1.2.3 插電式混合動力汽車

插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）是指在設(shè)計時考慮可以利用外部電網(wǎng)給動力電池充電，當電池電量較低時，又可以通過發(fā)動機驅(qū)動行駛的一種車輛。該類型的車輛與傳統(tǒng)混合動力汽車具有相同的部件，包括發(fā)動機、電機、電池、動力耦合裝置和變速器等，且都可以分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種構(gòu)型，如圖1-5所示。

串聯(lián)結(jié)構(gòu)（圖1-5a）又稱為輔助功率單元（Assistant Power Unit, APU）結(jié)構(gòu)，該構(gòu)型結(jié)構(gòu)相對簡單。全工況采用純電驅(qū)動，發(fā)動機只用來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。該結(jié)構(gòu)發(fā)動機工作模式與整車工況完全解耦，可以控制發(fā)動機工作在最優(yōu)經(jīng)濟工況點，但是由于能量從發(fā)動機到驅(qū)動電機需要經(jīng)過多重轉(zhuǎn)換，導致系統(tǒng)效率較低，整車經(jīng)濟性稍優(yōu)于傳統(tǒng)汽車。該構(gòu)型適用于道路擁堵的工況。

并聯(lián)系統(tǒng)（圖1-5b）與其他兩種構(gòu)型相比，只需一個電機，但需要簡單的動力耦合裝置。該構(gòu)型發(fā)動機和電機都可以驅(qū)動車輛，低速時主要采用電機驅(qū)動，高速時主要采用發(fā)動機驅(qū)動。該系統(tǒng)避免了多重能量轉(zhuǎn)換，且可以優(yōu)化發(fā)動機工況點，高速工況下的經(jīng)濟性明顯優(yōu)于串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

混聯(lián)結(jié)構(gòu)（圖1-5c）構(gòu)型復雜，兼有串聯(lián)模式與并聯(lián)模式的優(yōu)點。與其他構(gòu)型相比，該構(gòu)型具有良好的動力性、經(jīng)濟性以及舒適性，能適應各種工況。

PHEV本質(zhì)上是混合動力汽車，由于電池容量大，能儲存更多的電能，而且可以利用外部電網(wǎng)給電池充電，因此有其特殊性。PHEV的工作模式可以分為4種，如圖1-6所示，包括純電動工作模式（EV），電量消耗模式（CD），電量平衡模式（CS）和常規(guī)充電模式。

1）EV模式。由于電池SOC很高，電池具有足夠的能量，完全可以提供車輛行駛所需的全部能量，且快速降低電量水平，有利于盡可能多地回收制動能量。該模式下發(fā)動機關(guān)閉，電機單獨驅(qū)動車輛，排放為零，燃油消耗為零，屬于節(jié)油環(huán)保的工作模式。

2）CD模式。當電池電量處于較高水平時，一般采用CD模式驅(qū)動車輛。該模式主要采用電機驅(qū)動車輛，發(fā)動機起輔助作用。電池SOC呈下降趨勢，但下降速率要比EV模式小。由于SOC可以有很大的變化范圍，所有發(fā)動機低效率工況點，都可以由電機來驅(qū)動車輛，且可以完全消除發(fā)動機怠速時間，同時又可避免發(fā)動機頻繁起停，因此該階段燃油消耗較少。

3）CS模式。該模式與傳統(tǒng)的混合動力模式一樣，電池SOC在一個較小的范圍內(nèi)變化，發(fā)動機提供主要的驅(qū)動能量。為了避免電池電量有較大的波動，發(fā)動機需要經(jīng)常參與驅(qū)動過程，同時為了避免頻繁的起停過程，不可避免地會有怠速燃油消耗，因此該模式燃油消耗一般要比CD模式高。

4）常規(guī)充電模式。該模式下，利用外部電網(wǎng)給電池充電，使電池SOC恢復到最高水平。該模式一般出現(xiàn)在晚上或者其他車輛不需要被使用的時間段，當電網(wǎng)給電池充電時，電池電量快速上升達到電池設(shè)計的最高電量水平。

能量管理策略是受到普遍關(guān)心的一個問題，它直接關(guān)系到混合動力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、動力性以及排放性能。相對于傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)加速踏板直接與發(fā)動機節(jié)氣門關(guān)聯(lián)而言，混合動力系統(tǒng)的加速踏板與發(fā)動機解耦，加速踏板不再直接控制發(fā)動機，而是在獲取加速踏板開度信號后，整車控制器將其轉(zhuǎn)換為需求轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)當前驅(qū)動源的狀態(tài)，合理地給發(fā)動機分配轉(zhuǎn)矩，從而實對現(xiàn)發(fā)動機的控制。這種控制方法提高了發(fā)動機控制的靈活性，對于優(yōu)化發(fā)動機的工況有重要作用。如何合理地將駕駛員需求轉(zhuǎn)矩分配給兩個動力源，做到既能滿足車輛動力性需求又能降低能量損耗、減少污染物放，這就是混合動力系統(tǒng)的能量管理策略研究的問題。

能量功率兼顧型動力電池主要應用于插電式混合動力汽車和增程式混合動力汽車領(lǐng)域。國際上能量功率兼顧型動力電池單體比能量最高達到195W·h/kg，比功率達到1600W/kg，壽命達到3000次。目前，中國量產(chǎn)的三元軟包電池比能量達到200W·h/kg，比功率達到1500W/kg，實現(xiàn)了量產(chǎn)配套；開發(fā)了比能量達到130W·h/kg、6C充電不低于80%額定容量的高比功率快充三元電池。