1.3 插电式混合动力汽车

为了提高混合动力电动汽车的燃油效率、降低排放，在车辆行驶中多使用电力驱动，增加电机的驱动功率，减小发动机排量，插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）应运而生。其车载动力电池组可利用电网（包括家用电源插座）进行补充电能，具有较长的纯电动行驶里程，必要时仍可工作在混合动力模式。

最早的PHEV乘用车是2010年上市的通用汽车雪佛兰沃尔特，当行驶里程小于60km时，它能够完全依靠一个车载的16kW·h锂离子动力蓄电池所储备的电能来驱动车辆，实现“零油耗、零排放”。当车载锂离子动力电池电量消耗至最低阈值时，车载发电机将自动起动并为驱动电机继续提供电能，使整车的续驶里程高达500km以上。随着动力电池的高比能量和高安全技术进步，满足日益严格的环保要求，PHEV能行驶更远的纯电距离。2021年上市的比亚迪宋Plus DM-i超级混动PHEV，搭载了18.3kW·h磷酸铁锂锂离子动力蓄电池，纯电里程达到110km，整车的续驶里程超过1000km，最低荷电状态的百公里油耗为4.5L。由于PHEV乘用车受到消费者欢迎，各大汽车公司竞相上市各种PHEV乘用车，市场竞争激烈。

插电式混合动力汽车源于常规混合动力电动汽车，它们具有相同的分类形式。按驱动车辆的能量流分类，混合动力电动汽车可分为串联、并联以及混联三种类型车辆，它们的动力系统结构形式分别如图1-2、图1-3和图1-4所示。按发动机和电机驱动车辆的功率比分类，混合动力电动汽车可分为轻度混合、中度混合以及重度混合三种类型车辆。根据车载驱动电机P_x的布置，业内将混合动力电动汽车的机电混合动力形式简称为P_x结构，如图1-5所示。通常，P₀结构称为发动机皮带轮起动发电一体系统（Belt Starter & Generator，BSG），P₁结构称为发动机飞轮盘起动发电一体系统（Integrated Starter & Generator，ISG），P₂、P₃和P₄结构的驱动电机分别布置于离合器-变速器、变速器后端和差速器前端，P₅结构称为轮边电机或轮毂电机驱动系统。一台PHEV可以是两种或多种P_x结构的组合，动力系统设计需要权衡多个车辆性能指标，例如系统成本、经济性、动力性、稳定性和耐久性等。

图1-2 （插电式）混合动力汽车串联式动力系统结构

图1-3 （插电式）混合动力汽车并联式动力系统结构

图1-4 （插电式）混合动力汽车混联式动力系统结构

图1-5 （插电式）混合动力汽车的P_x结构示意图

最早的混合动力电动汽车是1997年上市的丰田汽车普锐斯，代表汽车进入了电气化时代，表现了传统燃油汽车难以企及的环保性和经济性。无论是标准工况还是实车路况运行，普锐斯混合动力电动汽车的燃油经济性均可达到4.0～4.5L/100km，尾气中CO₂排放量下降45%以上。相比于传统混合动力汽车，PHEV具有利用新能源电力的纯电驱动功能，纯电里程更长，更绿色环保，展现了良好的竞争力。比如，2021年，比亚迪秦Plus DM-i超级混动PHEV的纯电里程超过100km，综合行驶里程超过1000km，最低荷电状态的百公里油耗为3.8L，百公里加速时间为7.3s，在同级别车型的市场销量中名列前茅。

比亚迪DM-i超级混动技术采用P₁和P₃结构，可集成为前驱构型的混合动力汽车；如果再匹配P₄结构，则可集成为四驱构型混合动力汽车。在此，简单介绍P₁和P₃结构的超级混动技术DM-i，如图1-6所示。DM-i能使车辆具有6种能量流的运行模式，离合器C处于分离状态，可仅由锂离子电池组供电P₃电机实现车辆的纯电驱动模式；当汽油发动机与P₁电机组成一台增程器时，车辆可实现油电混合增程的串联运行模式。离合器C处于接合状态，P₃电机停止工作，可仅由燃油供能实现车辆的发动机驱动模式；发动机和P₃电机同时运行，可由油电混合供能实现车辆的并联运行模式；发动机、P₁和P₃电机都工作时，可由油电混合供能实现车辆的混联运行模式，这种模式的系统能量管理策略复杂。理论上，P₁和P₃电机都具有发电运行功能，实现车辆的电制动运行模式。

图1-6 比亚迪DM-i超级混动技术结构示意图

增程式电动汽车（Range Extender Electric Vehicle，REEV）具有串联型的混合动力系统结构，其燃油发动机稳定工作在高效区，可超低排放，整车声噪振动感受（Noise，Vibration，Harshness，NVH）好，而且发动机、电动机、动力电池和空调/暖风系统可实现一体化的热管理，不仅能降低用户的里程焦虑，而且能增强整车燃油经济性。对于同级别的汽车，采用小排量燃油发动机的增程式电动汽车能够比传统燃油汽车的节油率超过40%。在中大型SUV市场，增程式电动汽车获得了消费者肯定，相比于燃油车，不仅加速时间更短，而且油耗能少30%以上。比如，理想ONE搭载由1.2T燃油发动机和60kW发电机集成的一台增程器，以及40.5kW·h的三元材料锂离子蓄电池容量，前/后驱配备永磁同步电机的最大功率达100kW/145kW，轻型车测试（World Light Vehicle Test Cycle，WLTC）工况纯电里程达155km，百公里加速时间达6.5s，最低荷电状态的百公里油耗达8.8L，与实际车辆行驶的燃油经济性吻合。

无论是插电式混合动力汽车，还是增程式电动汽车，它们集成了传统汽车和纯电动汽车的驱动技术要素，是传统汽车向纯电动汽车或燃料电池汽车过渡的一种新能源汽车类型。各大汽车公司正为汽车的新能源、电气化转型开发适用纯电、油电混合和氢电混合的统一车辆平台，比如，2022年7月，长安新能源汽车公司上市深蓝SL03新能源乘用车，推出了纯电动、增程式和燃料电池汽车三种车型。