中国混动汽车动力总成技术路线研究

许敏张亦嘉受国家政策鼓励和消费者偏好驱动，加之在内燃术积累以及在电动化动力方面的先发优势，2021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(sp电池容量远超常规串联混动车型，开创了具有中国特色的插电式串联混动技术路线。超长续航、无补能焦虑使其在受到市场欢迎，自2019年底开始交想ONE累计销售超20万辆。增程式电动汽车新赛道增程式车型SL03。新势力车企方面，202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油续航里程，远超传统汽车400km的最低续航标准。而在车过程中，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PH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。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。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。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用户需求，部分中国车企选择了多技术路线并行的混动总成战略布局，沿节能性与动力性两条路径发展混动技并联混动汽车的典型工作模式包括纯电驱动、混动、制动能量回收与电池补能。并联混动的最大特点了传统发动机的强劲动力和传统变速器的多速比，使发在低速起步、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机性能衰减带来的影响，保障车辆以高稳定性、强动力电机就实现了整车的强动力四驱。如图所示，Hi动箱为基础，整车动力经变速器进入分动箱，通过车轮传感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，与其他插电式强混系统相比，并联混动技术较IC较小，P2单电机兼具发电与驱动功能，整车馈电能力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也仅将并联混动车型用作双积分平衡工具，以满足节能与新能源汽车政策要求。而在2021年以来中布的新一代混动系统中，P2单电机并联混动技术的到进一步强化，通过搭载于更适配的极限越野细分车型单电机并联混动相较混联混动燃油经济性差的问题，推具有产品力的并联混动车型。对比纯燃油越野车型，混电混合后，混动越野车型的综合油耗与用车成本也更低电动越野车型，混动越野则解决了续航里程、电池安全温限矩导致打滑等痛点问题。此外，并联混动系统中，电机的输出功率叠加后，还可经多速比变速器放大转矩强劲的动力输出；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、混联式混动汽车包括串并联和功率分流2条田THS混动系统的专利保护，国内车企仅有吉利与发的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本较高，有很多局限性，但2020年推出的比亚迪DM-i继承了其P1+P3双电机插电式串并联的混动技术风格，国车企以电为主、以油为辅的大电池插电混动技术新时代。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置的发电电机、位于P3位置的驱动电机、直驱离合器与单挡器。比亚迪DM-i混动系统动力架构及EHS混动专用变速器结构速与车速解耦，并通过大容量电池进行能量调度管理，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，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，发动机与机共同驱动车辆，通过双动力源输出动力的并联叠加实现全性能释放。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。然动机单一驱动挡位限制，单挡串并联混动系统中发动机介的工况始终有限，为了提高发动机在整车驱动中的参与度车企创新发展出多挡串并联混动系统，通过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，奇瑞鲲鹏与吉利雷神，以及4挡串并联加功率分流的各有3个挡位，其核心结构如图所示。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，奇瑞鲲鹏则在此基增加了双电机纯电驱动与双电机制动能量回收2种工作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与单挡串并联混动系统相比，多挡串并联机械结构更复对复杂的多挡位变速器的应用并不绝对等同于混动系统的上升。多挡混动系统中，处于变速器输出轴之前的转矩。也即通过多挡位变速器的使用，小功率动力源可挡混动系统中大功率动力源同等的驱动效果，动力源功降低混动系统对电机的性能要求，进而降低电驱系统的寸，轴向尺寸小，结构紧凑，更强调发动机在混动系统力，但其不受变速器空间尺寸限制，可通过加大电机功系统中，动力系统均布置在前轴，无法充分利用所有车轮发动机调节、发电以及辅助驱动，P4电机位于后桥主使用2个电机即可四轮驱动功能，并结合iT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，针对特定细分增程式电动汽车与大电池插电式串并联混动是当前中国领域的技术热点，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