插電式混合動力技術(shù)剖析

1、插電式混合動力技術(shù)剖析插電混動車型PHEV是英語Plug in hybrid electric VehiCIe的縮寫,意思是插 電式混合動力汽車。它是介于純電動車與燃油車兩者之間的一種車 ：電池容量比 較大,有較長的純電續(xù)航里程；有充電接口，一般需要專用的供電樁進(jìn)行供電，在電 能充足時(shí)候，采用電動機(jī)驅(qū)動車輛，電能不足時(shí)，發(fā)動機(jī)發(fā)電給動力電池。這種車型 可以不用加油，當(dāng)做純電動車使用，具有電動車的優(yōu)點(diǎn)。下面介紹PHEV的6種主流構(gòu)型：1串聯(lián)串聯(lián)式混動就是只靠電機(jī)為車輛提供驅(qū)動力，發(fā)動機(jī)只負(fù)責(zé)給發(fā)電機(jī)機(jī)械能 不直接參與對車輪的輸出工作，然后靠發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能為車輛的電池組進(jìn)行充 電,或者把電池輸出

2、的電結(jié)合起來，為驅(qū)動電機(jī)供電。由于有發(fā)動機(jī)能為電池充電，所以這種混動模式主要是為了延長純電動汽車 的行駛里程，也就是所謂的增程式電動汽車。關(guān)于增程式電動汽車的定義是有爭議的：插混通常把增程認(rèn)為是自己的一部 分,但是增程一般不認(rèn)為自己屬于插混。精選串聯(lián)式混動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)串聯(lián)式混合動力工作模式：啟動和低速行駛時(shí)：發(fā)動機(jī)不啟動，電池組供電、電機(jī)驅(qū)動車輛行駛。正常模式行駛時(shí)：發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)為動力控制單元輸送電力，動力控制單元 分配電力為電池組充電，同時(shí)電池組提供電力給動力控制單元，再由動力控制單元 為電動機(jī)提供電力，從而驅(qū)動車輪。加速行駛:發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)同時(shí)和電池組向動力控制單元輸送電力，動力控制

3、單元將電力耦合后共同傳送給電動機(jī)，從而帶動車輪轉(zhuǎn)動。制動、減速時(shí)：制動能量回收動能，電動機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)為電池組充電。所以真正驅(qū)動車輪運(yùn)動的是電動機(jī)。不過用發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能效率 實(shí)在不高，幾乎沒有廠家在市場上大力推廣這種結(jié)構(gòu)，更多的時(shí)作為一種技術(shù)驗(yàn) 證。比如雪弗萊沃藍(lán)達(dá)、寶馬i3、傳祺GA5,真正實(shí)現(xiàn)大批量銷售的不多。當(dāng)然,說發(fā)動機(jī)效率不高是相對于純電驅(qū)動，但是當(dāng)普通燃油發(fā)動機(jī)直接參與 驅(qū)動時(shí),受到運(yùn)行工況的影響，發(fā)動機(jī)大量時(shí)間運(yùn)行于低效區(qū)，基本上的平均效率 15%-20%;而串聯(lián)式混合動力車,由于發(fā)動機(jī)與車輛運(yùn)行機(jī)械上完全解耦，發(fā)動機(jī) 不受行駛工況影響，直接運(yùn)行于發(fā)動機(jī)高效區(qū)，通過發(fā)電

4、機(jī)發(fā)電給驅(qū)動電機(jī)提供電 能或者給動力電池充電,平均效率可達(dá)到30%-36%,從技術(shù)層面來講,相對于燃油 車是節(jié)能的。當(dāng)電池組電量充足時(shí)采用純電動模式行駛，而當(dāng)電量不足時(shí)，車內(nèi)發(fā)動機(jī)啟動 帶動發(fā)電機(jī)為動力電池充電，提供電動機(jī)運(yùn)行的電力（即增程模式）。它的特點(diǎn)是無論什么情況下，都不能由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動車輪行駛，僅能通過 電動機(jī)驅(qū)動。但它也能夠像插電式混合動力汽車一樣，通過外接電源進(jìn)行充電。這種PHEV的純電續(xù)航里程比較長，一般可達(dá)100公里以上，最高可達(dá)300 公里左右。由于電機(jī)的低轉(zhuǎn)高扭特性也使得車輛的起步和加速性能也較好，發(fā)動機(jī)只要工作就是在最經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)速區(qū)間，所以綜合百公里油耗也比普通的汽油機(jī)

5、低。優(yōu)點(diǎn)：串聯(lián)結(jié)構(gòu)最簡單，整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于純電動汽車加汽油發(fā)電機(jī)，由于取消了普通 汽車的變速箱,所以結(jié)構(gòu)布置也更加靈活。發(fā)動機(jī)與汽車驅(qū)動輪無鋼性連接，而是電連接，因此可以保證發(fā)動機(jī)保持在其 最佳效率區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)省油耗。串聯(lián)混動系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和驅(qū)動輪之間實(shí)現(xiàn)了完全的機(jī)械解耦（即將發(fā)動機(jī)模塊與驅(qū)動輪模塊相割分開）,使得動力總成的控制策略更簡單。缺點(diǎn)：串聯(lián)結(jié)構(gòu)混合動力車型的發(fā)動機(jī)動能需要經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換才能為電動機(jī)供電 , 會造成較大的能量損失，傳送效率略低。因?yàn)榘l(fā)動機(jī)不參與輸出，所以發(fā)電機(jī)的的功率較大，車輛又主要由電動機(jī)驅(qū)動 所以大電機(jī)與電動機(jī)的質(zhì)量會增加，車輛會增重。2發(fā)動機(jī)組合（并聯(lián)、P1構(gòu)型）

6、P1大多都是48V系統(tǒng),僅僅是減少油耗，大多是BSG系統(tǒng),偶爾高大上的，搞個(gè)超級電容。系統(tǒng)更改簡單，發(fā)動機(jī)改造方便。Hybrid ArChiteCtUre POSltiOring:PD BCR dri*Qn Strtr Gcncrfltor(SSG) fM 址 Crnkhft rpownd E- EXhtrK (CG)P2 = E-MaChir½ 5 IhC 9Aar iprtPJ = E<Machino Cn tho gear OUtPUtP4 AxteOhve 一L P0-P4構(gòu)型發(fā)動機(jī)和電動/發(fā)電機(jī)的動力在發(fā)動機(jī)輸出軸上進(jìn)行組合，然后通過由離合 器、變速器、驅(qū)動橋和半軸組

7、成的傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)帶動車輪行駛，稱為發(fā)動機(jī)軸動力組合式PHEV。簡單地說：電機(jī)在發(fā)動機(jī)曲軸后端。由于電機(jī)與發(fā)動機(jī)采用了剛性連接，所以P1級可以實(shí)現(xiàn)動力輔助：在駕駛員 踩下油門踏板后，ECU會控制ISG電機(jī)立刻補(bǔ)充動力（這就是并聯(lián)）,以此讓汽車保 持動力輸出與節(jié)油性的高度平衡。采用P1構(gòu)型的奔馳S400在不同程度的制動過程中，ISG電機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)制動能量的回收和儲 存,在下長坡時(shí)它還會根據(jù)具體車速施加輔助制動力矩 ，以此提升安全性。P1混動因?yàn)殡姍C(jī)直接套在曲軸上，二者轉(zhuǎn)速必須相等，而不像通過皮帶連接 的PO布局有一個(gè)傳動比，因此電機(jī)需要有比較大的扭矩、比較大的體積，同時(shí)還 需要做得比較薄從

8、而能放到原來飛輪的位置，成本較高。 P1構(gòu)型的電機(jī)安裝在曲軸末端電機(jī)扭矩比較低，一般是48V弱混系統(tǒng)用。此種構(gòu)型不適合電機(jī)、電池更大 的強(qiáng)混系統(tǒng)。只要電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)曲軸就必須旋轉(zhuǎn)，這樣電機(jī)沒辦法單獨(dú)驅(qū)動車 輪。在動能回收和滑行模式下，也因?yàn)楸仨殠忧S空轉(zhuǎn)而浪費(fèi)動能并增加噪音 和振動。P1系統(tǒng)并沒有純電行駛模式。目前P1級多為中混汽車為主，由于可靠性高而且成本較低，國內(nèi)公交車和自 主品牌多采用P1 O如果你對于排放沒有非常高的要求，但是又追求加速性能或者 較低售價(jià)，那你可以嘗試這一類型的混動車型。本田思域混動和InSight的第一代本田IMA混動,以及奔馳的S400混動,都 采用P1布局。3

9、變速箱組合（并聯(lián)、P2構(gòu)型）發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的動力在動力組合器（變速箱）上進(jìn)行組合，然后通過差 速器和半軸帶動車輪行駛。奧迪P2混動跟P1 一樣,P2也需要布置在發(fā)動機(jī)和變速箱中間，但因?yàn)椴槐叵馪1 一樣整 合在發(fā)動機(jī)外殼中，布置的形式更靈活不僅可以直接套在變速箱輸入軸上（這樣一般需要重新設(shè)計(jì)變速箱）,也可以通過皮帶與變速箱輸入軸連接，甚至也可 以使用減速齒輪（體積較大）。P2在純電動模式下可以和發(fā)動機(jī)斷開連接，因?yàn)殡姍C(jī)和發(fā)動機(jī)之間還有個(gè) 離合器，因此在純電動模式下發(fā)動機(jī)并不會被拖動,同時(shí)由于P2模式下，電機(jī)的后 面有變速箱，因此變速箱的所有擋位都可以被電機(jī)利用。vQ>g fi (OU

10、d i Cg 30 Litr turbocharged V6 dicl CfliEU JlId ft >pc<d utHtk tanmi»ivn大眾圖昂3.0升V6柴油機(jī)+8速自動變速器+P2構(gòu)型（雙離合器）P2是目前市面混動車型采用最多的模式：電機(jī)放在離合器后、變速箱前,通過 在發(fā)動機(jī)與變速箱之間插入兩個(gè)離合器和一套電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)混動P2和P1模式基本相同，唯一區(qū)別在于電動機(jī)和發(fā)動機(jī)之間有沒有離合器 ， 是不是可以切斷電動機(jī)的輔助驅(qū)動。因?yàn)楹桶l(fā)動機(jī)之間有離合器，因此電機(jī)可以單獨(dú)驅(qū)動車輪；在動能回收時(shí)也可 以切斷與發(fā)動機(jī)的連接。因?yàn)楹洼S之間可以有傳動比，因此不需要太大的扭矩

11、，可 以降低成本和電機(jī)的體積。采用P2模式的豐田卡羅拉雙擎在動力上發(fā)動機(jī)采用1.8L自然吸氣發(fā)動機(jī)+總功率53kw的電動機(jī),整臺車的最大扭矩349牛米。由于是采用混動系統(tǒng)，使得整臺車的使用成本降低，以至于小編我打網(wǎng)約車， 總是能打到這臺豐田卡羅拉雙擎。想開網(wǎng)約車的小伙伴們也可以買這臺車用來賺 錢,畢竟百公里油耗在4.5L左右。但P2也有劣勢,它只有在變速箱切換到空擋的時(shí)候，才能切斷與車輪的連接， 從而可以用于啟動發(fā)動機(jī)。但如果變速箱不能很快的切到空擋（基于行星齒輪的 AT可以）,就需要一個(gè)額外的啟動電機(jī)來滿足自動啟停系統(tǒng)頻繁快速啟停電機(jī)的 要求或者是一個(gè)在P1位置的中低壓啟動電機(jī)，或者是一個(gè)在

12、Po位置的48V以上的中高壓BSG電機(jī)。后者有兩個(gè)電機(jī)接了中高壓，因此一般也被稱為“P0P2 系統(tǒng)”是雙電機(jī)直連混動（串并聯(lián)）的一種。E-mctor H-SeParating ClUtChIntegratedStart-UP elementechatroc EleCtriCalOilPI寶馬P2系統(tǒng)寶馬汽車也不例外，也深度集成了變速器與P2模塊,與大眾類似，也采用了比 較深度集成的技術(shù)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理可知，P2是在發(fā)動機(jī)和變速箱中間硬生生的夾入了一個(gè)離合器和一個(gè)電機(jī)，這將會引入一個(gè)極其麻煩的問題：軸向尺寸的增加。主機(jī)廠的工程師都知道，有時(shí)最大的麻煩就是布置問題。為了解決這個(gè)硬件 上的問題，工程

13、師們也是蠻拼的，想出了好多點(diǎn)子：發(fā)動機(jī)減缸（四缸變?nèi)祝鬃?四缸）、殼體一體化設(shè)計(jì)方案、離合器進(jìn)一步縮入電機(jī)內(nèi)部，等等。P2構(gòu)型代表車型奧迪a3 e-Tron,大眾用自己的1.4TSl發(fā)動機(jī),搭載永磁同步 電機(jī)+6速DSG自動變速器，峰值功率可以達(dá)到150千瓦,而峰值扭矩可以飆升到 350牛米。4前后橋組合（并聯(lián)）英文:AXIe split hybrid驅(qū)動輪動力組合式PHEV的發(fā)動機(jī)通過離合器、變速器和驅(qū)動橋獨(dú)立驅(qū)動PHEV的后驅(qū)動輪（前輪）,驅(qū)動電動機(jī)通過減速器獨(dú)立地驅(qū)動 PHEV前驅(qū)動輪（后 輪）。簡單說就是內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動前輪，電動機(jī)驅(qū)動后輪在混合動力驅(qū)動模式時(shí)，發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電動機(jī)共同組

14、成4輪驅(qū)動模式驅(qū)動 PHEV的前驅(qū)動輪和后驅(qū)動輪。由于在發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電動機(jī)混合驅(qū)動時(shí)，發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的動力（牽引力）在驅(qū)動輪上組合，因此成為驅(qū)動輪動力組合式PHEV。當(dāng)然也前輪也可以改由電機(jī)驅(qū)動，這樣可以進(jìn)一步提高燃油機(jī)的工作效率：雙 電機(jī)分軸式構(gòu)型是將兩臺電動機(jī)分別放置在車輛的前橋以及后橋上。一般前驅(qū)動采用雙離合變速器和BSG（ISG）系統(tǒng),也就是目前流行的P0、P1或者P2結(jié)構(gòu)， 后橋安裝一個(gè)驅(qū)動電機(jī)。雙電機(jī)分軸式系統(tǒng)簡化了在單一車橋上進(jìn)行的動力分流工作。位于后橋的電 動機(jī)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)本身不存在機(jī)械結(jié)構(gòu)的硬連接。所以不需要通過行星齒輪的方式實(shí)現(xiàn)動力間的傳輸和切換。另外，內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)

15、分別為前后橋提供動力的 方式避免了兩套動力系統(tǒng)對同一驅(qū)動橋的動力耦合 ，極大的弱化了插電式混合動 力系統(tǒng)的復(fù)雜程度。AXb SPrItHybridc*e* 弭昭Y L2M-,HtK .< te ,.f > (tl dk,<)Q 険翻re<Mrw Briilurtf yft) ESPB BoSCH前后橋組合式混動比亞迪的第三代混動技術(shù)：通過在后輪配置輪邊電機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)單后輪扭矩 可調(diào),并不具備獨(dú)立的發(fā)電機(jī)。拿比亞迪唐來講，汽油機(jī)通過變速器傳遞動力至前 驅(qū)動輪的同時(shí),前置電動機(jī)也可通過電池組件獲取動力，而后置電動機(jī)則為后輪提 供專屬驅(qū)動力。純電動模式下為全時(shí)四驅(qū)，混動模式下

16、為適時(shí)四驅(qū)，唐無法實(shí)現(xiàn)邊充電邊使用 電動四驅(qū)，但是可以使發(fā)動機(jī)一邊充電一邊使后橋電機(jī)驅(qū)動車輛。而且唐的前后 橋各有一個(gè)伊頓差速鎖結(jié)合電子輔助系統(tǒng)。比亞迪唐在市場推廣主要亮點(diǎn)之一，百公里加速時(shí)間4.9秒。這是因?yàn)殡p電 機(jī)分軸式構(gòu)型最大的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了后橋的輔助驅(qū)動能力，繼而實(shí)現(xiàn)了全時(shí)四驅(qū)的驅(qū) 動形式。全時(shí)四驅(qū)的優(yōu)勢想必大家也都有所了解，簡單點(diǎn)說,全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)的加入 第一能夠改善車輛的循跡性，強(qiáng)化車輛的轉(zhuǎn)彎性能。AIl-WheeI function thanks to axte-spHt hybridTWO motors PrOVide four-wheel drive as StandardEIeG

17、trlG mcrtorInternaI-GQmbUStlaJI engine1The combination Of combustion f engine On thefrot a<l andelectric motor On tte rear axle permits fohr-weel drive.曜驅(qū)動視界混動四驅(qū)第二,全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)能夠改善車輛在低附著力路面情況下的車輛行駛穩(wěn)定性 強(qiáng)化車輛的安全性。第三，全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)能夠改善車輛的通過性，增強(qiáng)車輛的越野 能力。第四，全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)能夠改善車輛在極限路況下的動力響應(yīng) ，提升車輛的動 力性能。在雙電機(jī)分軸式構(gòu)型中，后橋上的驅(qū)動電機(jī)以及與之

18、匹配的減速器自身的重 量對于平衡車輛的前后質(zhì)心分配能夠有所助益，再加上位于車輛后方的電池組，采 用雙電機(jī)分軸驅(qū)動的插電式混合動力車輛可以擁有更加接近于50:50的前后配重比,繼而提升車輛的操控穩(wěn)定性表現(xiàn)。zirsfsAMietrn quattromv*rFErgO*iftB LBairtIAKrvAhugrQ4 Of fPw yrHDC.1U-Lehflr 0ft*AlWCl9tfWH*4HOlt - MCT< MfTftQCkdfltrw FnBfir j*p !*c, rjar j*k,1 吐刑 hcv HWIprjh>4 IfJunnC, HW-fi*奧迪的軸混相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)

19、動力的四驅(qū)系統(tǒng)車型，省去了傳動軸、前橋取力器和后橋動 力分配機(jī)構(gòu),同時(shí)電驅(qū)動后橋在動力的輸出上控制更加靈活，不受前橋動力的影 響。前后橋的連接為軟連接，沒有傳動軸，所以車身平臺不需要為傳動軸的通過流 出避讓的空間。與內(nèi)燃機(jī)匹配的變速箱不與后橋產(chǎn)生連接，所以就不需要分動裝置或取力裝 置。電動機(jī)與內(nèi)燃機(jī)不產(chǎn)生機(jī)械連接，所以前后橋的差速可以通過對電動機(jī)轉(zhuǎn)速 的控制來實(shí)現(xiàn),繼而實(shí)現(xiàn)了無中央差速器式的全時(shí)四驅(qū)。5變速箱組合（混聯(lián)、P1+P3）此有發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力總成，在發(fā)動機(jī)的輸出軸上 裝有一個(gè)電動/發(fā)電機(jī)，電動/發(fā)電機(jī)一般只用于快速起動發(fā)動機(jī)和發(fā)電。簡單來說,和P2構(gòu)型的區(qū)別就

20、是,在發(fā)動機(jī)曲軸上裝了一個(gè)小電機(jī)，在變速箱 后又裝了一個(gè)大電機(jī)?？梢怨ぷ髟诩冸婒?qū)動模式、混合動力驅(qū)動模式與發(fā)動機(jī)驅(qū) 動模式下。機(jī)a能的傳達(dá),電能的傳這發(fā)電常電機(jī)行鞭刖電機(jī):>j車輪IM本田的P1+P3構(gòu)型發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的動力在動力組合器上進(jìn)行組合，然后通過差速器和半軸帶動車輪行駛。由于發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的動力在動力組合器上進(jìn)行組合，稱為動力組合器組合式PSHEV。簡單講,就是P1+P3方案,中低車速采用純電驅(qū)動，發(fā)動機(jī)僅在高車速時(shí)直接 驅(qū)動車輛；適合A級以上車型、SUV等高速行駛工況較多的車型，綜合油耗 2L100km左右。發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)/起動機(jī)、電動機(jī)通過動力耦合裝置共同組成動 力

21、單元。EkKtriC AtI CandICtoflln2EARTH DAM5!ECHknj,C廬 lf4lne Cylinder 2.0L j HIgh-CIfiClCfcy 2rffl JTI Atksn GyCIE CnglrC LCVTlInteIIIgent MUtti Mode DrlVe本田的P1+P3構(gòu)型本田i-MMD是燃油增程車的一個(gè)變種，與通用Volt,甚至更早一點(diǎn)的比亞迪F3DM（2008年上市）的解決方案如出一轍。但本田i-MMD在細(xì)節(jié)方面更勝一籌。 增程式電動車顧名思義就是發(fā)動機(jī)不參與驅(qū)動，只帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。也偶有發(fā)動機(jī)參與驅(qū)動的，比如Volt、F3DM,但發(fā)動機(jī)驅(qū)動不

22、是常態(tài)，一般只 出現(xiàn)在急加速狀態(tài)。f1U-IGTXSChematic:f、Po,eMfG:MotorZGencratorX-XEeetr-FeTx:TranSUOn注:本田i-MMD急加速時(shí)的狀態(tài)與 Volt、F3DM不同。本田i-MMD在發(fā)動 機(jī)直連的時(shí)候是固定的齒比，打個(gè)比方說就是固定在6檔、8檔,沒有降檔的可能。急加速的時(shí)候，發(fā)動機(jī)經(jīng)由發(fā)電機(jī)輸出扭矩，與電動機(jī)共同驅(qū)動。也就是說， 高速再加速的時(shí)候，雅閣混動啟動的是電動機(jī)，而且是雙電機(jī)同時(shí)啟動，這個(gè)時(shí)候 的加速力遠(yuǎn)比發(fā)動機(jī)自身降檔加速更強(qiáng)悍。6前后橋組合（混聯(lián)、P1+P4）驅(qū)動輪動力組合式PSHEV有發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力 總成,在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，裝有一個(gè)電動/發(fā)電機(jī)，電動/發(fā)電機(jī)一般只用于快速起 動發(fā)動機(jī)和發(fā)電。發(fā)動機(jī)通過離合器、變速器和驅(qū)動橋獨(dú)立驅(qū)動 PSHEV的后驅(qū)動輪（前輪）, 驅(qū)動電動機(jī)通過