汽车混动架构电机位置分布及联结方式介绍

根据电机位置不同 和不同电机位置的组合方式，混动车型动力系统架构有多种技术路线。

1.混动架构电机位置分布

不同位置的电机扮演着不同的角色，发挥的作用与车辆能耗、动力性有直接关系。 在混合动力汽车中，按电机位置的不同可分为 P0-P4 和 PS 架构，PS 架构即 P2.5 的位 置，从 P0 到 P4，电机的位置离驱动轮端越来越近，与发动机越来越远，即电机动力传 递到轮端的传递路径越来越短、传递效率越来越高，同时电机与发动机的解耦程度越高。

1.1 P0 架构

P0 架构是利用皮带传动兼顾启动和发电的一体机，能够控制发动机的启停，并且还 能回收发动机多余的热量。 优点是 P0 架构中可以调控发动机的转速，从而使车辆在启停、怠速、换挡、加速 等方面平顺性得到极大的改善。缺点是 P0 电机不能脱离发动机单独驱动车辆，通常担 当辅助角色。P0 架构中，电机不与发动机直接相连，因此给发动机的加力和电机回收动 能效率较低。P0 架构一般匹配 48V 弱混系统，目前 P0 架构系统有奥迪 SQ7 TDI 和马 自达 i-Eloop 等弱混系统。

1.2 P1 架构

P1 架构中，电机位于发动机的曲轴后端，直接与发动机连接，在离合器之前。电机 中的定子（电机的固定部分）直接放在了发动机的缸体上，电机的转子（电机的旋转部 分）取代了传统的飞轮，发动机曲轴则充当了电机的转子。与 P0 结构相比，P1 结构与 P0 架构同样可以控制发动机的启停，回收多余的动能。由于直接与发动机相连，效率会 更高，但是这也会导致该架构中电机无法单独驱动车轮，没有纯电行驶的能力，同时由 于很难解决散热问题，因此，P1 电机无法承担长时间高功率、高负荷的工作。除了可以 运用在微混和弱混系统中，还可以应用在 100-200V 电压的中混系统中，目前 P1 架构系 统有本田 INSIGHT、奔驰的 S400 混动系统等。

1.3 P2 架构

P2 架构可谓是分水岭，从 P2 架构开始，之后的架构都能够单独驱动车辆工作。由 于 P2 架构的布局，车辆可以形成纯电、混动、纯由这三种工作模式。由于 P2 架构可以 通过离合器的分合来实现单独驱动车辆，车辆可以形成纯电、混动、纯油这三种工作模 式。从布局来看，P2 架构的结构更为简单，不需要对发动机和变速器进行更改，造价也 比 P1 便宜。除此之外，P2 架构的效率会有更高的效率和更高的燃油经济性。P2 架构 一般情况下会与 P0 架构一起，通常不会单独存在。许多欧洲车企爱用 P2 架构，如沃尔 沃等。

1.4 P3 架构

P3 架构中电机位于变速器之后，通常用在后驱的车上，比亚迪第二代 DM 系统就 是采用了 P3 架构。相比于 P2 架构，P3 直接与传动轴相连，其纯电驱动/起步效率和动 能回收效率更高。由于位于变速器之后，因此降低了对变速器承扭能力的要求。缺点是 它需要单独的空间放置，另外该电机无法用于启动发动机，因此需要额外的 P0 或者 P1 电机弥补这一功能，最后在纯电驱动下，电机会带动前方的变速箱从而导致能量损失。

1.5 P4 架构

P4 架构与发动机没有任何的联系，一般不单独出现，通常会与 P0 和 P1 电机搭配 出现，搭配不同的架构会出现不同的新能。优点该架构不用传动就能够实现四轮驱动、 与发动机的动力可以兼容，另外后排地面没有凸起，能够带来较好的乘坐体验。缺点就 是在没电时，P4 电机的架构会增加油耗。

1.6 P2.5 架构

P2.5 是将电机整合进入变速器，相比电动机置于发动机输出端的 P1 及变速箱输入 端的 P2 形式，P2.5 在油电衔接瞬时冲击方面更具优势。相比电动机置于变速箱输出端 的 P3 形式，P2.5 可将电动机的力矩通过变速箱多挡位放大，不仅能让电动机经济运行 区域更广，而且选型时也可以考虑采用功率更小的电机。 优点是电动机可以做得很小巧，可以选择高转速小体积的电动机。另外，相对于 P2 的形式，因为有离合器控制发动机到变速器的动力传递，在发动机和电动机的动力融合 时，可以做到更自然顺畅。缺点是 P2.5 结构本身复杂，对系统的匹配和调校也会比较复 杂，比如双离合器的接合控制、发动机和电动机都作用到输出轴上进行动力融合等，如 果较调不够完善，将会在变速箱内部产生明显的换挡冲击。

2.混动联结方式

根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为串联式混合动力系统、并联 式混合动力系统、混联式混合动力系统三类，混联式包括串并联和功率分流两种。 串联：发动机并不直接提供动力，也不能单独带动车轮，仅仅用来带动发电机为电 池充电，提供电动机运行的电能。优点是结构简单，动力总成控制逻辑简单，发动机位 置布置也比较自由。缺点是发动机无法直接驱动车辆，发动机通过发电机将热能转化为 电能，再通过逆变器传递给电动机，该过程中能量损失较大，并且，除电动机外还需要 额外的专用发电机。该连接方式常见于增程式车型。 并联：发动机和电动机与车轮均有机械连接，都可以单独带动车轮同时也可以协同 工作，共同驱动车辆。优点是可安装功率较小的电机配合发动机驱动车辆，并且极限输 出功率较高。缺点是需要安装变速箱，变速箱会带来额外的功率损失。该方案多见于欧 系车企的 P2 架构混动方案。 串并联：在汽车低速行驶时，以串联方式工作，当汽车高速稳定行驶时，以并联方 式为主。该方案优点是能结合串联和并联的优点，车辆可在不同工况下选择相应的最佳 效率工作方式。缺点是动力总成结构较为复杂，需要更多精密零部件较调发动机与驱动 电机的工作配合，而且不同工况下的工作切换逻辑要求较高。国内主流的 P1+P3 方案属 于该类型联结方式。

除上述三种连接方式之外，丰田汽车早在 1969 年就开始研发混合动力技术，1997 年就上市了其第一款基于行星齿轮组实现的功率分流（PS）架构车型。功率分流混动系 统是把发动机的功率分为机械功率流和电功率流，然后分别将两个支流传输到车轮上驱 动汽车，以提升全局效率。根据其变速器的结构不同，有输入式、输出式和复合式等三 种形式，功率分流结构主要靠变速器内部的行星齿轮来实现。

输入式功率分流是指发动机的功率在变速器输入端的行星齿轮组齿架上被分为两 个部分，并分别以机械、电的形式传输至变速器出口，并在变速器上重新汇合。该架构 的优点是结构简单，组成部件只有发动机、发电机、电动机及行星齿轮组；低速工况下， 发动机功率大部分由发电机吸收，发动机可在最佳效率区间工作，燃油经济性有效提高， 系统整体效率有效提升。缺点是高速工况下，部分功率在变速器内部循环，无法有效输 出到车轮端，系统效率较低。该方案的代表车型为丰田 Prius THS。

输出式功率分流是指发动机和电机传来的两部分功率在行星齿轮组上进行汇合，功 率汇合后通过变速器的输出轴传递到车轮端。该架构的优点是高速工况下，系统整体效 率较高，输出动力强劲。缺点是低速时，电动机与发电机的角色互换：电动机负责发电， 而发电机负责驱动，发动机输入的功率分别传递给电动机和变速器输出轴，传递到电动 机的功率转化为电能后又传递到发电机，电能再次转化为机械能传递到发动机轴上，这 导致变速器内部出现无效功率反复循环，整体效率大大降低。通用汽车推出的雪佛兰沃 蓝达第一代车型是该技术路线的典型代表。

复合式功率分流是由两个行星齿轮组构成，结合了输入式和输出式功率分流。该结 构的优点是系统内两个电机没有绝对的发电机和电动机的角色划分，两台电机可交互使 用，在中高速车况下的车辆燃油经济性很高。缺点是低车速时，电机上的功率非常高， 系统整体效率极低。通用汽车推出的雪佛兰沃蓝达第二代车型是该技术路线的典型代表。

根据不同电机位置及其组合方式，各主机厂探索出了差异化的混动方案。总体来看， 在电机数量方面，早期的混动方案多采用单电机架构，而现在的混动架构多采用双电机 甚至三电机。如低压微混 48V 架构在发动机前端 P0 位置安装一台 BSG 电机，辅助拉 升发动机转速，使其越过低速抖动区间再点火；早期本田 IMA、奔驰、Volvo 等混动架构 在 P1 位置单独安装启动发电一体电机（ISG），而现在 P1 位置电机很少单独使用，常 与 P3 或 P4 位置搭配安装双电机使用。