插混版車型增程式混動

6個問答告訴你：何謂串聯式插混車？為何說，增程車一定會消亡？

第一電動大牛作者二師兄玩車 2022-06-28 13:09

——本文屬《電車百事通》第3期

在純電動汽車的口碑還在“雞肋”和“真香”之間搖擺不定之時，插電式混合動力汽車PHEV這種既能拿補貼和牌照，又告別了里程焦慮的車型，怎么看都是當代的“車界贏家”。

但可能大多數人還不知道的是，都頂著PHEV的名頭，不同插電混動車型內部所搭載的并不是同一種核心，就好比西紅柿和千禧都是番茄屬，但一個是蔬菜，一個是水果。

其中區別是什么？

各種優勢又幾何？

今天，我們便來聚焦串聯式混合動力汽車，看看這一車型背后有什么道道？又將有著怎樣的發展前景？

什么是串聯式插電混合動力汽車？

串聯式插電混合動力汽車SHEV是Series Hybrid Electric Vehicle的簡寫，之中“串”字可以簡單理解為發動機和電動機是“串”起來驅動汽車的。它有一個喜聞樂見的別名：增程式混合動力汽車，原理如下圖。

這種驅動形式最大的特點是：發動機并不直接介入驅動，而是在電池電量不足或功率不足時帶動發電機發電并將電能輸入至電機驅動車輛，多余電能會輸入至電池包存儲起來，如下圖所示，便是串聯式混合動力汽車代表車型寶馬i3。

關于串聯式混合動力汽車，可以這么去類比：一男一女兩個人騎單人自行車，男方（電動機）負責踩踏板，女方（發動機）坐在后座無法踩踏板，但是可以在男方累的時候給男方喂口水喝（給電動機輸入電能），如此繼續驅動自行車前行。

串聯式插電混合動力汽車有什么優缺點？

先說優點。

首先，串聯式插電混合動力汽車是電機直驅，減少了離合器、變速器等部件，結構更加簡單，易于維修保養。

其次，相比于純電動汽車型，串聯式插電混合動力汽車沒有充電焦慮，只要有加油站就可以一直行駛下去，而相比于油電混合動力車型而言，插電混合動力車型在市區充電條件較好時，甚至都無需加油，足以滿足短途純電力行駛的需求。

第三，由于發動機不直接驅動車輪，因此工況會簡單很多，系統架構也會簡單很多，結構設計和控制算法都呈幾何倍數地縮減，見下圖，便是雪佛蘭Volt實車和其串聯式插電混合動力系統架構。

不過，串聯式插電混合動力汽車也有其自身的缺點。

比如，由于發動機不直接驅動車輪，難免會造成了一部分功率的浪費，尤其是當我們長途行駛時，主要由發動機產生電力，電力再去驅動電機，因而所需油耗也較高。

什么是增程器？

增程器指的是電動汽車上能夠提供額外的電能從而增加續航里程的電動汽車零部件，傳統意義上的增程器指的是發動機和發電機的組合，如下圖所示。

一般而言，增程器是在電池電量不足的情況下，使用其它能源（如汽油）進行電能補給，從而驅動車輛行駛。對于搭載增程器的電動汽車而言，大部分情況下依然工作在純電動模式，在電池包電量不足的情況下才會工作在增程模式。

增程式插電混合動力汽車是串聯式插電混合動力汽車嗎？

增程式混合動力汽車REEV全稱是Range Extended Electric Vehicle，這是當前車市中另一個熱度較高的類型，其本質上也是一種串聯式混合動力汽車，它的增程器其實也是一個發動機，不會直接驅動車輪，而是將發動機的動力轉換為電能，最后由電動機來驅動。

增程式混合動力汽車典型的代表就是理想ONE，見下圖所示。這輛車搭載了前后雙電機＋1.2T 三缸增程器（發動機），配備 40.5kW·h電池包，純電續航達188km，油電綜合續航1080km。

增程式混合動力汽車典型的另一個代表車型就是嵐圖FREE，見下圖所示。這輛車搭載了前后雙電機＋1.5L 四缸增程器（發動機），配備 33kW·h電池包，純電續航達140km，油電綜合續航860km。

增程式插電混合動力汽車的發動機和電動機有哪些工作模式？

雖然增程式插電混合動力汽車只用電機驅動，不使用內燃發動機進行驅動，也屬于串聯式插電混合動力汽車的一種，但是，對于某些較為先進的增程式插電混合動力汽車而言，在不同的工作模式之下，內部各個模塊之間充當的角色并不一樣。以雪佛蘭Volt為例，其主要有以下幾種工作模式。

（1）EV低速模式

處于EV低速模式時，C1吸合，此時C2、C3松開，增程器停轉。行星齒輪組機構內的齒圈被固定，電動機推動太陽輪轉動，行星架因太陽輪的轉動而轉動，把動力傳輸到動力分配機構并推動車輪轉動。其實，這個模式就是現在的單電機純電動汽車的驅動相似，如下圖。

（2）EV高速模式

處于EV高速模式時，離合器C2吸合，離合器C1、C3松開，增程器停轉。發電機此時充當電動機工作，推動行星齒輪組機構內的齒圈轉動。同時，功率較大的另一個電動機推動太陽輪轉動。齒圈和太陽輪同時轉動，帶動行星架轉動，從而把動力傳輸到動力分配機構并推動車輪轉動。這個模式就好像是混雙一個，男運動員和女運動員都可以協同發力以達目標，如下圖。

（3）EREV混合低速模式

處于EREV低速模式時，離合器C1、C3吸合，離合器C2松開，增程器運轉。此時，發電機被用作是電動機，增程器推動發電機發電，并為電池充電；同時，電池為電動機供電并推動行星齒輪組機構內的太陽輪轉動，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽輪轉動，從而把動力傳輸到動力分配機構并推動車輪轉動，如下圖。

（4）EREV混合高速模式

處于EREV高速模式時，離合器C2、C3吸合，離合器C1松開，增程器運轉。此時，增程器與發電機轉子連接后推動行星齒輪組機構內的齒圈轉動同時發電，電動機推動太陽輪轉動。齒圈和太陽輪同時轉動，帶動行星架轉動，從而把動力傳輸到動力分配機構并推動車輪轉動，如下圖。

（5）能量回收模式

處于能量回收模式時，離合器C1吸合，離合器C2、C3松開，增程器停轉，發電機不工作。車輪帶動行星齒輪組機構內的行星架和行星輪轉動，由于齒圈固定，因而太陽輪隨著行星架轉動。此時，功率較大的電動機作為發電機對電池充電，如下圖。

值得一說的是，并非每一款增程式混合動力汽車都會和上述的五種模式一模一樣，但是原理上都大差不差，比如理想ONE，除了新能源汽車大都具備的能量回收模式之外，設置有“純電優先”、“燃油優先”和“油電混合”三種模式，具體如下。

（1）純電優先

在“純電優先”模式下，理想ONE確實會優先使用動力電池里的余電，但不會一直用到電量干涸，當電量下降到20%（2020款理想ONE是17%）后，理想ONE的增程器便會啟動，以保持電量不再降低。

此時如果繼續行駛，雖然是“純電優先”模式，但增程器會持續工作，直到油箱里的汽油燒完才會允許電量繼續降低。

之所以為純電優先模式設置“電量下限”，一方面是在低電量狀態下電池放電功率有衰減，會導致車輛的動力性能降低。

另一方面，過低的電量會對電池壽命產生影響，盡可能避免超低電量狀態有助于延長動力電池的使用壽命。所以家里、單位有充電條件，日常通勤使用純電優先模式是最經濟的選擇。

（2）燃油優先

和純電模式不會一直用電一樣，在燃油優先的模式下，增程器也不是隨時處于啟動狀態的，而是在電量處于70%或以下時才會啟動。之所以有這條“啟動線”，是因為動力電池在電量較高時無法大功率充電（處于涓流充電狀態），增程器的補能、動能回收的效率都會有所下降。

在燃油優先的模式下，滿電狀態的理想ONE都會先跑40-50公里才會啟動增程器。（3）油電混合

油電混合模式和燃油優先模式相對而言差異主要體現在如下幾點：在油電混合模式下，增程器只會在電量處于80%或以下時才會啟動；在油電混合模式下，增程器在油電混合模式下會比燃油優先模式更“懶”一些，低速時不啟動，在中高速工況下才會啟動（這也是發電效率相對更高的工況）。

綜合來看，對于理想ONE而言，純電優先模式不會一直傻乎乎地把電用干，燃油優先和油電混合模式也會“視情況”用油，從而在保障駕駛體驗、優化能耗的同時，保護電池。

增程式插電混合動力汽車為何沒有成為主流？

增程式插電混合動力汽車實現節能的途徑，運用的原理其實是“效率差”。

眾所周知，在燃油車運轉過程中，發動機并非一直工作在高效區間，這應該是共識，實際上，效率從5%到40%都是燃油車發動機的工作區間，換句話說，燃油燃燒產生的能量，只有5%到40%（取決于內燃機的工況）會用在驅動車輛上，其余的能量都被消耗掉了。尤其是發動機在較低轉速的時候，工作效率并不高，經濟性自然也就不好了。

而電動機則剛好相反，低轉速時效率最高，這便是增程式解決方案的根本思路：發動機與車輛的行駛驅動并不直接相連接，所以發動機可以始終處在高轉速高效率區間并發電驅動電機，如果發動機有多余的能量輸出，還可以用來給電池包充電，通過這樣的方式，讓發動機和電動機都可以在自己最經濟的工況區間運行。

以AITO問界M5為例，其配備有一個56升油箱，但在熱效率達到41%的1.5T四缸增程器的加持之下，問界M5可實現一升油發3.2度電，跑一百公里也只需要6.7L油。AITO問界M5的電池電量低于約20%之后，才會啟動增程系統。實測數據顯示，在純電優先和燃油優先兩種模式共行駛250.8公里后，WLTC剩余續航還有767公里，油耗為4.8升/百公里。

綜合來看，增程式的熱效率可以保持在25%-40%之間，即便是在去掉發電機損失的一部分效率之后，增程式純電動汽車也要比傳統燃油節省不少燃油，這還沒算上動能回收系統對經濟性的補充。