——本文屬《電車百事通》第3期

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

但可能大多數(shù)人還不知道的是，都頂著PHEV的名頭，不同插電混動(dòng)車型內(nèi)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(gè)是蔬菜，一個(gè)是水果。

其中區(qū)別是什么？

各種優(yōu)勢(shì)又幾何？

今天，我們便來(lái)聚焦串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，看看這一車型背后有什么道道？又將有著怎樣的發(fā)展前景？

什么是串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車？

串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車SHEV是Series Hybrid Electric Vehicle的簡(jiǎn)寫(xiě)，之中“串”字可以簡(jiǎn)單理解為發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是“串”起來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車的。它有一個(gè)喜聞樂(lè)見(jiàn)的別名：增程式混合動(dòng)力汽車，原理如下圖。

這種驅(qū)動(dòng)形式最大的特點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接介入驅(qū)動(dòng)，而是在電池電量不足或功率不足時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并將電能輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，多余電能會(huì)輸入至電池包存儲(chǔ)起來(lái)，如下圖所示，便是串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車代表車型寶馬i3。

關(guān)于串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，可以這么去類比：一男一女兩個(gè)人騎單人自行車，男方（電動(dòng)機(jī)）負(fù)責(zé)踩踏板，女方（發(fā)動(dòng)機(jī)）坐在后座無(wú)法踩踏板，但是可以在男方累的時(shí)候給男方喂口水喝（給電動(dòng)機(jī)輸入電能），如此繼續(xù)驅(qū)動(dòng)自行車前行。

串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

先說(shuō)優(yōu)點(diǎn)。

首先，串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車是電機(jī)直驅(qū)，減少了離合器、變速器等部件，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，易于維修保養(yǎng)。

其次，相比于純電動(dòng)汽車型，串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車沒(méi)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(dòng)力車型而言，插電混合動(dòng)力車型在市區(qū)充電條件較好時(shí)，甚至都無(wú)需加油，足以滿足短途純電力行駛的需求。

第三，由于發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此工況會(huì)簡(jiǎn)單很多，系統(tǒng)架構(gòu)也會(huì)簡(jiǎn)單很多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制算法都呈幾何倍數(shù)地縮減，見(jiàn)下圖，便是雪佛蘭Volt實(shí)車和其串聯(lián)式插電混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)。

不過(guò)，串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車也有其自身的缺點(diǎn)。

比如，由于發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輪，難免會(huì)造成了一部分功率的浪費(fèi)，尤其是當(dāng)我們長(zhǎng)途行駛時(shí)，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力，電力再去驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因而所需油耗也較高。

什么是增程器？

增程器指的是電動(dòng)汽車上能夠提供額外的電能從而增加續(xù)航里程的電動(dòng)汽車零部件，傳統(tǒng)意義上的增程器指的是發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)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(jìn)行電能補(bǔ)給，從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛。對(duì)于搭載增程器的電動(dòng)汽車而言，大部分情況下依然工作在純電動(dòng)模式，在電池包電量不足的情況下才會(huì)工作在增程模式。

增程式插電混合動(dòng)力汽車是串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車嗎？

增程式混合動(dòng)力汽車REEV全稱是Range Extended Electric Vehicle，這是當(dāng)前車市中另一個(gè)熱度較高的類型，其本質(zhì)上也是一種串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，它的增程器其實(shí)也是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，不會(huì)直接驅(qū)動(dòng)車輪，而是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電能，最后由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

增程式混合動(dòng)力汽車典型的代表就是理想ONE，見(jiàn)下圖所示。這輛車搭載了前后雙電機(jī)＋1.2T 三缸增程器（發(fā)動(dòng)機(jī)），配備 40.5kW·h電池包，純電續(xù)航達(dá)188km，油電綜合續(xù)航1080km。

增程式混合動(dòng)力汽車典型的另一個(gè)代表車型就是嵐圖FREE，見(jiàn)下圖所示。這輛車搭載了前后雙電機(jī)＋1.5L 四缸增程器（發(fā)動(dòng)機(jī)），配備 33kW·h電池包，純電續(xù)航達(dá)140km，油電綜合續(xù)航860km。

增程式插電混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)有哪些工作模式？

雖然增程式插電混合動(dòng)力汽車只用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也屬于串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車的一種，但是，對(duì)于某些較為先進(jìn)的增程式插電混合動(dòng)力汽車而言，在不同的工作模式之下，內(nèi)部各個(gè)模塊之間充當(dāng)?shù)慕巧⒉灰粯?。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(shí)，C1吸合，此時(shí)C2、C3松開(kāi)，增程器停轉(zhuǎn)。行星齒輪組機(jī)構(gòu)內(nèi)的齒圈被固定，電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架因太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，把動(dòng)力傳輸?shù)絼?dòng)力分配機(jī)構(gòu)并推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。其實(shí)，這個(gè)模式就是現(xiàn)在的單電機(jī)純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)相似，如下圖。

（2）EV高速模式

處于EV高速模式時(shí)，離合器C2吸合，離合器C1、C3松開(kāi)，增程器停轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)此時(shí)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作，推動(dòng)行星齒輪組機(jī)構(gòu)內(nèi)的齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，功率較大的另一個(gè)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈和太陽(yáng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳輸?shù)絼?dòng)力分配機(jī)構(gòu)并推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 這個(gè)模式就好像是混雙一個(gè)，男運(yùn)動(dòng)員和女運(yùn)動(dòng)員都可以協(xié)同發(fā)力以達(dá)目標(biāo)，如下圖。

（3）EREV混合低速模式

處于EREV低速模式時(shí)，離合器C1、C3吸合，離合器C2松開(kāi)，增程器運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，發(fā)電機(jī)被用作是電動(dòng)機(jī)，增程器推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并為電池充電；同時(shí)，電池為電動(dòng)機(jī)供電并推動(dòng)行星齒輪組機(jī)構(gòu)內(nèi)的太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳輸?shù)絼?dòng)力分配機(jī)構(gòu)并推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如下圖。

（4）EREV混合高速模式

處于EREV高速模式時(shí)，離合器C2、C3吸合，離合器C1松開(kāi)，增程器運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，增程器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接后推動(dòng)行星齒輪組機(jī)構(gòu)內(nèi)的齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈和太陽(yáng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳輸?shù)絼?dòng)力分配機(jī)構(gòu)并推動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如下圖。

（5）能量回收模式

處于能量回收模式時(shí)，離合器C1吸合，離合器C2、C3松開(kāi)，增程器停轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)不工作。車輪帶動(dòng)行星齒輪組機(jī)構(gòu)內(nèi)的行星架和行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒圈固定，因而太陽(yáng)輪隨著行星架轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，功率較大的電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)對(duì)電池充電，如下圖。

值得一說(shuō)的是，并非每一款增程式混合動(dòng)力汽車都會(huì)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(shè)置有“純電優(yōu)先”、“燃油優(yōu)先”和“油電混合”三種模式，具體如下。

（1）純電優(yōu)先

在“純電優(yōu)先”模式下，理想ONE確實(shí)會(huì)優(yōu)先使用動(dòng)力電池里的余電，但不會(huì)一直用到電量干涸，當(dāng)電量下降到20%（2020款理想ONE是17%）后，理想ONE的增程器便會(huì)啟動(dòng)，以保持電量不再降低。

此時(shí)如果繼續(xù)行駛，雖然是“純電優(yōu)先”模式，但增程器會(huì)持續(xù)工作，直到油箱里的汽油燒完才會(huì)允許電量繼續(xù)降低。

之所以為純電優(yōu)先模式設(shè)置“電量下限”，一方面是在低電量狀態(tài)下電池放電功率有衰減，會(huì)導(dǎo)致車輛的動(dòng)力性能降低。

另一方面，過(guò)低的電量會(huì)對(duì)電池壽命產(chǎn)生影響，盡可能避免超低電量狀態(tài)有助于延長(zhǎng)動(dòng)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(yōu)先模式是最經(jīng)濟(jì)的選擇。

（2）燃油優(yōu)先

和純電模式不會(huì)一直用電一樣，在燃油優(yōu)先的模式下，增程器也不是隨時(shí)處于啟動(dòng)狀態(tài)的，而是在電量處于70%或以下時(shí)才會(huì)啟動(dòng)。之所以有這條“啟動(dòng)線”，是因?yàn)閯?dòng)力電池在電量較高時(shí)無(wú)法大功率充電（處于涓流充電狀態(tài)），增程器的補(bǔ)能、動(dòng)能回收的效率都會(huì)有所下降。

在燃油優(yōu)先的模式下，滿電狀態(tài)的理想ONE都會(huì)先跑40-50公里才會(huì)啟動(dòng)增程器。（3）油電混合

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

綜合來(lái)看，對(duì)于理想ONE而言，純電優(yōu)先模式不會(huì)一直傻乎乎地把電用干，燃油優(yōu)先和油電混合模式也會(huì)“視情況”用油，從而在保障駕駛體驗(yàn)、優(yōu)化能耗的同時(shí)，保護(hù)電池。

增程式插電混合動(dòng)力汽車為何沒(méi)有成為主流？

增程式插電混合動(dòng)力汽車實(shí)現(xiàn)節(jié)能的途徑，運(yùn)用的原理其實(shí)是“效率差”。

眾所周知，在燃油車運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)并非一直工作在高效區(qū)間，這應(yīng)該是共識(shí)，實(shí)際上，效率從5%到40%都是燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間，換句話說(shuō)，燃油燃燒產(chǎn)生的能量，只有5%到40%（取決于內(nèi)燃機(jī)的工況）會(huì)用在驅(qū)動(dòng)車輛上，其余的能量都被消耗掉了。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，工作效率并不高，經(jīng)濟(jì)性自然也就不好了。

而電動(dòng)機(jī)則剛好相反，低轉(zhuǎn)速時(shí)效率最高，這便是增程式解決方案的根本思路：發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛的行駛驅(qū)動(dòng)并不直接相連接，所以發(fā)動(dòng)機(jī)可以始終處在高轉(zhuǎn)速高效率區(qū)間并發(fā)電驅(qū)動(dòng)電機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)有多余的能量輸出，還可以用來(lái)給電池包充電，通過(guò)這樣的方式，讓發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都可以在自己最經(jīng)濟(jì)的工況區(qū)間運(yùn)行。

以AITO問(wèn)界M5為例，其配備有一個(gè)56升油箱，但在熱效率達(dá)到41%的1.5T四缸增程器的加持之下，問(wèn)界M5可實(shí)現(xiàn)一升油發(fā)3.2度電，跑一百公里也只需要6.7L油。AITO問(wèn)界M5的電池電量低于約20%之后，才會(huì)啟動(dòng)增程系統(tǒng)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在純電優(yōu)先和燃油優(yōu)先兩種模式共行駛250.8公里后，WLTC剩余續(xù)航還有767公里，油耗為4.8升/百公里。

綜合來(lái)看，增程式的熱效率可以保持在25%-40%之間，即便是在去掉發(fā)電機(jī)損失的一部分效率之后，增程式純電動(dòng)汽車也要比傳統(tǒng)燃油節(jié)省不少燃油，這還沒(méi)算上動(dòng)能回收系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性的補(bǔ)充。

用一個(gè)公式來(lái)對(duì)比的話，便是：增程專用發(fā)動(dòng)機(jī)效率×發(fā)電機(jī)效率×電動(dòng)機(jī)效率>燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)效率×變速器效率。

結(jié)束語(yǔ)：簡(jiǎn)單粗暴來(lái)理解的話，串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車就是在一臺(tái)純電動(dòng)汽車上增加了一臺(tái)汽油機(jī)和發(fā)電機(jī)，比較出名的車型有理想ONE、嵐圖FREE以及日產(chǎn)e-Power。

在當(dāng)下，串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車依然有著不小的市場(chǎng)影響力，這正應(yīng)了那句話：“存在即合理”！

不過(guò)，即便其相比于傳統(tǒng)燃油車優(yōu)點(diǎn)多多，但還是改變不了這只是個(gè)受制于電池能量密度的過(guò)渡性方案，如果未來(lái)動(dòng)力電池密度獲得階梯型提升之后，串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車可能會(huì)是最先被淘汰的那個(gè)。

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