插電式混合動力汽車（Plug-in hybrid electric vehicle，簡稱PHEV），是介于純電動汽車與燃油汽車兩者之間的一種新能源汽車，兼顧了純電動車和燃油車的優勢，既可實現純電動零排放行駛，也能通過混動模式增加車輛的續駛里程，是解決排放問題的一個重要手段。

目前已量產的插電式混合動力汽車有豐田PRIUS PHEV、通用VOLT、三菱歐藍德PHEV、比亞迪唐等。東風也開發了插電式SUV車型。本文對東風某插電式SUV車型混合動力總成結構、控制策略等進行分析討論。

東風PHEV混合動力系統構成

混合動力系統將發動機動力和電機動力通過電氣線路和耦合器耦合，并向車輪傳遞，是PHEV車型核心的關鍵技術。

東風某插電式SUV車型配置的HP2多模混合動力系統結構如圖1所示，由電驅動系統、高壓供電系統兩部分構成。電驅動系統由驅動電機、發電機、雙電機控制器、集成的DCDC、多模變速箱構成。高壓供電系統由動力電池包構成。其中，發動機、發電機、驅動電機分別與減速箱的3個輸入軸連接。在不同工況下，發動機、驅動電機、電動機的動力在減速箱耦合后，輸出到差速器，驅動車輪。

HP2多模混合動力系統結構簡單，擯棄了結構復雜的動力分配裝置及機電耦合系統，采用兩個小型電機分別驅動，可有效減少單電機驅動時電機功率及電機體積，占用空間小，傳動效率高。

圖1 多模混合動力系統

2.1 電機系統

電機系統包括驅動電機總成、發電機總成、集成DCDC的雙電機控制器總成。

驅動電機總成和發電機總成均采用 永磁同步電機方案，雙電機控制器可以同時控制發電機、驅動電機按整車策略工作，滿足整車驅動與發電功能需求。東風某插電式SUV發動機取消了啟動機配置，車輛啟動時，發電機通過減速箱里的齒輪副，帶動發動機飛輪旋轉，啟動發動機，實現發動機啟停功能。在車輛電池電量低于某值時，發動機帶動發電機發電，給驅動電機及動力電池供電，實現發電及串聯驅動功能。表1列出了電機總成主要性能參數。

表1 電機總成技術參數

DCDC總成集成在控制器中，替代了發動機上的發電機功能，將動力電池350V高壓電轉化為12V低壓電，保證整車儀表、燈具、各類控制器等低壓用電設備正常工作。表2列出了電機控制器及DCDC總成主要技術參數。

表2 電機控制器集成DCDC總成技術參數

2.2 機電耦合系統

HP2多模混合動力系統機電耦合器采用了固定速比式多模變速器方案，結構簡單，成熟可靠。圖2展示了多模變速器工作原理。在整車中低速運行時，變速器內部離合器分離，整車進入EV模式（電池電量充足，由驅動電機驅動車輛）、RE-EV模式（電池電量不足，發動機帶動發電機發電，由驅動電機驅動車輛）；在整車高速運行時，變速器內部離合器結合，整車進入HEV模式（發動機、驅動電機可同時驅動車輛）。多模變速器技術參數表見表3。

圖2 多模變速器工作原理

表3 多模變速器主要技術參數

2.3 動力電池

圖3所示為HP2多模動力系統動力電池包，采用三元動力電池組，電池組與電池管理系統、檢修開關、快速連接器集成、高壓配電系統、電池箱體設計為一體，通過箱體6個懸置點安裝固定在車身地板下方。可以滿足電機峰值工作充、放電性能要求、充電時間要求，及強電安全、整車碰撞安全要求。動力電池包技術參數表見表4。

3 多模混合動力系統控制策略

3.1 多模混合動力系統功能

通過離合器的結合和分離，HP2多模混合動力系統可以實現純電驅動模式、串聯驅動模式、并聯驅動模式、發動機驅動模式、行車發電模式、駐車發電模式、制動能量回收模式、混聯驅動8種行駛模式。圖4展示了并聯驅動模式下能量流示意，發動機動力和驅動電機動力，在多模減速箱內耦合，通過差速器傳遞到驅動輪。

不同行駛模式時，各部件工作狀態見表5。

3.2 多模混合動力系統控制策略

3.2.1 驅動力分配與能量管理原則

PHEV多模混動系統驅動力分配，需要綜合考慮整車動力性和經濟性的要求（表6）。

圖3 PHEV動力電池包

表4 PHEV動力電池包技術參數

圖4 并聯驅動能量流示意圖

表5 不同驅動模式下驅動系統部件工作狀態

表6 PHEV動力總成參數匹配影響要素

通過分析整車性能需求，同時兼顧整車性能和電池壽命，確定了不同車速/電量下驅動力分配原則：純電動行駛應能提供日常使用，混合動力使用時較好動力性。具體方案如下。

1） 電量充足時，純電動行駛優先使用。

2） 電池消耗到一定時（SOC＜30%），作為混合動力車使用。

3） 中低速或中低負荷，驅動由電機完成，要保證日常純電動。

4） 中高速或中高負荷，驅動由發動機單獨完成。

5） 急加速或超速時，電機跟進助力，實現動力從低速到高速有效過渡。

3.2.2 工作模式切換方案

依照上述能量管理原則，HP2多模動力系統在行駛過程中可根據電池SOC、加速踏板深度和車速的變化，在不同的行駛模式間進行切換。圖5展示了PHEV車型行駛模式切換方案。

當SOC值較高時，車輛以EV模式起步，在較低的車速且較小的油門開度條件下，車輛可保持在EV模式；當加速踏板開度加大時，車輛進入并聯驅動模式，發動機與電機同時參與驅動；隨著車速增高，車輛進入發動機驅動模式，并能根據電池SOC狀態，對電池進行行車發電。

如電池SOC值較低，車輛只能以串聯驅動模式起步，并根據油門開度的變化，在串聯驅動-發動機驅動模式間切換。

圖5 PHEV車型行駛模式切換方案

4 多模混合動力模塊應用

HP2多模動力系統首款搭載車型為東風某插電式SUV，已完成整車搭載試驗。整車試驗結果表明，對比搭載同型號發動機的傳統車型，搭載HP2模塊時整車車重增加了約190kg，但整車總體性能明顯優于基礎車型。

1） 整車百公里加速時間由12s提高到10.5s，提升率＞12%。

2） NEDC純電里程＞60km。

3） NEDC 綜 合 油 耗 由7.4L/100km 減 少 到5.5L/100km（HEV模式），HEV模式下節油率＞25%。

東風某插電式SUV車通過以下方法達到了動力性、燃油經濟性的提升。

1） 整車及混合動力系統控制：高效的能量分配管理；實現EV驅動、外接充電、停車發電、串聯行駛、停車停機、滑行能量回收、制動能量回收等多種工況；優化的發動機控制/標定。

2） 動力總成更改：發動機輪系及進排氣系統全新設計，滿足PHEV車型使用要求。

3） 基準車輛參數控制：低滾阻輪胎、輕量化等。

5 結語

本文從關鍵部件方案、控制策略等方面對HP2多模混合動力系統技術方案進行分析。模塊搭載整車后，整車性能優于對比車型，有較強的競爭力。隨著HP2多模混合動力系統不斷完善和提高，最終可以以不同的混合動力方案搭載在多個車型上，如HEV車型、RE-EV增程式混合動力車型、PHEV插電式混合動力車型。