浅谈不同视角下混合动力汽车技术的分类

付宽　辜文杰

摘 要：为达成“双碳”目标，社会各界积极推动新能源汽车的研发和推广。当今混合动力汽车技术日趋成熟，能较好兼顾节能减排和的续航里程的需求。混合动力汽车结构复杂，针对行业各界对混合动力技术的分类不够全面的问题，通过梳理市场上主流的混合动力技术，从不同的视角出发，分门别类进行归纳，阐述各类型的结构原理、特性特点、市场表现，并展望混动技术的发展。

关键词：混动技术 分类 混合度 耦合方式 构型

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

为达到“双碳”目标，我国政行企三方联合推动发展新能源汽车。国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》提出要深化“三纵三横”研发布局，强化整车集成技术创新。以纯电动汽车、插电式混合动力（含增程式）汽车、燃料电池汽车为“三纵”，布局整车技术创新链[1]。作为“三纵”技术路线的其中一纵，混合动力汽车有着举足轻重的地位。当下燃油发动机运行效率较低，纯电动汽车续航里程较短，使得混合动力汽车技术拥有了发展的土壤。2021年以来，国产混动技术发展已进入快车道，行业各界对混合动力汽车进行过分类，但均描述不够全面、分类依据不够明确。混合动力汽车结构复杂，形式多样，需要从不同视角审视，才能全面系统的进行分类和阐述。

2 什么是混合动力汽车

广义上说，混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）（下称混动汽车）是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供[2]。通常所说的混合动力汽車一般指：油电混合动力电动汽车，即燃油（汽油、柴油）和电能的混合，是由电机作为发动机的辅助动力驱动的汽车。油电混合动力系统中的能量转换器为发动机和电机，能量储存系统为油箱和动力电池。

油电混动汽车相对于传统燃油车，增加了一套电驱动力结构，虽然加重了汽车的负载，但发动机和电动机在不同工况下的运行效率不同，通过混合动力技术将两种动力源有机结合、取长补短，便能使动力性能达到1+1大于2的效果，从而降低燃油消耗率，减少碳排放。

3 不同视角下的混动技术分类

混合动力技术（下称混动技术）由于采用发动机和电机的组合，故作为燃油车向纯电动车演变的过渡技术。其兼备燃油车和纯电动车的优点，不仅具备燃油车续航里程长的优点，也具备电动车的静音性和顺滑的行驶品质。

混动技术的实现方式多样，从不同的视角分析混动技术，可将其分为不同类型，常用的分类视角有：混合度视角、混合形式视角、电机数量视角、补能方式视角等（如图1所示）。

3.1 混合度视角分类

按照混合度分类法，可将混动汽车分为微混合、轻度混合（弱混）、中度混合和重度混合四种。主流观点认为混合度是指驱动电机与发动机功率的比值[3]，坊间观点认为混合度为混合动力版车型与同等燃油版车型节油量的百分比，而一些主机厂认为混合度是和车型的功能相关。无论哪一种观点，虽然其划分标准不同，但其底层思想想通，本文以主流观点出发，并结合功能进行讨论。混合度低于5%称为微混合，其电机功率低，通常只用在发动机启停系统中，在发动机启动时提供助力，严格意义上不能称之为混合动力技术。混合度低于15%的混合动力技术称为轻度混合（弱混），除了发动机启停功能，还具有再生制动和辅助驱动的功能，电机功率低，配合的动力电池能量较低，通常不具备外接充电功能，属于节能汽车范畴。混合度介于15%到40%的混合动力技术称为中度混合，在轻度混合功能的基础上增加了低速纯电行驶功能。混合度大于40%的混合动力技术称为重度混合，电机的功率更大，再生制动回收的电能更多，电池能量更多，纯电行驶的续航里程更长。

3.2 动力耦合方式视角分类

按照发动机与电机的动力耦合方式不同分类，通常分为串联式、并联式和混联式三种。

3.2.1 串联式混动

串联式混动也叫增程式混动，发动机不直接参与驱动车辆，用来驱动发电机发电，另一个电机作为驱动电机，负责驱动车辆和再生制动。目前在市场上主要的串联式混动车型有理想ONE，日产e-Power等。目前，混动专用发动机的最高热效率为43%左右，而日产官方宣布下一代e-Power的发动机效能有突破性进展，热效率将升至50%，使得串联式混动的能耗大大降低。串联式混动的发动机转速与车速完全解耦，能全工况工作在高效率区间，但是三次能量的转换路径（化学能转机械能，机械能转电能，电能再转机械能）过多，导致总能量转化效率不高。

3.2.2 并联式混动

并联式混动技术具备发动机直驱、电动机直驱、发动机和电动机共同驱动三种工作模式。当车辆滑行和制动时，电动机可进行再生制动，作为发电机回收动能。并联式混动技术的优点是结构简单，能量转化路径少，但在电池亏电情况下，发动机不能为动力电池充电，限制其燃油经济性表现。

3.2.3 混联式混动

混联式混动技术结合了串联式和并联式混动技术的优点，既能像串联式混动一样发动机带动发电机充电，又能像并联式混动一样发动机直驱，所以可实现纯电、纯油、油电混合行驶，同时可动态调整能量的回收和释放，在燃油经济性、动力性和平顺性等方面均有不错的发展空间，成为当今多数车企的研究方向。

混联式混动技术结构和实现形式各不相同，当今主流的技术主要有功率分流式和串并联式两种。

（1）功率分流式混动

功率分流式混动技术是指通过行星齿轮来动态的分配发动机、发电机、电动机的运动关系，达到发动机功率分流的作用。该技术以丰田THS为代表，从上世纪末上市以来，经过多年的技术迭代，已经发展了五代车型。丰田THS技术在近20年来，燃油经济性的优势轻松碾压同级别燃油车，一种说法在坊间流传：“世界上只有两种混动，一种是丰田，一种是其他！”THS地位之高可见一斑。

（2）串并联式混动

近几年串并联混动技术的出现打破了丰田THS的神话，串并联构型运用离合器取代行星齿轮机构，并利用电子控制技术来动态的分配发动机、电动机、发电機三者的关系，更大限度的发挥三者的优势，燃油经济性更好，行驶体验更优秀。本田的IMMD、比亚迪的DMI、长城的柠檬DHT均为此构型，这些车型一经问世，便受到了市场的极大关注，销量亮眼，比亚迪DMI更是一车难求。

3.3 电机数量视角分类

根据电机数量的不同，混合动力技术有单电机方案和双电机方案两类。无论单电机还是双电机方案，电机均有不同的位置分布和组合方式。目前电机在发动机和传动系统中有六个排布位置：P0、P1、P2、P2.5、P3和P4，P是“Position（位置）”的意思，离发动机的位置越远，P后的数字越大（如图所示）。P0又称为BSG，电机通过皮带与发动机连接，功率较小；P1又称为ISG，电机处于发动机和离合器之间，功率较小；P2的构型，电机位于离合器和变速器输入轴之间，布置方便；P2.5把电机集成在变速器内，空间利用率高；P3将电机置于变速箱输出端，与发动机同轴输出；P4电机位于变速箱后，驱动无动力车轮。

3.3.1 单电机构型

就单电机而言，不同的电机位置，其技术性能也各不相同。P0和P1构型电机与发动机刚性连接，功能为辅助驱动和发电，电机功率都比较小，常在在轻混合度车型中使用，例如奔驰E级。中混以上单电机的主流方案有P2、P2.5构型，P2构型的优点是可以采用传统的动力架构，支持电机纯电行驶，也可以发动机介入并联输出，德系品牌热衷此构型，例如大众、奥迪、保时捷，宝马530le等，但其缺点也很明显，发动机介入和退出时会产生冲击。P2.5构型在变速箱中将电动机和发动机的动力进行耦合，空间利用率更高，车型有荣威、名爵、领克PHPV系列等。P3构型使发动机与电动机成为两个独立的动力源，可以分别单独驱动车辆，也可并联驱动。P4构型一般用于驱动后轮，发动机只管驱动前轮，宝马i8、X1，长城WEY P8都猜用的P4构型。P3和P4构型中，电机离发动机太远，无法利用发动机发电。

3.3.2 双电机构型

双电机方案主要是为了弥补单电机方案的不足，在混合方式上属于混联式结构，发电机和驱动电机分工不同，分串联式、功率分流式和串并联式三条技术路线。比如单电机P3和P4构型中，电机不能启动发动机，发动机也不能带动电机发电，所以应单独设计一个启动电机（发电机）。例如比亚迪DMI和长城柠檬DHT采用P1+P3构型，在其高配车型上还会增加P4电机，采用P1+P3+P4三电机构型以实现四轮驱动行驶。

3.4 补能方式视角分类

按照其补能方式不同，可分为油电混动（HEV）和插电混动（PHEV）两种。顾名思义，油电混动不能外接充电枪补能，只能依靠发动机带动发电机或再生制动进行补能，插电式混动备外接充电功能，其在油电混动补能方式的基础上增加了外接电网充电[4]。目前，将油电混动车型划入节能汽车的范畴，不能上绿牌，插电混动车型的入门门槛定义为纯电续航50公里以上，划入新能源汽车的范畴，可以上绿牌。通常插电混动车型均具备大容量动力电池，其电机功率也较高，纯电续航里程较长，有观点认为插电混动是比重度混动更大混合度的车型，这种观点混淆了分类方式，有一定的误导性。是不是插电混动车型只评判其是否具备外接充电功能，与混合度没有必然联系。

4 展望

新能源汽车时代已经到来，想要节能环保，又想避免续航里程的焦虑，混合动力汽车是当下的不二之选。在《节能与新能源汽车技术路线图2.0》指导下，国内车企加速市场布局，2021年以来，国产混动车型如雨后春笋般涌现，开始形成百家争鸣的局面，在销量上也交出了不错的答卷。据中汽协数据显示，2022年2月份纯电动汽车产销分别完成28.5万辆和25.8万辆，同比分别增长1.7倍和1.6倍；插电式混合动力汽车产销分别完成8.3万辆和7.5万辆，同比分别增长4.1倍和3.4倍[5]。值得注意的是，插电式混合动力汽车产销同比增长幅度已连续4个月超过纯电动汽车。

无论从技术表现还是从销量数据的来看，目前串并联式双电机PHEV混动技术有可能成为行业最具发展潜力的技术方案。但混合动力的技术种类多样，当下已形成多条技术路线百家争鸣的局面。未来混动技术仍将在发动机热效率、电机技术、电池技术、动力耦合算法、传动效率、智能化等方面不断更新迭代，推动混动技术的全面发展。

科研项目：本文为汉中职业技术学院院级课题“校企双元合作教材《新能源汽车技术》开发研究”（课题编号HZZYJY2021192）相关研究成果。

参考文献：

[1]国务院办公厅. 新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）. [2020-10-20]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2020-11/02/content_5556716.htm.

[2]潘小勇，马道胜. 新能源技术[M].江西高校出版社：， 201911.347.

[3]李练.基于双转子电机的功率分流型混合动力系统能量管理策略[D].哈尔滨工业大学，2021.DOI：10.27061/d.cnki.ghgdu.2021.002579.

[4]邱先文.插电式混合动力汽车技术及研发状况分析[J].小型内燃机与车辆技术，2018，v.47;No.251（03）：85-91.

[5]姜智文.汽车产销同比“两连升”“插混”市场迎爆发期.中国经济网.2022年03月，[EB/OL]．https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1727235333609553773&wfr=spider&for=pc.