混動技術哪家強? 終結日系寡頭時代竟是它

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本站汽車6月16日報道 過去這兩三年來,汽車行業經歷了罕見的震盪鉅變,數十年處於傳統制造產業的汽車正在朝着電動化、智能化飛速演進,毫無疑問電驅技術、智能互聯以及自動駕駛將成爲未來汽車的發展三大主旋律。

然而在充電設施依然不夠充盈,電池技術無法突破的當下,電動車是無法革了燃油車的命。

爲此,近年來車企在面對雙積分壓力,以及分享電動化技術成果中,促成了混動技術的快速崛起。混動能夠提供接近純電的駕駛體驗,以燃油的補能的用車方式完全不用改變使用習慣,無形中獲得了駕駛體驗和油耗的雙重提升。

● 混動是壓榨每一滴汽油潛能的利器

一滴汽油從噴油嘴噴入燃燒室與空氣結合再被點燃,隨即膨脹迸發出機械能推動活塞做反覆運動,最終通過發動機曲軸向外輸出動力,這是所有內燃機動力汽車的動力來源。

對汽車知識有一定了解的朋友一定聽說過“效率”這個詞,簡單粗暴可以理解爲熱效率=燃油經濟性,然而內燃機的工作特性使然,發動機的熱效率分佈圖譜就像是一座山峰,“最高”熱效率只是最高峰的山尖,僅在發動機運轉的某一小段區域中實現。

有沒有什麼辦法讓發動機一經運轉就儘可能發揮在效率最高的山頂區域呢,汽車工程師們想到了電機輔助,在電機和蓄電池的協同工作下,吸納發動機多餘的動力,又能在起步階段、臨停階段隔絕發動機低效區間。而在高速工況下,電機的能耗表現有先天劣勢,這時候發動機就會站出來接管車輛,發動機可以長時間工作在穩定的低轉速下,噪音、能耗表現更優,也能夠支持更長的續航

結合燃油+電驅的特性,混動分爲了HEV、PHEV插電混動以及REEV增程式電動汽車幾大門類,下面我們就根據各廠商當下主流技術方案進行簡要解讀,理清楚混動世界的幾大門類,從本質上看清各家混動的技術含量。

● 初階版:離散型電機(P0-P4)

這是歐洲流派的混動技術方案,簡單來說就是在現有燃油車動力總成基礎上增加電機,發動機、變速箱保持不變,要點是電機增加的位置和電機數量之不同,P0和P1作用是發動機輸出前端,功率比較小,起到輔助驅動的作用,可以看做高階版的啓停系統,在車輛起步/臨停階段讓發動機熄火而依賴電機驅動,改造難度最低。

各位熟悉的48V系統正是P0結構

例如大衆集團從高爾夫GTE(參數丨圖片)到卡宴Hybrid,寶馬5系Le是主張P2架構,在沿用傳統動力架構的同時,電機可以單獨純電行駛,也可以讓發動機介入並聯輸出實現混動驅動。難點是渦輪增壓發動機在啓動、停止介入驅動系統時都會產生不小的闖動,但德國工程師憑藉紮實的機械功底,做到了行雲流水的混動驅動體驗。

P2.5算是個獨特方案,我們以領克PHEV爲例,P2.5技術簡單說可以理解爲電機佈置於變速箱內部,在電機的加持下可以實現最大192kW、425N·m的綜合輸出,性能明顯猛於燃油車。

P3則是比亞迪DM系統選擇的方案,例如比亞迪唐DM第三代DM技術在原先P3架構基礎上,加入全新的高功率、高電壓BSG電機,形成P0+P3+P4動力架構。這樣的多電機結構注重性能表現,比亞迪如今將其更名爲DM-p(p意爲POWER),後續我們還會講到更實用的比亞迪DM-i技術,在饋電狀態下也能夠實現極好的性能表現。

P4就很簡單了,位於後軸的電機只負責驅動後車輪,前車輪交給發動機或者混動系統實現四驅,例如豐田的E-Four,WEY P8,寶馬i8都是這樣的結構。

這樣的結構改造難度低,投入見效快,但沿用燃油車的傳動機構並沒有最大程度發揮出混動系統的技術優勢,我們接着往下看。

● PHEV:增加動力電池的升級版

無論是歐洲派的P0-P4,還是日系的動力分流大法,都可以通過加裝動力電池,調整驅動系統實現PHEV插電式混動系統。車輛可以選擇充電電驅通勤,也可以選擇結合燃油的混動模式

大部分PHEV產品總是存在着各種各樣的問題,最普遍的是充電慢,由於一般的PHEV最大也只會採用15-20千瓦時左右的小電池,電池電芯不多,承受不了直流快充的大功率,所以一般只會搭載慢充。

其次就是饋電狀態下,電機功率衰減嚴重,最終車輛無法獲得足夠的驅動力,饋電狀態下油耗低、性能弱。好消息是隨着串並聯技術的快速崛起,下一代PHEV車型徹底幹掉了變速箱,而是啓用以電驅爲主的原生混動平臺,先進的平臺優勢將更大限度發揮混動系統的優勢,PHEV車型饋電也能夠實現低油耗不再是夢。

如今PHEV車型也逐步加大了蓄電池容量,市面上常見的車型可以提供80-120公里的續航,降低了補能的頻率。不過壞消息是未來市場政策導向將不利於PHEV上綠牌的優惠政策,這將不利於PHEV保持在限購車市現有的市場規模。

●增程式電動車:發動機只發電不驅動

理想ONE不是增程式電動車的發明者,卻是市場上銷量最好的REEV車型,早前已有寶馬i3和日產NOTE的增程式電動車開拓市場。我們以理想ONE爲例,增程式電動車發動機不參與驅動車輪,所以更名爲增程器更爲穩妥。

日產即將引入的e-POWER技術同樣爲增程式電動車技術,發動機有且只有一個作用,那就是發電,發出的電能可以用於電機運轉也可以儲存在點動力電池內。

增程式電動車可以自由選擇驅動模式,充電設施便利情況下傾向於EV模式,傾向於燃油爲主要動力源就啓動HEV混動模式保持電量。在混動模式下,增程器運轉驅動發電機爲驅動電機供電,並將多餘電量儲備在動力電池中。

根據以往實際駕駛體驗來看,PHEV和增程式電動車動力電池的電量直接會影響到性能表現,所以能夠發揮出車輛最佳性能表現,儘可能保持蓄電池的合理電量,最佳狀態一定是在健康的充電實用狀態下實現的。

作爲“過渡路線”的PHEV車型其生命週期會遠比外界想象的要長得許多,甚至於中國土地的幅員遼闊,城市規模的不斷擴大決定了“沒有里程焦慮”的PHEV車型會在很長一段時間內都將與純電動車並行。

●雙電機串並聯系統

串並聯系統通過一個動力分割實現串並聯切換,動力分割裝置聽起來高大上,實際上結構非常簡單,相比上面的REEV增程式電動車而言,發動機可以直接驅動車輛,動力性和效能都能得到有力保障,我們以本田i-MMD技術爲例。

本田第三代i-MMD系統通過一套齒軸系實現動力分割,實現串聯式混合動力爲基礎,同時可直接與發動機進行串聯或並聯。最大限度地發揮發動機、電機等結構要素的潛能,實現了高效的能量管理。

EV的驅動模式是電機直驅,關閉發動機,以避開熱效率較低的發動機部分負荷下的運轉工況。

發動機驅動模式是指將發動機的驅動力直接傳遞到車軸的模式,在高速巡航時車輛要求的功率與發動機高效區域相一致的情況下,可有效運用機械傳動,以此提高系統效率。

簡而概之,發動機一旦工作就會運轉在高效率區間,多餘的動力被髮電機發電儲存在動力電池內。

串並聯結構簡單可靠,實現難度低,受到本田i-MMD的啓發後,國產品牌不少爭相效仿推出響應的混動系統。目前比亞迪DM-i、奇瑞DHT鯤鵬動力與長城DHT檸檬混動技術,與本田i-MMD結構相近,實現相似的驅動工作方式。

長城檸檬混動DHT全稱爲Dedicated Hybrid Technology,中文的翻譯爲混合動力專用技術,是一套完整的混合動力技術方案,包含發動機、變速器、驅動橋、電池等組件

奇瑞鯤鵬DHT

奇瑞鯤鵬的DHT全稱爲Dedicated Hybrid Transmission,也就是混合動力專用變速箱的意思,是基於傳統燃油車變速箱,加裝一些電氣化組件來實現混合動力的技術。

可以看到,講得都是一件事,專業混動機構。但爲了與本田產生差異,不被戳脊梁骨,兩個DHT系統在發動機輸出端加入了擋位,奇瑞鯤鵬DHT採用發動機+雙驅動電機的獨特組合,加入了三擋變速箱以強化發動機的驅動範圍。

比亞迪方面,DM-i系統本質上就是一套以電爲主的插電混動系統,擁有驅動車輛和充電的發動機、調配動力的E-CVT變速箱、足以支撐55~120kw續航的刀片電池組和驅動電機。

●E-CVT又是什麼?

CVT無極變速箱相信大家都不陌生,它最突出的特點就是平順、省油,行駛過程中完全不會換擋。乍一聽E-CVT這個名字,最直觀的感覺就是在原CVT變速箱的基礎上增加了什麼電控技術,實際上兩種變速箱結構和傳遞動力的方式完全不同。

實際上豐田E-CVT是一套行星齒輪機構實現發動機、電機動力分流,但最終實現順滑連貫的動力體驗和CVT非常相似,爲了易於理解並凸顯電驅性能,豐田爲這套機構起了一個E-CVT的名稱

隨後本田的i-MMD實際上是以電驅爲主,發動機驅動發電機發電,驅動電機驅動車輛前行,多餘電量被運送至蓄電池中。僅通過一組多片離合裝置實現發動機直驅,爲此同樣可以獲得平順連貫的驅動性能,爲了便於消費者理解,故而同樣沿用了E-CVT的名稱。

結構反應的是產品背後的設計思路,注入靈魂的是軟件標定,如何馴服內燃機和電機兩套驅動系統,發揮出最大效能纔是最考驗車企開發能力的關鍵。

●動力分流,豐田引以爲傲的THS

如何最大限度發揮混動系統的潛力?工程師們想到直接幹掉燃油車的變速箱,以全新動力分流裝置將電驅、發動機進行關聯,最大限度上發揮出各自技術優勢,最大限度提升燃油經濟性。

核心機構是通過行星齒輪把發動機動力分割爲兩路,分別爲驅動車輛和發電,用文字很難精準描述清晰,如今THS II雙電機機構採用不同軸佈置方式,電機的出現並不是單純爲了成爲新的動力來源,而是代替了原有的變速箱的位置。

THS的核心是通過電機來調整整個車輛的動力輸出方式,更加靈活的調節扭矩,使其能夠既具有渦輪車前段扭矩充足的優勢,又能夠有自吸車後段最大馬力充足的特徵。

混動系統的工作本質是在於能夠通過將發動機維持在熱效率較高的工作區間,在小排量的情況下達到原有大排量的出力特性的動力系統,這樣既能夠有大馬力自然吸氣車型的動力響應特徵,又能降低排量,提升熱效率,滿足產品所在市場的排放和環保規定。

豐田也十分清楚THS的技術緊緊握在手中是無法發揮最大效用的,在中國積極導入本土化改造,降低成本便有了卡羅拉/雷凌混動的普及。此外,豐田還將THS技術輸出給通用和福特,但實際銷量和市場反饋十分慘淡。

●結語

中國汽車工程學會最新發布的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》中,明確提出未來15年傳統汽車要全面“混動化”。節能減排是汽車工業發展的永恆話題,規劃中指出到2035年,一半市場份額的非新能源車型中,混合動力將成爲其中的主導力量,銷售車型的平均車型的油耗水平將進一步下探。爲此我們就不難理解爲實現節能汽車的碳中和目標,如今各大車廠相繼推出混動新品,汽車產業已呈現多條技術路線並行發展的局面。

這其中,中國車企在混動技術上的的突飛猛進完全不遜色於在新能源領域的領先步伐,在可以預見的未來,市場將面臨更高質量的技術PK,混動和電動齊頭並進,我與在座各位將一同見證汽車動力技術的電氣化格局轉變。