發動機功率的比值[3]，坊間觀點認為混合度為混合動力版車型與同等燃油版車型節油量的百分比，而一些主機廠認為混合度是和車型的功能相關。無論哪一種觀點，雖然其劃分標準不同，但其底層思想想通，本文以主流觀點出發，并結合功能進行討論。混合度低于5%稱為微混合，其電機功率低，通常只用在發動機啟停系統中，在發動機啟動時提供助力，嚴格意義上不能稱之為混合動力技術。混合度低于15%的混合動力技術稱為輕度混合（弱混），除了發動機啟停功能，還具有再生制動和輔助驅動的功能，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，屬于節能汽車范疇。混合度介于15%到40%的混合動力技術稱為中度混合，在輕度混合功能的基礎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，純電行駛的續航里程更長。

3.2 動力耦合方式視角分類

按照發動機與電機的動力耦合方式不同分類，通常分為串聯式、并聯式和混聯式三種。

3.2.1 串聯式混動

串聯式混動也叫增程式混動，發動機不直接參與驅動車輛，用來驅動發電機發電，另一個電機作為驅動電機，負責驅動車輛和再生制動。目前在市場上主要的串聯式混動車型有理想ONE，日產e-Power等。目前，混動專用發動機的最高熱效率為43%左右，而日產官方宣布下一代e-Power的發動機效能有突破性進展，熱效率將升至50%，使得串聯式混動的能耗大大降低。串聯式混動的發動機轉速與車速完全解耦，能全工況工作在高效率區間，但是三次能量的轉換路徑（化學能轉機械能，機械能轉電能，電能再轉機械能）過多，導致總能量轉化效率不高。

3.2.2 并聯式混動

并聯式混動技術具備發動機直驅、電動機直驅、發動機和電動機共同驅動三種工作模式。當車輛滑行和制動時，電動機可進行再生制動，作為發電機回收動能。并聯式混動技術的優點是結構簡單，能量轉化路徑少，但在電池虧電情況下，發動機不能為動力電池充電，限制其燃油經濟性表現。

3.2.3 混聯式混動

混聯式混動技術結合了串聯式和并聯式混動技術的優點，既能像串聯式混動一樣發動機帶動發電機充電，又能像并聯式混動一樣發動機直驅，所以可實現純電、純油、油電混合行駛，同時可動態調整能量的回收和釋放，在燃油經濟性、動力性和平順性等方面均有不錯的發展空間，成為當今多數車企的研究方向。

混聯式混動技術結構和實現形式各不相同，當今主流的技術主要有功率分流式和串并聯式兩種。

（1）功率分流式混動

功率分流式混動技術是指通過行星齒輪來動態的分配發動機、發電機、電動機的運動關系，達到發動機功率分流的作用。該技術以豐田THS為代表，從上世紀末上市以來，經過多年的技術迭代，已經發展了五代車型。豐田THS技術在近20年來，燃油經濟性的優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）串并聯式混動

近幾年串并聯混動技術的出現打破了豐田THS的神話，串并聯構型運用離合器取代行星齒輪機構，并利用電子控制技術來動態的分配發動機、電動機、發電機三者的關系，更大限度的發揮三者的優勢，燃油經濟性更好，行駛體驗更優秀。本田的IMMD、比亞迪的DMI、長城的檸檬DHT均為此構型，這些車型一經問世，便受到了市場的極大關注，銷量亮眼，比亞迪DMI更是一車難求。

3.3 電機數量視角分類

根據電機數量的不同，混合動力技術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。目前電機在發動機和傳動系統中有六個排布位置：P0、P1、P2、P2.5、P3和P4，P是“Position（位置）”的意思，離發動機的位置越遠，P后的數字越大（如圖所示）。P0又稱為BSG，電機通過皮帶與發動機連接，功率較小；P1又稱為ISG，電機處于發動機和離合器之間，功率較小；P2的構型，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，空間利用率高；P3將電機置于變速箱輸出端，與發動機同軸輸出；P4電機位于變速箱后，驅動無動力車輪。

3.3.1 單電機構型

就單電機而言，不同的電機位置，其技術性能也各不相同。P0和P1構型電機與發動機剛性連接，功能為輔助驅動和發電，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構型，P2構型的優點是可以采用傳統的動力架構，支持電機純電行駛，也可以發動機介入并聯輸出，德系品牌熱衷此構型，例如大眾、奧迪、保時捷，寶馬530le等，但其缺點也很明顯，發動機介入和退出時會產生沖擊。P2.5構型在變速箱中將電動機和發動機的動力進行耦合，空間利用率更高，車型有榮威、名爵、領克PHPV系列等。P3構型使發動機與電動機成為兩個獨立的動力源，可以分別單獨驅動車輛，也可并聯驅動。P4構型一般用于驅動后輪，發動機只管驅動前輪，寶馬i8、X1，長城WEY P8都猜用的P4構型。P3和P4構型中，電機離發動機太遠，無法利用發動機發電。

3.3.2 雙電機構型

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式結構，發電機和驅動電機分工不同，分串聯式、功率分流式和串并聯式三條技術路線。比如單電機P3和P4構型中，電機不能啟動發動機，發動機也不能帶動電機發電，所以應單獨設計一個啟動電機（發電機）。例如比亞迪DMI和長城檸檬DHT采用P1+P3構型，在其高配車型上還會增加P4電機，采用P1+P3+P4三電機構型以實現四輪驅動行駛。

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，只能依靠發動機帶動發電機或再生制動進行補能，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上增加了外接電網充電[4]。目前，將油電混動車型劃入節能汽車的范疇，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，純電續航里程較長，有觀點認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系。

4 展望

新能源汽車時代已經到來，想要節能環保，又想避免續航里程的焦慮，混合動力汽車是當下的不二之選。在《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》指導下，國內車企加速市場布局，2021年以來，國產混動車型如雨后春筍般涌現，開始形成百家爭鳴的局面，在銷量上也交出了不錯的答卷。據中汽協數據顯示，2022年2月份純電動汽車產銷分別完成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銷同比增長幅度已連續4個月超過純電動汽車。

無論從技術表現還是從銷量數據的來看，目前串并聯式雙電機PHEV混動技術有可能成為行業最具發展潛力的技術方案。但混合動力的技術種類多樣，當下已形成多條技術路線百家爭鳴的局面。未來混動技術仍將在發動機熱效率、電機技術、電池技術、動力耦合算法、傳動效率、智能化等方面不斷更新迭代，推動混動技術的全面發展。

科研項目：本文為漢中職業技術學院院級課題“校企雙元合作教材《新能源汽車技術》開發研究”（課題編號HZZYJY2021192）相關研究成果。

參考文獻：

[1]國務院辦公廳. 新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）. [2020-10-20]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2020-11/02/content_5556716.htm.

[2]潘小勇，馬道勝. 新能源技術[M].江西高校出版社：， 201911.347.

[3]李練.基于雙轉子電機的功率分流型混合動力系統能量管理策略[D].哈爾濱工業大學，2021.DOI：10.27061/d.cnki.ghgdu.2021.002579.

[4]邱先文.插電式混合動力汽車技術及研發狀況分析[J].小型內燃機與車輛技術，2018，v.47;No.251（03）：85-91.

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