【奥迪串联电路怎么计算】专业贴纸！用一句话理解混合汽车的动力流

作者：王元基

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资料来源：知乎

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丰田雷凌混动、理想的ONE等大火的混动车打开了增量市场。混动车动力类安装的“112”比传统车和纯电动车多。这篇文章很长，请耐心看。）

连接、并行、混合到底是什么样子的？

和大家一样，如果你还没有把中学电气知识还给体育老师，你应该记住，通过“电池”、“小灯泡”、“开关”、“导体”组成的简单“电路”，其中一张电是《电流和电路》。

串行电路

例如，将“电池”、“小灯泡”和“开关”通过“导体”顺序连接到“电路”称为“连接”。

并行电路

如果将两个“小灯泡”并排连接，并连接到“电路”，则此连接称为“并行”。

混合(串行并行)电路

将“小灯泡”和两个并行的“小灯泡”依次连接到“电路”，在构造复杂的“电路”时，可以构造相对复杂的“混合电路”。

串联、并联电路中电流、电压、电阻之间的部分关系

不知道您是否还记得两种类型的“电路”中“电流”、“电压”和“电阻”(这里是“小灯泡”)的关系。例如：

串行电路：“电流”大小处处相同，“电压”均匀分配，“小灯泡”连接得越多，“电阻”就越大。并联电路：“电压”的大小处处相同，“电流”均匀分布，“小灯泡”越平行，“电阻”越小。如果你还记得的话，那将有助于在我们背后解释“电力转换”。但是不要害怕。忘记的话，不会有什么影响。(大卫亚设)。

系列：动力华荣路

“串行混合结构”(以下简称“串行”)顾名思义，“发动机”、“发电机”和“(驱动)电动机”(以下统称“电动机”)的三个主要部件“串行”位于一条动力传输路径上。

串行混合结构示意图

“串行”基本工作原理：“发动机”驱动通过“控制器”(或“逆变器”)直接传递到“电机”的“发电机”(通常为“P1电机”)。因此，“串行”的最大特点是“发动机”在任何情况下都不参与驱动汽车的工作。“马达”的功率一般大于“引擎”的功率。

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第二代日产e-POWER混动系统示意图

此外，「电池」在整套系统中起到的是平衡「发电机」、「输出功率」和「电机」「输入功率」的作用。我们以「日产e-POWER混动系统」为例：

• 当「发电机」的「输出功率」大于「电机」所需的「功率」时（如汽车减速滑行、低速行驶或短时停车等工况），「控制器」控制「发电机」向「电池」充电；
• 当「发电机」的输出功率低于「电机」所需的功率时（如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况），「电池」则向「电机」提供额外的电能。

奥迪A1 e-tron（2010）

由「串联式」的工作原理，我们不难发现，该结构存在着不少优点：

• 「发动机」不受汽车行驶工况的影响，始终在高效率区运行，因此可降低油耗；
• 在拥堵路段，汽车在起步和低速时，只利用「电池」进行功率输出，纯电行驶十分环保。

不过「串联式」也存在一些缺点，比如必须配备一颗功率较大的「电机」，增加了车身重量。然则……相比结构或技术上的缺点，使得「串联式」备受质疑原因，却是一个哲学范畴的『终极问题』：用油发电，再用电驱动汽车，那么为什么不直接用油呢？这个问题，此后会详细讨论。

并联式：1+1=2

所谓「并联式混合动力结构」（后简称「并联式」）就好像「并联电路」中，并列排布的两颗「小灯泡」，「并联式」则是将燃油的动力系统与电驱的动力系统整合在一起，使得汽车可由「发动机」和「电机」共同驱动或各自单独驱动。

并联式混合动力结构示意图（P2电机架构为例）

「并联式」的优点在于：

1. 「电机」和「发动机」可共同驱动驱动，理论上可以实现「1+1=2」的效果，理想状态的下，一颗75kW的「电机」配一颗118kW的「发动机」，那就是193kW的动力总成；
2. 在纯电模式下，同样有电动汽车安静、使用成本低的优点。而在混合动力模式下，有非常好的起步扭矩，加速性能出色；
3. 通常「并联式」的车型，只是在「变速器」前或后增加了一台「电机」（通常使用「P2电机」），在传统燃油车基础上改动较小，成本也比较低。

奔驰S500 PHEV

说完优点来说点缺点：

• 油耗相对难控制：「并联式」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。只有在堵车时因为可以自带发动机启停功能，油耗才会低；
• 馈电能力弱：通常只有一台「电机」，不能同时发电和驱动「车轮」。所以，「发动机」与「电机」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，从而转为「发动机直驱」的模式，此时油耗问题就很难解决。

混联式：取长补短

简单的来说「混联式（串并联）混合动力结构」（后简称「混联式」）是「串联式」与「并联式」的综合与互补。

混联式（串并联）混合动力结构示意图

目前大部分混动汽车其实都会选择「混联式」，其结构的基础控制策略是：

1. 在汽车低速行驶时，以「串联」方式工作，利用「电机」纯电驱动；
2. 当高速稳定行驶时，则以「并联」方式工作，「发动机」直接驱动或两者混合驱动。

本田i-MMD混动系统（动图）

从目前的混动汽车销量上来看「混联式」的车型偏多，但更多地是由于一些大家熟知的非技术客观原因，我觉得「串联」、「并联」和「混联」都有其应用的场景和政策背景，正如在我所有后市场的文章中强调的一个观点：世界上，没有最好，只有最适合。

按混合动力系统结构形式的分类

关于「混联式」的结构比较复杂，我们会在本章后面的几节中详细展开仔细讨论。我们还是按照顺序一个一个来谈，所以，接下来我们就先来看看「串联式」的特点，并来解释一下时下很流行的带『增程』字眼的汽车，到底是怎么结构。

令人迷惑的『增程』概念

近年来，随着话题车型「理想ONE」走到台前，带有『增程』字眼的车型日渐回暖，而『增程式汽车』的概念也开始模糊。其实这并不是什么新鲜的概念，包括日产、宝马、通用、理想等主机厂都用（或曾用）『增程』为自己的产品打过标签。

「增程器系统」：必须先要搞懂的概念

增程式混合动力结构

为方便理解，我们再复习一下「串联式」的基本结构：将「发动机」、「发电机」和「（驱动）电机」（后统称为「电机」）三大部件『串』在一条动力传输路径上。

增程器系统的定义示意图

而我们将由「发动机」和「发电机」所组成的「辅助发电单元」（Auxiliary Power Unit，APU）称为「增程器系统」（Ranger-Extender，RE后简称「增程器」）。而其最大的作用便是为纯电行驶，提供更多的电能。

蓄水水池原理

在「串联式」结构中，「增程器」与「电池」、「电机」的关系，就好像动力必须经过一个缓存的「蓄水水池」（即「电池」），「水流」（此处为「动力」）必须由「注水口」（即「增程器」）流入「蓄水水池」，最后由「放水口」（即「逆变控制器」）流出到达终点（即「电机」）。

开创历史：保时捷Lohner-Porsche

不知道大家是否还记得本专栏中最早提到的那辆混动汽车——「保时捷Lohner-Porsche」。

保时捷Lohner-Porsche原型车设计图纸示意图（手绘）

「保时捷Lohner-Porsche」原型车将2台「DeDion Bouton水冷汽油发动机」（每台动力约为3.5 hp约2.6 kW）装在车身中间，用于驱动两台「发电机」，每台「发电机」能在90V电压下输出20A的电流（每台动力约为2.5 hp约1.84 kW），「发电机」输出的电能直接驱动「轮毂电机」（又称「轮边驱动电机」），而剩余的电能则流入车厢下方的「铅酸电池」储存起来。

保时捷Lohner-Porsche原型车

「保时捷Lohner-Porsche」作为混动汽车的『鼻祖』，其『「发动机」+「发电机」』的组合，恰好符合了「增程器」的定义。「增程器」为「电池」充电，「电池」驱动「轮毂电机」（「P4电机」），堪称最纯粹的「串联式」。

前车之鉴：宝马i3增程版

宝马i3增程版（2014）混动系统示意图

然后再让我们来看看基于纯电版「宝马i3」改造的「串联式」车型——「宝马i3增程版」。其结构也十分简单易懂：『串』在一条动力传输线上的「发动机」、「发电机」、「电池」和「电机」。

宝马i3增程版（2014）示意图

不过就车论车，第一代的「宝马i3增程版」在发布之后，并没有带给用户特别好的体验，原因大致如下：

• 车身小组件多：「宝马i3纯电版」的骨架就不大，现在还要在「后备箱」中塞入一套「增程器」，结果只有两个字——『妥协』。于是，0.6L的两缸「发动机」应运而生；
• 效果不佳：为了让汽车不至于亏电，两缸「发动机」必须长时间工作，除了使得「发动机」完全沦落成了『充电宝』；
• 深陷政策泥潭：为了达到当时美国加州政府对电动车的政策要求，其「油箱」被压制在了7L以下。

没有捷径的蓄水水池

而且「宝马i3增程版」还有一个不知道该怎么评价的设计——「电池」（上图中的「蓄水水池」）作为电能的『缓冲区』，「电功率」（上图中的「水流」）没有任何其他的捷径可走，这就意味着：

不能直驱电机的纯粹系统

• 「发动机」不能直驱「车轮」：汽车全部依靠「电机」驱动，「发动机」不能与「车轮」连接，只起到带动「发电机」为「电池」充电的作用；（「串联式」的特点）
• 「发动机」不能直驱「电机」：无论在结构位置，还是电能流向，「增程器」都在「电池」之后，「电池」的首要作用是能量过渡，而不是能量储存。（「宝马i3增程版」的特点）

纯电版显然更适合宝马i3这样的车身

总之，第一代的「宝马i3增程版」算得上是『销量的噩梦，用户的梦魇』，尽管此后进行了几番优化，据说体验感有所提升，但也只能说是一场不太成功的市场尝试，而通过「宝马i3增程版」，大家却得到了一些宝贵的经验，比如：

• 我们需要考虑，如何更合理地在较小车身中塞入「增程器」？
• 我们还要考虑，塞入「增程器」后，如何更好地控制「NVH」？

而解决此类空间（技术）问题，日系主机厂勇敢地站了出来。

后事之师：日产e-POWER混动系统

第二代日产e-POWER混动系统示意图

「日产e-POWER混动系统」并不是什么新技术，早在2007年的「日产骐达」上就搭载了第一代的「日产e-POWER混动系统」。然而到了2021年首批搭载第二代系统的车型（「日产轩逸e-POWER」）才进入国内。

日产e-POWER混动系统的工作原理（动图）

「日产e-POWER混动系统」的工作原理与「串联式」的「宝马i3增程版」有着许多相似之处，但有一个不同之处，这便是：在电量较低时或急加速时，「增程器」除了为「电池」充电，还能为「电机」直接供电。

开了挂的蓄水水池

仍以『蓄水水池』为例，此时的「注水口」（此处为「发动机」）可以直接与「放水口」（即「逆变控制器」）连接，这就意味着「放水口」的「水流」（此处为「电能」）就来自了两个渠道，即「注水口」（即「发动机」）和「蓄水水池」（即「电池」）。这样带来的好处就是保证了汽车能拥有相对良好的动力性。

日产e-POWER混动系统的工况示意图

此外，第二代「日产e-POWER混动系统」相比「宝马i3增程版」还做了一些改进：

1. 提升混动动力总成的集成程度：采用集成化的「逆变控制器」使得体积较前一代减少40%，重量减轻33%，解决了小车身塞「增程器」的空间痛点；
2. 缩短「增程器」介入时间：根据主机厂的资料，相比传统混动汽车，「发动机」介入时间缩短10%，减少「发动机」带来的「NVH」问题；
3. 采用更大「发动机」：由于「发动机」可以直驱「电机」，所以必须使用排量更大，「功率」更强的「发动机」，比如1.2L的三缸自然吸气「发动机」。

如何定义日产e-POWER混动系统？

从主机厂对外的宣传资料来看，其观点为：「日产e-POWER混动系统」更趋近「纯电汽车」。而我对这套混动系统的评价只有四个字——『技术正确』。但这里的『正确』大家不要理解为『是非对错』的『正确』，而是：

玩笑归玩笑，2021年11月初，我们有幸试驾了搭载二代「日产e-POWER混动系统」的「日产轩逸e-POWER」，所以，初试体验非常不错，开起来非常顺，不过总体的油耗还是有待检验，有兴趣的朋友可以看我们的试驾报告。

大力出奇迹：理想ONE等

理想ONE的混动系统结构示意图

目前国内的以「理想ONE」为代表的『增程』车型，其主体的结构和组件仍然保持着「串联式」车型的基本特征：「增程器」、「电池」和「电机」，所以，我们也可以将其动力总成分成两个模块。

理想ONE动力总成的两大模块示意图（动图）

• 「增程器」模块：由「油箱」、「发动机」和「发电机」组成，不参与驱动「车轮」，只参与产生电能，供给「电池」和「电机」；
• 「纯电驱动」模块：由「前驱电机」（即「P2电机」）和「后驱电机」（即「P4电机」）组成，用于驱动汽车。

理想ONE的混动系统示意图

在我眼里「理想ONE」车型的有趣之处在于：

1. 超大的「电池」：以2021款「理想ONE」为例，其「电池」容量为40.5kWh，这与「日产e-POWER混动系统」的「电池」相比，简直是汪洋大『海』了，用「电」堆出了更长的纯电续航里程；
2. 「电机」数量多：「电池」多就是真的就能任性，光一个前驱的「电机」必然无法发挥出超过2.3吨车身的实力，故此，后驱的「P4电机」必须配上，在实现四驱的同时，还能提升整车的动力性能，可谓一箭双雕。

岚图FREE增程版的增程式混动系统示意图

随着「理想ONE」将『格局打开』后，不少主机厂也看上了这片『蓝海』，比如「岚图FREE增程版」，其采用更为理性的四缸「发动机」作为「增程器」的核心。

赛力斯华为智选SF5的驼峰智能增程系统示意图

此外，更是有互联网科技企业进入了这个的领域，比如搭载「华为DriveOne电驱系统」的「赛力斯华为智选SF5」，其特点是将「增程器」进行更为宽泛的系统整合，并将该系统命名为「驼峰智能增程系统」。限于篇幅，我们将在混动汽车品牌中再展开。

「增程式电动汽车」的定义

以上车型都有着一些的特征：它们都有将「发动机」、「发电机」和「（驱动）电机」（后统称为「电机」）三大部件『串』在一条动力传输路径上的「串联」结构（部分不限于「串联」）。故此都拥有「增程器」。那么是不是带有「增程器」的混动车型就能被叫做「增程式电动汽车」呢？那我们就先来看定义~~

增程式电动汽车的定义

根据国标（GB/T 19596-2017《电动汽车术语》）的定义：

「增程式电动汽车」（Range Extended Electric Vehicle）是一种在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能，而当车载可充电储能系统无法满足续航里程要求时，打开车载辅助供电装置为动力系统提供电能，以延长续航里程的电动汽车，且该车载辅助供电装置与驱动系统没有传动轴（带）等传动连接。

通用雪佛兰Volt（2016）

该定义最早是由美国通用汽车公司Tate等人提出，而其围绕着「增程式电动汽车」推出过最有名的车型便是「通用雪佛兰Volt」、「通用迈锐宝混动」和「别克君越混动」等。所以，想要搞懂「增程式电动汽车」，就让我们先来了解一下「通用汽车」的「通用Voltec混动系统」。

通用Voltec混动系统（第二代）示意图

「通用Voltec混动系统」（第二代）包括一台「发动机」、集成了「整车控制器」与「电机控制器」为一体的「电控模块」、「锂电池组」、「充电接口」和一台『混动变速器』等。其中T型「锂电池组」被布置在后排座椅下及车身中部。

通用Voltec混动系统中变速器的结构示意图（手绘）

「通用Voltec混动系统」的「电控模块」（图中统称为「控制器」）上深度集成了「整车控制器」（HCU）和「电机控制器」（MCU），可同时控制「电机」、「电子油泵」、「离合器」和「整车」，其控制程度与「特斯拉Model S」同级。而该混动系统的核心在于此前提到的内置了两个「电机」和两排「行星齿轮组」组成的『混动变速器』。

通用Voltec混动系统（第二代）中变速器的结构连接示意图

首先我们来看看其结构连接原理：

• 「行星齿轮组1」的「外齿圈」通过「单向离合器C0」连接「发动机」，「太阳齿轮」连接「电机A」（Motor A），而「行星齿轮」所连接的「行星齿轮盘」可输出动力直到「车轮」；
• 「行星齿轮组2」的「外齿圈」通过「离合器C1」控制，「太阳齿轮」连接「电机B」（Motor B）, 「行星齿轮」所连接的「行星齿轮盘」可输出动力直到「车轮」；
• 「行星齿轮组1」的「太阳齿轮」通过「离合器C2」连接「行星齿轮组2」的「外齿圈」；
• 「电机A」（Motor A）功率较小，主要用于发电。而「电机B」（Motor B）功率较大，主要用于驱动车辆起步；
• 「主减速器」没有采用一般行业内常用的大/小齿轮副，而是也采用了一套「行星齿轮组」，除了处于整体设计的考虑，同样也彰显了「通用Voltec混动系统」势必将复杂进行到底的决心。

通用Voltec混动系统（第二代）中变速器的工作原理示意图（动图）

得益于『两排行星齿轮组+双电机』的复杂构造，「通用Voltec混动系统」可实现「单电机驱动」、「双电机驱动」、「低增程」、「固定速比增程」、「高增程」等多种工作模式：

「单电机驱动模式」（One Motor EV）：车辆起步等低速低负载时，「发动机」不工作，「离合器C1」接合，将「行星齿轮组2」中的「外齿圈」固定，「电机B」驱动「行星齿轮组2」中的「太阳齿轮」旋转，「行星齿轮盘」速输出动力，驱动车辆行驶。此时纯电驱动；

「双电机驱动模式」（Two Motor EV）：加速爬坡等低速高负载时，「离合器C1」断开，「离合器C2」接合，「电机B」继续输出，「电机A」开始工作为「行星齿轮组2」中的「行星齿轮盘」增速，两个「电机」相互配合，「行星齿轮盘」输出动力，驱动车辆行驶。 此时「发动机」有被反拖的趋势，但由于「单向离合器C0」的单向锁止原理，避免了「发动机」被反拖。此时仍为纯电驱动；

「低增程模式」（Low Extended Range）：低速或高牵引力时，「单向离合器C0」接合，「发动机」工作带动「电机A」发电。「离合器C1」接合，「离合器C2」断开，车辆由「电机B」驱动行驶。该模式下「电机B」还起着调节「发动机」的作用，使其能处于高效区。此时仍为纯电驱动，类似于「丰田THS系统」的低速混动模式；

「固定速比增程模式」（Fixed Ratio Extended Range）：加速或低负荷充电时，「单向离合器C0」接合，「发动机」工作，「离合器C1」和「离合器C2」均接合，「电机B」和「发动机」同时驱动两组「行星齿轮盘」输出，驱动车辆行驶。此时固定一个速比，类似于「本田i-MMD系统」的「并联式」混动模式，非纯电驱动；

「高增程模式」（High Extended Range）：高速巡航时，「单向离合器C0」接合，「离合器C1」断开，「离合器C2」接合，「发动机」工作带动「电机A」旋转发电。「电机B」驱动「行星齿轮组2」中的「太阳齿轮」，带动「行星齿轮盘」输出动力。此时主要由「发动机」驱动，并调节「电机B」保持较高效率水平，类似于「丰田THS系统」的高速巡航模式；

「能量回收模式」：减速或制动的时候，「发动机」不工作，「离合器C1」接合固定「行星齿轮组2」中的「外齿圈」，「离合器C2」断开，「车轮」带动「行星齿轮盘」旋转，「太阳齿轮」随着「行星齿轮盘」转动，「电机B」转为「发电机」对「电池」充电。

通用Voltec混动变速器手绘和实物的对应示意图

不得不说，「通用Voltec混动系统」中『两排行星齿轮组+双电机』的「变速器」是本专栏至今分析过最复杂的『混动变速器』，主要应用于「通用君越30H」、「迈锐宝XL」等车型上。那世界上还有比它更复杂的『混动变速器』吗？你别说，还真有，至少「通用汽车」还有一套用在「凯迪拉克」混动车型上的『三排行星齿轮组+双电机』的「变速器」。

通用汽车和丰田汽车混动变速器结构对比

不过按照其实现的油耗效果来看，基本与同期搭载「本田i-MMD混动系统」部分车型相当，略优于同期搭载「丰田THS混动系统」的部分车型。比如「通用迈锐宝混动」油耗为百公里4.3L、「别克君越混动」为百公里4.7L，「本田雅阁HEV」为百公里4.4L，「丰田凯美瑞HEV」为百公里5.3L。

「增程式电动汽车」绝非「纯电动汽车」

作为提出「增程式电动汽车」的通用汽车，我们却在他们推出的『电动汽车』上看到了许多有意思的逻辑，比如：

通用Voltec混动系统原理分析

1. 大量工况为纯电驱动：这与之前我们看到「串联式」车型非常相似，特别是「低增程模式」，这里容我感叹一句：通用，你真厉害，用最复杂的结构完成了最简单的「串联」；
2. 「发动机」启动后，更希望你是一辆燃油车：在类似「高增程模式」下，「发动机」主掌了大权，为整个系统提供主要动力，此外，以2016年二代「通用Voltec混动系统」为所搭载的「发动机」为例，其最大功率为75kW，最大扭矩为140N·m，显然已经有着主掌大权的能力。

不过，无论「通用Voltec混动系统」的工程师如何想让「发动机」发挥更多的作用，都无法阻拦「发动机」成为「增程器系统」的一部分。相比之下，我和几位知乎大咖的观点一致：「日产e-POWER混动系统」才是「发动机」胜利！这句话，你品，你细品~~

『增程汽车』：这样理解

首先，国标的定义已经非常明确，所以，我觉得大家并不用纠结概念问题，而是关注「增程式电动汽车」的意义——在「电池技术」无法完全满足续驶里程需求等关键问题的背景下，「增程式电动汽车」以其成本不高、节能且最易推广的优势，成为我国向「纯电动汽车」过渡期间的最佳混动车型。

两者的经典结构有着很大的差异，根本不是同一条分类树

其次，国标对「串联式混合动力汽车」（Series Hybrid Electric Vehicle）有着明确的定义：车辆的驱动力只来源于电机的混合动力电动汽车。所以，无论从结构还是工作原理来看，「增程式电动汽车」绝对不是「串联式混动汽车」的下属分类，并且他们没有100%的包含或被包含关系。

别谈什么概念了，你就是混动汽车，不是纯电动汽车

若是真要将「增程式电动汽车」进行分类，那我们到底该将其分在那个类型呢？我觉得或许没有一个永久的定性，而是随着每个国家的政策变化而变化。不过，我觉得「增程式电动汽车」离政策定义的「纯电动汽车」概念会越走越远，比如理想ONE等车型已经在大部分城市无法作为「纯电动汽车」进行上牌，也不能享受相关的政策福利，而是回归到「新能源混动汽车」的行列。所以，如果大家以后再看到『增程汽车』、『增程式汽车』、「增程式电动汽车」等字样时，不妨这样理解：

看到这里，不知道大家对带有『增程』、『增程式』等字眼的技术和车型是否有了自己的答案和理解。欢迎评论区讨论。至于「增程式电动汽车」的前景到底怎么样？那不妨引用岚图CEO卢放在2020年底的一句话『增程式电动汽车是未来5-10年最好的过渡方案』，那么各位又怎么看呢？同样欢迎大家评论哦~~

异常复杂的「功率分流」

浅谈完「串联式」混动结构的特点，也解释了「增程式电动汽车」的概念，接下来咋们就要聊聊「混联式」中，最为复杂的「功率分流」了。

「功率分流」：「机械功率」与「电功率」的『圈圈圆圆圈圈』

上一节中谈到「通用Voltec混动系统」（第二代）的基本工作原理，其中有一种叫「高增程模式」，在该模式下，「发动机」发出「功率」的流向十分的复杂：

通用Voltec混动系统（第二代）中变速器高增程模式功率流分析

• 「机械功率流」：「发动机」的功率通过「行星齿轮组1」的「行星齿轮盘」，传动到达「输出轴」（上图①流向）；「发动机」的功率通过「行星齿轮组1」的「太阳齿轮」到达「行星齿轮组2」的「外齿圈」再通过「行星齿轮组2」的「行星齿轮盘」汇总到「输出轴」（上图②流向）；
• 「电功率流」：「发动机」的功率通过「电机A」发出的电能输送给「电池」或「电机B」，得到电能的「电机B」产生的驱动力矩，通过「行星齿轮组2」的「行星齿轮盘」传送给「输出轴」（上图③流向）；当然，「发动机」的功率还可以通过「行星齿轮组1」的「太阳齿轮」到达「行星齿轮组2」的「外齿圈」对「电机B」进行功率调节。

这种将「发动机」产生的「功率」进行分流的混动结构又被称为「功率分流」（Power Split，简称PS），同时也是最常见的一种「混联式」。而我们包括我们此前提到的「丰田THS混动系统」中的「E-CVT」以及「通用Voltec混动系统（第二代）」中的『混动变速器』属于「功率分流」，只是它们之间又存在一定的区别，接下来我们就由浅入深地来聊聊各种「功率分流」。

「输入式功率分流」：丰田THS混动系统

丰田E-CVT变速器（第一代）结构示意图

「丰田THS混动系统」作为最早的一批量产「功率分流」的混动系统，通过其独有专利的「E-CVT变速器」将「功率分流」这一混动派系彻底带火了。而其「功率分流」的逻辑也相对比较简单。比如在搭载「E-CVT变速器」的车辆行驶时，「发动机」所发出的「功率」在「行星齿轮盘」上会被一分为二：

一股「功率流」通过「行星齿轮盘」到「行星齿轮」到「外齿圈」，向着「输出轴」流去；

一股「功率流」则通过「行星齿轮盘」到「太阳齿轮」带动「P1电机」进行发电，电能传输到「P3电机」上进行「机械能」的转换，最终也汇合到「输出轴」。

所以其分流原理是：「发动机」的「功率」在输入端的「行星齿轮」上就被分为两个部分，这种「功率」在「输入轴」（或输入端）被分流系统被称为「输入式功率分流」。而其特点是：

• 「发动机」及「发电机」连接到「行星齿轮组」的两根不同的轴上；
• 「行星齿轮组」的「外齿圈」与「输出轴」相连；
• 「P3电机」与「变速器」的输出端直接相连。

「输出式功率分流」：通用Voltec混动系统（第一代）

通过一排「行星齿轮组」所实现的混动效果确实做到了『花小钱办大事』，所以丰田便为以上提到的这种「功率分流」的技术申请了专利。通用汽车的工程师一看，这还得了！

搭载4ET50混动变速器的雪佛兰Volt（2011）

故此，通用汽车为了绕过丰田的专利，同样研发出了一套基于单排「行星齿轮组」的『混动变速器』，该「变速器」内部代号为4ET50，也就是第一代「通用Voltec混动系统」（powertrain混动系统）。

通用4ET50混动变速器（2010）示意图

与丰田的「E-CVT变速器」相似，同样单排「行星齿轮组」、两个「电机」，不过在连接上有了一些不同，首先「发动机」与「P1电机」直接相连，「输出轴」接在了「行星齿轮盘」，「P3电机」与「太阳齿轮」连接，接下来让我们看看它的分流与丰田的「E-CVT变速器」有何不同。

第一股「发动机」产生的「功率」通过「P1电机」调整从「外齿圈」进入「行星齿轮」，通过「行星齿轮盘」（「输出轴」）流出「变速器」；

第二股「发动机」产生的「功率」带动「P1电机」产生「电功率」传递至「P3电机」，然后通过「太阳齿轮」传递给「行星齿轮盘」（「输出轴」）流出「变速器」

汇总其分流原理则是，「发动机」和「电机」的两部分「功率」在到输出端的「行星齿轮盘」（「输出轴」）汇合，这种将「功率」在「输出轴」合流系统被称为「输出式功率分流」。其特点是：

• 「发动机」与「P1电机」刚性连接，且作为「增程器」与「行星齿轮组」的一根轴刚性连接；
• 「行星齿轮组」的第二根轴连接着「P3电机」；
• 「行星齿轮组」的第三根轴作为「输出轴」。

「输入式」与「输出式」功率分流的区别

输入式与输出式功率分流的区别

通过对比图大家就会发现，两种「功率分流」虽然在基本结构和基本组件非常相似，但最大的区别就是「发动机」以及「电机」连接「行星齿轮组」的逻辑，「输入式」的逻辑是将「发动机」的「功率」在进入「变速器」后就进行分流，而「输出式」的逻辑则是将分散在「变速器」内部的「功率」最后进行合流。

输出式功率分流会遇到的尴尬

不过相比「输入式」，「输出式」分流逻辑上有着一种比较尴尬的情况，那便是在汽车低速行驶时，由于「发动机」与「P1电机」刚性连接，所以此时「P1电机」在某种意义上正在驱动汽车，而「P3电机」被带着转动产生「电功率」方向回到了「P1电机」所在的「输入轴」，于是问题就发生了，这股「电功率」所要转换的「机械功率」与原本「P1电机」产生的「机械功率」并不同向，也就是说由「P3电机」产生的「电功率」是一股「无功功率」。简单来说就是「P1电机」与「P3电机」叫上劲儿了。

内部代号5ET50的混动变速器

当然啦，这种尴尬的情况是可以通过加入「离合器」来解决的，不过我们这里不展开，因为通用的混动工程师决定用两排「行星齿轮组」彻底地完善他们对「功率分流」的伟大理想，这也就是之前我们提到的第二代「通用Voltec混动系统」，内部代号5ET50的『混动变速器』。

「复合式功率分流」：「通用Voltec混动系统」（第二代）

内部代号5ET50的混动变速器简化示意图

当我们省去「单向离合器」和「C1离合器」后，来分析一下通用这款『混动变速器』的分流原理，我们把关注点放在两组「行星齿轮组」上。

「行星齿轮组1」：输入式功率分流

在第一组「行星齿轮组」上，我们可以看到3条「功率流」：

「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」，走「外齿圈」至「行星齿轮盘」分流后直接流向「输出轴」；

「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」，走「行星齿轮组1」的「外齿圈」，至经「行星齿轮盘」分流至「太阳齿轮」，再经过「离合器」将「功率」继续传导到「行星齿轮组2」的「外齿圈」，「机械功率流」仍在「变速器」内部；

「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」，走「外齿圈」分流后走「太阳齿轮」至「P1电机」发电，电能带动「P3电机」，「电功率流」仍在「变速器」内部；

若是将分流的原理进行再次简化，我们就会发现，「发动机」的「功率」在连接着「输入轴」的「行星齿轮盘」（「行星齿轮组1」）上被分流，这与丰田的「E-CVT变速器」的逻辑相仿，属于「输入式功率分流」。

「行星齿轮组2」：输出式功率分流

「行星齿轮组1」有两股「功率流」仍在「变速器」内，最终的去向就要在「行星齿轮组2」上继续追寻：

我们先从「P3电机」入手，从「P1电机」来的「电功率」带动「P3电机」转动，「功率」从「行星齿轮组2」的「太阳齿轮」进入，走「行星齿轮盘」最终流向「输出轴」；

在看来自「离合器」的「机械功率流」，它经「行星齿轮组2」的「外齿圈」到达「行星齿轮盘」，直接流向「输出轴」。

将分流的原理进行再次简化后，可以看出两股「功率流」在连接着「输入轴」的「行星齿轮盘」（「行星齿轮组2」）上汇合，最终通过「输出轴」流出「变速器」，这恰恰又是一种「输出式功率分流」。

而当我们将整个『混动变速器』内的「功率流」整合梳理后，我们便会发现，在「行星齿轮组1」的「行星齿轮盘」上进行分流，而在「行星齿轮组2」的「行星齿轮盘」上进行合流，即『前段「输入式」后段「输出式」』，着实是复杂。而这种复杂的「功率分流」又被称为「复合式功率分流」。

经典的复合式功率分流示意图（动图）

至于为什么要用那么复杂的『混动变速器』，那展开就是一本书了，这里先给到一个结论：「复合式功率分流」可使得「电机」有很长的一段低功率流区域，在这个区域行驶时，车辆的效率（即燃油经济性）很高，而这段区域是单一的「功率分流」无法达到的。

三类功率分流的节本说明示意图

有时你不得不承认，丰田真把「功率分流变速器」（Power Split Device，简称PSD）玩出了实际效果，不过『山外有山，人外人』，通用汽车的『混动变速器』，其复杂程度并非几千字可以概述，但往往复杂不代表好用，越是复杂，对于电控逻辑的要求越高，同时也带来了维修成本的提升。故此，我与同事在赞叹其机械美学之余，也会带着几分望而却步的敬畏。直白点说：结构挺好看，谁修谁完蛋。

「混合动力专用变速器」（DHT）的兴起

解释完「混联式」中原理比较的复杂的「功率分流」，我们来看看以「本田i-MMD混动系统」为代表的另一类「混联式」——「定轴式混合动力系统」（或叫平行轴式混合动力系统）。

代表之作：「本田i-MMD混动系统」

本田i-MMD混动系统工作原理（动图）

此前我们详解过「本田i-MMD混动系统」的基本结构，这里我们简单回顾一下其5种工作模式：

纯电模式：此模式的工作原理很简单，「电池」给「P3电机」供电，「P3电机」单独驱动车辆行驶，「发动机」、「P1电机」不工作，「离合器」处于断开状态；

• 「发动机」直驱模式：当「发动机」处于高效运转的工况下，「离合器」耦合使得「发动机」可以单独驱动汽车行驶。这种情况很少，因为缺少了传统的「变速器」，「发动机」很难达到高效区间；
• 混动串联模式：「发动机」与「P1电机」等部件组成「增程器系统」，为「P3电机」供电，从而驱动汽车；
• 混动并联模式：此时「P3电机」与「发动机」双管齐下，激情发力，共同驱动汽车；
• 动能回收模式：在滑行或制动时，「车轮」带动「P3电机」为「电池」充电。

局限与解决：「发动机」和「挡位」

串联模式下，功率传输流程距离长

这套混动系统与使用「行星齿轮组」的「功率分流变速器」最大的结构区别便是：无法在「串联」、「并联」两个模式之间做无缝转换，而两种模式的切换完全取决于「离合器」的开合。换言之，『混动变速器』内的「功率」要么以「机械功率」传递，要么以「电功率」传递，没有中间档。

这种『非黑即白』的选择模式也带来一个技术难点——如何克服「串联模式」下，传动效率较低的问题。由于在「串联模式」下由于「发动机」输出的「功率」必须通过两台「电机」传输，也就是要进行『「机械功率」转「电功率」再转「机械功率」』的多次能量形式的转换，无法避免的有能量损失。

本田i-MMD混动系统部件/工况对照表

比如整套「本田i-MMD混动系统」传输效率在大部分情况下都能达到 95% ，但在「串联模式」下，虽然此时的「发动机」在最佳工况高效率进行运作，但整体传输效率却还要降低5%，即在90%左右，这个效率只能说是中规中矩，与 「CVT变速器」（无级变速器）处于同一水平。

故此，在车速超过70公里/时的高速巡航工况时，「本田i-MMD混动系统」则会选择切换至「并联模式」，「发动机」与「电机」共同驱动汽车，整套系统的传输效率恢复到最佳状态。看到这里大家会问，既然「并联模式」的效率更高，那「本田i-MMD混动系统」为什么不增加「并联模式」的范围呢？其中的原因大致有2点：

「阿特金森发动机」的限制：考虑到「阿特金森发动机」的热效率和燃烧稳定性，故此，转速一般只能保持在1200~3000转/分钟。另外，「阿特金森循环」在高扭矩的效率不如「奥托循环」，所以，一般只能用于低、中扭矩区域。更多关于「阿特金森发动机」可查看往期内容；

Honda CR-V Hybrid（2019）

「挡位」限制：目前「本田i-MMD混动系统」只给「并联模式」配备了一个「挡位」（「传动比」为 0.803），相当于传统「变速器」里的6挡，所以，系统将「并联模式」的介入时机定在70公里/时。

搭载两个凸轮的VTEC发动机的结构

既然知道了局限在哪里，那么我们就可以着手解决。比如「本田i-MMD混动系统」从「发动机」进行调整，选择搭载「VTEC系统」（Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System ，即「可变气门正时和升程电子控制系统」）的「发动机」，旨在使「发动机」能在「阿特金森循环」与「奥托循环」中切换，以满足「扭矩」匹配的要求。

新赛道：增加「挡位」，快速「并联」

然而考虑到「发动机」的经济性，「本田i-MMD混动系统」仍然将「阿特金森循环」用于多数的工况。而目前国内的车企在提升「混动专用发动机」「热效率」的同时，开始在自己的「DHT」（Dedicated Hybrid Transmission，即「混合动力专用变速器」）增加更多的「挡位」，以便整个系统更快速地进入「并联模式」的经济工况。

长城柠檬DHT示意图

这里我们要先来解释一下什么叫「DHT」？简单地理解便是我们此前提到的所有将双「电机」融入「变速器」的『混动变速器』总称。而搭载「DHT」的混动系统我们称其为「DHT混动系统」，目前主流的「DHT混动系统」都具备以下特点：

长城柠檬DHT混动系统组成部件示意图

• 采用「混动专用发动机」：通常为「阿特金森循环」或深度「米勒循环」的「发动机」，峰值热效率和高效区范围远比燃油平台「发动机」更出色；
• 更高效的「电机」：通常采用两个『扁线+油冷+高速』配置的「电机」，拥有功率和扭矩密度高、峰值效率高、高效区范围广、损耗低等特性；
• 结构高度集成化：「电机」、「变速器」以及「控制器」等部件高度集成，动力集成化耦合；
• 多模式，快速切换：包括「发动机直驱」、「电机直驱」、「串联模式」和「并联模式」4种对应不同「速域」和「功率」工况的模式。

长城柠檬DHT结构示意图

聚焦回『为「DHT」增加「挡位」』的问题上，以「长城柠檬DHT」为例，通过上图我们可以看到，其「DHT」拥有2个「挡位」。

在低车速急加速时，由于有「1挡」的存在，故此，长城汽车官宣在40公里/时左右时，「发动机」即可介入动力输出，使得汽车能快速进入「并联模式」。如此一来，这套混动系统在保证动力充沛的同时，又保证「发动机」的经济性。

中高车速全负荷加速时，则可以切换至「2挡」，此时，由于「发动机」的「功率」被放大，释放出更大的扭矩，长城汽车官方宣称『可比单档串并联架构的轮端力矩大1000N·m左右』。

长城柠檬DHT混动系统多种模式（动图）

『两挡直驱』应该算是「长城柠檬DHT混动系统」最大的特点之一，当然，常规的「纯电模式」、「串联模式」和「动能回收模式」也不会少。而从混动控制的逻辑与工况对应后，我们大致可以归纳如下：

• 低速工况：车辆采用「纯电模式」，内部集成高性能驱动「电机」保证低速爬坡超大马力，动力响应迅捷，加速平顺，此时为『零油耗』；
• 中高速工况：「发动机」和「电机」采用「混联式」模式，在「并联」和「串联」中灵活切换，可充分发挥「发动机」和「电机」的双重驱动能力，保证更好的燃油性；
• 高速工况：「发动机」与「电机」进行「并联」驱动，提供充沛的动力，保证高速路况加速更平稳，动力更强劲。

长城柠檬DHT混动系统的串联模式

若你问我，为什么没有「发动机直驱模式」？其实是有的，不过这种工况发生的情况比较少。因为通常在高速巡航时，才会有机会（非必须）让「发动机」单独去驱动「车轮」，但只要对「功率」和「扭矩」的需求有一点点变化，整个系统就有强烈的趋势，去切换到其他的模式，比如：

很难出现的发动机（2挡）直驱模式

• 切换到「串联模式」：动力要求很弱，「发动机」的「功率」过剩，正好可以带动「电机」来发电，为「电池」充电；
• 切换到「并联模式」：动力要求较强，「P3电机」直接介入，与「发动机」共同输出「功率」；
• 切换到「混联模式」：动力要求一般，此时，可以是「P1电机」介入调整「发动机」的「扭矩」或「转速」。亦或是「发动机」带动「P1电机」为「P3电机」发电，并将多余的「功率」传输到「输出轴」。

总之大家要记住一个原则：「DHT混动系统」不刻意追求单一零部件或单点效率最高，而是追求动力总成的综合效率最大化。

国产的崛起：「DHT」成为趋势

雷神智擎Hi·X混动系统包含两款DHT和两款混动发动机

无独有偶，最近吉利汽车也发布了新一代的混动平台「雷神动力平台」，而下属模块中包含一套混动动力总成——「雷神智擎Hi·X混动系统」，其中的「DHT Pro」通过独特的双排「行星齿轮组」实现了「3挡」布局。

雷神智擎Hi·X混动系统中的DHT Pro示意图

吉利汽车官方资料显示，「DHT Pro」在20公里/时的速度下便可进入「并联模式」。且在「1挡」的大速比加持下，实现弹射起步，让起步加速的能力提升50%。此外，「DHT Pro」将「电机」、「变速器」和「控制器」等多个部件进行高度集成，能够承受的最大输出扭矩达到了4920N·m。

同步器换档结构（长城柠檬DHT100）示意图

虽然「雷神智擎Hi·X混动系统」与「长城柠檬DHT混动系统」同属于『多挡位传输』的「DHT」，但的确存在着一些区别：「长城柠檬DHT混动系统」属于『同步器换档结构』，而「雷神智擎Hi·X混动系统」属于『行星齿轮组换挡结构』。这里不展开详解，我们放在单品牌介绍中再细聊。

市售的部分DHT产品参数对比（点击放大查看）

简单来说，增加「DHT」的「挡位」都是为了延长「发动机」在最高效率区间的使用工况，从而减少传输损耗较大的工况，达到提升整套动力总成综合效率的目标。光从技术的角度来看，目前国内的「DHT混动系统」已有崛起的趋势。当然，我们还要通过最终装车后的实际表现来判断一套混动系统是否成功。最后，我用无限暗示的眼神看向本田，弱弱地问一句：

总结：如何评判一套混动系统？

来到本章的最后一节，我们来审视一个很难回答的问题『到底如何评判一套混动系统』。我觉得可以从两个宏观角度去看，一个从技术角度，一个则从消费者的角度。

技术角度：更关注部件和系统的本身

从技术的角度去看，我们会从不同的维度去评判，比如是否拥有『高效率发动机技术』、『高效率电驱动技术』、『动力源之间耦合的完备性』、『动力流的动态控制优化算法与技术』、『各工况区间下的匹配度』等。可能看似比较复杂，所以我们举两个简单的例子。

各工况区间下的匹配度

这里所说的『匹配度』是指在各种工况下，『轮端功率需求』与『动力源输出功率』之间的匹配度。换句话来说就是考察「发动机」、「发电机」和「电机」的「输出功率」与轮端的功率需求是否能匹配。当匹配度不够时，就会有一些问题需要我们想办法去解决，比如说：

单排行星齿轮组的功率限制

急加速时，轮端的功率需求过大，动力总成的功率较弱，就会导致轮端响应延迟；

• 在某些低电量情况下，轮端的功率需求较大，而「发动机」的「功率」较弱，就会导致对轮端的高功率需求无法响应；
• 在某些低电量情况下，轮端的功率需求较大，而「发电机」的「功率」较弱，就会导致对轮端的高功率需求无法响应；
• 在馈电时，「电机」主要用于发电，而非驱动，驱动源依靠「发动机」，导致「发动机」进入低效区。

Honda CR-V Hybrid（2019）

其实在我们之前的文章中也有提到过这些问题，比如「P2电机架构」的馈电问题。而像「本田i-MMD混动系统」这样的「混联式」（定轴/平行轴式）就有着一些结构优势。比如，在平坦道路上巡航时，「发动机」的「转速」和「扭矩」之间的关系下图中（右下角）的黑线所示，显然并非最优解，特别是『发动机直驱模式』时，「发动机」的运行状态与最小「BSFC曲线」向较低扭矩区域分开。

本田i-MMD混动系统提升完备性的作法之一

所以，此时便可通过对「电池」进行充放电来进行「发动机」负荷调整，以将「发动机」工作点固定在高效区。上图我主要标注了『assist工况』逻辑，也就是轮端的功率需求逼得「发动机」要离开高效区时，「电池」放电，带动「电机」驱动，以此来弥补「发动机」的「功率」，以此保持「发动机」持续处于高效率区间。此外，我们也需要考虑系统中『动力源之间耦合的完备性』。

动力源之间耦合的完备性

这种『完备性』指的是当各动力源进行各种耦合时，是否能使「发动机」的高效区特性和「电机」的高效区特性进行互补与融合，从而避免「发动机」或「电机」的工作点落入低效区。当完备性不够时，又会有一些问题需要我们想办法去解决，比如说：

无法使发动机与电机完全解耦的结构

• 无法避免「发动机」落入低效区的拓扑结构：电驱动系统只能在发电和驱动两个功能之间单向切换，无法同时实现『发电+驱动』的功能复用；
• 无法避免「电机」落入低效区的拓扑结构：比如说「纯串联式」的『增程式混动系统』；
• 「发动机」与「电机」无法完全解耦，降低系统能量利用率的拓扑结构：比如说「单排行星齿轮组」结构。这也将是我们接下来的章节需要讨论的内容，这里就不展开了。

消费者角度：更注重体验的效果

而从消费者的角度去看，判定一套混动系统的维度，更多地是从『（燃油）经济性』、『动力性』、『平顺性』、『NVH』、『保电能力』以及『馈电状态下的经济性』和『馈电状态下的NVH』等维度考虑。这些维度的具体比较，我们会放在单个品牌的混动介绍后，做一个综合性的评价，目前还在进行详细的资料收集和对比，以上图为鉴。

按混合动力系统结构形式的分类