插电式混合动力汽车技术特点综述

张志强，张晓莉，熊禹，韦杰宏，伍健

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005）



插电式混合动力汽车技术特点综述

张志强，张晓莉，熊禹，韦杰宏，伍健

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005）

文章首先简述各种插电式混合动力汽车的技术路线特点。然后结合现有市场中插电式混合动力汽车相关参数和市场应用情况，总结出主流插电混合动力汽车技术路线为并联式。其次分析了插电式混合动力汽车纯电续航里程、综合油耗与电池包电能之间的关系，并分析了百公里加速时间与整车动力总和之间的关系，总结出满足开发和使用便利性所需电池包电能。最后针对不同并联式插电混合动力的结构特点，对比分析其可行性和优缺点。

插电式混合动力汽车；串联式；并联式；混联式

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.042

CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-120-04

概述

为改善和缓解能源问题和环境保护问题，全球范围内都在大力发展新能源汽车。并且很多国家都开展了新能源汽车的示范运营和推广实施。如我国分别在“十二五”和“十三五”规划中都将新能源汽车作为重点发展项目。

一般认为新能源汽车包括插电式混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等[1]。插电式混合动力汽车兼具传统燃油汽车和纯电动汽车的优点。在纯电动汽车和燃料电池汽车技术尚未成熟和充电等基础设施未普及之前，插电式混合动力汽车具备较好的节能减排优势，因此最早在日美等国开展了大量的研究和推广[2,3]。虽然我国相关插电式混合动力汽车产品起步较晚，但总体重视力度也是非常大的。为此本文对插电式混合动力汽车技术及相关特点进行总结和分析，以期对研究其技术路线特点和推动发展有一定的帮助作用。

1、插电式混合动力汽车分类

按照电机驱动功率占整车功率的比例（亦可称为混合度），一般可将混合动力汽车分成以下四种类型：（1）微度混合动力，混合度在 5%以内；（2）轻度混合动力，一般混合度在20%左右；（3）中度混合动力，混合度可达30%~40%；（4）重度混合动力，混合度达40%以上[4]。

上述四种混合动力汽车类型，随着混合度的增强，所需电机功率和电池包电能亦增大，节能减排的效果越好。

按照驱动系统结构的不同可以将混合动力分成以下三种类型：

1.1串联式插电式混合动力

串联式插电式混合动力，亦称为增程式。其技术特点如下图1所示，发动机不直接驱动汽车，需要先由发动机驱动发电机来发电，再供电动机来驱动汽车，能量传递链较长，总体效率不高。目前代表车型有宝马i3增程式和广汽传祺增程式。

图1　串联式PHEV示意图

1.2并联式插电式混合动力

并联式插电式混合动力示意如图2所示，该类型下发动机和电机均可驱动汽车，动力传动模式较多，动力性较好，结构简单，应用广泛。目前代表车型有比亚迪秦/唐、长安逸动PHEV、奇瑞艾瑞泽PHEV、宝马530Le、奔驰S500eL、奥迪Q7e-tron、索纳塔PHEV等等。

图2　并联式PHEV示意图

1.3混联式插电式混合动力

混联式插电式混合动力，又可称为动力分流式。如图 3所示，一般需要2台电机（一台发电机和一台电动机），同时需要一套用于动力分流的行星齿轮装置。该类型的结构和控制最为复杂[5,6]。目前只有非常少数的制造商具备生产和制造该类型产品能力，且存在一定的专利壁垒。代表车型有丰田普锐斯和三菱欧蓝德等等。

图3　混联式PHEV示意图

2、主流插电式混合动力技术路线分析和产品特性分析

2.1主流插电式混合动力技术路线分析

对目前国内外插电式混合动力车型进行技术参数汇总，如下表1所示。

按照串联、并联、混联式等三种混合动力方式进行车型数量汇总分析如下图 4所示。采用并联式的最多，共有 12款车型。而采用混联式和串联式的车型较少，分别为6款和3款。可知目前并联式是较为主流的技术路线，较多车企选择该技术路线来开发插电式混合动力汽车。

图4　混合动力方式数量汇总对比

2.2插电式混合动力车型产品特性分析

对插电式混合动力车型而言，比较关键的产品特性有：纯电续航里程、综合百公里油耗和动力性等等。

图5　不同混合动力方式的纯电续航里程对比

图5给出了三种混合动力类型下，各种插电式混合动力汽车的纯电续航里程与电池包电能的关系。尽管不同车型和不同技术路线下的电池包电能不同，但纯电续航里程基本与电池电量正相关。一般为达到国家针对插电式混合动力汽车补贴要求（即纯电续航里程需大于50km），插电式混合动力汽车的电能大多为12 kWh～14kWh。

表1　插电式混合动力车型技术参数汇总

三种混合方式下，综合百公里油耗和电池包电能的关系如图6所示。不同串联、并联和混联式插电混合动力汽车的综合百公里油耗与电池包电能负相关，即电池包电能越大，综合百公里油耗越低；为了更好地起到降低企业平均油耗目的，实现插电式混合动力车的综合百公里油耗低于2L，电池包电能一般大于10kWh。

图6　不同混合动力方式的百公里油耗对比

综合纯电续航里程和百公里油耗等混合动力汽车核心参数特点，为满足我国现行补贴要求和纯电使用便利性，相应车型所需具备的电池包电能至少要为 10kWh，一般多为12~14kWh。

本文以百公里加速时间来评价动力性，百公里加速时间越小，动力性越好。图7给出了不同类型插电式混动动力车型的百公里加速时间与整车动力总和的关系。在串联式插电混合动力汽车中，由于只有一台电机驱动，动力性较差，百公里加速时间基本大于7s；在并联式插电混合动力汽车中，同时具有发动机和电动机双动力源，动力总和较大，动力性较好；混联式插电混合动力汽车中，同样具有发动机和电动机双动力源，动力总和较大，动力性较好。

图7　不同混合动力方式的百公里加速时间对比

3、并联式插电混合动力技术分析和探讨

鉴于采用并联式的插电混合动力车型较多，一定程度上可视为目前主流混合动力类型。为此根据电机在发动机、离合器及变速箱的位置不同，将并联插电式混合动力细分为以下三种形式，并针对其可行性和优劣性进行探讨分析。

3.1P1并联方式

P1并联方式如图8所示，电机通过皮带及发动机侧的轮系相连，并位于发动机和变速箱之前。不同公司对 P1并联方式的叫法不同，如通用公司称之为“BAS”系统，博世公司称之为“BRS”系统。由于受限于电机布置空间，及皮带传递扭矩的限值，导致电机的功率和扭矩不能较大，为此混合度不高，驱动功能较弱，节油率较小。其优点是其布置较为便利，对原机改动不大，成本亦不高。

图8　P1并联方式

3.2P2并联方式

P2并联方式如图9所示，电机位于汽油机和变速箱之间，电机与发动机之间通过电控离合器相连，电机与变速箱也通过电控离合器相连。该方式可以实现联合驱动、纯发动机驱动、纯电驱动、行车发电（发动机带电机发电）、制动能量回收（发动机停，电机发电）、怠速发电等功能模式。这种方式下，为了减少动力总成的横向尺寸，电机一般为盘式电机，其最大功率有限，但相比P1并联方式，P2方式下的电机的功率较大，易于实现纯电行驶，节油率较高。但由于这种方式下需要二个离合器和一个电机，在发动机前舱的布置难度较大。P2并联方式常见车型如现代索纳塔、本田IMA、奔驰S500Le等等。

图9　P2并联方式

在 P2方式下，根据电机、电控离合器、变速箱之间集成关系的不同，有电机和电控离合器集成的 P2模块（变速箱为传统CVT、DCT或AT），如舍弗勒和采埃孚的相关模块；亦有将电机及离合器集成到变速箱的模块，如Jatco的CVT8、格特拉克的7HDT300、奔驰采用的7G-TRONIC Plus 7等。

3.3P3并联方式

P3并联方式如图10所示，电机布置在变速箱的上方，变速箱无法对电机进行变速调节，只有主减速器对电机进行变速调节。这种方式对传统动力总成（汽油机和变速箱等）改动较小，但是由于电机不能够得到变速箱的传动调节，只有主减速器的增扭降速调节，在车速较低时，电机的转速不高，运行效果较差。常见车型如比亚迪秦。

图10　P3并联方式

综合而言，P1方式下电机功率较小，混合度较低，节油率低，一般为弱混。P2方式可以达到较强的混合度，节油率高。采用这种方式的车型最多，是目前主流的并联方式。P3方式虽然可以达到较强的混合度，但是由于只有主减速器对电机进行增扭降速调节，电机效率较低，采用该方式的车型不多。

4、结论

(1) 结合串联、并联及混联式插电混合动力汽车特点及市场应用情况来分析，目前较主流的类型为并联式。

(2) 针对所有类型插电式混合动力车型，为满足我国现行补贴要求和纯电使用便利性，电池包电能至少要为10kWh。

(3) 由于并联式和混联式具备多个动力源，动力总和较大，整车动力性比串联式较好，百公里加速时间较少。

(4) P1并联式中电机功率扭矩较小，混合度较低；P2并联式对发动机前舱的集成度要求较高，混合度较高，降低综合油耗效果较好；P3并联式结构较P2简单，但总体效率相对较低，较少车型采用P3并联方式。

[1] 夏涛.新能源汽车发展概述[C].重庆汽车工程学会 2008年学术会议论文集,重庆，2008.

[2] 王峻宁.日本混合动力汽车产业发展概述[J].时代汽车,2014.(10): 17-18.

[3] 过学迅,张杰山,胡朝峰.日美混合动力汽车发展的比较研究[J].上海汽车, 2006.(3):7-10.

[4] 李玉茂. 混合动力车概述[J].汽车维修与保养,2013.(10):66-69.

[5] 蒋科军,何仁,束驰等. 混合动力汽车动力耦合技术综述[J]. 机械传动, 2015，Vol.39(4):175-181 .

[6] 杨东徽,李军. 浅析混合动力汽车控制策略[J].汽车工业研究,2015. (8):24-28.

A Review on technology's characteristics of plug-in HEV

Zhang Zhiqiang, Zhang Xiaoli, Xiong Yu, Wei Jiehong, Wu Jian
( Dongfeng Liuzhou motor Co. Ltd., Guangxi Liuzhou 545005 )

In this paper, first based on all types of plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) which are prevalent in the world, the characteristics of different PHEV are illustrated. Then the parameters and application in the markets of PHEV are summarized. It's analyzed that the most popular kinds of PHEV is parallel PHEV. The relationships for drive range of pure electric energy, comprehensive fuel consumption with battery's electric energy are illustrated. And the relationship for acceleration time from 0 to 100km/h with total vehicle power is analyzed. The necessary of battery's electric energy for developing and utilizing conveniently is illustrated. Finally, the parallel PHEV is classified by the specialty structure. And all kinds of parallel PHEV are compared with each other for the feasibility and advantage.

plug-in hybrid electric vehicle; series hybrid electric vehicle; parallel hybrid electric vehicle; seriesparallel hybrid electric vehicle

张志强，就职于东风柳州汽车有限公司。

U469

A

1671-7988 （2016）06-120-04