混合动力系统构成系统架构-上｜盖世大学堂混动系统系列知识讲解

随着汽车行业的发展，电气化进程不断加速。汽车电气化带来了诸多好处，如减少石油消耗、降低排放以及促进能源多样化。目前市场上存在多种车辆类型，包括燃油车型、BEV纯电车型、REEV增程车型、HEV油电混动车型和PHEV插电式混动车型 。受国家政策影响，国内车企目前主要主推PHEV插电混动车型，这类车型具有绿牌优势且能带来纯电驾驶体验，市场销量表现较好。

一、混合动力系统构成及结构

混动系统分类

混动系统主要分为附加式和专用式两种方案。附加式方案又细分为并联系统，包括P0、P1、P2、P3、P4等不同类型；专用式方案则是各家车企以多模形式结合串并联方式实现，部分还存在功率分流形式。纯电系统可分为中央式、分布式和轮毂式。

P0系统位于发动机输入端，通过皮带连接发动机，常见的BSG启发一体电机功率有限，无法实现纯电驱动，目前基本已被市场淘汰，仅部分欧系车企如沃尔沃、奔驰仍有应用。

P1系统处于发动机后端，通过直连或增速机构内嵌EM1电机实现纯电行驶，部分在P1与发动机之间设置断开离合器，可实现类似P2的驱动形式，不依赖发动机启动即可驱动车辆。

P2电机布置在混动箱输入端，与发动机之间设有离合器，这是其与P1的主要区别。虽然P2电机功率和电压有限，但借助混动器速比增持，能提升车辆加速性能。

P3电机安装在混动箱后端，早期吉利曾推出P2.5七档DCT方案，采用的就是P3架构，该架构在原有传统变速器基础上加电机，成本有一定优势，但节油率和油电升级能力有限，逐渐退出驱动结构领域。在四驱车型中，常搭载P4电桥，其包含电机、减速器和MCU。

典型混动系统架构示例

1. 吉利DH pro架构:这是一种P1加P2的混动系统，通过两个制动器和两个离合器实现三档方案，采用两排拉维娜行星盘结构。该混动箱轴向长度短，输出扭矩大，可达5000牛米左右，能有效提升系统的轴向尺寸、功率密度和扭矩密度。

2. 广汽两档方案:该方案基于单排行星齿轮机构，通过两个制动器实现两个档位输出，与吉利方案差异不大。不过，吉利方案的电机可实现功率管理，P2电机和发动机均能实现三个档位输出，动力性更强，还可降低P2电机扭矩成本；而广汽方案中驱动电机仅能实现单级档位输出，输出扭矩有限。

3. 奇瑞第二代混动方案:由P2加P2.5结构构成，在第一代基于CVT方案的基础上演化而来，具备单电机或双电机输出功能，采用九模11速方式，功能全面，但受控制策略影响，模式切换时存在迟钝和卡滞问题

4. 本田4.0双电机两档方案:与长城柠檬1.0方案相似，在档位传递上基于其CAT方案的离合器换挡，具有柔顺性好、容错率高的优点。

二、混合动力系统架构燃油、纯电与混动车型控制策略区别

不同类型车辆的控制策略存在显著差异。纯电车型在电池电量充足时，完全依靠电池驱动，具备完整的纯电性能。插电混动车型则分为多种模式，如部分车型在启动和行驶初期类似传统混动，发动机启动；在电池电量允许的情况下，可实现一定里程的纯电行驶；在发动机效率较低的工况下，电池能量可辅助减少燃油消耗 。这些不同的控制策略，决定了车辆在不同行驶工况下电机和发动机的启动频率。

混动系统的基本操作模式

在操作模式方面，国内乘用车目前普遍通过中控屏让用户自主选择纯电、油混或增程模式；日系车企早期多采用按钮方式进行选择，现阶段也与国内手段类似。车辆仪表板通常会显示EV状态、功率能量流等信息，方便用户了解车辆运行情况。

不同混动系统模式切换范围界定原则

1. 车辆动力需求与系统选择:根据车辆级别不同，对混动系统的需求也有所差异。一般来说，小车不适合采用P2混动系统，因为其成本较高，在车辆整体布置和性能取舍上不利于小车；大车则不适合采用功率分流系统，因为分流会导致功率损失，影响大车的动力性和油耗表现。例如，A00/A0级小车采用纯电EV优势明显，电机功率小、电池容量小，具有低购买和低使用成本的特点，适合城市代步；A级车中，丰田THS架构的车型具有油给电续航、电给油变速的特点，体现了油电高度合作，在城区行驶时油耗优势明显，但在高速跨省驾驶时，因功率循环问题存在效率损失；B级车采用本田IMMD方案或P2+AT方案较为合适；C级车和D级车对动力性要求较高，C级车可采用P2+AT方案，D级车则可在P4后桥增加P4电桥，提升动力性能。

2. 模式切换原则与影响因素:混动系统模式切换主要取决于热效率、SOC、SOP(可能是某种运行状态参数，文档未明确)、温度和挡位等因素。常见的混动模式包括纯电、串联、并联、直驱和弹射模式。一般情况下，纯电模式车速范围在30 - 40km/h，串联模式在40 - 60km/h，并联模式在60 - 90km/h，直驱模式在90 - 120km/h，弹射模式则在0 - 120km/h。实际模式切换并非简单固定，还需考虑电池包功率边界线、轮组和发动机的运行曲线等因素。若控制策略的灵活度和稳健性不足，频繁切换模式可能导致车辆反应迟钝，因此在设计时需综合考虑多种工况，确保系统稳定运行。

SOC控制核心注意点

SOC控制是混动系统的关键环节，需要综合考虑多个因素。除了电池包本身的容量和状态外，还需关注温度、进气温度以及发动机进排气温度等。这些因素会影响电池的性能和充放电效率，进而影响混动系统的整体运行。合理控制SOC，能确保车辆在不同工况下实现最佳的动力性能和燃油经济性。

发动机最佳效率工作点特性

发动机在不同工况下的效率不同，存在一个最佳效率工作点。在混动系统设计中，应尽量使发动机工作在该最佳效率点附近，以提升燃油经济性。然而，实际行驶工况复杂多变，难以完全保证发动机始终处于最佳效率点。因此，需要通过合理的控制策略，结合电机的辅助，在满足车辆动力需求的同时，尽可能优化发动机的工作状态，减少燃油消耗。

三、混动系统开发理念

混动系统控制策略选型

控制策略选型是混动系统开发的重要环节。不同的控制策略对车辆性能有着不同的影响。例如，丰田的功率分流控制策略，通过行星盘实现发动机功率的分配，在城区工况下能有效提升燃油经济性，但在高速工况下存在功率循环导致效率损失；国内车企常用的P13单档或两档方案，采用低速电、中速混、高速油的策略，根据轮端功率需求调整发电机和发动机的输出，实现动力平衡。在选择控制策略时，需综合考虑车辆的定位、使用场景、成本以及性能目标等因素。

不同混动系统动力性和经济性结果对性能提升的影响

混动系统的动力性和经济性是衡量其性能的重要指标。动力性直接影响车辆的加速性能、最高车速等，而经济性则关系到车辆的燃油消耗和使用成本。不同的混动系统架构和控制策略在动力性和经济性方面表现各异。例如，P2系统旨在提升动力性，通过增加电机辅助，可有效提高车辆的加速能力；功率分流系统则侧重于提升经济性，通过优化发动机和电机的协同工作，降低燃油消耗。在开发过程中，需要在动力性和经济性之间找到平衡，以满足用户对车辆性能的多样化需求。

混动系统测试原则与测试项目

混动系统测试对于确保系统性能和可靠性至关重要。测试原则应遵循相关行业标准和规范，全面、科学地评估混动系统的各项性能指标。测试项目涵盖多个方面，包括动力性能测试，如加速性能、最高车速测试；燃油经济性测试，模拟不同行驶工况下的油耗；耐久性测试，检验系统在长期使用过程中的稳定性；以及安全性测试，确保车辆在各种情况下的安全运行等。通过严格的测试，及时发现并解决混动系统存在的问题，优化系统性能，提高产品质量。