插電式混合動力技術詳解

隨著特斯拉Model S帶來的電動車熱潮，各個廠商都開了竅，紛紛拿出一些很有意思的產品。這些產品不局限于電動車，插電混合動力也熱鬧了一把。

保時捷918在紐博格林跑進7分鐘，傲視各路超跑;寶馬i3、i8發布價格，帶來將來概念;比亞迪秦在北京密云布下戰場，挑戰各路英雄。相比前兩年沃蘭達的默默無聞，仿佛插電混合動力的春天來了，那么應當要怎么樣看待插電混合動力汽車?市面上的插電混合動力車都一樣嗎?將來又將開向何方呢?

所謂插電式混合動力

插電式混合動力汽車(Plug-in Hybrid Vehicle，簡稱PHV)，簡單說就是介于電動車與燃油車兩者之間的一種車。他既有傳統汽車的發動機、變速箱、傳動系統、油路、油箱，也有電動車的電池、電機、控制電路。而且電池容量比較大，有充電接口。

與雷克薩斯RX450h這種非插電的混合動力汽車相比，插電混合動力汽車電池容量更大，可以支持行駛的里程更長。如果每次都是短途行駛，有較好的充電條件，插電混合動力汽車電池可以不用加油，當做純電動車使用，具有電動車的優勢。

與特斯拉Model S這種純電動車相比，插電混合動力汽車電池容量要小很多，但是帶有傳統燃油車的發動機，變速箱，傳動系統，油路、油箱。在無法充電的時候，只要有加油站就可以一直行駛下去，行駛里程不受充電條件的制約，又具有燃油車的優點。

但是，因為一輛車內要集成電動車、燃油車兩套完整的動力系統，插電混合動力汽車的成本較高，結構復雜。重量也比較大，相對于單純的燃油車和電動車又有劣勢。不過，在充電站大面積普及，充電時間大幅提高之前，插電混合動力汽車作為燃油車與電動車之間的過渡產品將長期存在下去。

插電混合動力汽車的分類

雖然都叫插電混合動力汽車，但實際上依據結構不同，插電混合動力是可以分成幾類，各個廠商也都依據自己對插電混合動力的理解制造不同類型的插電混合動力汽車。簡單分一下，可以分成下面幾類：

一、增程型插電混合動力

這一類插電混合動力，嚴格來說依然是電動車。車內惟有一套電力驅動系統，包括電機、控制電路、電池。增程型插電混合動力車的電動機筆直驅動車輪，發動機則用來于驅動發電機給電池進行充電。因為發動機并不筆直驅動車輪，因此也不需要變速箱。這相當于在一般的電動車上裝載了一臺汽油/柴油發電機。

增程式插電混合動力結構

這種模式的優勢很分明：

具有電動車的靜謐、起步扭矩大的優勢，可以當純電動車使用，在充電方便的條件下只充電、不加油，使用成本較低;

相比其他插電混合動力模式，增程型插電混合動力可以不用變速箱，成本略有降低。由于帶有發動機發電，只要有加油站就可以一直跑下去，在不方便充電的地方不會被迫拖車，處理基礎設施不足的問題;

因為發動機不筆直驅動車輪，發動機轉速和車輪轉速、汽車速度沒有筆直關系，通過控制系統優化，可以讓發動機一直工作在最佳轉速，即使在充電不便時，市內堵車路況下油耗也比較低，發動機噪音也可以控制的非常小。

當然，這種模式也有缺點：

由于發動機和發電機并不筆直驅動車輪，造成了這部分功率的浪費，而發動機和發電機帶來的重量并不減少。譬如：一輛增程式插電混合動力汽車發動機功率50KW，發電機功率50KW，電動機功率100KW，整車攜帶了總功率200KW發動機和電機，但是能驅動車輪的功率惟有100KW。

在高速路況下，油耗反而偏高。這是因為高速路況下，如果發動機筆直驅動車輪，可以一直工作在最佳工作模式，而增程式插電混合動力多了一個轉換過程，轉換本身要消耗能量，造成油耗反而偏高。

這一類的代表車型有寶馬i3(可選裝增程模塊)，雪佛蘭沃藍達(有隱藏的筆直驅動模式)，Fisker卡瑪和奧迪A1 e-tron。

二、并聯式插電混合動力汽車

這一類插電混合動力車內有兩套驅動系統，大多是在傳統燃油車的基礎上增加電動機、電池、電控而成，電動機與發動機共同驅動車輪。車內惟有一臺電機，驅動車輪的時候充當電動機，不驅動車輪給電池充電的時候充當發電機。

并聯式插電混合動力結構

并聯式插電混合動力的優點在于：

電動機、發動機共同驅動車輪，沒有功率浪費的問題，譬如電動機50KW，發動機100KW，只要傳動系統能承受，整車功率就是150KW;

在純電模式下，同樣有電動車靜謐、使用成本低的優勢。而在混合動力模式下，有非常好的起步扭矩，加速性能出色;

因為只是在變速箱上(分變速箱輸入端和輸出端兩種增加辦法)增加了一臺電動機，在傳統燃油車基礎上改動較小，成本也比較低。

這種模式的缺點是：

在混合動力模式下，發動機不能保證一直在最佳轉速下工作，油耗比較高。惟有在堵車時因為可以自帶發動機啟停功能油耗才會低;

因為惟有一臺電機，不能同時發電和驅動車輪，所以發動機與電動機共同驅動車輪的工況不能持久。繼續加速時，電池的能量會很快耗盡，轉成發動機單獨驅動模式。

這一類的代表車型包括：奔馳S500插電版、比亞迪秦。

三、混聯式插電混合動力

與并聯式插電混合動力一樣，這種模式也有兩套驅動系統，但不同的是，混聯式有兩個電機。一個電動機僅用于筆直驅動車輪，還有一個電機具有雙重角色：當需要極限性能的時候，充當電動機筆直驅動車輪，整車功率就是發動機、兩個電機的功率之和;當電力不足的時候，就充當發電機，給電池充電。

因此，混聯式同時具有增程式和并聯式的優勢：在純電模式下具有電動車靜謐、使用成本低的優勢;在增程模式下，沒有里程焦慮，而且發動機可以一直控制在最佳轉速，油耗低，噪音小，振動小;在并聯模式下，兩臺電機，一臺發動機可以一起工作，三者功率加起來具有非常好的起步和加速性能，是一種比較完美的組合。

說缺點的話，就是兩臺電機、發動機、變速箱一個都不能少，配套的控制電路、電池、傳動系統、油路也不能少，總體成本要高于其他類型的插電混合動力，車的總重量也會大一些。而因為要控制兩個電機和一臺發動機，還有不同的工作模式，控制系統也要相對復雜，這也會提高成本。

混聯式插電混合動力，其實往下細分還可以再分兩類。

一類是前置，代表車型是豐田全系插電和比亞迪F3DM。

豐田普銳斯插電版

這類車的兩臺電機和一臺發動機都在汽車前部，通過動力分配，離合器，控制不同的工作狀態。豐田采用的是ECVT行星齒輪做動力分配，很好的兼顧了性能與節能。

比亞迪F3DM采用了簡單的共軸離合模式，沒有變速箱，通過離合器控制不同工作狀態，也可以達到不同狀態切換的目的，但是共軸模式決定了比亞迪F3DM的發動機轉速與車輛行駛速度筆直相關，并聯模式下，發動機噪音比較大，只是一種當時技術條件下的過渡，很快就被比亞迪自己淘汰。

混聯式插電混合動力還有一種模式是前后置，簡單說，就是把兼職的電機與發動機放到一起，另外的純電動機單獨放置。這種模式的代表是保時捷918，寶馬i8，規劃中的比亞迪唐也是這種模式。

保時捷918 Spyder

這種模式的優勢除了混聯式插電混合動力都有的幾個優勢以外，還有一個好處是可以在前輪驅動，后輪驅動，四輪驅動三種模式下切換。

追求極限性能的時候，四輪驅動，可以有極限的加速性能。高速行駛時，車輛重心后移，后輪驅動可以有更高的效率，達到省電(省油)的目的。在低速行駛時，前輪驅動有更高的效率，就可以切換前輪驅動。

這種模式的純電動機甚至可以是兩個，分別驅動左右車輪，達到左右扭矩分配的目的，在過彎道時可以有更出色的性能。

保時捷918能在紐柏林跑進7分鐘，傲視各路超跑，靠的就是這種前后置混聯式插電混合動力帶來的高性能。

插電混合動力的將來

通過上面的分解，我們可以看出，插電混合動力汽車在加速性，降噪，使用成本上都有很多優勢。但影響其普及的原由主要在于成本。

以比亞迪秦為例，本來原型車速銳只要7-8萬，只加了一個電機，加上動力電池，增加各種配套。價格就要到20萬左右，其中僅僅是13度動力電池，就要4萬左右的成本。整車成本則要增加10萬左右，再加上各種稅費利潤，20萬的價格就出來了。這還是成本控制能力最強，勞動力最廉價的中國企業。而國外勞動力更貴，研發成本攤上，插電混合動力汽車的價格比原型車貴幾十萬也就理所當然了。

其實,長期來看，動力電池、電機、電控的價格一直是在下降的。電控產品符合摩爾定律，下降的速度比較快。而電機和動力電池受到材料的限制，下降的速度比較慢，動力電池約莫每年降價5%左右。將來，隨著動力電池，電機，電控價格進一步下降，插電混合動力汽車會越來越接近傳統燃油車。當兩者價格差距不大的時候，插電混合動力汽車的優點就會顯現出來。

這一過程會自上而下的進行。首先是保時捷918這樣的超跑，然后是奔馳S，寶馬i8這樣的高檔豪車，然后是中級車，最后到普及車型。當插電混合動力汽車在多個范疇淘汰純燃油車之后，就會帶動充電設施的普及，也會帶動電池技術的進一步發展，而充電基礎設施和電池問題處理以后插電混合動力汽車歷史使命就完成了，人類將迎來電動車時代。

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