序言
當一位擁有35年車齡的老司機發動了一輛混動汽車，老司機略帶驚慌地告訴副駕駛的我，他懷疑車已經壞了。因為即便他啟動了汽車，卻沒有聽到「發動機」怠速的運轉聲。我笑著讓他松開剎車踏板，于是汽車便安靜地開始緩緩前進，這讓老司機感到了極度的驚恐……
圖說：已經被我賣掉的普銳斯『遺照』（實拍）
以上是幾年前我帶老丈人體驗第四代「普銳斯」時的情景。此后，雖然我給他介紹了很多混動汽車的基礎知識，然而老人家對混動汽車仍然保持著『抵觸』的態度，就算他也認可混動汽車的低油耗和起步平穩，但依然覺得『給發動機配一個（或多個）電機』屬于多此一舉……
在此后多年工作中，我愈加發現，大家好像對『混動汽車』充滿著質疑、敵意或是不屑?；蛟S就是我寫這一系列混動科普文章的最大動機。
本文目錄
本文篇幅約8300字，近50張圖片，為方便閱讀，可根據一下目錄進行檢索：
1.變革的時代
2.100多年前的混動汽車
3.省油并非混動汽車技術的全部
4.混動汽車技術省油的根本邏輯
5.混動汽車技術的基礎知識
變革的時代
從2020年10月由國務院頒布的《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》中，我們會發現國家對混動汽車的基本態度：
強化整車集成技術創新。以純電動汽車、插電式混合動力（含增程式）汽車、燃料電池汽車為『三縱』，布局整車技術創新鏈。
研發新一代模塊化高性能整車平臺，攻關純電動汽車底盤一體化設計、多能源動力系統集成技術，突破整車智能能量管理控制、輕量化、低摩阻等共性節能技術，提升電池管理、充電連接、結構設計等安全技術水平，提高新能源汽車整車綜合性能。
圖說：增程式混動系統的底盤示意圖
作為『三縱』 戰略的重要組成部分，「插電式混合動力（含增程式）汽車」在接下來15年中仍將得到國家政策的青睞。此外，『研發新一代模塊化高性能整車平臺，攻關純電動汽車底盤一體化設計、多能源動力系統集成技術』也指明了「多能源動力系統集成技術」也將是這15年的主流技術趨勢，并非將混動技術看做一種『過渡技術』。
圖說：令人著迷的混動汽車技術（動圖）
從一個從業人員的角度來看，我十分佩服國家制定這樣戰略的長遠性和合理性：
1.產業轉型必須慢慢來：緩解燃油汽車帶來的能源存量問題和環境破壞問題，需要時間，不能一刀切，步子跨得太大容易扯到……所以，產業轉型需要四平八穩地進行；
2.技術轉型需要留后手：汽車的『新四化』不是簡單的『用油驅動』轉『用電驅動』，而是能源戰略轉型，其中有很多的技術分支，是一次從基礎科學到應用科學的新嘗試，若把雞蛋放在一個籃子里，容易雞飛蛋打，同時點上純電與混動的技能點，不僅是留后手，更是能開拓多條彎道超車的賽道。
簡單地總結以上的內容：國家在下一盤大棋，而且整體戰略清晰、長遠且合理。
圖說：2021年6月私家車插混汽車銷量TOP 20
而從實際市場來看，對于北京、上海等限行限牌的城市，能夠吃到政策紅利的「插電式混合動力」車型成為了運營車輛的不二選擇。在乘用車端來看，也有越來越多私家車主開始選擇「插混」車型。如上表所示，比亞迪、上汽、吉利、大眾、寶馬、奧迪、豐田和本田等紛紛上榜，「插混」車輛已有了取代純燃油車的趨勢。
圖說：愈發精細的混動系統設計（手繪）
或許大家會認為混動汽車的銷量上升，完全得益于政策的偏向，但這種看法已經慢慢地發生這變化，就我的從業經驗讓我更愿意這樣去理解：隨著混動技術的日漸成熟和可靠，才使得更多的理性消費者購買了混動汽車。
100多年前的混動汽車！
圖說：「Lohner-Porsche」原型車
其實混動汽車的歷史可能比你想象的要早，回顧汽車的歷史，（內燃機）汽車誕生于1886年，有趣的是僅僅2年后，1898年，大名鼎鼎的「費迪南德·保時捷」便設計出了混動汽車?！窵ohner-Porsche」原型車。
圖說：「Lohner-Porsche」原型車設計圖紙示意圖（手繪）
「Lohner-Porsche」原型車將2臺「DeDion Bouton水冷汽油發動機」（每臺動力約為3.5 hp約2.6 kW）裝在車身中間，用于驅動兩臺「發電機」，每臺「發電機」能在90V電壓下輸出20A的電流（每臺動力約為2.5 hp約1.84 kW），「發電機」輸出的電能直接驅動「輪轂電機」（又稱「輪邊驅動電機」），而剩余的電能則流入車廂下方的「鉛酸電池」儲存起來。
此后，他進一步完善了原型車，最終在1900年打造出了我眼中第一輛真正意義上的混動汽車——「Lohner-Porsche Semper Vivus」（后簡稱「Semper Vivus」）。
圖說：2007年保時捷博物館重造了「Lohner-Porsche Semper Vivus」
不過通過原型車生產出來的「Semper Vivus」卻出現了不少問題，比如：
1.車重過重：
超過1200kg的車重，當時的充氣輪胎表示壓力山大，因為當時的橡膠技術還不足以滿足「Semper Vivus」對于路況的需求；
2.控制差：
由于是第一次混動技術的嘗試，「發動機」與「發電機」，「發電機」與「蓄電池」，發電機與「輪轂電機」，蓄電池與「輪轂電機」之間的控制都面臨巨大的考驗，十分不穩定；
3.各種故障：
由于「Semper Vivus」不僅是世界上第一輛混動汽車，而且還可以算得上是世界上第一輛『油改電』，即有「發動機」（還是2臺）、「發電機」（也是2臺）、「輪轂電機」（2臺）還有「蓄電池」（由于后期多代改進沒有固定值，「蓄電池」大約有44-74單元），所以各種故障不斷，比如行駛時揚起的灰塵會引起「蓄電池」故障等。
混動汽車的雛形
雖然「Semper Vivus」問題不斷，但我們卻能在它身上找到混動汽車的許多延用至今的組件：
1.「發動機」：動力的源頭；
2.「發電機」：動力源轉化的關鍵；
3.「輪轂電機」：動力輸出的節點；
4.「蓄電池」：能源儲存的介質。
而從「動力系統結構形式」來看，「發動機」連著「發電機」，「發電機」連著「輪轂電機」，三者像『一根線上的螞蚱』被「串」在了一起，在初中物理的電學部分，我們知道這種連接方式有個學名叫做「串聯」，對于混動汽車而言，我們稱之為「串聯式結構」。
圖說：增程式混合動力汽車的基本原理
只是「Semper Vivus」也并非目前常見的「串聯式結構」混動汽車，而是將「電機」（「輪轂電機」）作為唯一的驅動終點。不過，這足以讓人輕松地聯想到目前的「增程式」混動汽車。
圖說：傳統汽車的啟動系統和充電系統
除了「Semper Vivus」獨特的混動結構，它還給后人留下了一個特別有趣的設計細節——「發電機」通過逆向旋轉可作為「發動機」的「起（啟）動電機」。而這種思路幾乎原封不動地保留到了現在，較之傳統燃油汽車上的使用的小功率「起（啟）動電機」（如上圖所示），現在的混動汽車更喜歡在「發動機」前端的「傳動（皮）帶」上配置一個加強版的「起（啟）動電機」——「BSG電機」。
圖說：奔馳A級和B級上的P0電機
這里要多提一句，通常情況下「BSG電機」作為「P0電機」功率集中在8~15kw區間，而目前國內廠商將把「BSG電機」的最大功率提升到了25kW，使其能輸出60N·m的最大扭矩，做到了在怠速啟停的基礎上，甚至可以介入到換擋、發電和助力加速的工作中，大有一番『大力出奇跡』的趨勢。
圖說：奔馳M254動力總成中的ISG電機，可驅動汽車
故此，隨著「BSG電機」功率越做越『大』，原來發揮著低速驅動汽車的「P1電機」（又稱「ISG電機」一般情況下功率在20~40kW之間），頓感背脊發涼……是否很有意思，我們后文會來詳解
圖說：百年前「Semper Vivus」上的「輪轂電機」
最后，「Semper Vivus」上使用的「輪轂電機」絕對是一種『超前』的設計。我們知道「輪轂電機」技術將集成了「差速器」的動力總成，將其直接布置在「輪轂」中，從而直接驅動「車輪」，相比傳統汽車的布局，「輪轂電機」技術優點在于：
圖說：對某些司機而言，這可能是輪轂電機最實用的功能
1.減少組件內耗，提升動能回收：減少了「差速器」、「半軸」和「二級變速器」等組件，減輕（簧下）重量，減少組件之間的磨損帶來的能力損耗，提高了傳動效率。同時在剎車時，動能回收效率更高；
2.實現扭矩矢量控制：解釋起來比較復雜，舉個直觀的例子，「輪轂電機」技術可讓汽車更容易實現原地側向移動，從此科二考試不再有『側方停車』這個項目（如上圖）。
圖說：ProteanDrive的輪轂電機機構示意圖
可惜，「輪轂電機」有著明顯的『硬傷』——穩定性堪憂，壽命短。由于「輪轂電機」直接暴露在車輛底盤中，極為惡劣的工況，對其的密封防水性、抗腐蝕性、冷卻散熱性都有更高的要求，故此，至今「輪轂電機」還未普及，不過我相信總有一天會有其大放異彩的時刻。
被埋沒了幾十年的技術
聊完了「Semper Vivus」的技術，我們回到1900年這個時間點，探尋混動汽車的歷史。說句實話，我覺得那個年代的科學家們玩得『挺野』。
圖說：TESLA'S TOWER
因為同一年「尼古拉斯·特斯拉」正將交流電技術運用在制造「球狀閃電」上，并在1899年成功地造成了科羅拉多斯普林斯大規模停電，可把當時的吃瓜群眾們嚇得不輕，對「電」（準確地說是「交流電」）多了幾分畏懼。
圖說：網友為《海底兩萬里》中鸚鵡螺號所繪制的設計圖
再來看看1900年的「電池技術」：彼時，距離「元素周期表」發布僅31年，科學家們才熟悉了各元素的屬性，什么「磷酸鐵鋰」、「三元鋰電池」應該還只存在于「儒勒·凡爾納」的科幻小說中，距離商業化、批量產品化還有大幾十年。所以，時速僅有14km/h的「Semper Vivus」最終沒能在『第二次工業革命』中，引領汽車全面跨入電氣時代。
圖說：福特T型車（手繪）
不過，彼時壓倒混動汽車的『最后一根稻草』卻是「亨利·福特」，1908年他帶給全世界一個驚喜——「福特T型車」。這款車的偉大之處不在于高端的造型、功率爆炸的「發動機」抑或是用這輛車蟬聯了多少界賽車比賽的冠軍，而是「福特T型車」徹底指明了汽車制造業的方向——流水線組裝！不得不說，100多年后的今天，我們仍然享受著「福特」帶來的紅利，包括現在主機廠最愛的「模塊化」設計，仍然沒有脫離「福特」的造車理念——低成本、高效率、可復制和高質量等。
圖說：福特T型汽車流水線
「福特T型汽車」成功地將燃油汽車帶入了尋常百姓家，可對混動汽車而言卻是『降維打擊』，可以說直接壓制了汽車全面電氣化近90年。所以，我常會開玩笑說『成也福特敗也福特』。
圖說：推薦大家一部歷史紀錄片《美國商業大亨傳奇》
好在，80多年后，經歷兩次世界大戰、石油危機和多次金融危機后，這些老牌的小子日過得不錯的國家才發現，已經無法回到那個大排量的『黃金時代』。此外，大部分人也發現，若再破壞地球的環境，浪費地球的資源，那就都要完犢子了。
圖說：印在普銳斯上的HYBRID、EV MODE等字樣，預示著風雨欲來（實拍）
同時，在這80年中，人類在「電池」、「電機」、「半導體」等關鍵技術上已經有了很大突破，以「電」為核心能源的混動汽車和純電汽車時代已經慢慢走到了臺前，成為下一個風口。
圖說：豐田THS混動系統中的核心組件
1997年「普銳斯」它來了！作為豐田汽車推出的世界上第一款大規模量產的混動汽車，「普銳斯」標志著混動汽車正式回歸汽車行業?；蛟S「普銳斯」這個車型，很多人都沒聽過，但對于混動汽車技術從業者而言，卻擁有不低于「Semper Vivus」的地位。至于「豐田THS混動系統」我們會在后文中陸續展開。
省油并非混動汽車技術的全部
可能是早期的「豐田THS混動系統」走的是『經濟省油』的技術路線，導致許多朋友對混動技術有一些錯誤的理解，比如混動汽車技術就是為了省油？
圖說：2015款BMW i8的底盤結構
其實不然！比如早期的「寶馬i8」就是非常有趣的一輛追求性能的混動汽車。作為寶馬集團第一款「插電式混合動力系統」的車型，堪稱寶馬的『天之驕子』，集寶馬三缸「發動機」精髓于一身的1.5L渦輪增壓「發動機」，配上其多年電機技術精髓的「驅動電機」，整套動力總成（2020款）理論最大功率達275kW （發動機170kW+105kW），理論最大扭矩為550 N·m（發動機320N·m+電機250 N·m），官方0-100km/h加速參數為4.6s，妥妥的跑車數據。
圖說：2015款BMW i8，在《諜中諜4》中大放異彩
只可惜，從2014年驚艷登場到2020年受到疫情影響最終停產，讓我想到一句歌詞『愛情來的太快，就像煙花臺風』。
圖說：2021款 科尼賽克Gemera
不過不要以為「寶馬i8」之后就沒有高性能的混動汽車了，2020年年底「科尼賽克」帶給我們一輛充滿驚喜的「插電式混合動力系統」超跑——「科尼賽克 Gemera」，其恐怖之處在于：
圖說：可能是最豪橫的三缸發動機
1.三缸發動機，最大近600Ps的馬力：「科尼賽克」研發的雙渦輪增壓 「TFG發動機」雖然排量只有2.0 L，還是三缸，卻能爆發出最大598Ps的馬力，最大600N·m的扭矩。當然啦，喝的燃料也是價格不菲——98#汽油起，還可用「E100純乙醇燃料」、「甲醇燃料」以及「太陽可再生燃料」等；
圖說：2021款科尼賽克Gemera動力總成結構示意圖
2.前一后二，三電機，最大2500 N·m的扭矩：「科尼賽克 Gemera」配備有三個「電機」，后輪軸上的每個「電機」能產生最大500 Ps的馬力、最大1000 N·m的扭矩；「前橋」同軸共用一個「電機」，產生 最大400 Ps的馬力以及最大 500 N·m的扭矩，官方0-100km/h加速1.9s?。?！
圖說：簡化傳動結構，只為速度而生
3.直接驅動技術：除了「電機」和「發動機」帶來超強的動力參數數據，「科尼塞克」在動力總成的結構上也做出了調整，優化了傳統的「變速器」，通常情況下，「發動機」可以通過「單齒輪」直接驅動車輪。每個「輸出軸」都有一個「濕式離合器」組件，可實現扭矩矢量控制。兩個后輪具有獨立「電機」，集成獨立「變速器」，具有扭矩矢量和倒擋功能。
看到這里，或許你又會得出一個結論：以上車型皆是百萬、千萬級別的車型，與我們沒有關系！
圖說：比亞迪DM-p混動系統示意圖
其實在民用汽車領域也有類似的混合動力系統，比如「比亞迪DM-p混動系統」在『三擎四驅』模式下，最高可配備一枚雙渦道渦輪增壓的「發動機」（排量2.0L，最高功率135kW，最大扭矩290N·m）。而在「電機」方面，「P0電機」峰值功率為25kW （峰值扭矩60N·m），「P3電機」峰值功率為110kW（峰值扭矩250N·m），「P4電機」為峰值功率180kW（峰值扭矩330N·m）。當「發動機」與「電機」協作發力時，其動力不輸V8引擎。官方0-100km/h加速4.7s，幾乎逼平了「寶馬i8」的4.6s！
混動汽車技術省油的根本邏輯
不過為了完成「碳達峰」「碳中和」兩大人類環保夙愿，無論是哪個國家都將當下的混動汽車技術定義在省油的國家戰略中。所以，我們暫時按下混動汽車技術可能帶來的『速度與激情』不表，先來研究一下，如何利用混動汽車技術來省油。而我的想法很簡單，就2點：
1.多用電，少用油；
2.榨干每一滴油的價值。
是不是十分的簡單？但是為了做到看似簡單的2點，各大主機廠可沒少花功夫，并開創了各種玩法，比如以「豐田THS混動系統」為首的『雙電機動力分流派』以及以大眾為首的『單電機雙離合派』等。所以，如何解決這兩個問題將貫穿我們整個系列。
圖說：豐田THS混動系統基本工作原理（動圖）
首先，為了達到『多用電，少用油』的目的，實現途徑會有很多，比如：
將混動的份額向著純電傾斜；
增加「電池」的容量；
增強「電機」的作用等。
圖說：顯然奧托循環并不適合混動車型
其次而為了達到『榨干每一滴油的價值』這一目標，實現途徑會有也有不少，比如：
1.提升「發動機」（內燃機）的工作效率；
2.減少混動部件之間的內耗；
3.對每個混動部件進行不斷的優化等。
有了基本的框架思路，我們不妨展開細聊幾句。
多用電，少用油
圖說：按油電混合度劃分（以上數據僅供參考）
我們先從『將混動的份額向著純電傾斜』談起，從上面的表格中可以看出，不同的油電混合架構所能實現的功能不同，依靠電實現的功能越多，燃油消耗就會越低，比如搭載「強混核動力系統」的車型版本相比純燃油版，油耗降低25~35%（數據僅供參考）。
圖說：為實現自動啟停，必須使用增強型的起動機
再以被大部分人視為『雞肋』的「自動啟停」功能為例，雖然升級了一下普通汽車搭載的「鉛酸蓄電池」（更換隔板材質，比如AGM使用「超細玻璃纖維隔板」）以「起（啟）動電機」，但卻達到了省油的目的。
圖說：溯源P0電機的作用便是自動啟停
比如德國BOSCH的實驗的結論是：平均節油率為8%~15%左右，越擁堵、排量越大效果越明顯。而中國汽車技術研究中心也做過類似的測試，結論更是夸張：節油率甚至達到7%~27%?？吹竭@里，相信你慢慢開始理解『為什么啟動電機的功率越做越大』的原因了。
圖說：顯然鉛酸蓄電池無法滿足混動汽車
隨著『混動的份額向著純電傾斜』的發展，「電機」的功率越來越大，故此，『增加「電池」的容量』就成為了下個要解決的問題，從「儲能密度」較低的「鉛酸電池」到日企引以為傲的「鎳氫電池」到為了滿足長距離純電行駛的「鋰離子電池」，「電池」模組越來越大，功率更高，容量更大。關于混動汽車的「電池」，我們會在后文中陸續詳解。
圖說：途觀L PHEV動力系統示意圖
接著便是『增強「電機」的作用』，要么增加「電機」數量，要么就是提高單個「電機」的質量，此前我們也提到了以大眾為首的『單電機雙離合派』，即是將混動系統中的「驅動電機」集成在了「雙離合變速箱」中，配合上「高壓電池」模組，增強了「電機」在整個混動系統的作用。至于為什么大眾會成為『單電機雙離合派』，又是一個long story。
榨干每一滴油的價值
圖說：E-CVT基本結構（手繪）
與燃油汽車一樣，『榨干每一滴油的價值』一直是發動機工程師所追求的『人生目標』，同時也是體現人生價值的關鍵。故此，『提升「發動機」（內燃機）的工作效率』這一點，不在本篇文章中展開，在后面的文章中，我們會詳細討論「阿特金森內燃機」的章節展開。這里只提一句：混動汽車的「發動機」，總體朝著高效率的方向發展。
圖說：飛輪動能回收系統
而『減少混動組件之間的內耗』則是一個系統性的工程，比如使用「E-CVT變速器」進行變速與使用「混動雙離合變速器」進行變速，而且這兩種不同的「混動變速器架構」，在考慮部件降耗的邏輯大相徑庭，還是要到后續的文章中具體問題具體分析。
圖說：混動系統的優化是一項整體的優化工程
看似與第二點雷同的第三點『對每個混動組件進行不斷的優化』，指的是對動力總成之外的部件優化，比如「電池」的優化只是表象，更重要的是對整個「電能系統」的優化，包括提升整個「動能回收」系統等。當然啦，以上提到的這些點并非實現省油的全部解決途徑，容我娓娓道來。
混動汽車技術的基礎知識
本章節的最后，我為大家匯總了一些最基礎的混動技術的專用詞匯，在后文中會經常出現，所以，希望大家動動手指，將圖表保存下來，首先便是「混動汽車的分類」的名詞：
圖說：混動汽車的分類
在以上三種分類中，第三種分類『按照外接充電能力劃分』比較好理解，一句話：能不能外接電源來充電。而『按動力系統結構形式劃分』則需要通過另一張表來解釋：
圖說：按動力系統結構形式劃分
這是一種根據「發動機」與「電機」連接形式去劃分。上表格只是描述了一個大概，三種模式單拿「串聯式」就會延伸出好幾條技術樹，比如我們此前解釋過的保時捷「Lohner-Porsche Semper Vivus」，即是將「發動機」-「發電機」-「輪轂（驅動）電機」動力總成『串』在一起。發展至今現其中一條技術樹發展成了「增程式」汽車，比如「寶馬i3」，「奧迪A1 e-tron」，以及國產的「理想ONE」和「嵐圖FREE增程版」等。
圖說：混聯技術衍生出新的技術樹
「混聯式」就更為復雜一些，比如「雪佛蘭Voltec1」，看似是一套「串聯式」的解決方案，然則，卻『暗地里』偷偷地進行了功率的分流，也就是讓「發動機」參與到動力輸出上，而不是像常規的「串聯」結構，只能通過「電機」輸出動力，此后的章節會詳解。
圖說：常見混動汽車安裝電機的位置（手繪）
圖說：不同位置電機的簡介
作為《混動汽車百科》專欄的第一篇匯總長文，我們并沒有過多地談及技術的本身和原理，扯著大家講了一些故事，看了幾輛有意思的車，不知道大家是否已經迫不及待地想要開始了解技術了呢？那就期待《混動汽車百科》專欄的第二篇匯總長文吧~~
