注意:本文僅做案例參考,由于不同廠商使用規范不一,文中相應材料均用文字描述,避免引起誤解,同時由于公司保密條例,一切涉密材料均使用代稱或虛指,切勿對號入座。
混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle)是指有兩種及以上不同類型的動力源結合并驅動車輛前進的汽車。目前國內市場上的混合動力汽車主要以油電混合為主,本文討論的內容默認為油電混合,不包括燃料電池、太陽能等混合動力汽車。
混合動力汽車按照不同的維度可以有多種類型,目前主要是以混合度、充電方式、動力系統架構三個維度進行分類。
按混合度分類:
強混(Full Hybrid/Strong Hybrid):電池容量較大,電動機功率占比大于30%,且電動機可獨立驅動車輛行進,節油效果大于50%;
中混(Mid Hybrid):電動機可輔助發動機驅動車輛,但無法單獨驅動車輛行進,功率占比小于30%,節油效果小于25%;
輕混/弱混(Micro/Mild Hybrid):電池容量很小,電動機僅作為發動機的起動機以及反向充電機使用,功率占比小于10%,節油效果小于15%。
按充電方式分類:
插電式混合動力(Plug in-Hybrid Electric Vehicle):配備外部充電機構,可實現純電模式行駛,電量耗盡后以混動模式行駛同時給電池充電;
非插電式混合動力(Hybrid Electric Vehicle):無外接充電口。
按動力系統架構分類:
串聯模式(Series Hybrid Electric Vehicle):
發動機為發電機提供動力,發電價通過功率電子帶動驅動電機運轉,進而帶動車輛行進。發動機也可以帶動發電機通過功率電子為電池充電,發動機可以保持一直運行在高效工況;車輛制動或滑行時也可以由驅動電機通過功率電子反向為電池充電。

優缺點:
↑:發動機作用于發電機,沒有與減速結構的機械連接,因此可以通過系統控制優化,使發動機一直運行在最高效率區域,即中高速模式。
↑:充電方便且短途通勤情況下,具備只充電不加油的特點,成本較低。
↓:能量需要進行二次轉化,能量利用率會較低;電機是車輛唯一的驅動力來源,其爬坡、急加速等高動力需求與整體結構尺寸存在正相關關系。
↓:由于發動機和發電機并不作用于車輪,導致發動機與發電機功率浪費,即發動機功率70KW,發電機功率50KW,電動機功率90KW,整備總功率合計210KW,但實際車輪驅動功率只有90KW。
↓:高速路況占比較多的情況下,性價比降低。因為本身發動機在高速工況屬于高效率區域,但由于串聯模式需要額外進行能量轉化,反而導致油耗的相對提高。
工作模式簡介:
純電模式:高壓電池包-功率電子-驅動電機-動力分配系統(行星齒輪機構)-減速機構-車輪。此時發動機不參與驅動,整車接近純電動模式。
混合低速模式:發動機-發電機-電池包-驅動電機-動力分配系統(行星齒輪機構)-減速機構-車輪。
混合高速模式:發動機-發電機-驅動電機-動力分配系統(行星齒輪機構)-減速機構-車輪,同時電池包也為驅動電機提供動力源,共同驅使車輛前進。
并聯模式(Parallel Hybrid Electric Vehicle)(注意:此PHEV與Plug-in含義不同):
發動機通過機械耦合方式可以直接驅動車輛,電池包給驅動電機提供動力源,再通過機械耦合設備驅動車輪。由于機械耦合設備的存在,發動機不需要專門的發電機來帶動驅動電機。發動機作為主要驅動力,可以在驅動車輛同時為電池充電。車輛制動或者滑行時可以通過機械耦合器反向驅動電機為電池充電。

優缺點:
↑:發動機和電機都通過機械連接,直接作用于車輪,沒有能量的二次轉化,不需要發電機,結構緊湊,功率利用率高。
↓:發動機與減速機構存在機械連接關系,因此發動機無法始終工作在最佳工作區域。
↓:驅動電機不能同時做驅動和發電機,不能一直持續工作在共同驅動模式,爬坡或持續加速等大功率工況下,電池電量耗盡后只能轉為發動機驅動模式。
工作模式簡介:
純電模式:電池包-功率電子-驅動電機-機械耦合器-減速機構-車輪。
混合動力模式:發動機和驅動電機同時通過機械耦合器-減速機構-車輪。
行車充電模式:發動機一方面通過機械耦合器-減速機構-車輪驅動車輛行進,一方面通過機械耦合器-驅動電機-功率電子給電池包充電。該工況通常出現在電池電量低于設定SOC值或者駕駛員切換至電量保持模式。此外當車輛怠速時,發動機也可以運轉在高效模式為電池包充電。
純燃油模式:并聯機構可以在高壓系統出現故障時,單獨使用發動機驅動車輛,此時車輛等同于一臺普通燃油車。
混聯模式(S/P Hybrid Electric Vehicle):
發動機通過機械耦合設備直接驅動車輛,同時也可以通過驅動發電機,經過功率電子驅動電機進而驅動車輛,或者通過發電機為電池包充電。發動機可以保持一直運行在高效工況且動力分配選擇多元化。電池包為驅動電機提供動力源,直接驅動車輛。車輛制動或者滑行時通過機械耦合器和驅動電機均可為電池包充電。

優缺點:
↑:混聯動力通常采用扭矩耦合和速度耦合結合的方式,因此發動機與車輪的扭矩和速度不再有直接對應關系,同時部分發動機動力不需要經過能量二次轉化,提高了能量利用率。
↓:系統結構復雜,控制系統復雜,成本較高。
工作模式簡介:
以雷凌雙擎為例,其采用了豐田普銳斯車型同一套混合動力THS系統(Toyota Hybrid System),該系統到目前已開發至第四代。如下圖所示,THS系統主要由發動機、混合驅動橋總成、MG1、MG2、變頻器總成(功率電子)、HV電池等相關組件組成。MG1、MG2為混合動力系統中的兩個電機,MG1主要作為發電機用于給電池包充電,必要時可驅動汽車,MG2主要作為驅動電機用于驅動汽車。

啟動和低速行駛模式:電池包為驅動電機提供能量源,驅動電機帶動車輛行進。
正常工況行駛模式:當車輛達到一定速度后,脫離發動機低效率運轉范圍后,發動機介入,一方面通過發電機-驅動電機路線,一方面通過機械耦合器路線,共同驅動車輛。
急加速或爬坡模式:在上述工況模式基礎上,電池包為驅動電機提供動力,以整車最高功率性能驅動車輛。
減速/制動/滑行模式:驅動電機反轉作為發電機,通過功率電子為電池包供電。
電池充電模式:根據用戶設定需求,發動機通過發電機-功率電子為電池包充電,保證電量維持在用戶設定的SOC值范圍內,以備用戶使用。

本篇針對混合動力汽車的各種類型進行了簡單介紹,下一篇將介紹純電動汽車的基本類型。需要說明的是新能源汽車在傳統燃油車的基礎上增加了整車高壓系統,同時也新增了諸如EKK、PTC、功率電子等新控制器和執行器,為了避免內容展開導致讀者混亂,這些內容會在后續的文章中詳細介紹。同時由于我最近也一直在同步閱讀相關文檔,所以該塊內容也是一個慢慢補充和完善的過程,如有任何詞不達意之處,希望能夠諒解。


