1.2.2 混合动力汽车

1.2.2.1 混合动力汽车都是新能源汽车吗？

近年来，随着环保意识的提升和能源问题的日益凸显，汽车行业不断推出各种新能源汽车来满足人们对绿色出行的需求。其中，混合动力汽车成为了一种备受关注的车型。但是，混合动力汽车和新能源汽车之间究竟存在怎样的关系呢？混合动力汽车是否可以被归类为新能源汽车？让我们一起看下去吧。

首先，我们需要明确混合动力汽车和新能源汽车的定义。

混合动力汽车，顾名思义，就是指两种或两种以上不同形式的动力组合在一起、共同形成驱动系统的汽车，通常来说是热动力源与电动力源的混合（图1-58）。热，是传统燃油汽车的动力源，由传统的内燃机（汽油机或柴油机）产生；电，则是纯电动汽车的动力源，即电池与电动机。根据前面章节中的介绍，新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或者主要依靠新型能源驱动，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

在混合动力汽车中，轻混和插电混动是两种常见的混合动力技术。

混合动力汽车又可以分为不可外接充电式的混合动力汽车和可外接充电式的混合动力汽车，这其中，可外接充电式的混合动力汽车又称为插电混合动力汽车，归属于新能源汽车；不可外接充电式的混合动力汽车由于采用的仍旧是传统的燃料，所以不能被归属为新能源汽车，在国内，它被划分到了节能汽车的行列，也被称为油电混合动力汽车，如图1-59所示。

（1）轻混动力系统（不可外接充电式的混合动力汽车）

轻混动力系统又称为微混动、48V微混动力系统。它是在传统的内燃机车辆中加入一个48V的电池系统，通过回收制动能量和轻度电动助力来提高燃油经济性（图1-60）。

近几年，各国纷纷提出了限制百公里油耗和排放的标准，让很多美系和德系车企措手不及。此时发展纯电动技术不仅成本降不下来，之前在内燃机方面的技术成果也都会荡然无存；研发广义混合动力技术又有日系车企的“技术壁垒”阻隔，况且广义混合动力技术也需要研发新的平台来支持，远水解不了近渴。所以在几十年前汽车工程师提出的36V系统经过翻新之后，以48V混合动力的全新面貌重出江湖。

轻混动力系统采用了一种称为BISG的设备，即传动带集成式起动发电机。BISG既可以作为发电机，为电池充电，也可以作为电动机，为发动机提供助力。当车辆制动时，BISG将制动能量转化为电能储存在电池中，当车辆需要加速时，BISG通过电动机向发动机提供额外的动力。这种轻度的电动助力可以减小发动机的负荷，提高燃油效率，总体而言，使用了48V轻混系统后的汽车油耗可以降低15%~20%。

轻混动力系统相对于传统的内燃机车辆，可以将制动能量进行回收利用，并通过轻度的电动助力来减小发动机负荷，使得车辆的燃油消耗更加高效；混动力系统配备了智能起停功能，可以自动起动或熄火，减少车辆在交通拥堵或红绿灯等停车等待时的能耗。

（2）插电混动动力系统（可外接充电式的混合动力汽车）

插电混动动力系统是一种更加高级的混合动力技术。与轻混动力系统相比，插电混动动力系统具备更长的电驱动里程和更高的电能存储容量。

插电混动动力系统不仅具备内燃机，还配备了一个更大的电池组和电动机。它结合了燃油发动机和高容量的电池组，这些电池组可以通过外部电源插电充电，并使用电能来提供一定的驱动力；当电池电量耗尽时可以切换到混合模式，通过燃油发动机继续驱动；也可以通过回收制动能量进行充电。电动机可以单独驱动车辆，也可以与内燃机协同工作（图1-61）。

插电混动动力系统相对于轻混动力系统，具备纯电驱动模式，可以在电量充足的情况下实现零排放的驾驶，减小对环境的污染影响；插电混动动力系统可以通过外部电源插电进行充电，不仅可以利用低电价的夜间充电，还可以利用充电桩进行快速充电。由于插电混动动力系统具备电动驱动模式，可以减少对内燃机的依赖，从而降低车辆的综合油耗。

经过对比我们可以认识到，其实轻混本质上是给原来发动机额外增加了一个小的动力系统，就是电气的动力系统，并不算是新能源汽车。从轻混动力汽车的车牌就可以看出，轻混动力汽车的车牌和传统燃油车一样是蓝色的。

总结起来，轻混动力汽车和插电混动动力汽车都是为了推动绿色出行而发展起来的车型，但是二者在技术原理和能源利用方式上存在一定的差异，其中插电混动动力汽车才是新能源汽车家族的一员。

1.2.2.2 混合动力汽车如何分类？

传统燃油汽车亟待转型，而纯电动汽车关键技术尚未成熟，电力驱动先一步做出妥协，以辅助姿态加入燃油汽车，混合动力汽车便应运而生，成为了两者间完美的桥梁。

汽车由成百上千个单元与零件组成，结构十分复杂，在混合动力汽车中，发动机和发电机的动力输出也并不是简单的“1+1=2”式的叠加，那么如何将两种动力混合起来并实现驱动汽车的目的呢？我们可以根据混合动力汽车动力混合方式，将它分为三类：串联式插电混合动力汽车、并联式插电混合动力汽车和混联式插电混合动力汽车。

（1）串联式插电混合动力汽车

串联式插电混合动力汽车（Series Hybrid Electric Vehicle, SHEV）名称之中的“串”字可以简单理解为发动机和电动机是“串”起来驱动汽车的。它有一个喜闻乐见的别名：增程式混合动力汽车。

在串联式混合动力汽车中，发动机、发电机与电动机是“串”在一起的，如图1-62所示。作为电动力源，动力电池可以单独向电动机提供电能，用于驱动汽车。而作为热动力源，发动机仅用于发电，发电机发出电能供给电动机，而电动机负责驱动汽车行驶。

因此，发动机和汽车的驱动轮之间没有直接的机械连接，车辆其实完全是由电力进行驱动。由于没有直接的机械连接，在一定范围内，发动机的运行不会受到车辆行驶状况的影响，比如在汽车遇到颠簸时，车轮受到的瞬间的冲击就不会直接传到发动机上。这方便了对发动机进行最优的喷油和点火控制，可以使发动机经常保持在低能耗、高效率和低污染的状态下运转。

在图1-62中我们可以看到，发电机和动力电池输出的电能并没有直接提供给电动机，而是加入了一个逆变器，逆变器将直流电变成交流电，使得电能可以在电动机上被使用。根据这个电路图我们可以简单划分它的工作过程，见表1-5。

看到这里，不禁生出一个疑问，为什么第5种工作模式（再生制动）中传动系统还能反向给动力电池充电呢？

我们都知道，电动机是通过电磁感应的现象，将电能转化为机械能，当交流电能的频率下降时，电动机的转速也相对减小。在汽车减速和制动过程中，汽车发出信号，减小电动机的频率，但是由于机械惯性的原因，电动机的转子转速没有办法立刻跳跃至指定速度，这时会出现实际转速大于给定转速，从而电动机会产生一个反电动势，这个电动势会高于逆变器另一端的电势，电流会从电势高的流向电势低的一端，因此，电动机就变成了发电机，给动力电池进行充电。

串联式混合动力汽车的主要缺点是显而易见的。由于发动机输出的机械能不是直接作用于驱动轮，而是进行转化，成为了电能，电能再通过电动机转化为机械能用来驱动汽车，经过了两次的能量转换，这必定伴随着能量损失，在热能→电能→机械能之间的转换过程中，总效率是低于内燃机汽车的。也因此，它必须要装置一个大功率的发动机-发电机组，再加上庞大的动力电池组，这三个动力总成的体积较大，重量也比较重，一般会布置在大型客车中。

（2）并联式插电混合动力汽车

并联式插电混合动力汽车（Parallel Hybrid Electric Vehicle, PHEV）指的是发动机和电驱动系统可以各自分别来驱动车辆行驶。 它名称中的“并”字可以简单理解为发动机和电动机是“并列”起来的，可以各自去驱动汽车。

在传统的燃油汽车发动机驱动路线保持不变的情况下，加入一条动力电池驱动路线，便成为了并联式混合动力汽车，如图1-63所示。发动机与电动机此时即呈现并联结构。发动机作为主要输出动力，动力电池作为辅助动力，工作时同时驱动，或者各自单独驱动车辆。动力电池驱动的加入，帮助发动机在绝大部分时刻处于最经济的工作状态，达到节省燃油的目的。

与串联式混合动力相比，发动机保留了变速器，可以通过机械传动装置直接对车轮施加驱动。但是由于并联式混合动力汽车将发动机与电动机并联，在电动机与发动机混合输出的模式下，没有另一台发电机让发动机的机械能转化为电能，所以无法为电池充电，当电池电量耗尽时，汽车只能依靠发动机驱动。

（3）混联式插电混合动力汽车

混联式插电混合动力汽车（Series-Parallel Hybrid Electric Vehicle, SPHEV）可以理解为是在并联式混合动力驱动形式的基础上，从发动机的动力输出部分新增了一条能量传输路径：发动机除了可以驱动车轮之外，还可以通过发电机把能量传递到电池包。

从图1-64可以看出，在并联式混合动力的基础上，再加上一个发电机，就能解决其不能为电池充电的问题，混联式混合动力汽车由此诞生。混联的形式结合了串联与并联的优点，汽车可以在串联和并联模式间进行切换。发电机（M1）和电动机（M2）之间设置了一个离合器，通过离合器的分离和结合来实现对串并联模式的切换控制。由于元件增多，控制起来会比单独控制更加复杂。

既然我们对混合动力汽车的结构有了一定的了解，这些装置将动力电池的电能和发动机的机械能结合在了一起，那么具体实施的时候，它们结合的“比例”是多少呢？如同一杯糖水，加入糖的量不同，甜度会发生较大的差别，混合动力汽车也是同样的道理。混合动力可以细分为微混、弱混（轻混）、中混、强混、增程式插电混动，那么细分的依据又是什么呢？换言之，如何定义“甜度”并进行区分呢？

我们通常会用混合度——电池系统功率与电机功率的比值，作为区分的依据。比如说混合度小于是10%是弱混、10%~25%是中混、大于25%是强混，随着混合度由弱到强，电在混合动力汽车所占的戏份越来越重，节能减排的使命也完成得越来越好，见表1-6。

但是一些企业在进行强弱混的区分时，引入了更多的参数。里卡多咨询公司通过停车起步、制动能量回收、智能能量管理、电动起步和排放能力对汽车的混合动力进行定义，更加直观地体现混合动力对节能减排的作用，这也避免了由于使用单一的混合度参数而造成实际情况与理想值的差别。换言之，就是混合度低的对于节能减排一定没什么效果，但混合度高的也未必会对节能减排有突出效果。

随着混合动力汽车技术的不断成熟和发展，作为燃油汽车向纯电动汽车过渡阶段的产物，混合动力汽车已经成为了汽车市场中的一个重要组成部分。混合动力汽车的广泛应用，帮助汽车产业平稳步入电动化时代，也为纯电动汽车的电池管理等策略提供了一定的实践经验。电已步步为营，逐渐成为混动汽车中的核心，那么未来燃油彻底退出汽车动力舞台是否指日可待？