中国混合动力汽车动力总成技术进展

关键词： 混合动力汽车；混动专用变速器；混动专用发动机；动力总成

中图分类号： U 461.2 文献标识码： A DOI： 10.3969/j.issn.1674-8484.2024.03.001

目前，全球共有151个国家提出碳中和目标[1]，中国承诺将在2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和，通过节能减排应对气候变化已成为全球共识。世界交通领域碳排放占全球碳排放总量约20%，中国交通领域碳排放占全国碳排放总量约10% [2]，发展节能与新能源汽车是实现交通领域低碳化转型的重要抓手。

据中国节能与新能源汽车产业规划及补贴政策规定[3–5]，节能汽车以发动机为主要动力，综合油耗优于下一阶段目标值，包括节能内燃机汽车（internalcombustion engine vehicle，ICEV） 及油电混合动力汽车（hybrid electric vehicle，HEV）。新能源汽车采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动。目前中国新能源汽车以电驱动为主，包括纯电动汽车（batteryelectric vehicle，BEV）、插电式混合动力汽车（plug-inhybrid electric vehicle，PHEV）、增程式电动汽车（rangeextended electric vehicle，REEV）以及燃料电池汽车（fuelcell electric vehicle，FCEV）。HEV、PHEV 与REEV属于混合动力汽车，图 1展示了节能汽车、新能源汽车与混合动力汽车的分类与关联。HEV 动力总成系统包括发动机与电动机两套动力源，主要实现动力混合；REEV 动力总成包括增程器与动力电池两套能量源实现能量混合；PHEV 则介于二者之间，实现发动机驱动与电机驱动、增程发电与外接充电的灵活混合。

中国混合动力汽车的重点研发可追溯至2001年科技部发起的863 电动汽车重大专项，多年来围绕混合动力汽车出台的鼓励性政策主要涉及战略部署与产业扶持两方面（ 如图 2所示）。21世纪初出台的多项政策文件强调中国新能源汽车产业“三纵三横”的发展规划，混合动力汽车作为三纵之一是重要的战略方向。2008年起，中国政府推出针对节能与新能源汽车的购置补贴政策与示范运行工程，带动HEV与PHEV 的早期市场销量。2017年乘用车企业双积分管理政策发布，PHEV与REEV计入企业的新能源汽车积分，HEV 比ICEV油耗更低有助于企业满足趋严的油耗要求，进一步推动传统车企转型发展混合动力汽车。

在国家政策的持续推动下，2021年中国混合动力技术实现突破，长城、比亚迪、奇瑞等国内自主品牌车企陆续发布新一代具有代表性的自主研发混合动力系统，推出一批在世界范围内具有竞争力的混合动力乘用车产品，围绕消费者实际需求在成本、油耗、性能与排放间谋求平衡，开发出具有中国特色的多种混合动力技术，多样化的技术路线使混合动力汽车在不同细分市场具备竞争优势，促使混动车型市场销量实现爆发式增长。随着市场接受度的不断提升，混合动力汽车已成为中国乘用车市场带动传统能源车转型升级的关键，也是新能源车渗透率进一步增长的主要推动力，不仅有助于中国乘用车本土市场进一步扩大销量规模，朝动力系统多元化方向不断发展，同时也为中国车企在海外市场创造了新的出口机会。

2023年，中国汽车产销量突破3000万辆创历史新高，中国国内销售乘用车2192.3万辆[6]，是全球最大的乘用车市场；其中，混合动力汽车销量突破300万辆，同比增幅高达83% ；纯电动汽车销售507万辆，同比增长28%。混合动力汽车的增长势头强劲，正迅速逼近纯电动车的市场规模。近年来，BEV 销量增速放缓，主要因为充电设施建设滞后和动力电池技术瓶颈为消费者带来的补能焦虑[7]。相比之下，可外接充电的混合动力乘用车（ 含PHEV 和REEV） 能够在电动和燃油动力之间灵活切换，扬电动之长、补电动之短，使用成本低，无补能焦虑的同时具备电动化智驾体验，成为带动新能源车渗透率不断深化的新增长点。此外，近年来燃油价格持续处于高位，HEV不受地形、气候、基建水平限制，能够在全使用场景下减少油耗，凭借其节能优势获得市场与政策的青睐。据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》规划，2035年HEV 将完全取代ICEV实现传统能源车的技术升级，占汽车市场总销量的50% [8]。2023年各动力形式乘用车市场份额如图 3所示，BEV与PHEV 成为市场主流，HEV与REEV的市场份额也稳步上升。混合动力汽车成为中国乘用车市场的重要力量，随着混动技术市场接受度的不断提高，中国乘用车动力系统多元化趋势逐渐明晰。

中国是世界第一的汽车出口大国，如图4所示，2023年中国共向俄罗斯、墨西哥等国家出口汽车491万辆，其中传统燃油车370.7万辆，新能源车120.3万辆[6]。在新能源车出口中， 近半数BEV被出口到比利时、英国、西班牙等西欧国家。其余的电动汽车则大多销往发达国家如澳大利亚，以及实施新能源汽车激励政策的发展中国家，例如泰国和巴西。相比之下，基于内燃机动力的ICEV、 HEV和PHEV出口国家则更为分散，所覆盖的市场范围更广、受区域性政策调整影响的风险更小。

纵览全球乘用车市场，由于各国气候条件、油电差价和基础设施存在差异，2023年纯电动车在全球乘用车市场的占有率不足13% [10]，基于内燃机的乘用车动力形式仍为市场主流。由于纯电动车市占率不及预期，且大量车企在BEV 业务上面临巨额亏损，近期欧美多国纷纷放缓电动化进程，混合动力汽车成为政府推动节能减排、车企落实低碳化转型的技术重点。2023年欧盟放宽原定的2035年内燃机销售禁令，允许使用碳中性燃料的内燃机动力乘用车继续在欧盟市场销售[11]；2023年底德国政府取消电动汽车购买补贴[12] ；2024年美国环境保护署最新颁布的汽车排放标准中取消了BEV 的硬性占比要求，仅为车企设定整体减排目标，有利于车企利用混动技术实现节能减排[13]。混合动力乘用车通过节能技术提高燃油经济性并减少污染物排放，有潜力通过应用低碳/ 零碳燃料助力各国实现碳中和目标[14]，且对新建充电基础设施的依赖性较低，这使得混合动力汽车在国际市场上比纯电动车更易被接受，为中国汽车出口带来新的增长机遇。

得益于在传统内燃机动力领域多年来的技术积累和近5年来的突出进步，以及在电动化技术路线方面的先发优势，2021 年以来，中国自主品牌车企在混合动力技术方面厚积薄发，推出多样化的混合动力系统，在混动构型、混动专用变速器、混动专用发动机等动力总成核心技术领域，发展出一批具有中国特色、世界范围内领先的创新产品。本文围绕混动技术动力总成主流架构与核心部件展开，探讨国内外主流混动技术路线异同，剖析当下中国最前沿的混动技术特点与发展趋势。

1 混动汽车动力总成技术简介

1.1 混动汽车动力总成技术路线

混合动力汽车通过灵活多变的系统架构与混合比例实现发动机与电动机的优势互补，以适应市场不同细分领域的动力需求和消费特点，并由此发展出多样化的混合动力技术路线。

依据车辆驱动动力源或动力能量源的耦合形式不同，混合动力汽车可分为串联式、并联式与混联式3大类，其中混联式包含串并联式与功率分流式2类。串联式混合动力汽车完全由电机驱动，发动机仅带动发电机产生电能，不直接参与车辆驱动。增程式电动汽车是串联混动技术的插电式变种，在驱动动力源层面同样实现发动机、发电机与驱动电机的串联混动，在动力能量源层面则实现发动机发电与动力电池储电的并联混合供能。并联式混动汽车由发动机和电动机共同驱动或者各自单独驱动[4]。串并联式混合动力系统结合了串联与并联混动。功率分流式混动系统通过行星齿轮实现整车功率来源的分流与合流。

混合动力汽车可同时配备一个或多个电机，电机可被安排在动力传输链中的不同位置，处于不同位置的电机发挥不同作用，进而对动力传输与车辆特性产生不同影响。如图 5所示，依据位置不同，混动电机可分为P0、P1、P2、P2.5、P3、P4共6 类，数字越小则代表电机距离发动机越近[15]。P0、P1电机与发动机直连，通过控制发动机启停、回收制动能量降低能耗。此外，P0、P1电机可为车辆提供少量辅助驱动力，或依据动力电池的荷电状态作为发电机产生电能。P2 电机与发动机输出轴间设有一组离合器，离合器断开时电机与发动机解耦，此时P2 电机可单独驱动车辆实现纯电行驶。为减小动力系统轴向尺寸，中国车企将电机整合至变速器内部发展出P2.5 电机技术。P3 电机位于变速器输出轴上，与车轴直连，动力输出效率更高，但由于P3电机与发动机之间相隔变速器，因此P3 电机无法控制发动机启停或作为发电机使用，且P3 电机的动力输出无法经变速器调整转速及转矩。P4 电机独立于发动机输出轴，通常用于四驱车型以提高车辆的动力性能。在单电机混动系统中，单电机串联混动系统通常使用P0 或P1 电机；单电机并联混动系统通常使用P2电机，P2 电机既可作为发电电机发电，又可作为驱动电机单独或结合发动机共同驱动车辆。为进一步优化混动系统的驱动动力性与燃油经济性，发展出P1 + P3、P1 + P2、P2 + P4、P1 + P3 + P4 等多样化的多电机混动系统技术方案，实现了不同电机的优势互补。

混合度（degree of hybridization，DoH）是描述混合动力系统油电混合比例的重要量化指标。现有研究或从驱动动力源角度将并联及混联式混动系统混合度定义为电机输出功率占驱动系统最大总输出功率之比[16-17]，或从动力能量源角度将串联式混动系统混合度定义为动力电池向驱动电机供应能量与驱动电机最大总接收能量之比[18]。因所装备的动力电池容量较小，基于该种定义所计算得到的串联式HEV（ 以日产e-POWER 系统为代表） 混合度显著低于功率分流式HEV（ 以丰田THS 系统为代表），而串联式HEV 整车完全由电机驱动，油电混合比例明显高于功率分流式HEV，核算结果与实际情况存在矛盾。因此，由于未能采用统一的公式进行混合度核算，现有的混合度定义无法对各混动技术路线的油电混合比例展开定量准确的横向比较。为解决这一问题，本文综合考虑各混动系统差异化的混合原理与混动架构，将混合度定义为混动系统电机总功率与动力总成总功率之比，用以衡量混合动力系统动力总成的电气化程度。其中电机总功率是指系统中各电机功率的加和，动力总成总功率则是指系统中电机与发动机功率的总和。

混动汽车动力总成主流技术路线混合度如图 6 所示。以混合度为标准，混合动力汽车因油电混合比例不同可分为微混、轻混、中混与强混4 类。相比微混直接应用ICEV 中的12 V 蓄电池，轻混系统一般采用48 V电池，通过电机实现发动机启停控制、制动能量回收以及电机辅助驱动等功能。基于P2 单电机的并联式插电混动系统属于中混技术，发动机与电机都可单独驱动车辆。微混、轻混和中混式混动系统普遍采用单一电机搭配大功率发动机，变速器往往沿用ICEV 多挡变速器（6～9 挡），其中微混与轻混属于HEV 技术，中混则可用于PHEV 的开发上。强混系统混合度大于0.5，是目前中国及日本车企混动技术研发的主流方向。插电式强混系统可实现更高的动力总成电气化水平与油电混合度，增程式电动汽车普遍装备有2 个以上大功率电机以及1 个用于增程的小功率发动机，可实现接近0.9 的高混合度。得益于与电驱动技术的深度耦合，强混系统倾向于采用小功率发动机和简化的变速结构，即使是多挡强混系统，其变速器挡位通常也不超过4 挡。

1.2 混动汽车动力总成关键部件

混合动力汽车同时装备有发动机和电机实现动力混合或能量混合，动力总成关键部件包括发动机、电机、动力电池与变速器。

混合动力汽车中，发动机的最大特点在于与车轮的解耦，以及与电机的优势互补。ICEV 完全由发动机驱动，对发动机的动力输出强依赖，且起步、上坡、低速缓行等大量日常用车场景下，发动机被迫在部分负荷的低效区域工作。在混合动力系统中，车辆由发动机与电机共同驱动或仅由电机驱动，降低了对发动机动力性的要求。此外，低速工况下采用电机驱动效率更高，发动机在高速巡航等高效工况下介入直驱，其余时间则在发电机调节下稳定在高效区间参与驱动或增程发电，发动机运行工况由面工况收窄至线工况乃至点工况，提高了对发动机高效区的利用率。得益于与电机混合互补，混动发动机的设计目标聚焦于提升热效率，并可适度牺牲动力性能以达成更高的热效率目标，使Atkinson循环、稀薄燃烧等技术在发动机中的产业化应用成为可能，助力混动发动机热效率的不断优化。

电机在混动系统中实现发动机启停管理、发动机高效运行区调节、辅助驱动、整车驱动、增程发电、制动能量回收等功能。在单电机混动系统中，电机往往兼具多功能；多电机混动系统中，各电机功能则更加专门化。可用于混动汽车的电机类型包括永磁同步电机、感应异步电机、开关磁阻电机等。其中，永磁同步电机因高转矩密度、高效率、高可靠性等优势被广泛采用[19]，特别是扁线绕组永磁同步电机近年来在混动系统中的装车占比不断提升[20]。因具有成本低、控制简单、低速大转矩等优势，感应异步电机在混动系统中的应用关注度不减。

混动汽车对动力电池的要求与BEV 有显著差异。HEV 动力电池主要用于加速助力和制动能量回收环节，需经频繁的充放电循环，更加关注电池的瞬时功率释放、脉冲循环寿命等性能。与之相对，BEV 动力电池的核心目标在于提升续航里程，因此更加注重电池的能量密度。动力电池依据性能特点可分为能量型电池与功率型电池2 类。能量型电池能量密度更高，功率型电池则能够在短时间内提供高功率输出，充放电速率快[21]。基于不同技术路线乘用车对于动力电池性能的差异化需求，HEV 倾向于采用低容量的功率型电池，BEV 则多选用能量型电池。PHEV 对动力电池的选择介于HEV 和BEV 之间，综合考量电池的能量密度与功率密度。REEV 电池容量较大，通常与BEV一样采用高能量密度电芯作为动力电池。

目前混合动力乘用车采用的变速器可以分为单速减速器、拓展式混合动力变速器（add-on hybridtransmission，AHT） 和混合动力专用变速器（dedicatedhybrid transmission，DHT） [22]3类。单速减速器的核心为一组固定齿比的齿轮对，齿轮输入轴与电机转子相连，输出轴连至车轮驱动车辆，结构简单、传动直接，目前普遍用于增程式电动汽车。AHT 在DCT、AT 等传统多挡变速器基础上增加电机与离合器，主要用于欧洲P2 并联混动技术。DHT 根据发动机和电机功率、转矩等动力特性，将电机集成在变速器内，实现变速器、发动机与电机的深度耦合，是目前中国及日本车企开发混动变速器的主流方案。依据混合动力模式切换不同，DHT 可分为功率分流式混动专用变速器（power-splitDHT，PS-DHT） 和多模式混动专用变速器（multi-modetransmission DHT，MMT-DHT） 2 类[23]。PS-DHT 采用行星齿轮耦合发动机和电机动力，通过转矩平衡实现整车驱动模式的无缝切换[24]。MMT-DHT 采用平行轴定轴齿轮组或行星齿轮排实现发动机与电机的动力耦合，通过离合器等换挡换模机构控制车辆在纯电驱动、并联混动、发动机直驱等运行模式间切换。

2 国际主流的混动汽车动力总成技术

回顾混合动力汽车的诞生史，1900年，保时捷创始人费迪南德· 保时捷推出了首款混合动力车型SemperVivus [25]。该车采用串联式混动架构，2台发动机带动发电机分别为轮毂电机和铅酸电池供电，有效改善了电驱汽车的续航里程，但最高车速仅为35 km / h [26]，且对比同时代的福特T 型车没有成本优势。因此，尽管Semper Vivus 的推出在技术上具有创新意义，但并未促成混合动力技术的广泛应用。

20世纪下半叶，石油危机的出现对汽车燃油经济性的提高提出迫切要求，制动能量回收、电机辅助驱动等混动节油技术受到关注。在发动机方面，1882 年发明的Atkinson 循环发动机及1947年发明的Miller 循环发动机都通过复杂机构使膨胀比大于压缩比，与Otto循环发动机相比热效率显著提高。然而，由于其机构复杂、紧凑性较差且升功率较低，这些技术在发明之初并未获得推广应用。进入20 世纪80 年代，随着发动机电子控制技术的进步，可变气门技术的发展简化了Atkinson/Miller 发动机的气门控制结构，使Atkinson/Miller 循环可在传统Otto 循环发动机上实现。此外，与增压器的配合使用进一步提高了发动机的空间紧凑性。尽管经过改进的Atkinson/Miller 发动机升功率方面有一些妥协，但用于混合动力系统中，可通过电机补偿车辆的动力性能，充分利用其热效率高、节能性好的优点，进一步提升车辆的燃油经济性[27-28]。

在混合动力核心技术实现突破之后，1997年，首款量产混动车型丰田普锐斯（Prius）问世，为现代混合动力汽车的发展拉开序幕。日本作为岛国资源匮乏，为降低石油依赖度，日本将提升燃油经济性确定为汽车产业发展的核心战略。在国家政策推动下，日本车企丰田、本田和日产先后在功率分流、串并联以及串联混动领域开发出极具竞争力的混合动力技术与产品，确立了日本在混合动力汽车领域的全球领先地位。

受欧洲环保政策对纯电动车的偏好以及企业对纯燃油车的路径依赖，欧洲车企混合动力技术发展较晚，但仍凭借其扎实的技术储备依据欧洲市场用车特点开发出极具特色的以发动机为主的混动技术，包括以大众、奥迪、宝马、保时捷为代表车企的欧洲48 V 轻混技术以及P2单电机并联混动技术。此外，美国通用公司通过双行星齿轮实现双模式功率分流的VOLTEC 混动技术也极具特色。目前国际主流的混动汽车动力系统框架和总成技术如表 1所示。

2.1 串联混动：日产e-POWER

日产e-POWER 混动系统最早发布于2007年，2016年推出第2 代e-POWER技术搭载于NOTE车型，2021年搭载于轩逸车型进入中国市场。日产e-POWER属于串联混动技术，动力总成主要包括发动机、发电机、齿轮箱、驱动电机与动力电池，具有结构紧凑、能耗较低的特点。

日产e-POWER 混动系统动力总成硬件结构如图7所示。其中发动机与发电机通过增速齿轮相连，优化发动机与发电机高效区匹配，提高油电转换率与整车燃油经济性的同时，通过齿轮组放大发动机的输出转速以增加发电功率，并降低对发电机的功率要求，减小发电机的空间尺寸与硬件成本。发动机带动发电机产生的电能经逆变器分配，一部分用于动力电池充电，另一部分直接输入至驱动电机，后经单速减速器调整驱动车轮。日产e-POWER采用约1.5 kWh的小容量功率型锂离子动力电池，可实现持续大功率输出的同时尺寸较小。单速减速器与发电增速齿轮集成于齿轮箱中，进一步优化e-POWER混动系统动力总成的空间紧凑性。

在e-POWER混动系统中，发动机仅带动发电电机发电，不直接驱动车轮，因此围绕发动机的优化技术旨在提升其在增程工况下的热效率。e-POWER 混动系统所用发动机由热效率38% 应用于ICEV 的同款发动机改进而来，通过应用强滚流比和长火弧高能点火技术并减少泵气损失，将发动机最高有效热效率提升至43%。搭载该款e-POWER 专用发动机的混动版轩逸车型WLTC 综合油耗仅为3.73 L / （100 km），相比ICEV版本油耗下降37% [30]。通过应用稀薄燃烧、废热回收等技术，未来e-POWER 混动专用发动机最高热效率有望达到50%，进一步提升混动系统的燃油经济性[31]。

2.2 并联混动：欧洲车企48 V 轻混与P2单电机混动系统

48 V轻混技术在ICEV 动力总成基础上增加皮带驱动启动/ 发电一体化（belt-driven starter generator，BSG） 电机与48 V 电池，形成P0单电机并联混动架构，实现发动机怠速管理、制动能量回收与电机辅助驱动功能。欧洲企业引领了48V轻混技术的发展。2011年，德国奥迪、大众、宝马、戴姆勒、保时捷5 家车企率先推进 48 V 电气系统概念，并陆续推出48 V 轻混系统。法雷奥、大陆、博世等零部件企业也供应48 V 轻混组件。如表2所示，48V轻混系统可在ICEV 基础上实现约10% 的节油率。对比微混技术，48V 轻混技术的单位节油成本更低；对比强混技术，48 V 轻混对ICEV传统动力总成改动小，所额外增加的成本更少。

除48 V 轻混技术外，欧洲车企利用其在DCT、AT 等传统变速器领域的技术优势，在发动机与变速器之间增加C0 离合器和P2电机，并将离合器与电机整合到变速器中组成AHT，形成P2 单电机并联混动构型（ 见图8a），进一步实现纯电驱动与并联混动功能[35]。

大众集团途观L PHEV 车型采用了典型的欧洲P2单电机并联混动系统，动力总成主要包括发动机以及整合了P2 电机的AHT 变速器。所用AHT 变速器型号为DQ400E，由大众集团DSG 六挡双离合变速器改造而来，具体结构如图8b 所示。该AHT 变速器集成了3个离合器以及一个电机。其中C1、C2与DCT 中的双离合功能一致，分别用于控制偶数与奇数挡位。C0离合器则负责控制发动机与电机间的连接：C0离合器脱开，则发动机与电机解耦，此时车辆可实现纯电驱动和制动能量回收；C0离合器闭合时，发动机与电机耦合，依据电机输出转矩不同分别实现发动机直驱、并联混动、行车充电等功能。

与其他强混技术相比，P2单电机并联混动对ICEV 原动力总成改动较小，可帮助现有ICEV 车型快速实现混动化。P2单电机AHT 由传统变速器集成改进而来，其显著特点在于能够实现6～9 挡的多挡位驱动，通过转矩调节为车辆提供强劲动力，特别适合高速行驶工况，与欧洲市场的高车速驾驶需求高度匹配。然而，多挡位变速器的集成应用也对混动架构的系统控制、模式切换以及空间尺寸性能优化提出了更高要求。此外，在单电机并联混动架构中，P2 电机需要在发电和驱动功能间频繁切换，车辆馈电性能及模式切换平顺性受到影响。欧洲混动技术特点是尽量发挥其传统发动机技术优势，辅以适当的电动，缓解ICEV运行效率低问题，成本方面比较敏感，也被称为发动机电气化技术（engineelectrification）。

2.3 串并联混动：本田i-MMD

围绕混合动力技术，本田公司先后推出IMA、i-DCD、i-MMD 和SH-AWD 等4 套混动构型，其中最具特色与影响力的是2013 年首发于雅阁车型的i-MMD混动系统。本田i-MMD 属于P1+P3 双电机串并联混动技术，动力总成核心部件包括发电电机、驱动电机、混动专用发动机与变速器，双电机与离合器一起整合到变速器中，组成多模式混动专用变速器。i-MMD系统可实现纯电驱动、发动机直驱、串联增程、并联混动、制动能量回收等多种混动模式。

i-MMD混动系统使用基于Atkinson循环的混动专用发动机，发动机热效率约为40%。为使发动机在不同转矩工况下保持高效率、高性能输出，本田公司为发动机配备了基于双凸轮形线的轻量化i-VTEC 可变气门机构缸盖技术，用以连续改变气门正时、升程和进排气重叠时间，使发动机可在Atkinson 循环与Otto 循环间切换[36]。

本田i-MMD混动系统发布10年来，历经4次迭代更新。在2013—2022年使用的前三代i-MMD系统中，发电电机与驱动电机采用空心轴同轴设计，限制了驱动电机的性能表现。此外，发动机与输出轴仅用一组离合以固定速比连接，也即发动机仅有一挡直驱模式，只能在车速高于70km/h 的高速巡航工况介入驱动，在大多数工况下车辆纯电或串联行驶，发动机闲置或仅用于发电。在2023年发布的第4 代i-MMD 系统中，通过将发电电机与驱动电机调整为平行轴布局，使得系统可以选用动力性能更强的驱动电机。搭载于CR-V 车型上的第4 代i-MMD 系统还采用了2挡DHT设计，通过增加低速锁止离合，使发动机可以在更多车速工况下将动力直接传输至车轮[37]。新旧版i-MMD 混动系统结构对比如图9所示。

2.4 功率分流混动：丰田THS 与通用VOLTEC

功率分流式混合动力技术以功率分流装置为核心，使用行星齿轮实现发动机与电机的多动力源耦合。依据所使用的行星齿轮排数量，可分为单排式、双排式和多排式功率分流装置。依据功率分流机制差异，可分为输入式、输出式和复合式功率分流模式。依据系统可实现的功率分流模式数量，可分为单模式、双模式和多模式功率分流混动系统。

首款量产混动车型丰田普锐斯所搭载的THS 混动系统是典型的功率分流式混合动力技术。THS 混动系统动力总成主要包括1 台发动机、2个电机以及1 个行星齿轮排，2个电机与行星齿轮组成PS-DHT，也即丰田的E-CVT 专利技术。在2022 年最新推出的第5 代THS 混动系统中，发动机连接至行星架、发电电机连接至太阳轮、驱动电机与输出轴减速齿轮和外齿圈相连。发动机产生的功率经行星架分流，一部分以机械功率形式传递至输出轴直驱车轮，另一部分则经发电电机转换为电功率，再经驱动电机转换为机械功率汇总至输出轴。THS 混动系统可实现纯电驱动、输入式功率分流与制动能量回收3 种工作模式，属于单模式功率分流，其硬件连接与功率分流过程如图10 所示。

丰田THS 混动系统目前已发展至第5 代，始终保持单模输入式功率分流的技术特点，前4 代系统通过调整驱动电机与行星齿轮排的连接方式，提高驱动电机到轮端的速比，减小驱动电机转矩并提高转速，进而实现系统成本降低与效率提升[41]。目前，丰田THS 混动系统结构已趋成熟，2022 年发布的第5 代THS 混动系统相比上一版本并未在系统结构上做优化调整，仅通过电池、电机等部件升级实现系统性能的提升[42]。丰田THS 所用的单模式功率分流技术只能在有限车速范围内保持较高的驱动效率，低速城市工况下节能效率优于高速工况[38]，在高速工况下为保持行星齿轮系统的平衡，会产生功率回流问题[41]。为解决该问题，2015年发布的第4代THS 混动系统中增加了4挡DHT 降低齿圈转速。

高速工况下功率回流问题的另一解决方案是多模式功率分流系统。通用公司第2 代VOLTEC 混动系统采用双排行星齿轮的耦合方式，通过控制离合器实现单电机纯电、双电机纯电、低速增程、固定速比增程和高速增程5 种行驶模式，其中低速增程与高速增程模式分别是输入式和复合式功率分流[43]。第2 代VOLTEC 混动系统在低速工况下使用输入式功率分流，在高速工况下使用复合式功率分流，通过增加分流模式解决功率回流问题，兼顾不同车速下的燃油经济性与动力性，实现全工况的混动效率优化，但机械结构的复杂化也提高了混动系统的控制难度。通用第2 代VOLTEC混动系统硬件连接与功率分流过程如图11 所示。

3 中国混动汽车动力总成技术路线研究进展

受国家政策鼓励和消费者偏好驱动，加之在内燃机动力领域的技术积累以及在电动化动力方面的先发优势，2021 年以来中国自主品牌车企厚积薄发，发布了兼具多样性与创新性的混动技术，推出了一批强竞争力的混动车型。目前，增程式电动汽车及插电式串并联混动技术是中国混动汽车动力总成的两大热门发展方向。此外，部分车企持续发展并联混动技术以满足细分市场动力要求，或融合串并联与功率分流两大混联混动技术以实现更平顺的换挡变速。当前中国混动汽车动力总成主流技术路线如图12所示。

3.1 串联混动（ 增程式电动汽车）

2018年，理想ONE增程式运动型多用途汽车（sportutility vehicle，SUV） 上线发布。该车装备有40.5 kWh 的三元锂电池，电池容量远超常规串联混动车型，开创了具有中国特色的大电池插电式串联混动技术路线[45-46]。超长续航、无补能焦虑使其在发布后受到市场欢迎，自2019年底开始交付至2023年停产停售，理想ONE累计销售超20 万辆。增程式电动汽车新赛道的开辟吸引了老牌车企和新势力车企的加入。2021年，东风旗下岚图品牌发布增程式车型FREE ；2022年，长安旗下深蓝汽车品牌推出增程式车型SL03。新势力车企方面，2022年，华为与赛力斯合作打造的问界M5上市；2023年，零跑汽车基于自身纯电平台衍生的C11 增程版正式发布。2024年以来，增程技术进一步成为市场新宠，几乎所有中国主流新老势力车企都看中这一赛道，竞相开发面向更广泛市场的增程车型。目前中国乘用车市场典型REEV 车型参数及性能对比如表3所示。

增程式电动汽车结构简单，动力总成主要包括增程器、驱动电机、动力电池和单速减速器，实现纯电驱动、串联增程、串联混动和制动能量回收4种工作模式。由于增程系统中发动机仅用于发电而无法直驱车辆，所产生的能量流需经多重转换，因此增程式电动汽车常被诟病具有能量转换效率低、亏电油耗高、高速动力性差等问题，被认为落后于其他插电式强混技术。然而，上述观点的产生很大程度上源自对增程技术的偏见与误解。一般来说混动构架越复杂开发难度越高，但是如果能实现同样的整车动力需求目标，构架越简单成本越优。因此结构简单并不等同于技术落后，大道至简，做智慧的减法才是未来中国汽车行业技术发展的真正挑战和能力体现。通过先进的混动拓扑优化和能量管理策略，增程式电动汽车可以最简单的混动架构实现超1000km的满电满油续航里程，远超传统汽车400 km 的最低续航标准。而在实际用车过程中，增程式电动汽车很少真正落入亏电工况，所谓亏电油耗和亏电最高车速是基于小概率事件的伪需求，执着于亏电性能的指标优化只会带来过度动力储备和由此产生的不必要成本增加。此外，随着电机的技术进步和高速化、高压化的发展趋势，发电机和驱动电机效率在不断提升，二者的串联总效率逐渐接近PHEV 混动变速箱的传动效率。高转速驱动电机也增强了REEV的高速动力性能，PHEV 相对REEV 在高速行驶工况下驱动动力性和燃油经济性层面的优势已不明显。因此，小型简洁的增程器匹配适度增强的电驱动模块能以较高性价比实现与PHEV媲美的性能，不会影响驾驶体验。

此外，增程式电动汽车中发动机与驱动车轮完全解耦，使灵活化的车辆驱动形式成为可能。由于发动机不直接驱动车轮，因此无需传动轴即可实现发动机前置、驱动电机后置的动力布局，通过后轮驱动实现更优的车辆平衡与动力性能。目前单驱动电机REEV 普遍采用后轮驱动，双电机四驱REEV 后置电机功率也大于前置电机。在新能源动力方面，增程式电动汽车具有更好的拓展性与协同性。目前学术界与产业界正前沿探索的甲醇、液氨等低碳/ 零碳燃料应用于发动机中的功率和转矩密度不如汽/ 柴油机[47-48]。但增程式电动汽车中发动机仅用于增程发电不参与车辆驱动，摆脱了对发动机动力性能的依赖，更加关注发动机的燃油经济性与排放性能，为低碳/ 零碳燃料的发展应用带来更多可能[49]。同时，增程式电动汽车动力架构可与纯电动车共平台，与氢燃料电池技术也具有更高的协同性[50]。新势力车企零跑汽车基于纯电技术衍生出增程平台，老牌车企长安深蓝SL03车型更是同步推出纯电、增程以及氢燃料电池3 个动力版本。因此对于新势力车企，增程式电动汽车是低门槛的入局突破点；对于老牌车企，REEV则是高性价比的技术储备方案。

增程式电动汽车通过油电混合解决了消费者对纯电动车的补能焦虑；与日产e-POWER 等常规串联混动技术相比REEV 动力电池容量更大，利用国内油电价差特点降低了消费者的日常用车成本。然而大容量动力电池的应用为增程系统动力总成的车内布置带来挑战，电池成本也较高，使其较难应用于紧凑型车上，目前中国车企主要将大电池插混增程技术搭载于SUV 等中大车型上。展望未来，增程式电动汽车大容量动力电池的技术特点不会改变，精简发动机以减小增程器尺寸、增加变速器挡位以减小驱动电机尺寸、提高电池能量密度以减小动力电池尺寸等方案可用于解决增程系统动力总成的空间紧凑性问题，使增程系统适用于A 级轿车等更多车型，从而拓展增程技术的市场应用范围。

3.2 并联混动

并联混动旨在通过发动机与电机的动力叠加满足车辆的高动力性输出要求，适用于高速工况，与欧美消费者的用车习惯匹配度高，故多为欧美车企所用。为应对中国乘用车市场细分领域的多元化用户需求，部分中国车企选择了多技术路线并行的混动汽车动力总成战略布局，沿节能性与动力性两条路径发展混动技术，例如长安的数电智控与蓝鲸iDD、长城的Hi4 与Hi4T。其中，侧重动力性的蓝鲸iDD 与长城Hi4 T 都属于P2单电机并联混动技术。

并联混动汽车的典型工作模式包括纯电驱动、发动机直驱、并联混动、制动能量回收与电池补能。并联混动的最大特点在于保留了传统发动机的强劲动力和传统变速器的多速比，使发动机可以在低速起步、中高速超车、高速巡航等全速域工况参与车辆驱动；在高寒、高温等全温域工况下并联混动车也可以最小化电池与电机性能衰减带来的影响，保障车辆以高稳定性、强动力性持续行驶。

2023年发布的长城Hi4 T混动系统充分利用并联构型动力强劲的特点，将P2 单电机并联混动技术应用于坦克品牌越野车型上。一般而言，多电机是实现四驱混动的必要前提，而Hi4 T仅用单电机就实现了整车的强动力四驱。如图13 所示，Hi4 T 混动系统动力总成主要包括混动专用发动机、集成P2 电机与9AT 的AHT 变速器、动力电池以及智能四驱系统。Hi4 T所用智能四驱系统属于机械四驱技术，以博格华纳TOD分动箱为基础，整车动力经变速器进入分动箱，通过车轮传感器判断车辆前后桥动力需求，通过多片电磁离合器将动力按需分配至前后轮，实现整车的适时四驱。TOD分动箱并非新技术，常见于福特纯燃油版越野车型。将TOD适时分动技术移用至混动系统的挑战在于其核心的多片离合器结构所能承受的转矩上限不高，而Hi4 T 混动系统中，以长城坦克700 车型为例，发动机的最大输出转矩为560 N·m，P2 电机用于驱动的最大输出转矩为400 N·m，二者叠加后经一挡速比5.288 的九挡变速器放大转矩，给分动箱机械结构带来巨大的转矩压力。为解决这一问题，长城Hi4 T 混动系统采用了带MLOCK 机械锁止功能的智能四驱技术[51]，在日常工况下基于TOD分动箱实现适时四驱，在极限工况下机械锁定差速器，通过实现智能四驱进一步升华混动系统的动力性。

与其他插电式强混系统相比，并联混动技术较ICEV 动力总成改动较小，P2单电机兼具发电与驱动功能，整车馈电能力较弱，亏电状态下发动机经多挡变速器直驱车辆，整车可视作常规ICEV。早期的并联混动车型也往往由ICEV 简单改造而来，相比车辆本身，消费者更在意购买混动汽车所补贴的免费牌照或路权优势，车企也仅将并联混动车型用作双积分平衡工具，以满足节能减排法规与新能源汽车政策要求。而在2021年以来中国自主品牌车企发布的新一代混动系统中，P2单电机并联混动技术的动力性优势得到进一步强化，通过搭载于更适配的极限越野细分车型，规避了单电机并联混动相较混联混动燃油经济性差的问题，推出了真正具有产品力的并联混动车型。对比纯燃油越野车型，混动越野对发动机动力性要求更低，发动机功率、尺寸、成本随之下降，油电混合后，混动越野车型的综合油耗与用车成本也更低。对比纯电动越野车型，混动越野则解决了续航里程、电池安全、电机高温限矩导致打滑等痛点问题。此外，并联混动系统中，发动机与电机的输出功率叠加后，还可经多速比变速器放大转矩实现更加强劲的动力输出；混动越野仅使用单电机即可实现整车机械四驱，相比通过双电机乃至四电机实现的纯电四驱成本更低、可靠性更好。

3.3 混联混动

混联式混动汽车包括串并联和功率分流2 条技术路线。受限于丰田THS 混动系统的专利保护，国内车企仅有吉利与科力远联合开发的CHS 混动系统属于功率分流技术。为规避丰田的专利技术，CHS 混动系统采用双排行星齿轮结合三离合器实现输入式功率分流功能，2018 年正式投产，搭载于吉利帝豪、东风风光580 的HEV及PHEV 版本上，但市场反响平平。

比亚迪自2003 年起投入插电式混动系统的技术研发，在2008 年推出第1 代DM 混动系统搭载于F3 车型上。第1 代DM 混动系统动力总成主要包括1.0L 三缸发动机、P1 电机、P3 电机以及单速减速器。虽然初代DM 混动系统传动平稳性差、整车动力受限且成本较高，有很多局限性，但2020 年推出的比亚迪DM-i混动系统继承了其P1+ P3双电机插电式串并联的混动技术风格，开启了中国车企以电为主、以油为辅的大电池插电混动技术新时代。比亚迪DM-i 混动系统动力总成主要包括混动专用发动机、混动专用变速器以及动力电池。其中EHS 混动专用变速器集成了位于P1 位置的发电电机、位于P3位置的驱动电机、直驱离合器与单挡减速器。比亚迪DM-i 混动系统动力架构及EHS混动专用变速器结构组成如图14 所示。

比亚迪DM-i 与本田i-MMD同属P1+ P3串并联混动技术，与1999年美国Paice公司申请的US6209672专利均有渊源。与本田i-MMD相比，比亚迪DM-i 的最大特点在于通过强电混将发动机转速与车速解耦，并通过大容量动力电池进行能量调度管理，使发动机工作状态由面工况转为线工况，在70% 的工况下工作在高效区域[53]。基于这一技术思路，搭载比亚迪DM-i 系统的混动车型在中低车速工况下依靠P3 电机实现纯电驱动，发动机闲置或高效运行带动P1 电机增程发电，高速巡航工况下发动机处于高效区运行参与车辆驱动。电量充足时DM-i混动系统可实现同BEV 的平顺驾驶体验，亏电状态下也能实现低油耗。驾驶体验与用车成本的双重优势推动了比亚迪DM-i 混动车型的热销，2023年销量前10的PHEV 车型中，搭载比亚迪DM-i技术的车型占据8 席，比亚迪也贡献了2023 年PHEV市场近四成的销量。

比亚迪DM-i 混动系统的市场成功吸引了各车企的投入布局，东风、上汽、奇瑞、吉利、一汽、广汽、长安等国内一线车企均发布有单挡串并联插混产品，其混动系统在动力架构上具有相似性，混动专用变速器主要由P1 + P3双电机与单速减速器组成，但围绕整车动力性从硬件配置与驱动模式两方面进行了不同优化。如前所述，基于P1 + P3 双电机串并联技术的单挡DHT插电混动系统在燃油经济性与驾驶平顺性方面的优势与中国消费者刚需用车需求高度匹配，但发动机仅在超60～70 km/h 的高速工况下直驱车辆导致了整车动力性较弱的问题。为提升P1 + P3单挡串并联混动系统的动力性，比亚迪DM-i 选择使用超高转速扁线电机实现160 kW 的峰值功率以及325 N·m 的峰值转矩，通过加大驱动电机提升整车的动力性。东风DD-i 混动系统则选择加大发动机功率提升整车动力性能，比亚迪DM-i混动系统中发动机最大功率为81 kW，东风DD-i 所用发动机最大功率为120 kW。此外，在整车的全动力释放方面各车企也进行了差异化设计。比亚迪DM-i 混动系统最大动力在纯电驱动模式下实现，发动机与P1 电机串联发电，与动力电池一起向P3 电机供电，通过双能量源的并联混合供能实现驱动电机的瞬时大功率输出。上汽DMH 混动系统的最大动力则在并联混动模式下实现，发动机与P3 电机共同驱动车辆，通过双动力源输出动力的并联叠加实现整车的全性能释放。

与比亚迪DM-i 完全基于电机驱动实现整车动力性提升与全动力输出相比，东风DD-i 及上汽DMH 从发动机角度优化车辆的动力性能，对发动机驱动的重视程度更高。然而受发动机单一驱动挡位限制，单挡串并联混动系统中发动机介入驱动的工况始终有限，为了提高发动机在整车驱动中的参与度，中国车企创新发展出多挡串并联混动系统，通过增加变速器挡位，使发动机在40 km/h 乃至20 km/h 的更低车速工况下介入驱动，发动机与驱动电机的输出动力可在更宽的速域范围内并联叠加，进而显著提升整车的动力性能。目前采用多挡DHT 技术的混动系统主要包括2 挡混动的广汽GMC 2.0 与长城Hi4、3 挡混动的奇瑞鲲鹏与吉利雷神，以及4 挡串并联加功率分流的东风马赫混动系统。

奇瑞鲲鹏3DHT 是典型的多挡位串并联混动系统，发动机与电机各有3 个挡位，其核心结构如图15 所示。常规串并联混动系统主要实现纯电驱动、串联混动、并联混动、发动机直驱、制动能量回收、驻车充电与行车充电7 大工作模式，奇瑞鲲鹏则在此基础上增加了双电机纯电驱动与双电机制动能量回收2 种工作模式，实现9 模11 速的多样化动力总成控制[54]。在P1+P3串并联混动系统中双电机分工明确，P3 电机负责纯电驱动及制动能量回收，P1 电机负责增程发电，通常不参与车辆驱动。奇瑞鲲鹏混动系统采用P2 + P2.5 双电机混动架构，其中P2.5 电机位于变速器内部为主驱电机，相比P3 电机可利用变速器挡位放大电机输出转矩，从而降低电机本身性能要求，进而降低动力总成硬件成本。与P1 电机相比，P2 电机与发动机间相隔变速器，使P2 电机可在发电之余参与车辆驱动，并通过变速器放大转矩提供可观的辅助驱动力，实现全工况的整车高效运行与动力强劲输出。

吉利雷神同样采用3 挡串并联混动技术，如图16所示，第2 代的DHT Pro混动系统采用P1+ P2双电机同轴布置，发动机与电机各有3 个挡位；2023年发布的第3 代DHT Evo混动系统则调整为P1+P3双电机平行轴布置，发动机3挡、电机1 挡。吉利雷神针对混动系统驱动电机与驱动挡位的调整实质上反应了多挡混动技术围绕动力性、节油性与成本经济性的不同优化思路。与单挡串并联混动系统相比，多挡串并联机械结构更复杂，但相对复杂的多挡位变速器的应用并不绝对等同于混动系统整体成本的上升。多挡混动系统中，处于变速器输出轴之前的动力源（ 包括发动机、P1、P2、P2.5电机） 输出动力可经变速器调整放大转矩。也即通过多挡位变速器的使用，小功率动力源可实现与单挡混动系统中大功率动力源同等的驱动效果，动力源功率要求下降带来的成本降低可以平衡掉应用多挡变速器所增加的成本。吉利雷神DHT Pro 采用P2电机为驱动电机，通过变速器放大动力降低混动系统对电机的性能要求，进而降低电驱系统的成本与尺寸，轴向尺寸小，结构紧凑，更强调发动机在混动系统中的驱动重要性。P3电机位于变速器输出轴上，无法增加变速挡位放大动力，但其不受变速器空间尺寸限制，可通过加大电机功率提高整车电驱动力性。第3 代DHTEvo将驱动电机调整为P3电机，体现了插混技术强电混的发展思路。

在整车驱动形式方面，常规的P1 + P3等双电机两驱串并联混动系统中，动力系统均布置在前轴，无法充分利用所有车轮的附着力。若要提升车辆的操控性，则需在车辆后桥增加P4电机，采用P1+P3+P4的三电机串并联架构实现四驱（ 如比亚迪DM-p 混动系统）。为解决这一问题，如图17所示，长城Hi4 使用P2 + P4 双电机2挡串并联的动力组合，P2 电机位于前桥负责发动机调节、发电以及辅助驱动，P4电机位于后桥主驱车辆，仅使用2个电机即可四轮驱动功能，并结合iTVC 智能扭矩矢量控制技术进一步提升车辆的操控性。

多挡串并联混动技术通过增加变速器挡位提升了整车动力性，但变速器机械结构复杂，能量流经机电耦合装置时存在一定损耗，换挡时也存在切换顿挫感。相比之下，功率分流混动技术利用行星齿轮实现无级变速，提供平顺的驾驶体验，在城市工况下能实现较低油耗，但高速工况下车辆的动力性与燃油经济性欠佳。东风打破串并联与功率分流的技术界限，推出东风马赫DH-i电混系统，创新性地发展了双模功率分流与多挡串并联相结合的融合式混联技术，实现两种混联混动技术的优势互补。如图18 所示，东风马赫DH-i通过1 个行星齿轮排、2对平行齿轴与2 套同步器实现双模功率分流以及4 挡串并联。通过将功率分流用于换挡过程，充分发挥其无级调速以及动力无中断的优势，解决多挡串并联的换挡顿挫问题。通过为城市工况、市郊高架、高速巡航以及高功率极限工况匹配的不同工作模式，对功率分流及串并联取长补短，实现整车燃油经济性、动力性与驾驶性的同步提升。

总而言之，与国际上通行的以油为主的小电池混动方案相比，中国车企基于中国实情发展出的中国特色大电池插混技术油电混合度更高，整车动力总成更趋近BEV，能够充分利用中国特色的低电价，实现不亚于BEV 的低使用成本，通过大幅减少电池容量需求可进一步降低购车成本，且没有里程、补能、低温气候等焦虑，获得广大消费者的青睐，市场销量增长迅猛。混动系统在动力混合、能量混合、混合度、能量来源等方面的灵活性使其可衍生出多样化的动力总成技术方案，针对特定细分场景的应用需求，可殊途同归应用差异化的混合方案实现，多技术方案各有千秋，而不存在绝对最优解。

增程式电动汽车与大电池插电式串并联混动是当前中国混合动力领域的技术热点，中国车企求同存异沿此技术方向发展出差异化的混动系统，采用不同技术方案追求燃油经济性、成本经济性、驱动动力性与驾驶平顺性四大共性设计指标的提升，体现了各车企对混动系统动力混合与能量混合的不同认识，以及对发动机驱动与电机驱动的不同侧重。增程式电动汽车完全由电机驱动，单挡串并联亦具有强电混的特点，二者变速结构简单，发动机直驱工况少或仅用于高效增程发电，整车燃油经济性、成本经济性与驾驶平顺性较好，可通过加大动力源功率以及工作模式优化提升整车的驱动动力性。多挡串并联通过提高发动机的驱动参与度，实现了全速域下整车的强劲动力输出与较优燃油经济性。其所用的多挡DHT 结构相对复杂，成本也更高，但利用多挡变速器的动力放大功能可实现驱动动力源的降扭减重，通过发动机、电机的成本降低平衡多挡变速器所额外增加的成本。此外，通过调整换挡机构或换挡原理，多挡串并联技术换挡换模带来的顿挫感可得到优化，实现驾驶平顺性的提升。

4 中国混动汽车动力总成关键部件研究进展

在对混动汽车整车性能优化的过程中，围绕动力总成关键部件展开的迭代研究至关重要。目前中国混动汽车动力总成关键部件研究主要围绕发动机与驱动电机两大动力源、增程系统与动力电池两大能量源、以及传动装置变速器展开。

4.1 发动机

当前中国代表性混动系统所用发动机的性能对比如图19所示。我国混合动力汽车多采用1.5L小排量发动机[58]，在节能性方面致力于提高发动机热效率，以实现更好的整车燃油经济性。目前，头部车企所用发动机最高有效热效率均已突破40% 大关，东风马赫第3 代DHE 最高有效热效率达到45.18%。对比新势力车企，老牌车企依托长期以来的传统发动机研发基础，在发动机热效率方面具有明显优势。在动力性方面，车企则非一味地追求更高的升功率，而是依据所选用的混合动力技术特点，在发动机动力性、成本经济性以及结构复杂性的多目标约束下寻求综合最优解。对于增程式电动汽车与强电混的单挡串并联混动汽车，车辆完全或在大部分工况下由电机驱动，发动机转速与车速解耦程度高，降低了对混动专用发动机的动力性要求。对于单电机并联与多挡位串并联混动汽车，发动机在整车驱动中仍扮演重要角色，因此对于混动专用发动机的开发需要保证其动力性。

目前中国市场代表性混动车型所搭载的量产混动发动机性能特点及先进技术应用情况如表4 所示。总体而言，各车企提高发动机最高热效率的技术路线呈同质化趋势，主要围绕减小发动机燃烧热能转换损失、泵气损失、传热损失与机械损失展开。通过提高发动机的行径比与压缩比，应用高压直喷、高滚流比气道、高能点火等先进燃烧技术，并不断提高燃油喷射压力（35 MPa 乃至50 MPa） 以及高能点火能量（120 mJ 乃至150 mJ），形成更均匀的混合气，并提高混合气的燃烧速度与燃烧完全度，实现发动机的更高效燃烧做功。通过在发动机中应用废气再循环（exhaust gasrecirculation，EGR） 技术以及Atkinson 循环，或结合涡轮增压器应用Miller、深度Miller 循环优化气体交换过程，提高膨胀比，减小发动机泵气损失。通过应用电子水泵、电子节温器等智能热管理技术，减小发动机的传热损失。通过应用混动专用机油泵、低粘度机油、采用先进涂层和表面处理技术，降低发动机工作过程中的摩擦功，进而减小发动机的机械损失。总而言之，混动系统通过对电机的组合运用放宽了发动机的动力性要求，使得混动专用发动机的设计更加灵活，为应用先进技术提高发动机热效率提供了机会。目前涡轮增压与高压直喷技术已普遍应用在混动专用发动机中，帮助发动机最高有效热效率迈上40% 的台阶，未来稀薄燃烧、预燃室点火，以及上海交通大学课题组聚焦研究的闪急沸腾喷雾[59] 等前瞻技术也有望应用于下一代混动专用发动机的开发中，助力发动机最高有效热效率向50%，乃至超50% 的方向继续迈进。

当前中国车企所开发的混动专用发动机在热效率层面已毫无疑问地走在世界前列，但需避免沉溺于对发动机热效率提升的盲目追求，而落入指标竞赛的内卷陷阱中。由于发动机在燃烧、传热、摩擦等多环节存在不可避免的能量损失，因此发动机热效率存在理论极限。目前车企所开发的混动专用发动机最高热效率正不断接近理论极限，继续提高发动机热效率存在明显的边际效应，对车企技术、整机结构、材料成本等方面都有较高要求。同时，目前中国车企主流开发的、受到市场广泛接受的混动系统普遍具有大电池和插电混动的特点。插电式强电混趋势下，发动机所贡献的整车动力份额逐渐降低，发动机主要功能从车辆驱动向增程发电转变。在此背景下，发动机热效率的提升对整车能耗与用车成本的优化影响逐渐削弱，一味追求发动机热效率的提升投入成本高而收益回报有限。此外，目前各车企提高发动机热效率的技术路线趋同，先进的燃烧、雾化、配气、减摩技术逐渐成为标配。各车企需要在同质化的技术储备库中，围绕市场与消费者的实际需求，有选择地发展出异质化的发动机技术路线，避免将先进技术盲目堆叠应用于发动机优化中。此方面，在发动机普遍采用涡轮增压与高压喷射以兼顾热效率和动力性同步提升的大趋势下，以比亚迪骁云1.5 LDHE 为代表的部分混动专用发动机根据混动技术的功能需求与应用特点，返璞归真选择成本更低的自然吸气与气道喷射技术方案，在发动机动力性、热效率与成本间取得平衡，满足消费者低油耗的用车期待与要求，同时避免性能过剩带来的不必要成本上浮，基于该款发动机的比亚迪秦PLUS DM-i、宋PRO DM-i 等车型成为爆款。

4.2 驱动电机

混合动力汽车驱动电机普遍采用永磁同步电机，具有电机扁线化、油冷化与高速化的发展趋势。

所谓扁线化即是将电机定子绕组中的传统圆线替换为矩形扁线。对比圆线电机受限于铜线形状而存在大量空隙，扁线电机电枢槽内部导线呈面接触，并通过导线数量的减少节约导线表面绝缘膜所占面积，实现更高的电机纯铜满槽率，提高驱动电机的功率密度， 并优化电机的空间尺寸、NVH（noise、vibration、harshnese，噪声、振动与声振粗糙度） 以及散热性能。通过应用扁线电机技术，比亚迪DM-i 系统驱动电机最高效率达97.5%，效率大于90% 的工况占比90.3%。

目前各车企针对扁线电机的优化主要围绕绕组形式展开。扁线电机绕组按结构不同，可分为集中绕组、连续波绕组和pin 式绕组3种形式，其中pin 式绕组包括Hair-pin、I-pin、X-pin 等不同技术。集中绕组式扁线电机主要用于大型工业发电机中，较少车企将其应用于新能源车驱动电机。混动系统驱动电机常用扁线绕组形式的技术特点与典型应用如表5所示。

以S-winding 为代表的连续波绕组技术优点在于没有焊点，但转矩脉动偏高，NVH 性能较差。目前混合动力汽车驱动电机普遍采用pin 式绕组技术，满槽率更高但工艺复杂，需要大量焊点保持线圈间的电气连接。Hair-pin 绕组（ 又称发卡式绕组或U-pin 绕组）技术在混动汽车驱动电机中应用最广泛，其采用预先成型工艺将扁铜线制成U 型，插入定子铁心槽中将铜线另一端加工成青蛙腿形状[60]，在端部进行换位焊接。吉利雷神DHT Evo混动系统所用电机采用Hair-pin 绕组技术，驱动电机峰值功率可达160 kW。I-pin 绕组技术无需预先成型，将扁铜线直接插入铁心槽中，两端部扭成青蛙腿形状焊接，峰值功率和峰值转矩与Hairpin相近，在满槽率、持续转矩和持续功率方面更有优势[60]，但I-pin 绕组所需焊点数增加了一倍，且绕组端部尺寸更长。目前长安原力深蓝增程系统中驱动电机采用I-pin 扁线绕组技术，电驱总成最高效率突破95.7%。为解决I-pin 绕组端部尺寸长的问题，X-pin 绕组技术通过优化端部线形缩短绕组端部高度，目前已用于奇瑞鲲鹏混动系统驱动电机中。

混动汽车驱动电机的紧凑化设计导致电机工作过程中的热量增加而散热面积减少[62-63]，为优化驱动电机的散热性能，油冷技术逐步取代水冷应用于驱动电机中。与水冷技术相比，由于冷却油不具有导磁性或导电性，因此可以直接接触绕组带走热量，且油冷技术还具有抗腐蚀、易维护等特点。目前国内主流混动系统所用的驱动电机均采用了高转速扁线油冷技术，通过提高电机转速延长恒功率区，使电机后备功率更加充足，通过扁线与油冷技术实现驱动电机的高能量效率与高功率密度。此外，混合动力系统通过电机控制器连接电机与电池，功率变换器是电机控制器的核心部件，实现直流电（电池端）与交流电（电机端）转换，并通过调整所输出的交流电电压及频率控制电机以不同转速及转矩工作。目前混动汽车功率转换器主要采用基于硅基材料的绝缘栅双极型晶体管（insulated-gate bipolar transistor，IGBT）。IGBT的主要制造厂商包括英飞凌、三菱电机、富士电机等。近年来斯达、比亚迪、株洲中车时代等国内半导体企业逐步实现国际前沿IGBT技术跟进，在第5、第6、第7代IGBT技术方面不断突破，目前IGBT国产化率已达约30%。为进一步提高能量转换效率并减小硬件尺寸，奇瑞、东风、一汽红旗等企业采用基于碳化硅（SiC）材料的金属-氧化物-半导体场效应晶体管（metaloxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET）作为混动汽车功率变换器，与IGBT相比，SiC性能更优但成本相对较高。

4.3 增程器

增程器的核心部件包括增程专用发动机与发电机，对于增程器的迭代优化主要聚焦于发电效率和NVH 性能的提升，同时兼顾其空间紧凑性与成本经济性。

为实现增程器发电效率的提高，需要分别提高发动机与发电机效率，并通过先进匹配技术提高发动机与发电机高效区域的重合覆盖度。与DHE 相同，增程专用发动机通过应用高效燃烧、高效进排气、高效雾化、高能点火和高效增压等技术提高发动机热效率。此外，通过对机体结构、运动副与薄壁类零件的集成优化可以进一步帮助增程发动机提升NVH 性能并去除空间冗余。增程器用发电机同样采用了扁线绕组与高效油冷技术提高电机的功率密度与散热性能。与驱动电机相比发电电机转速更低，并通常基于发动机万有特性对电机磁钢、铁芯结构、系统电磁方案等方面进行专用化开发，以提高电机与发动机的匹配度，进而实现更高的系统发电效率。目前赛力斯增程器发电机效率94% 以上区域覆盖发动机100% 高效区，系统发电效率可达95%，最高油电转换率为3.44 kWh / L [64]。2024年最新发布的长安深蓝超级增程2.0技术中，通过应用50 MPa 超高压直喷、高能点火等技术实现发动机44.28% 的最高热效率，增程器油电转换率达到3.63 kWh / L。

增程式电动汽车动力总成系统内含增程器与动力电池两套能量源，车内布置需占用较大空间，因此目前多用于SUV 等中大车型上。为将增程技术应用范围扩展至A 级轿车等更多车型，优化能量源空间紧凑性势在必行。在中国市场油电差价驱动下，未来增程式电动汽车中大容量动力电池的技术特色不会改变，增程专用发动机的小型化将成为发展趋势。目前增程专用发动机仍以四缸机为主，上海交通大学团队则设计研发了基于水平对置两缸发动机的增程器，整机全重仅为75 kg，轻量化优势显著，发动机热效率超40%，发电效率超92%，高效发电功率35 kW，围绕重量尺寸、低成本、热效率、NVH性能等多方面实现优化，为增程器与增程专用发动机的发展方向提出新思路。

4.4 动力电池

为延长车辆的纯电续航以降低整车综合油耗，同时提供更充裕的可调度电量以保持发动机高效运行，如表6 所示，中国自主品牌混动车型所装备的动力电池容量普遍较大[65]，这要求动力电池在提高功率密度的同时兼顾电池能量密度。目前中国自主品牌车企主要从结构与材料两方面优化混动车型动力电池的功率密度、能量密度、安全稳定性与成本经济性。

在电池结构方面，得益于在动力电池方面的研发制造能力，比亚迪DM-i 混动系统搭载了超级混动专用功率型刀片电池。与针对纯电动车型开发的能量型刀片电池相比，混动专用的功率型刀片电池最大特点在于电芯卷绕串联的组合方式。对比能量型刀片电池中电池电芯呈薄长刀片状堆叠，通过对电芯的卷绕串联可以在同功率需求下实现更大的电池充放电倍数，满足混动车型对电池输出功率的要求。此外，为优化功率型刀片电池能量密度，比亚迪应用了CTP （Cell to Pack，电池到包）无模组电池封装技术，将刀片电芯直接集成为电池包，使电池包内空间利用率从40% 提高到65%，进而提高了动力电池的能量密度。

动力电池核心材料包括正极、负极以及电解质材料。可用于动力电池负极的材料包括石墨、硅基、铝合金、锂合金等，正极材料则主要包括磷酸铁锂、三元锂等，其中三元锂材料包括镍钴锰酸锂与镍钴铝酸锂2类。与三元锂电池相比，磷酸铁锂电池能量密度较低，一度被认为是落后技术将被市场淘汰，但由于其电芯成本较低，且在电池安全性与循环充放电次数方面更具优势，近年来在乘用车市场中迎来复兴，目前中国市场25 万元以下的经济型混合动力乘用车普遍装备磷酸铁锂动力电池。三元锂电池能量密度更高，但由于其含有稀有金属钴元素而成本较高，目前更多地应用于售价25万元以上的中高端混动车型，特别是电池容量超40 kWh 的增程式SUV 车型上。

如图20所示，动力电池未来将沿高性价比与高能量密度双路径分别发展。对于成本较低的磷酸铁锂电池，通过增加锰元素使之升级为磷酸锰铁锂，可实现基于磷酸盐正极材料动力电池能量密度的提升。对于成本较高的三元锂电池，去除其中所含稀有金属钴元素的镍锰二元电池也能以高性价比实现较高的能量密度。此外，以高镍三元锂、富锂锰基材料为正极的动力电池，以及以锂金属为负极、硫为正极的锂硫电池和以锂金属为负极、空气中氧气为正极反应物的锂空气电池也被认为是实现高能量密度动力电池的前瞻技术[66]。

目前新能源汽车动力电池采用由有机溶剂和锂盐组成的液态电解质材料。然而液态电解质通常具有易燃性和易挥发性，基于液态电解质的锂电池在充电过程中因金属锂在负极材料表面的不均匀沉积形成锂枝晶析晶问题，在高温或过充情况下可能引发电池热失控导致燃烧或爆炸；在低温或高温等极限温度环境下，液态电解质也会因粘度增加或分解影响电池性能和安全性；此外，液态电解质可能存在泄露和挥发风险，导致电池性能下降或环境污染。目前基于三元锂和磷酸铁锂的电池包能量密度在200 Wh/kg 左右，可从电池模组结构、热管理系统等方面控制动力电池安全性。然而未来随着电池能量密度的提升，为达到超300 Wh/kg的高能量密度，兼容更高电压的正极材料及更高比容量的含锂负极材料，则需引入固态电解质技术。基于固态电解质材料的固态电池是目前行业内被寄予厚望的焦点技术，然而当前风传量产的固态电池仅为基于固液混合电解质的半固态动力电池。受固固界面接触与稳定化、固态电解质材料成本等问题制约，手握固态电池专利最多的丰田公司近年来将所计划的固态电池量产时间从2020 年不断推迟至2025、2027 乃至2030 年，全固态动力电池实际落地量产时间尚未可知。

除功率密度与能量密度外，混合动力汽车大容量电池的发展趋势也为动力电池的充电速度提出了更高要求[68]。目前大部分混动车型已支持直流快充功能，比亚迪混动专用刀片电池支持2 C 快充，30 min 可充电至80%；长城蜂巢能源推出的第2 代插混短刀电池支持2.2 C 快充；2024 年北京车展上宁德时代推出专为混动车型打造的神行超级增混电池支持3 C 快充。此外，比亚迪汉DM-i 等混动车型进一步配备了800 V 高压电气系统，与常规的400 V系统相比，800 V 技术通过提高电压，在功率相同的情况下降低充电电流，减少能量损耗、提高充电效率，在电流相同的情况下提升充电功率缩短充电时间。

4.5 变速器

在混合动力汽车中，变速器构建了发动机、驱动电机两大动力源与整车动力输出轴间的连接桥梁。作为动力传递装置，变速器的核心关键是提高系统的传动效率。此外，多挡位变速器可实现对动力源的转矩放大，提高车辆动力性。

增程式电动汽车普遍采用同BEV 的单速减速器，具有结构简单、传动直接的优点。单速减速器的核心机构为一组固定齿比的齿轮对，电机转子与齿轮输入轴相连，输出轴连至车轮驱动车辆。为提高整车动力性能、降低电机成本，部分纯电动车应用了多挡变速器，如保时捷Taycan 纯电车型使用了2 挡变速器，但目前多速比变速机构尚未见于REEV 车型。

单电机并联混动系统的变速器由传统变速器改造而来，发动机可在全工况下介入驱动，对变速器多挡位的保留也使其具备更强的转矩放大能力，有助于整车动力性的提升。在并联混动系统中，通过对新增电机、离合器以及原有变速器的集成，优化AHT 的尺寸性能至关重要。基于DCT 发展而来的AHT 中共有3 组离合器，通常将3 组离合器集成置于电机转子内部（ 如前述大众DQ400E 变速器与长安蓝鲸iDD 变速器）。吉利7DCT390H 变速器则充分利用了DCT 双离合平行轴布置的结构特点，将电机集成至DCT 变速器内部，形成基于P2.5电机的并联混动技术。上汽第2 代EDU混动系统中的AHT 由10 速AMT 发展而来，同样选择了将电机置于变速器内部的P2.5电机整合思路。

单挡串并联混动系统大多采用电子无级变速器（electronic continuously variable transmission，E-CVT）作为混动专用变速器，例如比亚迪DM-i 与长安数电智控混动系统。单挡串并联混动所用的E-CVT与传统的CVT 无级变速器以及丰田THS 混动系统中的E-CVT专利技术都有显著区别。传统的CVT 无级变速器主要由金属带以及锥形轮组成，通过液压控制锥轮夹角的线性变化，带动金属带角度，即传动比的变化，进而实现动力输出转速与转矩的无级变化。丰田E-CVT 专利技术的核心机构为一个行星齿轮排，转速与转矩通过驱动电机的转速变化以及行星齿轮产生的不同齿比进行调整。比亚迪DM-i 混动系统的E-CVT 变速器主要用于控制混动系统在纯电驱动、串联混动、发动机直驱等不同工作模式间切换，其中发动机的动力介入通过离合控制。比亚迪DM-i 混动系统动力输出转速与转矩的变化通过电控调整驱动电机的输出功率或通过P1 电机调整发动机转速实现。总而言之，E-CVT与传统的CVT 变速器都能够实现输出动力转速与转矩的无级调节，但是CVT 的无级调节是通过传动比的连续变化实现的，E-CVT 的无级调节则是通过双电机的转速调整实现的。此外，E-CVT 的主要功能是用于控制混动系统的驱动模式，丰田THS 通过行星齿轮排实现这一功能，比亚迪DM-i 则通过离合器实现。单挡串并联混动系统中E-CVT 作为混动专用变速器集成了驱动电机与发电电机，在布置结构上也有差异。比亚迪DM-i 混动系统中，双电机在变速器中以平行轴形式并列布置（ 见图14b） ；蓝鲸数电智控混动系统中则采用了双电机同轴串行布局的形式（ 见图21），减小了变速器在Z 轴竖直方向上的尺寸。

多挡混联混动系统中，混动专用变速器的结构特点更加多样化。广汽GMC2.0 为2 挡混动系统，DHT中双电机平行轴并行布置，通过多合一集成技术实现变速器的小型化与轻量化，通过离合器/ 制动器实现挡位和模式切换，通过行星齿轮结构减小变速器的轴向尺寸。奇瑞鲲鹏系统可实现3 挡串并联混动，通过应用转矩主动控制、动态分流、电子油泵流量精确控制等技术提高变速器传动效率，通过在双电机驱动以及整车驱动模式方面的优化提高变速器的动力输出，DHT 峰值传动效率为97.6%，最大输出转矩超过4 000 N·m。东风马赫DH-i 混动系统DHT 整合了2 个电机、1 个行星排、2 对平行齿轮以及2 套同步器，可实现4 挡串并联及双模功率分流的融合式混联混动。变速器采用高集成度轴齿设计、低摩擦轴承等技术，最高传动效率超98%，最大输出转矩超5 200 N·m，并通过应用高精度齿轮、重合度设计等技术进一步提升变速器的NVH 性能。

5 总结与展望

中国自本世纪初开始着力布局混合动力汽车发展，在国家政策引导下，2021 年以来，我国自主品牌车企厚积薄发，围绕中国市场实际需求与消费者用车习惯，基于不同的混动技术路线选择在节能性、动力性与成本经济性间谋求平衡，推出一批具有中国特色、世界范围内领先的以电为主的混合动力系统，通过对驱动动力源与动力能量源的灵活混合，实现发动机与电机的优势互补。

在驱动动力源方面，发动机驱动和电机驱动各有不足。节能内燃机汽车（ICEV） 完全依靠发动机驱动，导致发动机很多工况下工作在低效区。混合动力在ICEV 动力总成基础上增加电驱动系统，通过电机调整使发动机尽可能地保持在高效区运行，解决了发动机高效利用问题，与ICEV 相比燃油经济性更优。纯电动汽车（BEV） 完全依靠电机驱动，在起步阶段电机动力强、响应快，但长时间高负荷运行后会出现动力衰减。发动机在启动阶段动力逐渐增加，但达到工作状态后可长时间维持稳定的强动力输出。并联、混联混动车辆在起步和中低速工况主要由电机驱动，高速巡航与强动力需求用车工况则可由发动机提供动力，实现了电机与发动机驱动性能的优势互补。此外，单纯依靠电机实现整车驱动对电机转速、转矩等性能要求很高，高性能电机成本较高，带来整车动力总成硬件成本的上升。混合动力技术可通过发动机参与直驱或为驱动电机增加挡位等方式降低电机性能要求，进而减少动力总成硬件成本。

在动力能量源方面，BEV的补能焦虑是市场与行业重点关注的焦点问题。从BEV角度出发，解决补能焦虑主要依靠修建充电桩、换电站等基础设施实现便利补能，或发展800V高压电气系统、全固态动力电池等技术实现快速补能。然而修建基础设施建设周期较长，且需要大量社会资源投入。固态电池等下一代动力电池技术也存在技术瓶颈尚未实现试制与量产，即使能够获得量产成本也相对较高，难以普及至市场总量占比最大的经济型乘用车上[70]，提升消费者的刚需购车消费体验。而从混动汽车的角度出发，在BEV 动力总成基础上增加一套基于小发动机的增程器或增程系统即可实现超千公里的超长续航，成本远低于增大动力电池容量或应用先进电池技术，能够低成本解决BEV 的补能焦虑问题。

总而言之，中国自主品牌车企基于混合动力灵活混合的技术特点，发展多样化的混动架构与专用化的核心部件，所推出的新一代混合动力产品与ICEV 相比节能性与驾驶体验更优，与BEV相比无补能焦虑且性价比更高。将混合动力技术应用于价格敏感的经济车型、强动力要求的越野车型、高能耗的SUV 中大车型等细分市场能够针对性满足消费者的多元化用车需求而具有独特优势，且考虑技术瓶颈、成本高等因素，该优势将相对ICEV与BEV 长期保持。目前国内外乘用车市场混合动力汽车市场占比与销量增速节节攀升，绝大多数的新老势力车企也都基于自身强势的ICEV或BEV技术布局混动市场。混合动力技术的独特优势使其将作为乘用车动力总成核心技术路线长期存在，市场与行业的共同选择决定着关于混动技术仅为过渡性路线的论断将不攻自破。

正如中国乘用车动力总成专业委员会SCP提出的《富春江共识》 所言，结合科学规律、市场规律与中国实情，从中长期发展来看，任何一种单一能源都难以满足双碳战略、能源安全、资源安全、产业安全以及市场需求，未来中国乘用车市场动力总成技术路线必然是多元化的，而混合动力技术将是实现汽车产业新能源转型与双碳目标的关键性支柱技术。目前，中国自主品牌车企混动技术已位居世界前列，发展出了多样化的、具有中国特色的混合动力汽车动力总成技术，但需保持警惕避免落入先进技术盲目叠加、硬性指标竞相提高、性能过剩资源浪费、供应链成本极限压价的无效内卷陷阱，需充分发挥混动技术灵活混合的特点，围绕市场实际需求以及消费者用车习惯，求真务实发展真正实用、创新的混合动力技术，推出异质化的强竞争力混动产品，促进混动汽车领域的良性循环与技术的蓬勃发展。

许敏 教授

毕业于上海交通大学，获日本广岛大学博士学位，1991年加入美国卡内基梅隆大学开展博士后研究。1995—2003年，在通用、福特、伟世通等知名汽车企业担任技术专家。2003—2006年，任奇瑞公司副总经理及汽车工程研究院院长，领导团队自主开发多款发动机与汽车平台。2006年回到上海交通大学任特聘教授，历任校长助理及汽车工程研究院院长。他的主要研究方向涉及混动专用发动机、喷雾与燃烧研究、线控底盘和电动车集成技术等。主持多项国家自然科学基金项目，发表200 余篇SCI期刊和会议论文。他在学术界和产业界均有卓越贡献，被授予国际汽车工程师学会（SAE）会士、中国汽车工程学会（China SAE） 会士、国际燃烧学会（International Combustion Institute） 会士以及国际液体雾化与喷雾系统学会（InternationalInstitute of Liquid Atomization amp; Spray Systems）主席等荣誉，在纪念改革开放40 周年之际，获“中国汽车工业杰出人物”称号。