幾種常見混合動力驅(qū)動模式的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢分析

李勇

湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院 湖南省株洲市 412001

2020年，國務(wù)院印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出“到2025年，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右”[1]。2022年上半年，受國際形勢急劇變化等因素的影響，全球都出現(xiàn)了油價大幅上漲的情況，在油價飆升的背景下，新能源，包括純電和混動車型的銷量都大幅上升。僅在2022年4月，我國新能源汽車批發(fā)量為28萬輛，同比增長50.1%[2]。但隨著這個領(lǐng)域的競爭趨于白熱化，關(guān)于幾種常見的混合動力驅(qū)動模式的優(yōu)劣的爭論也趨于激烈。本文將立足于混動系統(tǒng)的基本概念，基于幾種市場上常見的混合動力驅(qū)動模式的結(jié)構(gòu)與原理進行探討與分析。

1 混動技術(shù)的基本概念和主要類型

混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)包括一個電驅(qū)動單元和一個發(fā)動機驅(qū)動單元。它的動力源采用兩種或兩種以上的儲能設(shè)備或能量轉(zhuǎn)換器作為動力源。簡單的說就是既有發(fā)動機又有電機。動力輸出的模式可以依據(jù)汽車行駛的負(fù)荷以及能源存儲的狀況進行調(diào)整。

從分類上講，混動汽車可以根據(jù)動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三大類型。其中串聯(lián)式混動主要由發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機等三大動力總成用串聯(lián)方式組成動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混動的發(fā)動機和驅(qū)動電機都是動力總成，兩大動力總成的功率可以互相疊加輸出，也可以單獨輸出。混聯(lián)式混動綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)而組成的電動汽車，能夠在這兩種動力模式之間隨意切換。

而按照充電方式，混動汽車可以分為插電混動和非插電混動，前者以比亞迪DM/DM-i和通用eMotion等為代表，能通過直接對蓄電池充電來補充電能，讓混動汽車能直接被當(dāng)成純電汽車來使用，遇上沒有充電設(shè)備或者缺點時再通過發(fā)動機供能及充電；后者則以豐田THS和本田i-MMD等為代表，僅能加油，但通過發(fā)動機充電和驅(qū)動能實現(xiàn)超長的續(xù)航和更低的油耗。

混動技術(shù)還可以根據(jù)系統(tǒng)混合的程度分為微混、輕混、中混和重混系統(tǒng)，其中微混和輕混的應(yīng)用范圍較小，因為電機提供的驅(qū)動非常有限。中混的電機最大功率和發(fā)動機最大功率比值范圍一般在15%-40%之間，同時當(dāng)汽車處于加速或者大負(fù)荷工況下時電機能輔助驅(qū)動車輪。重混的電機最大功率和發(fā)動機最大功率的比值高于40%，一般采用混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，電機和發(fā)動機均能單獨驅(qū)動汽車行駛。

圖示：從上至下：典型串聯(lián)式混動、典型并聯(lián)式混動、典型混聯(lián)式混動[3]

2 市場上的幾種常見的混動驅(qū)動模式及其優(yōu)劣簡析

因為新能源汽車屬于新興產(chǎn)業(yè)，相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)尚處于建設(shè)階段，而市場上混動汽車類型繁多，基本上個廠商都給自己的混動技術(shù)起了個名字，嚴(yán)格定義的混動技術(shù)分類反而較少被人提及，更多是“增程式電動”、“油電混動”、“插電混動”這種較為模糊的分類比較流行，公眾面對眼花繚亂的混動產(chǎn)品名稱不免產(chǎn)生諸多誤解。這里做詳細(xì)說明并簡析其優(yōu)劣。

①“增程式電動”：實際上是一種串聯(lián)式混動技術(shù)，發(fā)動機和電動機串聯(lián)在一條動力傳輸路徑上，車輛驅(qū)動力完全由驅(qū)動電機產(chǎn)生，發(fā)動機工作只為電池充電。從驅(qū)動的角度而言，確實相當(dāng)于一輛電動車，但有內(nèi)燃機用于充電“增程”，因此常被稱為“增程式電動”。理想ONE、問界M5等都屬于這類。近來某汽車品牌CEO就批評增程式電動為“落后技術(shù)”，主要是因為這種技術(shù)并不新鮮：早在1898年誕生的“洛納-保時捷”汽車就是采用這種串聯(lián)式的混動。增程式電動擁有和純電汽車相似的行駛質(zhì)感，電池電力充沛時讓發(fā)動機盡量處于最優(yōu)工作效率區(qū)間以獲得較低的油耗。但一旦進入虧電或者高速巡航的工況下，發(fā)動機強制進入高負(fù)荷狀態(tài)反而帶來了更高的油耗。面對這個問題，很多增程式車型采用了充電接口和較大電量的電池盡可能延長純電續(xù)航。但也是因為加入了大電池等結(jié)構(gòu)，它們的重量往往超過同尺寸的燃油車。

②“油電混動”：這里的所謂的油電混動并不是嚴(yán)格定義的“油電混合動力”。而是指的那些不能充電、僅能加油的混動模式，以豐田的THS和本田的i-MMD為代表。二者技術(shù)成熟、在售多年積攢了良好的評價。豐田THS在結(jié)構(gòu)上屬于混聯(lián)式混動。發(fā)動機、發(fā)電機、電機三部分通過一個行星齒輪機構(gòu)耦合在一起，發(fā)電機與太陽輪連接，發(fā)動機與行星架連接，電機與外齒圈連接并通過主減速器與輪端連接。在純電行駛工況下，靠電機驅(qū)動輪端。在混動模式下，三者同時工作，發(fā)動機輸出的扭矩通過行星齒輪組分流，一部分用于驅(qū)動車輪，一部分用于發(fā)電機發(fā)電，同時電機輸出扭矩協(xié)調(diào)輪端扭矩輸出。本田i-MMD則同樣屬于混聯(lián)，但i-MMD可以實現(xiàn)發(fā)動機直接驅(qū)動或者電機單獨驅(qū)動，發(fā)動機多數(shù)工況下只用于充電，在部分諸如高速巡航工況下通過離合器接合直接驅(qū)動車輪。二者都實現(xiàn)了遠(yuǎn)比同型號燃油車型更長的續(xù)航和低油耗，且都不需要充電，在充電樁稀少的時期優(yōu)勢明顯，但在油價高漲的當(dāng)下反而成了劣勢，并且因為政策原因不能上綠牌。

③“插電混動”：這里和前文所說的插電混動并不相同（很多增程式車型也符合插電混動的定義），它實際上指的是我們前面所說的中混和重混技術(shù)，能通過外接充電的同時也能給油箱加油，同時電機和發(fā)動機都能驅(qū)動汽車行駛。比亞迪的DM/DM-i、長城魏派的DHT、吉利“雷神”混動等都屬于這種類型。既不是增程式，也同時兼具充電和加油的混動技術(shù)，當(dāng)然這個分類并非嚴(yán)格定義下的插電混動。比亞迪近年來推出的DM-i采用大容量的刀片電池以及大功率的發(fā)電機和電動機，確保發(fā)動機一旦工作就始終處于最佳的轉(zhuǎn)速和負(fù)載下給驅(qū)動發(fā)電機電池充電，即使進入高速巡航時也能在高效區(qū)間并聯(lián)直驅(qū)，獲得了良好的燃油經(jīng)濟性。長城和吉利的DHT技術(shù)則屬于“混動變速器”，也是一種混聯(lián)技術(shù)，它將驅(qū)動電機和發(fā)動機-發(fā)電機組成的增程系統(tǒng)分別放在兩根輸入軸上，動力則通過帶變速機構(gòu)的第三軸即輸出軸輸送到輪端，從而保證發(fā)動機工作在高效區(qū)間。市場上被歸類到“插電混動”的這類混動技術(shù)即能用充電樁避免加油，又實現(xiàn)了將低油耗覆蓋到任何工況。但相應(yīng)的缺點則是結(jié)構(gòu)普遍復(fù)雜，可靠性還需要時間來考驗，同時售價也偏高。

3 三種常見混動驅(qū)動模式的主要優(yōu)勢與劣勢，見表1

表1 三種常見混動驅(qū)動模式的主要優(yōu)勢與劣勢

4 結(jié)語

目前市場上混動汽車處于生長期，各類型的混動汽車都能占據(jù)一定的份額。但消費市場總會趨于理性，現(xiàn)存的幾種混合動力驅(qū)動模式彼此之間的優(yōu)劣已經(jīng)較為明顯，未來的前景也可以預(yù)見。

增程式電動與生俱來的虧電狀態(tài)下發(fā)動機油耗大幅上升的缺陷，是無法根本解決的，目前的幾款熱銷的增程式電動車型，而且都不約而同的選擇了增設(shè)大電池和插電功能，試圖引導(dǎo)消費者通過盡可能給電池充電來回避虧電行駛這一惡劣工況，但大電池帶來的重量上升，又會進一步影響車輛的動力性。總體而言，增程式電動屬于當(dāng)下各類混動驅(qū)動模式里缺陷最明顯的，在未來的發(fā)展空間非常有限，預(yù)計以后只能靠進一步增大電池的電量以延長純電續(xù)航里程的方式來謀求繼續(xù)在市場上存在，最終相關(guān)廠商會拋棄這種模式。

而“油電混動”多年來積累了較好的口碑，但受制于綠牌政策和高油價，以及充電樁的日益普及，“無需充電”已經(jīng)愈發(fā)成為劣勢，在限牌的城市這類車型已無法成為首選。但考慮到現(xiàn)如今以兩田為代表的“油電混動”車型的油耗數(shù)據(jù)依然出色，售價也相對親民，在非限牌以及充電樁使用緊張的地區(qū)，這類車型相比燃油車型仍具有優(yōu)勢。從本田2021年在國內(nèi)推出插混車型來看，未來“油電混動”雖然很難像過去那樣風(fēng)頭旺盛，但仍將有不小的市場。預(yù)計相關(guān)廠商會聚焦于改進技術(shù)進一步降低油耗以增強競爭力。

而非增程式的插電混動，雖然驅(qū)動結(jié)構(gòu)各不相同，但基本上都實現(xiàn)了在任何工況下都擁有充足的動力的同時，保證發(fā)動機只要在工作時都處于高效而低油耗的狀態(tài)。同時給予客戶多種模式保證既可以純電行駛零油耗，也可以發(fā)動機低油耗直驅(qū)。這類混動模式基本上可以看做是目前新能源汽車的最優(yōu)解，避免了純電、增程式等模式的各類缺點。隨著混動汽車的普及，公眾越來越多的了解到混合動力的原理，缺點最少、優(yōu)勢最全面的插電混動會在不遠(yuǎn)的將來成為混動汽車的主流。