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【愛卡汽車】純燃油車轉換成電動車還需要過渡嗎?看完這個就明白了

[愛卡汽車 技術解析 原創]

純燃油車往電池電動車轉換有一個過渡,那就是混合動力。在外部環境刺激下,電動車普及速度大幅加快,混合動力陷入尷尬境地,純燃油車轉換成電動車還需要過渡嗎?隨著“

雙積分

“政策調整,

低油耗車型

出現在檔案中,這個疑問被打消了。低油耗車型本是一個油耗指標,混合動力可以輕鬆滿足這個指標,鼓勵車企生產低油耗車型實際上就引導發展混合動力,因此國內外品牌紛紛加快推進混合動力車型落地。

借政策東風,比亞迪電動車一路高歌猛進,但最近卻一改往常做法,高調發布了一個全新的混合動力系統,這就是前不久刷屏的

DM-i超混

。上汽也早早推出了自己的混合動力系統,並且不斷更新迭代。從產品和技術層面看,中國品牌非常重視混合動力,很早便開始佈局,但作為後起之秀,想要從混合動力市場分一杯羹,必須得與強大的對手正面競爭。

一提混動就容易聯想到豐田,截至2020年1月,豐田混合動力

全球銷量超過1500萬

,這個數字令對手無法企及。豐田混動能取得成功,最大的功勞來自於THS-II混合動力系統,

這套混動系統至今仍是行業標杆

。有人會感到困惑,世界上有這麼多混合動力,為什麼消費者只買豐田的單?這個困惑可以從本田那找到答案。

1997年,豐田普銳斯問世,混合動力市場表現超乎預期,眼看豐田搶得先機,本田毫不猶豫跟牌了。1999年,本田推出搭載IMA混合動力系統的

Insight

車型,這是既豐田THS後,第二種大規模量產的混合動力技術。到2005年,本田IMA混合家族已經初具規模,但是銷量始終無法企及豐田,難道本田會技不如人?瞭解本田混動動力系統進化史,可以大概瞭解各種混合動力的優缺點,然後也會明白國產混動究竟處在哪個階段。

說到IMA混合動力家族,最具代表性的是2006款本田思域混動,這是一臺極其特別的本田,骨子裡帶著不服輸的精神。

既然是一款本田混動,自然有別於豐田的技術思路。思域混動只有1個電機,它安裝在發動機與變速箱之間,如今48V輕混的ISG電機佈置與它非常相似,當時可是一個相對超前的方案。

混合動力省油,首先得有一臺高效率發動機,思域混動雖搭載了一臺名氣不怎麼大的1。3L發動機,但它幾乎把當時本田最先進技術用了個遍。

混動省油是因為它能避開或改善發動機低效工作,IMA動力系統省油原理都顯示在運轉模式圖上。不過,細看會發現IMA執行模式有些地方的描述

自相矛盾

,例如緩慢勻速行駛,IMA電機單獨驅動車輛純電行駛,

引擎已關閉為何還要開啟閉缸模式

?問題出在IMA的結構上。

從IMA運轉模式可以看出混動省油的原理,

起步、緩慢勻速行駛(蠕行)、輕微加速以及較快加速(急加速),正好是發動機低效工作點

,此時IMA電機介入工作,

減輕發動機負擔避開發動機低效工作點

。純電緩慢勻速行駛時,發動機的運轉阻力同樣會消耗電機輸出功率。本田想到一個辦法,發動機熄火後所有氣缸開啟閉缸功能,減少發動機運轉阻力。

思域混動為何城市工況被普銳斯輕鬆拉開1升油的差距?根據混動結構分類,

1個電機只能算並聯結構

。這種結構的特點是,

電機發電就沒其它電機能驅動車輛行駛,而當電機驅動車輛時又沒有電機可以發電

。普銳斯不一樣,

它有2個電機

,同樣擁堵的路況,

發動機不直接驅動車輪,而是驅動其中一個電機發電,為另一個驅動電機供電

,因此普銳斯發動機處於比較單一且高效的狀態。

電池虧電電機停止工作後,思域混動1。3L發動機不但要在低效工況下驅動車輛,還要驅動IMA電機發電,這種情況在擁堵的市區很常見,油耗也就上去了。

思域混動的電機功率僅15kW,正常運轉能幫的忙也不大,大多數情況下還得靠1。3L發動機挑起重擔,所以

得保證發動機全負荷範圍動力效能

,不然動力會非常肉,因此沒法像

豐田混動那樣採用模擬阿特金森迴圈的高熱效率發動機(阿特金森迴圈發動機扭矩小功率低)

搭載THS-II混合動力系統的普銳斯油耗低,不單是因為採用阿特金森迴圈發動機,2個電機組成的串並聯結構(也叫混聯)混合動力系統才是關鍵。並聯結構的功能本田IMA已經展示過,發動機與電機兩者都可單獨驅動車輛,也可以一同驅動。

串聯結構功能單一,只能讓電機單獨驅動車輛。而硬體上它必須有2個電機,一個發電機一個驅動電機,因此成本較高。串聯結構混合動力,汽油發動機在這扮演的角色從驅動車輛變為驅動發電機,發電機產生的電供驅動電機,這也就是增程式電動車。

雖然感覺多此一舉,但串聯結構混合動力,發動機只需在高效恆定運轉來驅動發電機,因此

怠速、起步、蠕行、急加速等汽油機廢油工況可以完全避開,省油就是這麼來的

,在串聯式混合動力系統中汽油機再也不會在擁堵環境下徒勞無功了。

只要保持中高速巡航,發動機便處於高效工作點,因此發動機直接驅動車輛效率最高,純電行駛反而不省油

。但串聯結構只有純電這一種驅動模式,沒法切換成發動機直接驅動。

技術宅的反擊—i-MMD

豐田THS是最早量產的串並聯結構混合動力,本田隨後也改變方向,研發了全新的雙電機混合動力系統,這就是今天我們所熟知的i-MMD,它也串並聯結構。

理想的混合動力系統結構,配上高效率發動機,i-MMD幫本田在混合動力上打了個翻身仗,這回本田總算可以跟豐田扳手腕了。本田混合動力系統進化史,實際上就是在不同結構混合動力系統中摸索,最終升級為串並聯結構後,燃油經濟性才終於超過豐田THS-II。

混合動力劃分方式很多,

比如按發動機、電機、變速器的佈置結構分為串聯、並聯或串並聯(混聯)

也可以根據混合程度分為微混、輕混、全混(強混)

,不過按結構劃分最簡單明瞭,長篇大論介紹豐田和本田的混動後,混動的特點也算略知一二,現在終於可以聊國產混合動力了。

國產混合動力價效比高、工信部油耗低、賬面資料搶眼,但名氣不高銷量平平,宣傳也敗給了海外品牌,豐田給THS-II取了個通俗易懂的中文名“

雙擎

”,本田將i-MMD稱作“

銳·混動

”,而國產混合動力幾乎沒有一個容易記住的名字,但這不妨礙我們瞭解國產混動。

聊國產混動必須得從上汽說起,2013年,上汽推出了榮威550插電混動版,除了高達23。98萬的售價外,沒給人留下多少印象,但550插電混動所採用EDU電驅動變速箱卻是國產混動劃時代技術。

上汽EDU

英文譯名電驅動單元

,但國內宣傳叫

電驅動變速箱

,除了名字與變速箱沾邊外,EDU並非傳統意義上的變速箱,不過為了便於稱呼,文中還是用電驅動變速箱這個名字。

上汽EDU和本田i-MMD設計思路比較相似,不過i-MMD所具備的功能EDU都有,

並且還多了一個2擋切換

。C1和C2之間是一個2擋AMT變速箱,發動機與電機輸出的動力經AMT變速箱處理後傳遞至車輪。國產豐田雙擎以及本田銳·混動,只有一個固定傳動比,

上汽EDU理論上能覆蓋更多使用場景

儘管也是串並聯結構,上汽EDU燃油經濟性並未超越豐田THS-II。原因有很多,

榮威550插電混動比普銳斯足足重了300多公斤,豐田1。8L阿特金森迴圈發動機熱效率更高,普銳斯制動能量回收更高,剎車過程中先用電機制動,不足部分由剎車系統補,而榮威550插電混動是電機與剎車同時制動,電機能量回收比例低

到了雷克薩斯GS450H這個級別,豐田才在THS-II的驅動電機配備2擋變速

,以保證GS450H達到豪華品牌應有的動力效能。

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

EDU電驅動變速箱結構設計超前,但上汽為這套混合動力系統做的配套工作並不夠,採用EDU電驅動變速箱的車型,雖然燃油經濟性在中國品牌中屬於第一梯隊,但與合資品牌混合動力相比還是欠點火候。第一代EDU油耗不如豐田本田,動力資料也不夠搶眼,價格也沒有優勢。

第二代EDU—化繁為簡

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

基於上述原因,第二代EDU改變思路,選擇了更適合普通汽油機的並聯式結構。

第二代EDU只有1個電機

,按照之前方法分類,

一定是並聯結構混合動力系統

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

既然是普通發動機,仍然得保留傳統變速箱,但問題來了,

電機配4個擋意義何在

?可能是吃了第一代的虧,第二代EDU需要很強的賣點,比如動力效能,要實現這個目標就需要大功率電機,假設電機只有一個擋位,只能在小部分使用場景效率高。一旦電機可以選擇多個擋位,

在加速、巡航、制動能量回收中都可以達到較高效率,一定程度彌補了並聯結構的不足

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

從最終結果看,10速EDU完全能夠比肩第一代技術,油耗相當加速效能更好,售價反而降低了。繼續採用第一代技術,也許能實現更低的油耗,但市場投入與回報不一定成正比。

在中國品牌陣營中,比亞迪混合動力無疑是成功的,秦DM、唐DM、宋DM一系列具有代表性產品,使比亞迪新能源車名氣大增,不過給人留下印象更多是加速快動力強,而比亞迪DM系統對大多數人來說還是比較陌生。

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

儘管早期的比亞迪造車經驗不豐富也沒啥技術儲備,但初生牛犢不怕虎,比亞迪一開始就想挑戰造車最高境界。業內把造車難度分為三類,純電動車<燃油車<混合動力,混合動力其實就是將燃油車和電動車結合。換個角度看,混合動力並不像純電動車那樣容易普及。

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

比亞迪當時研發和製造技術有限,F3DM動力系統體積非常大,實際效能與期望值相差甚遠,但F3DM為比亞迪埋下了混合動力的種子。

除了快還是快—第二代DM

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

比亞迪秦100的快很簡單很粗暴,在6速雙離合變速箱輸出軸上配了1臺大功率電機,電機最大功率110kW,與大眾EA211 1。4T發動機相當,既然只有1個電機,那妥妥的並聯結構。

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

比亞迪秦100採用雙軸並聯結構(驅動電機與發動機不在同一軸),因為電機本身功率大,一旦電量耗盡,發動機一邊拖著車身一邊帶著大電機跑非常吃力。而電機與變速箱輸出軸剛性連線,只有一個固定擋位,高速行駛電機扭矩弱效率低,說到這可能就明白上汽10速EDU的意義了。

打個大補丁—第三代DM

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

有了2個電機,那麼是否屬於串並聯結構?嚴格上來說不屬於,因為第三代DM的BSG電機功率只有25kW,幾乎沒法像增程電動車那樣在任意速度內純電行駛。不過有了25kW的BSG電機後,秦Pro DM怠速時發動機能驅動BSG電機發電,再遇到電量耗盡的擁堵路況,油耗會比上代低。

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

唐DM比較特別,它其實是分軸並列式混合動力,一般的並聯混合動力,發動機、電機變速箱整合在一塊,而分軸式並聯則是電機獨立出來單獨驅動,唐DM前橋由發動機驅動,後橋由電機驅動,這種佈置可以增加牽引力,同時提高電機效率,因為電機不用考慮發動機轉速。除唐DM外,沃爾沃XC90插電混動也是類似的佈置。

迴歸原點—DM-i超混

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

在並聯式混合動力系統摸爬滾打8年後,比亞迪終於推出了一個像模像樣的串並聯式混合動力系統,這就是DM-i。DM-i實現了本田i-MMD一樣的功能,但混合動力系統細節設計略有不同,除串並聯式混合動力系統外,比亞迪還針對性的開發了驍雲1。5L高效率發動機,有一臺這樣的發動機,才能真正發揮DM-i的全部優勢。

比亞迪超混匹敵本田?國產混動崛起歷程

當年的混合動力與如今的電動車處境非常相似,它們的價格讓人望而卻步,當混合動力與純燃油車之間的差價縮小到完全可以接受的範圍,那麼混合動力已經成功了,這就是比亞迪正在乾的事。

編輯總結

上汽EDU技術演變很大,第一代EDU固然很好,但與之配套的發動機和電控要求也很高,可靠性、燃油經濟性、成本等方面超越豐田和本田難度不小。第二代EDU雖然功能不如第一代多,但更適合上汽如今的佈局,成本可控賣點又足。兩代EDU的設計都具有前瞻性技術含量高,需要很高的配套能力,從兩代EDU發展歷程看,上汽的混合動力系統完全可以與合資品牌競爭,不過過去一段時間國內政策不鼓勵發展自己式混合動力(不依賴外部電網供電),而是補貼插電混動(PHEV),所以上汽也沒什麼動力去研發設計與豐田本田思路類似的混合動力(HEV),這是一個小遺憾。

DM-i對於比亞迪是一個轉折點,以往的DM系統最大的賣點是動力效能,並聯式插電混合動力很適合歐洲駕駛環境,為了提高動力效能,不得不堆砌硬體,比如升級大功率電機和大容量電池,成本隨之上升,若不是比亞迪自己生產電機、電池和電控,秦100、秦PLUS DM和唐DM價格會非常誇張,這也是其它廠商沒有效仿比亞迪的原因。 DM-i的到來使比亞迪摒棄了以往的思想,把提高燃油經濟性降低成本作為混合動力首要目標,使得比亞迪混合動力競爭力再次提升。

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