1.2.3 插电式混合动力汽车

插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）是指在设计时考虑可以利用外部电网给动力电池充电，当电池电量较低时，又可以通过发动机驱动行驶的一种车辆。该类型的车辆与传统混合动力汽车具有相同的部件，包括发动机、电机、电池、动力耦合装置和变速器等，且都可以分为串联、并联和混联三种构型，如图1-5所示。

图1-5 混合动力系统构型

串联结构（图1-5a）又称为辅助功率单元（Assistant Power Unit, APU）结构，该构型结构相对简单。全工况采用纯电驱动，发动机只用来驱动发电机发电。该结构发动机工作模式与整车工況完全解耦，可以控制发动机工作在最优经济工况点，但是由于能量从发动机到驱动电机需要经过多重转换，导致系统效率较低，整车经济性稍优于传统汽车。该构型适用于道路拥堵的工况。

并联系统（图1-5b）与其他两种构型相比，只需一个电机，但需要简单的动力耦合装置。该构型发动机和电机都可以驱动车辆，低速时主要采用电机驱动，高速时主要采用发动机驱动。该系统避免了多重能量转换，且可以优化发动机工况点，高速工况下的经济性明显优于串联结构。

混联结构（图1-5c）构型复杂，兼有串联模式与并联模式的优点。与其他构型相比，该构型具有良好的动力性、经济性以及舒适性，能适应各种工况。

PHEV本质上是混合动力汽车，由于电池容量大，能储存更多的电能，而且可以利用外部电网给电池充电，因此有其特殊性。PHEV的工作模式可以分为4种，如图1-6所示，包括纯电动工作模式（EV），电量消耗模式（CD），电量平衡模式（CS）和常规充电模式。

图1-6 PHEV工作模式

1）EV模式。由于电池SOC很高，电池具有足够的能量，完全可以提供车辆行驶所需的全部能量，且快速降低电量水平，有利于尽可能多地回收制动能量。该模式下发动机关闭，电机单独驱动车辆，排放为零，燃油消耗为零，属于节油环保的工作模式。

2）CD模式。当电池电量处于较高水平时，一般采用CD模式驱动车辆。该模式主要采用电机驱动车辆，发动机起辅助作用。电池SOC呈下降趋势，但下降速率要比EV模式小。由于SOC可以有很大的变化范围，所有发动机低效率工况点，都可以由电机来驱动车辆，且可以完全消除发动机怠速时间，同时又可避免发动机频繁起停，因此该阶段燃油消耗较少。

3）CS模式。该模式与传统的混合动力模式一样，电池SOC在一个较小的范围内变化，发动机提供主要的驱动能量。为了避免电池电量有较大的波动，发动机需要经常参与驱动过程，同时为了避免频繁的起停过程，不可避免地会有怠速燃油消耗，因此该模式燃油消耗一般要比CD模式高。

4）常规充电模式。该模式下，利用外部电网给电池充电，使电池SOC恢复到最高水平。该模式一般出现在晚上或者其他车辆不需要被使用的时间段，当电网给电池充电时，电池电量快速上升达到电池设计的最高电量水平。

能量管理策略是受到普遍关心的一个问题，它直接关系到混合动力系统的经济性、动力性以及排放性能。相对于传统的动力系统加速踏板直接与发动机节气门关联而言，混合动力系统的加速踏板与发动机解耦，加速踏板不再直接控制发动机，而是在获取加速踏板开度信号后，整车控制器将其转换为需求转矩，并根据当前驱动源的状态，合理地给发动机分配转矩，从而实对现发动机的控制。这种控制方法提高了发动机控制的灵活性，对于优化发动机的工况有重要作用。如何合理地将驾驶员需求转矩分配给两个动力源，做到既能满足车辆动力性需求又能降低能量损耗、减少污染物放，这就是混合动力系统的能量管理策略研究的问题。

能量功率兼顾型动力电池主要应用于插电式混合动力汽车和增程式混合动力汽车领域。国际上能量功率兼顾型动力电池单体比能量最高达到195W·h/kg，比功率达到1600W/kg，寿命达到3000次。目前，中国量产的三元软包电池比能量达到200W·h/kg，比功率达到1500W/kg，实现了量产配套；开发了比能量达到130W·h/kg、6C充电不低于80%额定容量的高比功率快充三元电池。