阿卓梳理混合动力系统知识 一次回答你N个问题

为了日益收窄的碳排放法规（包括燃油消耗标准），各家都或主动或被动地上马混合动力系统。虽然很多家都各司各法，有自己的混合动力系统方案，但其实这些混合动力系统，是可以用三个种维度来区分的。

第一，按照动力来源区分，单一依靠化石燃料，不需要充电，电能来自于内燃机做功及动能回收的叫混合动力（Hybrid Eletric Vehicle，简称HEV）；需要添加汽油，内燃机可直接驱动车轮，电驱动所需要的电能主要从外部电源获得，内燃机做功及动能回收获得电能有限的，叫插电式混合动力（Plug-in Hybrid Eletric Vehicle）；以电驱动为主，内燃机只作为一个发电机使用，叫增程式混合动力（Range-extended Hybrid Vehicle）。第二，按照电动机所在的位置来分，有P0、P1、P2、P3、P4共五种电机布置方式，多电机的系统，可以同时拥有两种或三种电机布置方式。第三，在HEV中，也分为微混动（无纯电行驶模式，电机只输出动力，无动能回收，内燃机可直接驱动车辆前进）、弱混动（比弱混动多了动能回收，内燃机可直接驱动车辆前进）、全混动（电动机输出功率较高，甚至可高于内燃机，内燃机不可单独驱动车辆前进，例如丰田和通用）。

这三种区分的方式有不同的维度，第一种区分方式比较直观，而且已经有大量的文章介绍，就跳过不说了，第三种分类方式也几乎没有展开的价值，所以直接开讲何谓P0~P4吧。

P0：从图片上看，好像装在了发动机的前部，其实这是很多种“动力辅助设备”的统合，除了电动机之外，还有电动涡轮、一体式发电机/起动机、高压发电机，都可以看做动力辅助设备，都属于这一个分类。

在这里要引入“48V系统”。目前我们通用的车载电压是12V，这对于车上功率不高的用电器来说当然没问题，而且12V对于人来说也是安全电压。但是低电压意味着一旦负载变高，电流也会增大，那么在电路上的热损耗就增加了（热损耗正比于电流平方）。所以目前各个厂商（包括主机厂以及零部件厂商）都在积极开发48V系统，来应对电驱动设备在汽车上日益普及的状况。工作电压提升，就可以使用更高功率的电器了，例如电动涡轮（其实形式上更像是机械增压）、电动的空调压缩泵（从皮带带动改为电力驱动）、高压起动机、高压电动转向助力等。

与之相适应的，就是发电电压也随之调升到48V，这时候就连发电机的发电功率都可以有可观的提高，目前有数据是可以产生10kW甚至最高可达14kW的发电功率。发电机发电功率提升，那么在汽车滑行或者需要减速时，就可以从发电机处回收更多的动能，并将这些电能储存起来，供给车上的48V用电器。而在车辆匀速行驶时，更大的发电功率极限，也可以有更大的弹性调制发电机的负荷，令发动机处于热效率较高的负载率。

动能回收加上高效发电，配合启停系统，基于48V系统的P0类混合动力，理论上可以为汽车带来10~15%的省油效果。目前48V系统并没有普及，但预计到2025年，搭载48V系统的车辆数目会达到1300万左右。

代表车型：奥迪SQ7 TDI（48V系统的电动涡轮）

P1&P2：P1和P2的区别主要在于电动机和发动机之间有没有离合器，是不是可以切断电动机的辅助驱动。P1的结构更加简单，在发动机缸体装上定子，在飞轮装上转子，只要发动机在运转，转子就跟着旋转，给定子加一个交流电压（以本田IMA为例，峰值电压为140V），转子就会输出动力。由于P1系统基本上是基于原生的发动机、传动系统的构造，改造量较少，也没有改变发动机的工作方式，研发成本较低周期较短，但是节油效果也比较有限（IMA系统节油率差不多在15%左右），而且由于转子是跟随飞轮一起旋转的，只有发动机运转，电动机才会输出动力，可想而知P1系统并没有纯电行驶模式。

代表车型：本田CR-Z、Insight

P2是目前应用范围非常广泛的一种形式，我们可以把P2系统看作是在原生的动力系统里，将发动机与变速箱分开，然后在两者之间插入一套电动机。和P1不同的是，P2系统在电动机与发动机之间有一套用于断开或结合发动机的离合器，这样在断开发动机之后，电动机就可以实现纯电驱动了。这种方式应用广泛的原因也很简单，因为它和P1类似，并不需要改变原生发动机以及变速箱的结构，只需要在两者之间“插入”一个电动机，对主机厂而言，开发难度较小，对于第三方供应商来说，也容易做系统集成，形成模块化，一套系统可以同时供应给不同的主机厂使用。

例如ZF，就将自己的纵置8AT变速箱进行改造，用博世提供的电动机替换掉液力变矩器，这样在保持整个变速箱体总尺寸不变的基础上，整合进了一套电驱动模块。这套系统就可以迅速推广给所有使用ZF纵置变速箱的主机厂，例如宝马、奥迪、保时捷、捷豹等数个使用了ZF 8AT变速箱的品牌，旗下的插电式混合动力车型系列，均是采用这样的方案。

车型代表：宝马X5、7系PHEV，捷豹XJ PHEV，奥迪Q7、A3 e-Tron、本田i-MMD

P3：P3和P2相比，电动机挪到了变速箱的末端。本田i-DCD就是这一结构的特征非常明显的一套混合动力系统。比亚迪的秦也可以看作是从变速箱末端提供电动机驱动力的。比亚迪为了提供高功率的电动力，并没有把电动机整合在变速箱壳体里，而是直接像蜗牛背壳一样挂在变速箱的外面。

代表车型：本田飞度（第三代）、比亚迪秦

P4：P4是直接把电动机放在了驱动桥，直接驱动车轮。这种驱动方式，目前见得比较多的是在混合动力跑车还有SUV上。例如保时捷918 Spyder、讴歌NSX、宝马i8等跑车，它们的前轮就是由电动机直接驱动的。当然它们的后轮也是发动机加电动机的混合驱动方式。另外在SUV里，比亚迪唐、沃尔沃XC90 T8 Hybrid、宝马X1 eDrive等，前轮由发动机或发动机加电动机驱动，后轮由电动机驱动。这种布局方式的好处很明显，就是在节省了中央传动轴的同时，实现了四轮驱动。

但是要调好一套混动四驱系统也不容易。因为混合四驱不像单一动力源，以分动器加传动轴分配动力，前轴驱动与后轴驱动是彼此独立的部分，扭矩曲线彼此不同步。那么问题就来了。电动机原地起步即为最大扭矩，汽油机则是在2000rpm左右才输出最大扭矩，而且内燃机的屁股还跟了个变速箱，而电动机则是直接驱动另一端驱动桥的。所以怎么让内燃机与电动机协调工作，是个影响到整套系统运行质量甚至安全性的。想想看湿滑路面，如果前后轮输出扭矩不同，从而转速不同，反而容易失控。

由于P4的电动机完全独立于内燃机动力系统之外，所以P4是可以和其他形式的混合动力系统搭配使用的。例如比亚迪唐，“双模三电机”，就是P3+P4的形式，例如XC90 T8，就是P2+P4的形式。

代表车型：保时捷918Spyder、讴歌NSX、宝马i8、比亚迪唐、沃尔沃XC90 T8 Hybrid、宝马X1 eDrive

咦，为什么P0到P4逐个说了个遍都没见到丰田呢？有一个说法，“世界上只有两种混合动力系统，丰田的和别家的”，在这套分类方式中就体现出来了。在以上的分类方式里，有一个默认的前提，电动机首先要被视作一个独立体，也就是说，拿掉电动机，车子还可以正常行驶。与之对应的，变速箱是另一个独立体，和电动机是相互独立开来的。

丰田说过，不要小看混合动力技术的门槛，以上的从P0~P4，从原理和结构上都没有打破传统能源车的固有模式，也就是在内燃机参与驱动时，发动机转速和车轮转速之间总是某几个固定的传动比，而非根据当前负载灵活调配发动机转速与负载，省油效果主要靠电驱动部分让发动机先歇歇。

而丰田和通用的混合动力系统里，虽然两者工作模式有很大区别，但是从运作原理看，电动机与行星齿轮组是一组相互协同工作的机构，通过行星齿轮组中太阳轮、行星架、外圈的不同锁定方式，改变动力流模式。发动机、电动机、行星齿轮组高度互联，协同运作，因此相互之间不可分割，甚至连内燃机，都不是一个独立体。目前行业内偏向于把丰田和通用的混合动力系统，单独归类为DHT，Dedicated Hybrid Transmission，中文翻译作混合动力专用传动机构（注意准确的翻译不是变速箱，两者之间是有区别的）。是的，现在通用的这套混合动力系统（君越、迈锐宝XL以及凯迪拉克CT6 PHEV），从原理上已经可以和丰田归在一档了。

在聊到混合动力系统时有一个误区，很多人喜欢用纯电续航里程的多寡来判断一套混合动力系统的性能。纯电续航里程只在谈论需要外接电源充电的电动车和插电式混合动力车型时才有意义。电动车的纯电续航里程不仅可以看出一台电动车的使用便利性（续航肯定越长越好），续航里程越长，意味着整个生命周期充放电总次数越少，电池衰减越不明显。而PHEV的纯电续航里程，以这类车型定位来看，只要纯电续航里程过了50km，进入国家节能与新能源车目录，可以获得节能补贴以及限牌城市的优先上牌权（北京只允许电动车上新能源牌照，上海规定油箱容积低于37L）就足够了。当然，纯电里程高一点，对于每天充电的用户来说，每天纯电行驶的活动半径就可以增加一点，也是有好处的。（顺带还能刷低工信部的百公里油耗计算值呢，嗯）

而对于HEV来说，电的来源主要有两种：1，发动机运转在高热效率区间，除了驱动车辆外，多余的动力用以发电；2，车辆滑行或减速时，通过发电机将动能进行回收。所以，HEV车型的电池，是一个将已经产生了，但是暂时用不了的电储存起来的容器。电池本身的电量是随时充随时放的。全混动车型的电池容积大小，和混动系统的工作逻辑相关，是工程师经过不同工况的模拟、以及实际测试，再优化而得出的。纯电行驶模式只是HEV的一个结果而非目的，把纯电行驶里程做长，对于混动系统的能量管理，以及车重、车内空间利用来说反而是个累赘。打个不太准确的比喻，全混动车的电池，其概念有点像内存，它是一个临时数据的快速存取区。如果我们用内存大小来衡量电脑的储存空间，那就是缘木求鱼了。

对于HEV，我们需要关心的不是电池容量多大，而是这套混合动力系统工作起来是不是真的能够让内燃机、电驱动系统，能够永远在高效率区间运行，能量管理系统、AC-DC-AC元器件的设计是否合理，有多高效，能做到多省油就足够了。

好，最后顺带说一下，一般我们看工信部公布的油耗，都比我们日常使用要低一些，为什么对于全混动车型来说，就和我们日常用车差不多呢？对于非混合动力车来说，工信部测定油耗的工作循环负载是非常低的（跟欧洲学回来的那一套，对小排量增压车型相对有利），远低于我们日常用车的实际情况，所以测试出来的油耗数字就比真实油耗低不少。

但全混动系统的一个特点就是，即使外部负载改变量很大，内燃机都是在某个相对稳定的区间内运行的。所以我们都会有这样的体会，不同的驾驶风格，路况千差万别，反映在混合动力车的油耗上，波动不是十分明显。于是，在工信部的油耗测定循环里，全混动车型虽然在轻负载下运作，但是和日常驾驶的负载率相比，油耗的波动没有传统动力汽车那么明显。