插电式混合动力乘用车 一、产业与技术总体情况

插电式混合动力乘用车

一、产业与技术总体情况

在国家多年研发和新能源政策支持下，到2013年，我国汽车行业已初步掌握了新能源汽车整车动力系统平台以及关键零部件的核心技术，基本建立了“三纵三横”(三纵：混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;三横：电池、电机、电控)和“三大平台”(三大平台：标准测试、能源供给、集成示范)构成的矩阵式的技术创新体系，形成了较为全面的基础研究、产品开发、试验检测和评价的能力。新能源汽车整车技术水平明显提升，关键核心技术取得了重大突破。

2013年，插电式混合动力乘用车技术取得较大进展，主要汽车企业均纷纷加大研发力度推出插电式混合动力乘用车车型。2013年是国内插电式混合动力技术收获的一年，比亚迪插电式混合动力已发展到第二代，并搭载到秦上成功上市，该车技术明显提升，最高车速和加速性能均有较大提高，能耗和油耗水平也有所进步；上汽荣威550plug in也在当年上市，一汽奔腾B50插电式混合动力等车型也开始了示范运行活动。

二、技术发展

1.技术发展特点

从2013年已经上市和发布的多款车型来看，2013年国内插电式混合动力乘用车的技术呈现多样化发展的特点，而且都得到一定的市场认可。

首先，动力总成系统进行技术升级。采用涡轮增压或排量更大一些的发动机，保证发动机大部分时间都运转在高效转速区间，提升整车的动力性和效能。更高转速、更大扭矩、更高效能、更轻重量的高性能驱动电机的研发，不仅极大提升整车的动力性和操作性，同时降低油耗和排放，也提高了纯电动模式的续驶里程。比如比亚迪秦采用了1.5Ti涡轮增压缸内直喷发动机和10000rpm高转速电机。

图1 比亚迪-秦 动力系统

其次，电控系统的集成以及轻量化。插电式混合动力乘用车的电控系统相比燃油汽车或纯电动汽车都要复杂，多采用集成式设计，以期最大程度上降低电控系统硬件的质量和体积，缩减电控系统的成本，也使整车在设计时更加灵活。

第三，多种插电式混合动力系统同步发展。并联式、混联式、增程式插电混合动力车型都得到不同程度的发展和市场认同。与前些年各车企争论哪种插电式混动系统更高效、技术更成熟、更适合中国情不同，2013年国内各车企以技术和市场认可度为主导，纷纷拿出各自的插电式混合动力明星车型。其中，比亚迪秦作为2013年并联式插电混合动力乘用车的代表车型，已于年底成功上市，并随即获得不错的销量，得到市场和消费者的认可。

2.主要技术突破点

电机、电池、电控以及整车系统集成是插电式混合动力乘用车的关键技术所在，也是各国内车企需要实现的突破口。2013年国内各车企在这些方面均有一些技术突破。

驱动电机系统方面，国内车企新车型的驱动电机整体结构设计更加紧凑，电机功率质量比有较大提高，电机的最高转速也有大幅提升，同时提升电机恒功率的转速范围；各项主要技术指标已接近甚至达到国际水平，性价比在国际上也具有一定优势。

图2 新老驱动电机断面对比（紧凑、功率质量比大幅提高）

动力电池方面，2013年国内新开发的插电式混合动力乘用车所搭载的动力电池在体积能量密度、质量能量密度、最大放电能力、低温充电能力都有一定提升，动力电池性能指标逐步接近国际先进水平；这不仅对整车轻量化有重要影响，同时也能有效改善纯电动模式行驶的能耗水平和里程。

电池管理系统方面，新车型基本都采用分布式电池管理方案，取代以往的集中式管理方案。分布式电池管理系统能独立监控动力电池各个电芯在高低温各种不同环境条件下的实时状态，将电池的充放电过程控制在电池的最佳工作状态，提升电池的使用寿命。

图3电池管理控制器（紧凑、轻量化）

（3）目前亟需解决的技术难点及解决方案

受传统汽车关键技术影响，国内插电式混合动力乘用车与国外相比尚存在较大差距。由于国内插电式混合动力乘用车的发展受到发动机与自动变速器等汽车共性技术落后的限制，同时又受到机电耦合驱动系统等插电式混合动力专用技术掌握较少的影响，插电式混合动力系统的集成设计水平相对落后，亟需解决的技术难点仍较多。

部分电机、电池所需部件、材料需进口，同时，控制器基础硬件、芯片、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和信号处理放大部件等核心关键零部件也依赖进口。进口原材料及零部件不但成本高，技术及专利壁垒很难打开，只有解决这些问题才能降低插电式混合动力乘用车的开发难度和成本。

整车的节油率和可靠性仍需提高。尽管目前国内企业推出了数款插电式混合动力车型，但多数产品尚处于样车阶段，未经过多轮验证研究，未达到系统优化和批量生产要求，节油率和可靠性都未接受过消费者及市场的验证。国内车企需要投入更多资源从各方面提高节油率和可靠性，但在车企未实质性的看到与所投入的资源相对应的回报之前，各车企不太会积极投入太多人力、物力和财力，只有国家明确各项扶持政策，给予适当的技术和资金支持下，国内上市的插电式混合动力乘用车汽车才会逐渐增多，才能呈现百花齐放的盛况。

整车和零部件工程化不足，产品处于产业化初期，成本较高。从已上市的车型来看，插电式混合动力车型的售价都比较高，扣除国家和地方政府补贴后，售价才勉强可接受。后续补贴逐渐降低甚至取消后，这些车型的成本及售价若降低不下来，将无法真正实现市场化。因此，国内车企需加快插电式混合动力乘用车及核心零部件的产业化步伐，通过提高整车及零部件的产销量来逐步降低成本，使整车及零部件企业持续长远发展。

（4）重点车型技术特点分析

比亚迪秦和上汽荣威550 plug in是2013年国内2款上市的插电式混合动力乘用车代表车型，虽然都叫插电混合动力乘用车，但实际上是了2种不同的插电式混合动力系统。根据结构不同，插电混合动力是可以分成几类，各个厂商也都根据自己对插电混合动力的理解制造不同类型的插电混合动力乘用车。

其中一种是增程型插电式混合动力，代表车型有国内已上市2年的雪佛兰沃蓝达(有隐藏的直接驱动模式)，宝马i3(可选装增程模块)，Fisker卡玛和奥迪A1 etron。这一类插电式混合动力车型，严格来说仍然是电动车。车内只有一套电力驱动系统，包括电机、控制电路、电池。增程型插电混式合动力车的电动机直接驱动车轮，发动机则用来驱动发电机给电池进行充电。它的优点在于具有电动车的安静、起步扭矩大的优点，可以当纯电动车使用，在充电方便的条件下只充电、不加油，使用成本较低。缺点是由于发动机和发电机并不直接驱动车轮，造成了这部分功率的浪费，而发动机和发电机带来整车重量的增加，在高速路况下，油耗反而偏高。

图4 雪佛兰VOLT增程型插电式混合动力系统原理图

比亚迪秦搭载的是并联式插电混合动力系统。这一类插电混合动力车内有两套驱动系统，在传统燃油车的基础上增加电动机、电池、电控而成，电动机与发动机共同驱动车轮。车内只有一台电机，驱动车轮的时候充当电动机，不驱动车轮给电池充电的时候充当发电机。它的优势在于电动机、发动机共同驱动车轮，没有功率浪费的问题；在纯电模式下，同样有电动车安静、使用成本低的优点；而在混合动力模式下，又有非常好的起步扭矩，加速性能出色。缺点是在混合动力模式下，发动机不能保证一直在最佳转速下工作，油耗比较高。堵车时，只有自带发动机启停功能油耗才会低。因为只有一台电机，不能同时发电和驱动车轮，所以发动机与电动机共同驱动车轮的工况不能持久。持续加速时，电池的能量会很快耗尽，转成发动机单独驱动模式。

图5 并联式混合动力系统原理图

前置混联式插电混合动力系统，代表车型上汽荣威550 plug in、比亚迪F3DM、丰田全系插电式混合动力车型。与并联式插电混合动力一样，这种模式也有两套驱动系统，但不同的是，混联式有两个电机。一个电动机仅用于直