新能源汽車技術(shù)簡介(一)：混合動(dòng)力汽車類型

注意：本文僅做案例參考，由于不同廠商使用規(guī)范不一，文中相應(yīng)材料均用文字描述，避免引起誤解，同時(shí)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(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle）是指有兩種及以上不同類型的動(dòng)力源結(jié)合并驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)的汽車。目前國內(nèi)市場上的混合動(dòng)力汽車主要以油電混合為主，本文討論的內(nèi)容默認(rèn)為油電混合，不包括燃料電池、太陽能等混合動(dòng)力汽車。

混合動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)三個(gè)維度進(jìn)行分類。

按混合度分類：

強(qiáng)混（Full Hybrid／Strong Hybrid）：電池容量較大，電動(dòng)機(jī)功率占比大于30％，且電動(dòng)機(jī)可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)，節(jié)油效果大于50％；

中混（Mid Hybrid）：電動(dòng)機(jī)可輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，但無法單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)，功率占比小于30％，節(jié)油效果小于25％；

輕混／弱混（Micro／Mild Hybrid）：電池容量很小，電動(dòng)機(jī)僅作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)以及反向充電機(jī)使用，功率占比小于10％，節(jié)油效果小于15％。

按充電方式分類：

插電式混合動(dòng)力（Plug in－Hybrid Electric Vehicle）：配備外部充電機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)純電模式行駛，電量耗盡后以混動(dòng)模式行駛同時(shí)給電池充電；

非插電式混合動(dòng)力（Hybrid Electric Vehicle）：無外接充電口。

按動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)分類：

串聯(lián)模式（Series Hybrid Electric Vehicle）：

發(fā)動(dòng)機(jī)為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)電價(jià)通過功率電子帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)車輛行進(jìn)。發(fā)動(dòng)機(jī)也可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)通過功率電子為電池充電，發(fā)動(dòng)機(jī)可以保持一直運(yùn)行在高效工況；車輛制動(dòng)或滑行時(shí)也可以由驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過功率電子反向?yàn)殡姵爻潆姟?/p>

優(yōu)缺點(diǎn)：

↑：發(fā)動(dòng)機(jī)作用于發(fā)電機(jī)，沒有與減速結(jié)構(gòu)的機(jī)械連接，因此可以通過系統(tǒng)控制優(yōu)化，使發(fā)動(dòng)機(jī)一直運(yùn)行在最高效率區(qū)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(diǎn)，成本較低。

↓：能量需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，能量利用率會較低；電機(jī)是車輛唯一的驅(qū)動(dòng)力來源，其爬坡、急加速等高動(dòng)力需求與整體結(jié)構(gòu)尺寸存在正相關(guān)關(guān)系。

↓：由于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)并不作用于車輪，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)功率浪費(fèi)，即發(fā)動(dòng)機(jī)功率70KW，發(fā)電機(jī)功率50KW，電動(dòng)機(jī)功率90KW，整備總功率合計(jì)210KW，但實(shí)際車輪驅(qū)動(dòng)功率只有90KW。

↓：高速路況占比較多的情況下，性價(jià)比降低。因?yàn)楸旧戆l(fā)動(dòng)機(jī)在高速工況屬于高效率區(qū)域，但由于串聯(lián)模式需要額外進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，反而導(dǎo)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(qū)動(dòng)電機(jī)－動(dòng)力分配系統(tǒng)（行星齒輪機(jī)構(gòu)）－減速機(jī)構(gòu)－車輪。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不參與驅(qū)動(dòng)，整車接近純電動(dòng)模式。

混合低速模式：發(fā)動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)－電池包－驅(qū)動(dòng)電機(jī)－動(dòng)力分配系統(tǒng)（行星齒輪機(jī)構(gòu)）－減速機(jī)構(gòu)－車輪。

混合高速模式：發(fā)動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)－驅(qū)動(dòng)電機(jī)－動(dòng)力分配系統(tǒng)（行星齒輪機(jī)構(gòu)）－減速機(jī)構(gòu)－車輪，同時(shí)電池包也為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力源，共同驅(qū)使車輛前進(jìn)。

并聯(lián)模式（Parallel Hybrid Electric Vehicle）（注意：此PHEV與Plug－in含義不同）：

發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械耦合方式可以直接驅(qū)動(dòng)車輛，電池包給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力源，再通過機(jī)械耦合設(shè)備驅(qū)動(dòng)車輪。由于機(jī)械耦合設(shè)備的存在，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要專門的發(fā)電機(jī)來帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)力，可以在驅(qū)動(dòng)車輛同時(shí)為電池充電。車輛制動(dòng)或者滑行時(shí)可以通過機(jī)械耦合器反向驅(qū)動(dòng)電機(jī)為電池充電。

優(yōu)缺點(diǎn)：

↑：發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)都通過機(jī)械連接，直接作用于車輪，沒有能量的二次轉(zhuǎn)化，不需要發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，功率利用率高。

↓：發(fā)動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)存在機(jī)械連接關(guān)系，因此發(fā)動(dòng)機(jī)無法始終工作在最佳工作區(qū)域。

↓：驅(qū)動(dòng)電機(jī)不能同時(shí)做驅(qū)動(dòng)和發(fā)電機(jī)，不能一直持續(xù)工作在共同驅(qū)動(dòng)模式，爬坡或持續(xù)加速等大功率工況下，電池電量耗盡后只能轉(zhuǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。

工作模式簡介：

純電模式：電池包－功率電子－驅(qū)動(dòng)電機(jī)－機(jī)械耦合器－減速機(jī)構(gòu)－車輪。

混合動(dòng)力模式：發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)通過機(jī)械耦合器－減速機(jī)構(gòu)－車輪。

行車充電模式：發(fā)動(dòng)機(jī)一方面通過機(jī)械耦合器－減速機(jī)構(gòu)－車輪驅(qū)動(dòng)車輛行進(jìn)，一方面通過機(jī)械耦合器－驅(qū)動(dòng)電機(jī)－功率電子給電池包充電。該工況通常出現(xiàn)在電池電量低于設(shè)定SOC值或者駕駛員切換至電量保持模式。此外當(dāng)車輛怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也可以運(yùn)轉(zhuǎn)在高效模式為電池包充電。

純?nèi)加湍Ｊ剑翰⒙?lián)機(jī)構(gòu)可以在高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，此時(shí)車輛等同于一臺普通燃油車。

混聯(lián)模式（S／P Hybrid Electric Vehicle）：

發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械耦合設(shè)備直接驅(qū)動(dòng)車輛，同時(shí)也可以通過驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，經(jīng)過功率電子驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輛，或者通過發(fā)電機(jī)為電池包充電。發(fā)動(dòng)機(jī)可以保持一直運(yùn)行在高效工況且動(dòng)力分配選擇多元化。電池包為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力源，直接驅(qū)動(dòng)車輛。車輛制動(dòng)或者滑行時(shí)通過機(jī)械耦合器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)均可為電池包充電。

優(yōu)缺點(diǎn)：

↑：混聯(lián)動(dòng)力通常采用扭矩耦合和速度耦合結(jié)合的方式，因此發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪的扭矩和速度不再有直接對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)部分發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不需要經(jīng)過能量二次轉(zhuǎn)化，提高了能量利用率。

↓：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制系統(tǒng)復(fù)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(dòng)力THS系統(tǒng)（Toyota Hybrid System），該系統(tǒng)到目前已開發(fā)至第四代。如下圖所示，THS系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、混合驅(qū)動(dòng)橋總成、MG1、MG2、變頻器總成（功率電子）、HV電池等相關(guān)組件組成。MG1、MG2為混合動(dòng)力系統(tǒng)中的兩個(gè)電機(jī)，MG1主要作為發(fā)電機(jī)用于給電池包充電，必要時(shí)可驅(qū)動(dòng)汽車，MG2主要作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)汽車。

啟動(dòng)和低速行駛模式：電池包為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)車輛行進(jìn)。

正常工況行駛模式：當(dāng)車輛達(dá)到一定速度后，脫離發(fā)動(dòng)機(jī)低效率運(yùn)轉(zhuǎn)范圍后，發(fā)動(dòng)機(jī)介入，一方面通過發(fā)電機(jī)－驅(qū)動(dòng)電機(jī)路線，一方面通過機(jī)械耦合器路線，共同驅(qū)動(dòng)車輛。

急加速或爬坡模式：在上述工況模式基礎(chǔ)上，電池包為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，以整車最高功率性能驅(qū)動(dòng)車輛。

減速／制動(dòng)／滑行模式：驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)作為發(fā)電機(jī)，通過功率電子為電池包供電。

電池充電模式：根據(jù)用戶設(shè)定需求，發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)－功率電子為電池包充電，保證電量維持在用戶設(shè)定的SOC值范圍內(nèi)，以備用戶使用。

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