序言
当一位拥有35年车龄的老司机发动了一辆混动汽车，老司机略带惊慌地告诉副驾驶的我，他怀疑车已经坏了。因为即便他启动了汽车，却没有听到「发动机」怠速的运转声。我笑着让他松开刹车踏板，于是汽车便安静地开始缓缓前进，这让老司机感到了极度的惊恐……
图说：已经被我卖掉的普锐斯『遗照』（实拍）
以上是几年前我带老丈人体验第四代「普锐斯」时的情景。此后，虽然我给他介绍了很多混动汽车的基础知识，然而老人家对混动汽车仍然保持着『抵触』的态度，就算他也认可混动汽车的低油耗和起步平稳，但依然觉得『给发动机配一个（或多个）电机』属于多此一举……
在此后多年工作中，我愈加发现，大家好像对『混动汽车』充满着质疑、敌意或是不屑。或许就是我写这一系列混动科普文章的最大动机。
本文目录
本文篇幅约8300字，近50张图片，为方便阅读，可根据一下目录进行检索：
1.变革的时代
2.100多年前的混动汽车
3.省油并非混动汽车技术的全部
4.混动汽车技术省油的根本逻辑
5.混动汽车技术的基础知识
变革的时代
从2020年10月由国务院颁布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》中，我们会发现国家对混动汽车的基本态度：
强化整车集成技术创新。以纯电动汽车、插电式混合动力（含增程式）汽车、燃料电池汽车为『三纵』，布局整车技术创新链。
研发新一代模块化高性能整车平台，攻关纯电动汽车底盘一体化设计、多能源动力系统集成技术，突破整车智能能量管理控制、轻量化、低摩阻等共性节能技术，提升电池管理、充电连接、结构设计等安全技术水平，提高新能源汽车整车综合性能。
图说：增程式混动系统的底盘示意图
作为『三纵』 战略的重要组成部分，「插电式混合动力（含增程式）汽车」在接下来15年中仍将得到国家政策的青睐。此外，『研发新一代模块化高性能整车平台，攻关纯电动汽车底盘一体化设计、多能源动力系统集成技术』也指明了「多能源动力系统集成技术」也将是这15年的主流技术趋势，并非将混动技术看做一种『过渡技术』。
图说：令人着迷的混动汽车技术（动图）
从一个从业人员的角度来看，我十分佩服国家制定这样战略的长远性和合理性：
1.产业转型必须慢慢来：缓解燃油汽车带来的能源存量问题和环境破坏问题，需要时间，不能一刀切，步子跨得太大容易扯到……所以，产业转型需要四平八稳地进行；
2.技术转型需要留后手：汽车的『新四化』不是简单的『用油驱动』转『用电驱动』，而是能源战略转型，其中有很多的技术分支，是一次从基础科学到应用科学的新尝试，若把鸡蛋放在一个篮子里，容易鸡飞蛋打，同时点上纯电与混动的技能点，不仅是留后手，更是能开拓多条弯道超车的赛道。
简单地总结以上的内容：国家在下一盘大棋，而且整体战略清晰、长远且合理。
图说：2021年6月私家车插混汽车销量TOP 20
而从实际市场来看，对于北京、上海等限行限牌的城市，能够吃到政策红利的「插电式混合动力」车型成为了运营车辆的不二选择。在乘用车端来看，也有越来越多私家车主开始选择「插混」车型。如上表所示，比亚迪、上汽、吉利、大众、宝马、奥迪、丰田和本田等纷纷上榜，「插混」车辆已有了取代纯燃油车的趋势。
图说：愈发精细的混动系统设计（手绘）
或许大家会认为混动汽车的销量上升，完全得益于政策的偏向，但这种看法已经慢慢地发生这变化，就我的从业经验让我更愿意这样去理解：随着混动技术的日渐成熟和可靠，才使得更多的理性消费者购买了混动汽车。
100多年前的混动汽车！
图说：「Lohner-Porsche」原型车
其实混动汽车的历史可能比你想象的要早，回顾汽车的历史，（内燃机）汽车诞生于1886年，有趣的是仅仅2年后，1898年，大名鼎鼎的「费迪南德·保时捷」便设计出了混动汽车。「Lohner-Porsche」原型车。
图说：「Lohner-Porsche」原型车设计图纸示意图（手绘）
「Lohner-Porsche」原型车将2台「DeDion Bouton水冷汽油发动机」（每台动力约为3.5 hp约2.6 kW）装在车身中间，用于驱动两台「发电机」，每台「发电机」能在90V电压下输出20A的电流（每台动力约为2.5 hp约1.84 kW），「发电机」输出的电能直接驱动「轮毂电机」（又称「轮边驱动电机」），而剩余的电能则流入车厢下方的「铅酸电池」储存起来。
此后，他进一步完善了原型车，最终在1900年打造出了我眼中第一辆真正意义上的混动汽车——「Lohner-Porsche Semper Vivus」（后简称「Semper Vivus」）。
图说：2007年保时捷博物馆重造了「Lohner-Porsche Semper Vivus」
不过通过原型车生产出来的「Semper Vivus」却出现了不少问题，比如：
1.车重过重：
超过1200kg的车重，当时的充气轮胎表示压力山大，因为当时的橡胶技术还不足以满足「Semper Vivus」对于路况的需求；
2.控制差：
由于是第一次混动技术的尝试，「发动机」与「发电机」，「发电机」与「蓄电池」，发电机与「轮毂电机」，蓄电池与「轮毂电机」之间的控制都面临巨大的考验，十分不稳定；
3.各种故障：
由于「Semper Vivus」不仅是世界上第一辆混动汽车，而且还可以算得上是世界上第一辆『油改电』，即有「发动机」（还是2台）、「发电机」（也是2台）、「轮毂电机」（2台）还有「蓄电池」（由于后期多代改进没有固定值，「蓄电池」大约有44-74单元），所以各种故障不断，比如行驶时扬起的灰尘会引起「蓄电池」故障等。
混动汽车的雏形
虽然「Semper Vivus」问题不断，但我们却能在它身上找到混动汽车的许多延用至今的组件：
1.「发动机」：动力的源头；
2.「发电机」：动力源转化的关键；
3.「轮毂电机」：动力输出的节点；
4.「蓄电池」：能源储存的介质。
而从「动力系统结构形式」来看，「发动机」连着「发电机」，「发电机」连着「轮毂电机」，三者像『一根线上的蚂蚱』被「串」在了一起，在初中物理的电学部分，我们知道这种连接方式有个学名叫做「串联」，对于混动汽车而言，我们称之为「串联式结构」。
图说：增程式混合动力汽车的基本原理
只是「Semper Vivus」也并非目前常见的「串联式结构」混动汽车，而是将「电机」（「轮毂电机」）作为唯一的驱动终点。不过，这足以让人轻松地联想到目前的「增程式」混动汽车。
图说：传统汽车的启动系统和充电系统
除了「Semper Vivus」独特的混动结构，它还给后人留下了一个特别有趣的设计细节——「发电机」通过逆向旋转可作为「发动机」的「起（启）动电机」。而这种思路几乎原封不动地保留到了现在，较之传统燃油汽车上的使用的小功率「起（启）动电机」（如上图所示），现在的混动汽车更喜欢在「发动机」前端的「传动（皮）带」上配置一个加强版的「起（启）动电机」——「BSG电机」。
图说：奔驰A级和B级上的P0电机
这里要多提一句，通常情况下「BSG电机」作为「P0电机」功率集中在8~15kw区间，而目前国内厂商将把「BSG电机」的最大功率提升到了25kW，使其能输出60N·m的最大扭矩，做到了在怠速启停的基础上，甚至可以介入到换挡、发电和助力加速的工作中，大有一番『大力出奇迹』的趋势。
图说：奔驰M254动力总成中的ISG电机，可驱动汽车
故此，随着「BSG电机」功率越做越『大』，原来发挥着低速驱动汽车的「P1电机」（又称「ISG电机」一般情况下功率在20~40kW之间），顿感背脊发凉……是否很有意思，我们后文会来详解
图说：百年前「Semper Vivus」上的「轮毂电机」
最后，「Semper Vivus」上使用的「轮毂电机」绝对是一种『超前』的设计。我们知道「轮毂电机」技术将集成了「差速器」的动力总成，将其直接布置在「轮毂」中，从而直接驱动「车轮」，相比传统汽车的布局，「轮毂电机」技术优点在于：
图说：对某些司机而言，这可能是轮毂电机最实用的功能
1.减少组件内耗，提升动能回收：减少了「差速器」、「半轴」和「二级变速器」等组件，减轻（簧下）重量，减少组件之间的磨损带来的能力损耗，提高了传动效率。同时在刹车时，动能回收效率更高；
2.实现扭矩矢量控制：解释起来比较复杂，举个直观的例子，「轮毂电机」技术可让汽车更容易实现原地侧向移动，从此科二考试不再有『侧方停车』这个项目（如上图）。
图说：ProteanDrive的轮毂电机机构示意图
可惜，「轮毂电机」有着明显的『硬伤』——稳定性堪忧，寿命短。由于「轮毂电机」直接暴露在车辆底盘中，极为恶劣的工况，对其的密封防水性、抗腐蚀性、冷却散热性都有更高的要求，故此，至今「轮毂电机」还未普及，不过我相信总有一天会有其大放异彩的时刻。
被埋没了几十年的技术
聊完了「Semper Vivus」的技术，我们回到1900年这个时间点，探寻混动汽车的历史。说句实话，我觉得那个年代的科学家们玩得『挺野』。
图说：TESLA'S TOWER
因为同一年「尼古拉斯·特斯拉」正将交流电技术运用在制造「球状闪电」上，并在1899年成功地造成了科罗拉多斯普林斯大规模停电，可把当时的吃瓜群众们吓得不轻，对「电」（准确地说是「交流电」）多了几分畏惧。
图说：网友为《海底两万里》中鹦鹉螺号所绘制的设计图
再来看看1900年的「电池技术」：彼时，距离「元素周期表」发布仅31年，科学家们才熟悉了各元素的属性，什么「磷酸铁锂」、「三元锂电池」应该还只存在于「儒勒·凡尔纳」的科幻小说中，距离商业化、批量产品化还有大几十年。所以，时速仅有14km/h的「Semper Vivus」最终没能在『第二次工业革命』中，引领汽车全面跨入电气时代。
图说：福特T型车（手绘）
不过，彼时压倒混动汽车的『最后一根稻草』却是「亨利·福特」，1908年他带给全世界一个惊喜——「福特T型车」。这款车的伟大之处不在于高端的造型、功率爆炸的「发动机」抑或是用这辆车蝉联了多少界赛车比赛的冠军，而是「福特T型车」彻底指明了汽车制造业的方向——流水线组装！不得不说，100多年后的今天，我们仍然享受着「福特」带来的红利，包括现在主机厂最爱的「模块化」设计，仍然没有脱离「福特」的造车理念——低成本、高效率、可复制和高质量等。
图说：福特T型汽车流水线
「福特T型汽车」成功地将燃油汽车带入了寻常百姓家，可对混动汽车而言却是『降维打击』，可以说直接压制了汽车全面电气化近90年。所以，我常会开玩笑说『成也福特败也福特』。
图说：推荐大家一部历史纪录片《美国商业大亨传奇》
好在，80多年后，经历两次世界大战、石油危机和多次金融危机后，这些老牌的小子日过得不错的国家才发现，已经无法回到那个大排量的『黄金时代』。此外，大部分人也发现，若再破坏地球的环境，浪费地球的资源，那就都要完犊子了。
图说：印在普锐斯上的HYBRID、EV MODE等字样，预示着风雨欲来（实拍）
同时，在这80年中，人类在「电池」、「电机」、「半导体」等关键技术上已经有了很大突破，以「电」为核心能源的混动汽车和纯电汽车时代已经慢慢走到了台前，成为下一个风口。
图说：丰田THS混动系统中的核心组件
1997年「普锐斯」它来了！作为丰田汽车推出的世界上第一款大规模量产的混动汽车，「普锐斯」标志着混动汽车正式回归汽车行业。或许「普锐斯」这个车型，很多人都没听过，但对于混动汽车技术从业者而言，却拥有不低于「Semper Vivus」的地位。至于「丰田THS混动系统」我们会在后文中陆续展开。
省油并非混动汽车技术的全部
可能是早期的「丰田THS混动系统」走的是『经济省油』的技术路线，导致许多朋友对混动技术有一些错误的理解，比如混动汽车技术就是为了省油？
图说：2015款BMW i8的底盘结构
其实不然！比如早期的「宝马i8」就是非常有趣的一辆追求性能的混动汽车。作为宝马集团第一款「插电式混合动力系统」的车型，堪称宝马的『天之骄子』，集宝马三缸「发动机」精髓于一身的1.5L涡轮增压「发动机」，配上其多年电机技术精髓的「驱动电机」，整套动力总成（2020款）理论最大功率达275kW （发动机170kW+105kW），理论最大扭矩为550 N·m（发动机320N·m+电机250 N·m），官方0-100km/h加速参数为4.6s，妥妥的跑车数据。
图说：2015款BMW i8，在《谍中谍4》中大放异彩
只可惜，从2014年惊艳登场到2020年受到疫情影响最终停产，让我想到一句歌词『爱情来的太快，就像烟花台风』。
图说：2021款 科尼赛克Gemera
不过不要以为「宝马i8」之后就没有高性能的混动汽车了，2020年年底「科尼赛克」带给我们一辆充满惊喜的「插电式混合动力系统」超跑——「科尼赛克 Gemera」，其恐怖之处在于：
图说：可能是最豪横的三缸发动机
1.三缸发动机，最大近600Ps的马力：「科尼赛克」研发的双涡轮增压 「TFG发动机」虽然排量只有2.0 L，还是三缸，却能爆发出最大598Ps的马力，最大600N·m的扭矩。当然啦，喝的燃料也是价格不菲——98#汽油起，还可用「E100纯乙醇燃料」、「甲醇燃料」以及「太阳可再生燃料」等；
图说：2021款科尼赛克Gemera动力总成结构示意图
2.前一后二，三电机，最大2500 N·m的扭矩：「科尼赛克 Gemera」配备有三个「电机」，后轮轴上的每个「电机」能产生最大500 Ps的马力、最大1000 N·m的扭矩；「前桥」同轴共用一个「电机」，产生 最大400 Ps的马力以及最大 500 N·m的扭矩，官方0-100km/h加速1.9s！！！
图说：简化传动结构，只为速度而生
3.直接驱动技术：除了「电机」和「发动机」带来超强的动力参数数据，「科尼塞克」在动力总成的结构上也做出了调整，优化了传统的「变速器」，通常情况下，「发动机」可以通过「单齿轮」直接驱动车轮。每个「输出轴」都有一个「湿式离合器」组件，可实现扭矩矢量控制。两个后轮具有独立「电机」，集成独立「变速器」，具有扭矩矢量和倒挡功能。
看到这里，或许你又会得出一个结论：以上车型皆是百万、千万级别的车型，与我们没有关系！
图说：比亚迪DM-p混动系统示意图
其实在民用汽车领域也有类似的混合动力系统，比如「比亚迪DM-p混动系统」在『三擎四驱』模式下，最高可配备一枚双涡道涡轮增压的「发动机」（排量2.0L，最高功率135kW，最大扭矩290N·m）。而在「电机」方面，「P0电机」峰值功率为25kW （峰值扭矩60N·m），「P3电机」峰值功率为110kW（峰值扭矩250N·m），「P4电机」为峰值功率180kW（峰值扭矩330N·m）。当「发动机」与「电机」协作发力时，其动力不输V8引擎。官方0-100km/h加速4.7s，几乎逼平了「宝马i8」的4.6s！
混动汽车技术省油的根本逻辑
不过为了完成「碳达峰」「碳中和」两大人类环保夙愿，无论是哪个国家都将当下的混动汽车技术定义在省油的国家战略中。所以，我们暂时按下混动汽车技术可能带来的『速度与激情』不表，先来研究一下，如何利用混动汽车技术来省油。而我的想法很简单，就2点：
1.多用电，少用油；
2.榨干每一滴油的价值。
是不是十分的简单？但是为了做到看似简单的2点，各大主机厂可没少花功夫，并开创了各种玩法，比如以「丰田THS混动系统」为首的『双电机动力分流派』以及以大众为首的『单电机双离合派』等。所以，如何解决这两个问题将贯穿我们整个系列。
图说：丰田THS混动系统基本工作原理（动图）
首先，为了达到『多用电，少用油』的目的，实现途径会有很多，比如：
将混动的份额向着纯电倾斜；
增加「电池」的容量；
增强「电机」的作用等。
图说：显然奥托循环并不适合混动车型
其次而为了达到『榨干每一滴油的价值』这一目标，实现途径会有也有不少，比如：
1.提升「发动机」（内燃机）的工作效率；
2.减少混动部件之间的内耗；
3.对每个混动部件进行不断的优化等。
有了基本的框架思路，我们不妨展开细聊几句。
多用电，少用油
图说：按油电混合度划分（以上数据仅供参考）
我们先从『将混动的份额向着纯电倾斜』谈起，从上面的表格中可以看出，不同的油电混合架构所能实现的功能不同，依靠电实现的功能越多，燃油消耗就会越低，比如搭载「强混核动力系统」的车型版本相比纯燃油版，油耗降低25~35%（数据仅供参考）。
图说：为实现自动启停，必须使用增强型的起动机
再以被大部分人视为『鸡肋』的「自动启停」功能为例，虽然升级了一下普通汽车搭载的「铅酸蓄电池」（更换隔板材质，比如AGM使用「超细玻璃纤维隔板」）以「起（启）动电机」，但却达到了省油的目的。
图说：溯源P0电机的作用便是自动启停
比如德国BOSCH的实验的结论是：平均节油率为8%~15%左右，越拥堵、排量越大效果越明显。而中国汽车技术研究中心也做过类似的测试，结论更是夸张：节油率甚至达到7%~27%。看到这里，相信你慢慢开始理解『为什么启动电机的功率越做越大』的原因了。
图说：显然铅酸蓄电池无法满足混动汽车
随着『混动的份额向着纯电倾斜』的发展，「电机」的功率越来越大，故此，『增加「电池」的容量』就成为了下个要解决的问题，从「储能密度」较低的「铅酸电池」到日企引以为傲的「镍氢电池」到为了满足长距离纯电行驶的「锂离子电池」，「电池」模组越来越大，功率更高，容量更大。关于混动汽车的「电池」，我们会在后文中陆续详解。
图说：途观L PHEV动力系统示意图
接着便是『增强「电机」的作用』，要么增加「电机」数量，要么就是提高单个「电机」的质量，此前我们也提到了以大众为首的『单电机双离合派』，即是将混动系统中的「驱动电机」集成在了「双离合变速箱」中，配合上「高压电池」模组，增强了「电机」在整个混动系统的作用。至于为什么大众会成为『单电机双离合派』，又是一个long story。
榨干每一滴油的价值
图说：E-CVT基本结构（手绘）
与燃油汽车一样，『榨干每一滴油的价值』一直是发动机工程师所追求的『人生目标』，同时也是体现人生价值的关键。故此，『提升「发动机」（内燃机）的工作效率』这一点，不在本篇文章中展开，在后面的文章中，我们会详细讨论「阿特金森内燃机」的章节展开。这里只提一句：混动汽车的「发动机」，总体朝着高效率的方向发展。
图说：飞轮动能回收系统
而『减少混动组件之间的内耗』则是一个系统性的工程，比如使用「E-CVT变速器」进行变速与使用「混动双离合变速器」进行变速，而且这两种不同的「混动变速器架构」，在考虑部件降耗的逻辑大相径庭，还是要到后续的文章中具体问题具体分析。
图说：混动系统的优化是一项整体的优化工程
看似与第二点雷同的第三点『对每个混动组件进行不断的优化』，指的是对动力总成之外的部件优化，比如「电池」的优化只是表象，更重要的是对整个「电能系统」的优化，包括提升整个「动能回收」系统等。当然啦，以上提到的这些点并非实现省油的全部解决途径，容我娓娓道来。
混动汽车技术的基础知识
本章节的最后，我为大家汇总了一些最基础的混动技术的专用词汇，在后文中会经常出现，所以，希望大家动动手指，将图表保存下来，首先便是「混动汽车的分类」的名词：
图说：混动汽车的分类
在以上三种分类中，第三种分类『按照外接充电能力划分』比较好理解，一句话：能不能外接电源来充电。而『按动力系统结构形式划分』则需要通过另一张表来解释：
图说：按动力系统结构形式划分
这是一种根据「发动机」与「电机」连接形式去划分。上表格只是描述了一个大概，三种模式单拿「串联式」就会延伸出好几条技术树，比如我们此前解释过的保时捷「Lohner-Porsche Semper Vivus」，即是将「发动机」-「发电机」-「轮毂（驱动）电机」动力总成『串』在一起。发展至今现其中一条技术树发展成了「增程式」汽车，比如「宝马i3」，「奥迪A1 e-tron」，以及国产的「理想ONE」和「岚图FREE增程版」等。
图说：混联技术衍生出新的技术树
「混联式」就更为复杂一些，比如「雪佛兰Voltec1」，看似是一套「串联式」的解决方案，然则，却『暗地里』偷偷地进行了功率的分流，也就是让「发动机」参与到动力输出上，而不是像常规的「串联」结构，只能通过「电机」输出动力，此后的章节会详解。
图说：常见混动汽车安装电机的位置（手绘）
图说：不同位置电机的简介
作为《混动汽车百科》专栏的第一篇汇总长文，我们并没有过多地谈及技术的本身和原理，扯着大家讲了一些故事，看了几辆有意思的车，不知道大家是否已经迫不及待地想要开始了解技术了呢？那就期待《混动汽车百科》专栏的第二篇汇总长文吧~~
