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火狐全站app:主流插混技术大PK:没有最完美的方案只有最合适的机电耦合策略

{发布时间:2022-08-15 03:36:40来源:火狐体育最新官网登录入口 作者:火狐体育下载链接

  判断一款纯电动车(BEV)的好坏,离不开电机、电池、电控这三大部件。 要说最关键的一项,非 电池莫属。

  为了提高纯电动车的综合性能,车企不断在电池上做加法,但过于激进的电池策略会带来很多不稳定性。而且,无论电池再怎么提高,也无法彻底解决续航焦虑的问题。

  与BEV不同,插电混动车(PHEV)对电池性能和容量要求相对较低,且不存在续航焦虑的问题,即便一直不充电,也能正常行驶,这是它与BEV的本质区别。

  从技术层面上看, PHEV比BEV复杂得多,那决定一款PHEV性能优劣的是什么?

  有内燃机,又有电机;有电池,又有油箱;要充电,又要加油……还有比PHEV更复杂的车吗?

  若将发动机和电机比作一对夫妻,那机电耦合策略就是这对夫妻的相处方式。谁主外,谁主内,谁在什么时候该干些什么,完全取决于双方的默契。最终目的,都是为了让家庭更幸福美满。

  不过,家家有本难念的经,何为幸福美满,不同家庭有不同定义。同理,不同的插混系统也有不同的诉求,有的以性能优先,有的以综合效率为重。究竟怎样的机电耦合策略最能代表PHEV未来发展趋势?

  在大多数人的印象中,混动技术并非德国人的强项。但实际上,他们在这一领域筹划已久,并且有着相当充裕的技术储备。

  要读懂德系插混技术,其实只需读懂P2混动模式。无论奔驰、宝马,还是奥迪、大众,均采用这种机电耦合形式。

  “P” 是Position(位置)的意思,“2”指的是电机所在的位置。按照电机所处的位置,单电机混动系统共有6种布局方式(如下表)。

  P2混动模式,也即驱动电机置于发动机输出端和变速箱输入端之间,电机前后各设一组离合器用以切换驱动方式。若以最简单的方式来描述各部件间的排序,从前到后的顺序应该是:发动机、离合器1、电机、离合器2、变速箱。

  上图为大众插电混动原理结构图,这是典型的P2混动模式,电机前后各有一组离合器,用以连接发动机和变速箱。

  P2混动模式可实现纯电驱动、纯内燃机驱动、混合驱动,以及能量回收,这与其他形式的混动系统并没太大区别。而它最突出的优势,就是可以优化电机的动力性能。由于变速箱位于整套动力系统的末端,在低挡位下能将电机扭矩进行放大,因此即便驱动电机功率较小,也能有着出色的动力性能。

  以帕萨特PHEV为例,其电机最大功率只有85kW,弱于凯美瑞混动的88kW,发动机部分的输出也不及凯美瑞混动,且整车重量也更大,但无论是主观感受还是0-100km/h加速的实测加速成绩,均强于凯美瑞混动。

  P2混动模式有缺点吗?当然有。最明显的是动力切换平顺性不佳,尤其是在纯电驱动切换至混合驱动的过程,由于电机处于高转速运作,而发动机处于静止状态,通过离合器进行结合时难免会出现动力顿挫。

  另外,发动机和离合器产生的高温会直接影响驱动电机,从而导致电机运行功率降低,影响动力输出稳定性。

  P2混动模式的PHEV在平顺性上略有瑕疵,这是因为其动力输出至车轮前,还需经过变速箱的“梳理”。

  总的来说,采用P2混动模式的PHEV,在动力性能和燃油经济性方面较为出色,相对简单的机电耦合结构使其更“方便”地整合到现有车型上。除了绝大多数德系PHEV之外,韩系PHEV也是P2混动模式的“粉丝”,现代最新一代伊兰特的PHEV版,采用的就是P2混动模式。

  不过,由于平顺性和稳定性的问题,P2混动模式并不是目前最理想的插电混动方案。

  在国内PHEV市场,一直鲜见日系选手的身影。以至于不少人认为,日系品牌只会做油电混动(HEV),对于混动程度更深的PHEV则无计可施。

  事实上,只要做好HEV,发展PHEV是毫无难度的,尤其是对于“两田”而言,他们在HEV上的机电耦合策略完全可以应用到PHEV上。

  去年,丰田推出了卡罗拉双擎E+及其姊妹车雷凌双擎E+,这两车是丰田首次在中国市场推出的插电混动车型。从账面数据看,这两款车并没有十分吸引人的地方:纯电续航距离为55km,综合油耗1.3L/100km,0-100km/加速时间在10秒开外。这样的性能表现,能有竞争力吗?

  在匮电状态下,多数PHEV的实际油耗并不比普通燃油车低多少,机电耦合做得不好的,甚至还高于普通燃油车——这并不奇怪,因为同样型号的车,插电版比燃油版要重不少。

  但丰田的PHEV是个例外,在匮电时可以达到与HEV高度接近的油耗表现,而且行驶品质不会产生变化。这是怎么做到的?

  在我们此前的实测中,雷凌双擎E+的匮电综合油耗为4.4L/100km,与HEV版(2018款,4.2L/100km)相差无几。

  丰田旗下的所有PEHV车型,机电耦合机构都与其HEV车型完全一致,依然是那套久经考验的THS混动系统。在这套系统中,主要动力源是一台发动机和两台电机。为了发挥更高的能效,采用了一组行星齿轮组作为动力分流机构,在行驶过程中对扭矩输出进行实时调整,整套系统都围绕着高效率、低能耗的目标运作,而不是一味地追求动力输出。

  能在匮电时保持低油耗,这对于PHEV用户而言意义极大:即便长期不充电,也是一款高水准的HEV。

  丰田混动系统的核心是通过行星齿轮组对电机和发动机输出的动力进行合理分流,以达到两者最理想的工况,其设计初衷并非为了榨取性能。

  与丰田类似,本田的PHEV也是采用与HEV车型相同机电耦合机构——i-MMD双电机混动系统。

  从本田现有的混动车型可以看出,i-MMD本就是一种比较接近纯电动车的混动系统。电动机作为主要驱动源,动机只充当“供电站”的角色,只有在高速匀速行驶时才会直接驱动车辆。

  而在i-MMD的“PHEV版”上,发动机的存在感被进一步淡化了——只负责充电,不再直接驱动车辆,整套系统更接近于增程式混动的结构。与此同时,其电池容量也增大了,电动机的功率密度和扭矩密度都得到提升,不但让纯电行驶距离大大提高,而且纯电模式下最高速度可达140km/h以上。

  纯电动模式下,单靠电池和电动机,本田i-MMD插混系统的功率已达到总功率的90%以上。

  在最重要的匮电油耗方面,以本田Clarity Plug in Hybrid为例,在完全不充电的情况下,其综合油耗也仅为3.57L/100km,比同平台且重量更轻雅阁混动(4.2L/100km)更低。可见本田这套插电混动系统的厉害。

  在众多插电混动技术流派中,比亚迪的DM系统是最与众不同的一位。它整合了当前混动领域的各项优势技术,在性能表现方面十分出色。

  目前,比亚迪的DM系统已发展到第三代。以现款比亚迪唐DM为例,它采用了独创的P0+P3+P4混动构型,其中P0位置的电机主要在低速低负载工况下辅助发动机驱动车辆;P3电机位于变速箱输出端,拥有290kW、630Nm的动力储备,能与发动机实现并联,输出强大的动力;而P4电机则独立于发动机设于后轴上,除了辅助动力输出之外,还能实现纯电四轮驱动。

  为何不拿最新上市的比亚迪汉DM做例子?因为汉DM未配备前轴电机,不像唐DM那样达到“满配”状态。

  所谓“纯电四驱”,也即在车辆发动机不参与驱动时,仅靠前后轴的电机实现四轮驱动。这种四驱形式不需要传统的传动轴,动力输出效率更高效,而且可控性更高。当然了,这套四驱系统的主要任务不是越野,而是让前后轮拥有更均衡的牵引力,在湿滑路面上保持车身动态平衡。

  比亚迪唐DM的后轴电机与发动机不相连,通过扭矩管理系统实现电动四驱,这样的设计让后轮的动力输出有极高的自由度。

  值得注意的是,在比亚迪DM系统中,发动机的动力能全数释放到车轮,而无需经过复杂的机电耦合系统分流动力,在发动机和电机协同输出之下,能实现动力的高效叠加。这样的设计虽然能最大限度满足用户对动力输出的要求,但缺点是不利于降低能耗。

  在我们此前的实测中,唐DM的匮电综合油耗高于12L/100km。对于一款整备质量超过2.2吨的7座SUV而言,这样的油耗也许还能接受,但对于一款PHEV而言,意味着其在匮电状态下的燃油经济性并不理想。

  德系车和韩系车惯用的P2插混系统有着结构简单、低成本、普及度高的优势,但平顺性是硬伤;

  “两田”为代表的日系插混以原有的HEV混联架构为基础,延续了HEV车型高能效、高平顺性、高便利性的特点,缺点是动力表现不突出;

  比亚迪的DM系统是别树一帜的存在,系统最为复杂,技术含量也较高,性能表现确实无话可说,但匮电油耗是短板。

  可见,不同派系的插混技术,都有着各自的优缺点,要说哪一种优势更大,从技术上还真难以区分。

  从市场层面上看,性能指标突出的比亚迪插混车型曾是PHEV市场的主流,但随着采用P2混动模式的德系PHEV越来越多的出现,市场的主动权逐渐掌握在他们手中。像宝马530Le,帕萨特PHEV在今年的表现都十分亮眼。

  不过,目前市面上绝大多数PHEV车型都是由传统燃油车改造而来,燃油版车型的市场表现,很大程度上决定了其PHEV版的成败。随着越来越多热销车型进行PHEV化(如即将上市的RAV4 PHEV和CR-V PHEV),插电混动市场将会迎来一波新的发展高潮。


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