PHEV（插混）车型技术解析市场展望及电机发展趋势和实现路径-新浪汽车

1 插电混合动力汽车的定义

插电混合动力（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）：

既可以像BEV一样纯电行驶，也可以像传统混合动力汽车一样电力只间接来源于燃油，不消耗蓄电池中的电量行驶，还可以同时消耗燃油和蓄电量行驶，可以看做BEV和常规混合动力的混合产物。

▲Volvo-XC60-Plug-in-Hybrid-T8-17

区别于传统汽油动力与电驱动结合的混合动力，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与电动车相同，唯一不同的是车上装备有一台发动机和变速箱。

一般插电混动车型电机功率都较大，至少不弱于内燃机的功率，因为要独立驱动汽车行驶数十公里，也可以称之为“重混”或“强混”。

在日常使用过程中，可以当作一台纯电动车来使用，只要单次使用不超过电池可提供的续航里程（一般做到50公里以上问题不大），它就可以做到零排放和零油耗。

▲VW Golf GTE plug in hybrid

2 为什么最近各车企热衷开发插混车型？

随着油耗积分政策的逐步收紧，依靠新能源车为传统车降油耗做大分母的效果越来越弱，混合动力尤其是插电式混动车型将是应对未来20年的中大型车降低油耗压力的有效手段。

▲bmw-2-series-active-tourer-plugin-hybrid-test-drive

未来，普通混动和插混对燃油车降低油耗的促进是至关重要的，各企业会选择适合消费者需求并能在成本可控下的突破，因此普混的增量趋势虽然不确定的，但随着补贴与双积分的组合压力，新能源积分压力下的插混增长趋势值得关注。

目前中国插混的市场不到纯电的50%，而国外多为5:5，更有甚者是插电混动占到8成。

同时，日产Note与丰田普锐斯分别在日本与美国获得成功，并改变了世界新能源车格局。合资品牌通过插电混动产品来满足新能源积分的要求，未来中国插电混动与纯电动车的比例达到4:6应该是一个比较合理的值。

▲audi-q7-e-tron-quattro09

插混技术构型上，P2 系统相对容易实现，并且对原有变速箱生产线的改造不大；市场方面，主机厂开始上混动项目，一个很重要的原因是平衡企业平均油耗和应对双积分政策，更经济、更高效达成目的的解决方案会更受欢迎。

3 PHEV是传统车企最容易上手的新能源车型

很多人分不清插混和增程的具体区别，但其实，这两者的平台架构完全不同：插混是基于传统燃油车，改造工作量较小，开发相对容易；而增程则是全新开发车型，并且是以纯电动车为基础再叠加内燃机和发电机，显然比纯电更复杂。

▲Ford-F-150-PHEV

国内以插电混动（PHEV）为代表的车型有：比亚迪唐、荣威eRX5、WEY P8等等

为什么最近国内的自主品牌蜂拥开发插混（PHEV）呢？原因很简单，因为在它们所掌握的传统燃油汽车平台上，这是能够以最快速度、最低成本开发符合国家补贴及享受限牌城市新能源上牌的车型。

这也是为什么我们看到采用这类混动方案的车型，往往身后都有一款同平台的传统燃油车型，比如：

唐的背后是比亚迪S7
荣威eRX5的背后是荣威RX5
WEY P8的背后是WEY VV7

这些车型有着现成的从发动机到变速箱再到传动系统的平台架构，以及成熟的、经过市场验证的燃油车产品。

▲Blue-bird-electrics

由于这种插电混动（PHEV）所需要满足的纯电续航里程并不高，所以电池的用量也不大，只需要在车身中腾出一小部分空间就能布置下所需电池。

同样的道理，新增的电池重量也不会太大，这就意味着整备质量和最大总质量也不会增加太多。

并且由于燃油发动机已经提供了绝大部分动力输出，对电机的功率需求也不会太大，所以即便算上电机所占用的空间重量，整车重量仍然比较容易控制，与传统燃油车型不会有太大质变。

▲mercedes-benz-gle-500-e-3

这就意味着底盘的硬“点”几乎不用调整。由于整车增加的重量不大，车身轻量化也不用做本质上的改变。

所以这是传统车企最热衷的技术解决方案——研发周期短、成本低、技术成熟、能够最快的把产品投放市场，获取政府补贴并占尽新能源优惠政策。

但是对于用户来说，与传统燃油车相比，除了动力有明显提升、可以纯电短距离通勤以外，绝大部分行驶体验与一台传统燃油车无异。

▲volvo-fully-reveals-7900-plug-in-hybrid-bus

4 插电混动车型的优势

（1）结构优势：

因为电池组重量更大，也更有利于降低重心，改善配重。同时一定程度上还能通过设计降低对变速箱承受扭矩的要求，降低制造高性能车的门槛，如比亚迪秦、保时捷918、宝马i8、迈凯轮P1，因为电池组小了很多，更换的成本也就低了很多。

（2）能源补充优势：

日常汽车使用大部分里程是城市通勤，可以是纯电里程（如volt是75%），所以大部分的行驶里程能源成本很低。这样即使电池寿命依然有限，通过纯电行驶却变得大为可能。

插电混合动力因为电池容量较小，对充电速度要求较低，可以先较好的利用先有的民用充电设施，特别是家用充电设施为汽车进行充电。

▲BMW-225xe-Active-Tourer-Hybrid-Technik

（3）续航优势：

经济型插电混合动力的理念，是通过比纯电动汽车更小的电池组，来保证城市通勤的需要，同时通过内燃机的存在，来提供长途旅行的可能，并减少电池用光的焦虑。

因为通勤里程较短，所以插电混合动力的里程可以只有20-60公里（prius插电混动是18公里，volt增程式混动是61公里），但却解决了人们的续航焦虑问题。

实际上，尽管leaf的纯电里程是122英里，是volt的两倍，但每个月美国平均每辆volt行驶的总里程是1629公里里程，其中1222公里是纯电动里程。而leaf的每月总里程也就是纯电总里程只有1012公里，还少于volt的纯电里程，可见纯电动车续航焦虑的影响有多大。

▲Audi A8 hybrid vehicle

（4）市场接受度优势：

插电混合动力的核心技术与常规混合动力类似，传统汽车巨头更愿意发展，也已经有更多的积累，市场也更容易接受。无论从生产方还是消费方都相对容易由常规混合动力过渡而来。

插电混合动力因为以上的特性，相对于纯电动车更易于普及，特别是对于一家普遍只有一台车的中等收入国家。而插电混合动力的普及，无论在消费模式的改变上，电动汽车技术上，生产规模带来的成本降低上，还是充电设施的建立上，都可以为纯电动汽车的普及做很好的铺垫。

▲GAC-GS4-PHEV-Specs-Card

5 插电混动车型的劣势

（1）能耗排放的劣势

跟传统混合动力车型一样，技术也比较复杂。因为纯电行驶为主，还是很难浅充浅放（甚至因为有内燃机后备，电量更容易被用光），依然有电池寿命的问题

（2）成本劣势

因为内燃机的存在，隔音等各方面的成本依然较高，总体成本还是比纯电动汽车高。比如volt比leaf要贵6000美元左右，用并联和混联模式发展插电混合动力，并不能减少变速箱的存在，进一步增加了插电混合动力车的成本，使得车厂或者减少纯电续航里程（如插电prius），或者要进一步增加成本。

▲BMW X5 eDrive PHEV

（3）驾驶体验的劣势：

在蓄电池电量耗光后，噪音性平顺性和油耗排放有劣势，相比纯电动车，有平顺性、静音和动力响应问题。

6 插电混动车型的未来变数

可能不利：插电混动推广较慢，而在此过程之中，燃料电池汽车普及取得重大突破。中国政府长期因为对民众购买插电混合动力车型只当传统动力车驾驶，不能充分降低油耗的考虑，没有以更好的政策推广插电混合动力车。

▲VOLVO-XC90-PHEV

可能利好：纯电动汽车无法解决续航焦虑，传统混合动力又走到能耗瓶颈，而化石能源已然很贵，插电混合动力就会长期存在，对常规混动的不利因素占据了上风，插电混动进步更快。

插混是在传统燃油车基础上，额外增加了一套电驱系统，发动机的动力还是通过变速箱传动轴直接驱动车轮，电力只是辅助，只是在停车等待红灯或者起步等时刻关闭发动机，由电力来驱动。

等到汽车上了一定速度才启动内燃机使其工作在高效区，所以通常PHEV的纯电续航里程较短，一般仅有50-100公里，甚至更低。

7 混合动力汽车驱动电机发展趋势及实现路径

（1）高速化

最明显的特征是，普锐斯从三代到四代转速从13500rpm提升到了17000rpm，转矩从207Nm下降到了163Nm。

高速电机为何那么难？

轴承的限制
转子结构限制
转子动力学限制
发热及冷却方面的限制
振动噪声限制
控制方面的限制
电磁兼容方面的限制

▲Mitsubishi-outlander-phev-diagram

（2）高功率密度

高速带来的明显好处是功率密度可以提高，再加上其他技术的辅助，体积功率密度提高36%，达到了5.7kw/L,重量功率密度从1.6提升到了1.7kw/kg，达到了DOE2020的技术要求。

要提高永磁电机功率密度，可以从下列方式入手：

采用较好的冷却方式，用水冷比用空冷可以大幅降低电机的体积和重量。水的导热系数大，冷却效果显著，机座重量可以减轻，甚至可以取消风扇。热负荷可以做到比较高，定转子铁芯外径可以比空冷电机小。
采用高性能永磁体材料，缩小定转子外径，缩短铁芯长。
采用新型电磁拓扑结构，例如轴向磁场的盘式永磁电机，halbak环形永磁电机等。