【導讀】新能源汽車作為汽車行業未來發展方向，全球各家車企都投入了巨資開發新能源汽車。而作為向純電動汽車過渡的混合動力汽車經過十多年的成長，其混合動力技術已經相當成熟，本期就以比亞迪唐DM、本田雅閣、豐田普銳斯、日產Note為例，簡單介紹一下比亞迪、本田、豐田和日產的混合動力技術路線。
1 混合動力的幾種類別
大家在瞭解混合動力汽車的時候，應該都聽過HEV、PHEV、REEV、FCV等專業詞彙，可能有的人對這些詞彙還不太瞭解，那麼我就先從這裡開始和大家聊一下混合動力的幾種類別。
1.1 混合動力汽車
混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，縮寫為HEV），顧名思義就是在傳統汽車的基礎上增加了一套電驅動系統，利用發動機和電機進行混合驅動，減小燃油消耗，提高燃油經濟性，降低排放。
混合動力汽車（HEV）能源動力示意圖
HEV車型的電池容量很小，沒有車載充電機不支持外接充電，電池的能量主要通過行駛過程中的能量回收和發動機帶動發電機發電來進行充電，車輛的動力還是以發動機為主，不存在里程焦慮，不用改變現有的汽車使用習慣。
HEV車型的電機功率不大，主要在起步和加速等場景提供額外動力，充分發揮電機的扭矩優勢，使得整體效率得到很大提升，顯著降低油耗。
目前，在國內市場主要以豐田系和本田系的HEV車型為主，例如豐田凱美瑞雙擎、本田雅閣混動等。
1.2 插電式混合動力汽車
插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric vehicle，縮寫為PHEV）集成了電驅動系統和發動機系統兩套完整的動力系統，既能夠獨立的驅動車輛行駛，也能夠共同驅動車輛行駛。
插電式混合動力（PHEV）能源動力示意圖
和HEV相比，PHEV車型的動力電池容量更大，具備較長距離的純電行駛能力，通常純電續航里程在50km以上。並且，提供了外接充電接口和車載充電機，支持交流充電和直流充電兩種充電方式，電池的能量主要通過外接充電的方式進行充電。
PHEV車型提供了多種驅動模式，比如純電模式、燃油模式、混動模式，用戶可以根據用車場景合理選擇。系統也會根據電池電量的使用情況，控制發動機及時介入。電量充足時，可以純電行駛，電量不足或充電不便時可以混動行駛。
但是PHEV車型由於具有兩套完整的動力系統，結構複雜，車重大，成本高。
目前，國內市場的PHEV車型主要以國產車為主，日系、德系和美系也有車型引進，例如：比亞迪唐DM、長安CS75PHEV、豐田卡羅拉雙擎E+、寶馬X1新能源等。
1.3 增程式混合動力汽車
增程式混合動力汽車（Range-Extended Electric Vehicles，縮寫為REEV）集成了電驅動系統和發動機系統，車輛僅由電機驅動行駛，發動機不直接參與驅動。當電池電量不足時，發動機啟動帶動發電機發電，為電機驅動提供能量。
增程式混合動力（REEV）能源動力示意圖
由於發動機僅帶動發電機發電，因此增程式混合動力系統結構比較簡單，發動機的排量可以設計得比較小，並且控制發動機持續在最佳工況下運行，進一步降低油耗。
REEV車型全程都由電機驅動，繼承了純電動汽車優秀的動力性能，並且可以通過發動機發電，同樣沒有里程焦慮。
另外，REEV車型的電池既可以設計得比較小，減輕重量，降低成本；也可以設計得比較大，提供長距離的純電續航里程，支持外接充電。
但是，REEV車型的缺點也比較明顯。由於發動機不直接參與驅動，電機在高轉速區間的性能下降，導致高速行駛時整體效率低，油耗高。
目前，國內市場的REEV車型主要有寶馬i3、理想ONE等。
1.4 燃料電池汽車
燃料電池汽車（Fuel cell vehicle，縮寫為FCV）也屬於電動汽車，通過車載燃料電池裝置將氫氣進行電化學反應產生電能，帶動電機工作從而驅動車輛行駛。
燃料電池汽車（FCV）能源動力示意圖
燃料電池汽車不需要等上幾個小時充電，在加氫站幾分鐘就能給車輛加滿氫氣。並且，燃料電池電化學反應的產物主要是水，真正實現零排放。另外，燃料電池汽車還具有高效率、低噪音、低工作溫度、起動快等優點。
但是，加氫站的建設難度和危險性，以及車載燃料電池裝置高昂的成本限制了燃料電池汽車的發展，目前僅處於技術研究階段。
2 主流混動技術路線
2.1 比亞迪混動技術路線
比亞迪在發展混合動力汽車初期，為了規避豐田等企業的專利，選擇了一條相對比較獨特的技術路線。而比亞迪唐源自比亞迪“542”技術平臺，即百公里加速5秒內，電動4驅，百公里綜合油耗低於2L，我就以唐二代DM車型為例對比亞迪的混動路線進行解析。
唐二代DM車型採用了比亞迪第三代DM技術，該混合動力系統主要由發動機、6擋DCT變速箱、BSG電機、前驅電機、後驅電機和電池組成，能夠實現多種驅動模式。而BSG電機的加入使得發動機的啟動更快、更平順，同時還承擔起了發電的功能。
比亞迪唐二代DM動力系統框圖
唐二代DM有如下幾種工作模式：
（1） 純電模式
在純電模式下，發動機和BSG電機都不工作，電池放電給驅動電機使用，由驅動電機驅動車輛行駛，可以滿足起步、倒車、加速、勻速等各種工況行駛。
（2） 混動模式
駕駛員從純電模式切換到混動模式後，車輛由發動機和驅動電機共同驅動，實現最佳動力性。
（3） 燃油模式
當電池電量不足或檢測到電驅動系統發生嚴重故障時，車輛進入純燃油模式，此時發動機單獨驅動車輛行駛。
（4） 原地發電模式
當電池電量過低（SOC低於10%）時，若車輛停下來並保持在READY狀態，發動機不會馬上停機，而是帶動BSG電機進行發電，直到電池SOC達到15%才會停機。
（5） 行車發電模式
當電池電量不足且車輛低速行駛時，直接讓發動機工作在最經濟轉速區，帶動BSG電機發電，由驅動電機驅動車輛行駛。此時類似於增程模式，多餘的電能會充進電池包。
（6） 能量回收模式
車輛減速或剎車時，驅動電機轉變成發電機發電，回收車輛動能。
2.2 本田i-MMD混動技術路線
本田i-MMD混合動力系統大約在2010年左右亮相，目前已經發展到了第三代，我以本田雅閣混動版車型為例對本田第三代i-MMD混合動力系統進行解析。
本田第三代i-MMD混合動力系統主要由發動機、發電機、驅動電機、動力電池和ECVT構成，其中ECVT是指通過齒軸結構將發動機、發電機和驅動電機連接起來的結構，不是指CVT變速器。
本田i-MMD系統的本質是從串聯混動演變而來，通過ECVT在輸出軸進行扭矩耦合，實現高速時發動機直驅介入。在本田i-MMD系統中，電機佔據的比重更高作用也更大，可以使發動機始終保持在最佳轉速區間運行，獲得良好的油耗表現。曾經，豐田也發文稱讚i-MMD系統的高效率和低油耗。
本田雅閣i-MMD動力系統框圖
本田i-MMD混合動力系統有以下幾種工作模式：
（1） 純電驅動模式
在起步和低速行駛，且電量充足時，進入純電驅動模式，車輛僅依靠電機驅動，發動機不工作，離合器斷開，能量全部來源於動力電池。
（2） 混合驅動模式
在加速或電量不足時，進入混合驅動模式，車輛根據行駛狀況合理控制發動機啟停，發動機啟動後並不直接參與驅動，而是帶動發電機發電給電機供電，使車輛獲得更好的加速性能。該模式下，始終維持發動機在最佳轉速區間下運行，多餘的電量也會充進電池以維持電量平衡。
本田i-MMD系統的混合驅動模式是標準的串聯模式，和增程式混合動力汽車一樣，發動機不直接參與驅動。
（3） 發動機驅動模式
在高速巡航時，由於電機在高速時效率下降，此時控制離合器結合，發動機直接介接入驅動車輛。需要急加速時，電機也會輸出額外動力輔助車輛加速。
在所有模式下，車輛減速或剎車時，電機都會進入發電狀態回收動能為電池充電。
2.3 豐田THS混動技術路線
1997年12月，第一代普銳斯下線。隨著普銳斯的推出，豐田油電混合動力系統THS首次出現在世人面前，到目前為止THS系統已經發展到了第四代。
THS系統主要由發動機、MG1發電機、MG2電機和行星齒輪組構成，結構簡單、控制靈活。MG1連接太陽輪，主要作用是發電、啟動發動機和協調MG2和發動機轉速，能夠實現正反轉。MG2連接齒圈和車輪，主要作用是驅動車輛行駛和回收能量，正轉車輛前進，反轉車輛倒車。發動機連接行星架，只能正轉。THS系統的動力通過齒圈上的齒輪傳遞到減速器，再傳遞到車輪上。
THS系統從設計之初就是考慮以發動機為主，電機為輔，因此THS系統中發動機佔據的比重更大，而電機主要是輔助加速、輔助起步、輔助發動機運行在經濟區從而降低油耗。
豐田THS動力系統框圖
豐田THS系統的幾種工況如下：
（1） 啟動發動機
車輛靜止時，與車輪相連的齒圈不動，系統控制發電機開始轉動，與發電機相連的太陽輪也正向轉動從而帶動行星架轉動，與行星架相連的發動機也開始正向轉動，最終實現發動機啟動。
（2） 駐車時為電池充電
車輛靜止時，電池電量低，則與車輪相連的齒圈不動，發動機啟動後驅動行星架，帶動太陽輪使發電機正向轉動，此時發電機輸出負扭矩進行發電為電池充電。
（3） 起步或低速行駛
起步或低速行駛時，系統控制電機正向轉動，並通過減速齒輪驅動車輛行駛，避免了發動機在低速時的低效率問題。此時，電機帶動齒圈旋轉，由於發動機處於停機狀態行星架固定不動，於是太陽輪帶動發電機反向空轉。
（4） 高速行駛
高速行駛時，由發動機提供動力，發電機不動。如果出現電池電量低，發電機也可以介入發電，此時發動機動力分為兩部分，一部分用於驅動車輛行駛，一部分用於帶動發電機發電。
（5） 加速或上坡行駛
加速或上坡行駛時，車輛需求動力較大，此時發電機正向旋轉調整發動機進入最大扭矩轉速推動車輛加速，並且電機以最大功率推動車輛加速。整個加速過程，發電機、電機和發動機共同輸出扭矩。
（6） 制動回收
車輛減速或剎車時，發動機關閉，電機進入進行制動能量回收。
（7） 倒車
倒車時，發動機關閉，電機反轉帶動車輛倒車，此時發電機正向空轉。
需要注意的是，為了避免發動機、發電機和電機轉速過高，對發電機和電機都設置有最高轉速保護，造成THS系統的最高車速受到限制。
2.4 日產e-Power混動技術路線
搭載e-Power動力總成的日產Note上市後僅用四個月時間就把普銳斯拉下神壇，奪得日本汽車銷量No.1。在日本JC08測試標準下的油耗水平更是達到了2.67L/100km，堪稱超級省油。
日產e-Power動力總成屬於典型的增程式混合動力結構，整合了發動機、發電機、驅動電機和動力電池。其中，動力電池電量僅1.47kWh，不需要外接充電；發動機在所有工況下都不參與驅動車輛行駛，僅帶動發電機發電，因此可以始終維持發動機高效運行，獲得非常好的燃油經濟性和更低排放。
並且，為了使發動機獲得更好的熱效率，針對發動機進行了如下技術升級：
- 提高發動機壓縮比；
- 採用米勒循環；
- 增加冷卻EGR系統，提高熱效率；
- 改進燃油噴射系統，提高霧化效果；
- 採用電動水泵代替機械水泵，降低發動機損耗，提高熱管理性能；
- 採用鏡面塗層技術，降低缸壁摩擦損失。
日產e-Power系統所有工況都由電機驅動，受發動機限制較小，在起步和超車過程中都能獲得線性平穩的加速感。驅動系統和發電系統完全獨立，發動機始終維持經濟區運行，能夠兼顧駕駛性和燃油經濟性，並且減速時還可以利用電機回收能量。
日產e-Power動力系統框圖
日產e-Power系統有如下幾種工作模式：
（1） 起步
起步時，僅由電池為驅動電機供電，驅動車輛行駛。
（2） 巡航
系統根據電池電量控制發動機啟動，發動機啟動後帶動發電機發電，為驅動電機提供電力，多餘的電量也會充進電池以維持電量平衡。
（3） 加速或爬坡
加速或爬坡時，發動機和電池共同為驅動電機提供電力，以獲得更好的動力和加速感受。
（4） 減速
鬆開油門或踩下剎車時，驅動電機進行能量回收為電池充電。
結語
本期對HEV、PHEV、REEV和FCV這些專業名詞簡單介紹了一番，也對比亞迪、豐田、本田和日產的混合動力技術路線進行了簡單的解析，我希望通過我這篇文章能夠讓大家對混合動力汽車有一定了解，在購買混合動力汽車後能夠更好的使用它。
目前，我們正處在汽車能源變革的時代，通過技術迭代和更新，新能源汽車的成本在逐漸降低，安全性在逐漸提高，而沒有充電焦慮和里程焦慮的混合動力汽車在未來一段時間內將會是最好的選擇。
參考文獻
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