汽车混动是什么意思(小型油电混合汽车)
丰田THS、本田i-MMD、通用VOLTEC、比亚迪DM-i、长城DHT、广汽GMC、吉利雷神、理想增程混合动力等汽车混合动力技术诞生至今已有百年,技术路线的发展也是百家争鸣。从早期的弱混动到现在广泛使用的强混动、插电式混动,“电驱”的参与度越来越高,能耗控制也越来越高效。
在持续高企的油价、优惠发牌和减税政策的推动下,国内市场对混合动力汽车的接受度也在不断提高。于是,比亚迪的销量一路飙升,凭借一辆车的销量跻身新势力前三是理想,而且敢于用一款增程式混动L9挑战任何一款500万以内的豪华SUV车型。长城、奇瑞、广汽等自主品牌车企也加大了向市场投放混合动力汽车的力度。
鲜花越来越吸引人,种类繁多的混合动力系统,普通消费者很难分辨出它们之间的区别和技术本身的优劣。所以针对目前主流的混动系统,我们从技术和使用环境上做一个解读,看看哪个混动技术强?
为了更容易理解,作者对目前的混合技术进行了分类。目前对混合动力的分类有三四种方法,比如电机的位置、配置、混合程度等。我们选择两种通俗易懂的方法来区分。根据传动系统的配置,可分为串联混合动力、并联混合动力和并联混合动力三种类型。根据是否可以外部充电,可分为普通混合动力HEV(Hybrid)和插电式混合动力PHEV(Plug-In)。
混合动力技术分类
串联混合动力接近纯电驱动模式,也叫增程式。配置的发动机仅用于驱动发电机发电,不直接参与驱动汽车。系统的输出功率等于电机的输出功率,换句话说,电机由发动机驱动来驱动车辆。代表车型有:雪佛兰沃蓝达、李one、L9、自由侠等。
串联混合动力示意图
并联混合动力是以发动机为主,电机为辅。电机和发动机都可以独立或联合驱动车辆。系统输出功率等于发动机和电机输出功率之和。代表车型有奥迪A3 e-Tron、大众高尔夫GTE等。
并联混合动力示意图
混合动力意味着电动机和发动机都可以独立驱动汽车。因为系统配备了独立的发电机,所以系统的输出功率等于发动机和电动机的输出功率之和。该系统与并联式最大的区别是可以实现串联驱动,一般会比并联式多一组电机。混动系统结构复杂,但综合动力性能和燃油经济性是目前业界最好的解决方案。代表车型有:丰田普锐斯、雷克萨斯CT200h、通用君越30H、雪佛兰二代伏特、雅阁混动、比亚迪秦DM-I、长城柠檬DHT、广汽混动版等
并联混合动力示意图
插不插,大家都很容易理解。目前主要是HEV和PHEV车型的区别。HEV代表了丰田THS、通用VOLTEC、本田i-MMD、广汽传祺GMC2.0、吉利雷神等混动系统的技术路线。当然,配备这些混合动力技术的车型也可以插电成为PHEV车型,但配备其他混合动力技术的PHEV车型可能并不适合HEV战略,例如series(增程式)。
串联混合不适合全场景应用
混合动力技术的本质是通过电机、动力电池、变速器等辅助机构,最大限度地保持发动机在高效区间内运转或不运转,从而实现效率最大化和节能。目前所有的混合动力技术都是围绕这个核心开发的。
系列(增程式)混合动力是最早的混合动力技术。1900年,世界上第一辆混合动力汽车“罗尼耶-保时捷”采用series,由发动机提供动力驱动车辆。串联式混合动力的本质是控制发动机在高效区间运行来发电,通过电机驱动车辆。简单理解就是车辆的发动机只有在高转速下才能达到降低油耗的目的。
然而,串联混合动力车有其固有的缺点。车辆在中低速行驶时,发动机功率还有一定的富余,可以满足发电再驱动的逻辑。车辆一旦高速行驶,发动机动力的负荷就随着转速的提高而不断增加,导致发动机无法保持在高效区间运行,此时的能耗甚至超过了直驱发动机的模式。这也是为什么那些采用串联混动的车型在长途综合油耗测试中油耗更高的原因。比如理想的L9,长途综合油耗在10L/100km左右。
另外,串联混动的最大功率取决于电动机的输出功率,最小功率取决于发动机的功率输出。因此,在没有外部电源补充的情况下(动力电池没电),车辆的动力性能会很差。因此,串联混合动力将连接外部电源(PHEV),车辆环境更适合短途运输。目前很多车企的策略是以电驱动为“主驱动”(配备大容量电池),以发动机为辅助发电驱动。综合来看,串联式混合动力因为无法适用于整个环境,所以被业内称为“落后”技术。
不令人满意的并联混合动力
并联混合动力也被称为P2配置。一般只有一套电机,经常与变速箱啮合,放在变速箱壳体内。可实现发动机驱动电机直接驱动车辆、电机直接驱动、发动机与电机同轴驱动、发动机驱动并带动电机给电池充电、刹车、减速五种工作模式。
其实通过工作模式可以发现这种混合配置的缺点:1。在中低速能耗最高的阶段,只要电池没电,就必须启动发动机直接驱动变速箱,无法完全避免这台发动机的低效率运转。2.当发动机被驱动的时候,电机也会跟着运转,两者不可分离。也就是说,电机会成为一种负载,增加发动机的负荷和能耗。在高速阶段,不如直驱节能。所以并联式混动也是非常依赖外接电源的,需要电池和电机来调节发动机负载。并行混合也作为PHEV存在。
目前,串联混合动力技术主要被欧洲车企和韩国车企采用,如大众、奥迪、奔驰等。一方面对现有动力架构改动较小,另一方面比串联混合能覆盖更多的应用场景。此外,欧洲车企普遍认识到混合动力是一种过渡技术,并没有对并-并混合动力投入过多研究。
混合是最好的吗?
顾名思义,混合动力既可以实现串联驱动,也可以实现并联驱动。这类混合动力弥补了串联和并联驱动在各自使用场景和工作模式上的缺陷,真正实现了能耗控制的最优解。因此,目前搭载混联式混合动力的车辆,可以在不依赖外部电源的情况下,大幅降低车辆能耗,综合油耗一般可以低于5L/100km。因此,混联式混合动力可以应用于HEV策略,也可以将外接电源改为PHEV。从能耗控制技术和使用环境来看,串并联混合动力是最全面的。
但受限于专利壁垒,目前各大主机厂都采用了不同的配置来实现并-并混合。例如,丰田THS采用单排星形轮结构。这套系统简单高效,首次安装在第一代丰田普锐斯上,开创了行业强混HEV的先河。THS可以实现六种工作模式,覆盖各种车辆行驶条件。
THS配置图
然而,THS单排行星齿轮的构型并不完善。比如行星齿轮和发动机不能解耦。当车速超过60公里/小时时,必须起动发动机。此时发动机不一定处于高效运转区间,发动机也不处于全直驱模式。
为了规避丰田单排行星齿轮的专利,通用采用了双排行星齿轮结构,开发了GEN2 VOLTEC系统。这套系统的主要部件是一台直喷高效发动机、两套永磁交流同步电机、两排行星齿轮、两套离合器和一套锂离子电池。结构相对复杂,工作模式可以根据车速、负载、电池电量进行细分,实现多达12种工作模式。
电压配置图
GenVoltec系统避免了丰田THS单排星轮的结构缺陷,因为工作模式更丰富,可以更全面的覆盖各种工况,精确控制发动机负荷和电机输出,综合能耗优于THS。这套系统在通用旗下多款车型上都有配备,比如君越30H、凯迪拉克CT6等。从能耗控制的角度来看,这个系统已经足够完善了。唯一的缺点可能是制造成本太高,导致车型整体售价较高。
除了行星齿轮,以本田为代表的车企都采用了串联式混动变型配置。在串联的基础上,通过一组离合器实现发动机的直驱模式,使车辆在增程式模式下行驶,或者与发动机和电动机并联行驶。配置简单实用,美中不足的是对实际工况覆盖不够,对能耗的控制不如丰田THS和通用VOLTEC精准。
本田i-MMD配置图
相比丰田、本田、通用,国内车企的混合动力发展较晚,所以为了避免上述三种典型配置,都开发了自己的专属混合动力系统,比如比亚迪的DM-i,奇瑞的鲲鹏动力DHT,长城的柠檬DHT和广汽GMC 2.0等。
目前比亚迪的DM-i市场份额最大。比亚迪在混动市场浸淫多年,技术也在不断进步。从早期的平行混动到今天的平行-平行DM-i,赢得了消费市场的认可。唯一不变的是,比亚迪坚持以电为主的战略,始终只推出大电容量的PHEV。DM-i的配置其实比较简单,一个发动机,一个发电机P1,一个驱动电机P3,一个离合器。整体配置和工作模式与本田的i-MMD逻辑非常相似,只不过它只有一个挡位,而i-MMD有两个挡位,其P1电机在直驱模式下可以选择性停止工作。
比亚迪I配置示意图
吉利雷神混动就像一台万能的VOLTEC,由一台发动机、两套电机、两个离合器、两个制动器和两套行星齿轮组成。它的结构也很复杂。与VOLTEC不同的是,他的两个行星排,第一行星排(左)和第二行星排(右)与齿圈相连,第一行星排的齿圈与第二行星排的行星架相连。在纯电动、串联、并联、直驱三个档位实现四种不同的驱动模式。
吉利雷神混合动力示意图
长城混动DHT和奇瑞鲲鹏混动都是比上述混动技术推出的晚,所以在配置上要绕开上述所有专利,结果会越来越复杂。例如,柠檬混合动力DHT由双电机控制器、多模式混合动力变速箱、专用混合动力发动机、GM/TM双电机、集成DC/DC组成,可实现纯电、并联驱动、串联驱动、能量回收等多种工作模式。
柠檬DHT混合图
奇瑞鲲鹏混合动力由一台发动机、两台电机、两套电机控制器、三套离合器和三套齿轮变速器组成。通过这种复杂的结构,可以实现单电机纯电驱动、双电机纯电驱动、串联驱动、并联驱动等11种工作模式。
奇瑞鲲鹏混合动力示意图
整体来看,以比亚迪、吉利、长城、广汽、奇瑞为代表的自主品牌传统车企,在硬件开发上显示出了与传统车企一样的实力,开发出了可以覆盖所有场景应用的混联式混合动力系统,可以在HEV和PHEV之间自由切换。区别只在于能耗控制的精准性和结构运行的稳定性,而以理想和边界为代表的新势力只能依靠“有限的应用场景”
当然,在目前大功率插电式流行的情况下,搭载不同混动技术的车辆,短途出行的体验并没有太大差别。毕竟都是用电为主,差距只能远距离体现。回归混合动力本质,能够实现混联驱动的HEV,承载成本更低,能耗控制水平更好,是目前值得推广的技术。
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