「講堂」THS不適合跑高速,DM II電量耗盡之後不省油,為什麼?

「講堂」THS不適合跑高速,DM II電量耗盡之後不省油,為什麼?

按照之前文章裡邊的約定,這回的講堂來講講混合動力汽車的混動結構。為什麼都是混動,比亞迪的混動能夠跑這麼快但省油效果一般,而豐田的混動不擅長加速卻很省油呢?

聲明:本次講堂主題的內容較多,將分多次連載。我寫著寫著才發現越寫越多,所以關於這個比亞迪和豐田的問題這次講不到了,請原諒我當了一個標題黨。但我保證每次都是乾貨滿滿,比亞迪和豐田的問題也將在後邊的文章提到,請大家稍安勿躁。

第一節,如何快速區分串聯、並聯、混聯

這三個名詞大家應該都聽說過,許多人對此也都有了解,但既然放在講堂裡說,就要說一些和別人不一樣的。如何最快捷地區分這三者,另外你真的清楚市場上這麼多混動車分別是串聯的還是並聯的嗎?

「講堂」THS不適合跑高速,DM II電量耗盡之後不省油,為什麼?

串聯即為增程式,最大的特徵是車輛前進的動力全部由驅動電機提供,發動機在任何情況下都不能夠直接驅動車輪,其作用是帶動發電機發電。也就是說,串聯式混合動力至少需要兩臺電動機,一臺小一點的發電機,一臺大的驅動電機。有些串聯式混合動力車型的發電機在電池電量充足時也可作為輔助驅動電機使用,增加輸出。

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串聯式混合動力系統,注意,必須有兩臺電機,一臺做發電機一臺做驅動電機

串聯式的駕駛感受(除了會有發動機噪音)和電動車沒有什麼不同。另外,串聯式混合動力車在使用時需要注意,長途行駛時,如果蓄電池電量耗盡,車輛的最大穩定功率輸出(瞬時輸出還是會挺大的,因為廠家會為電池設立保護機制,不會將電量完全用光)不再取決於驅動電機,而是取決於發電機了,畢竟能量守恆,發1kW的電,用也只能用1kW。

如今市場上的串聯式混合動力車型幾乎沒有,雪佛蘭沃藍達已經停售,在售的傳祺GA5 REV算一款,寶馬i3增程版算另一款,但同樣基於沃藍達打造的別克Velite 5雖然號稱自己是增程式(官方解釋是其混動策略傾向於使用串聯模式),但由於其發動機有能力驅動車輪,因此,應該歸類於混聯式混合動力。

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並聯式的特點是發動機和電動機均可以單獨驅動車輪,也可以共同驅動。但是,並聯式絕對不能夠做到發動機給電池充電的同時,電機驅動車輪。並聯式其實比串聯式結構還要簡單,因為只需要一臺電機就夠了(可以多,但實現並聯式混合動力,最少只需要一臺電機就行了)。

市場上大部分德系混動由於採用了P2方案,因此都是並聯的。比如寶馬5系混動、比如奧迪A3 e-tron。對了,宇宙神車比亞迪秦也是並聯混動,它用的是P3方案。(P2、P3下文解釋)

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並聯式混合動力系統,只需要一臺電機,上圖為P3結構,比亞迪秦用的那種

混聯就是串聯+並聯,如果串聯繫統能夠讓發動機驅動車輪了,或者並聯系統能夠實現一邊充電,一邊純電行駛了,那麼這套系統就該被稱作是混聯了。混聯最少需要兩臺電機。市場上混聯車型有什麼呢?除了之前提到的別克Velite 5,通用系還有君越全混動、CT6插電式混動等;福特的混動包括蒙迪歐混動、林肯MKZ混動;再有本田i-MMD、豐田THS也都是混聯式混動。

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這是一套P3結構的混聯式混合動力系統

那麼如何區分串並混就很清楚了,首先看電機數量,只有一臺電機的必然是並聯。當然,這只是一個簡單的方法,畢竟有些車型會在前後軸,或者左右輪各佈置一臺電機,純粹看電機數量不能夠輕易區分(從實際的角度來說看電機數量就應該是可以辨別並聯了,因為有兩臺電機完全可以實現更加優秀的混聯,沒必要再用並聯,但說不準有廠家腦袋抽風呢),這時候,關鍵還是看他們的工作模式,找準發動機是否能夠單獨驅動車輪和能不能在發動機給電池充電的同時,純電行駛這兩個關鍵模式,就能夠區分三種模式。

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上邊這些提到的串聯、並聯、混聯都是強混合動力,是HEV。輕、強混動的具體並沒有十分明確的定義,強混的必有特徵是,電機一定能夠獨立驅動車輛(更嚴謹點,能夠獨立驅動車輛以一定的車速行駛,因為凱迪拉克XT5 90V輕混動的電機能夠驅動車輛以極低的時速純電行駛),而輕混,則不能,他們的電機作用是為在起步或加速時提供一定的動力,減少發動機負載,並實現動能回收,以此來降低油耗。

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再糾正一個誤區,我們現在常說插電式混合動力和增程式混合動力,好像這兩者是相對的概念。但其實,插電僅僅是個前綴,和這輛車是並聯、混聯、或者增程式(串聯)這種概念無關,只要一輛車能夠通過外接電源為動力電池(區別於尋常燃油車的12V蓄電池,動力電池是為驅動車輛的電動機提供電能的)充電,那它就可以稱為一輛插電式混合動力車,完全可以存在一輛插電增程式混合動力車。上文提到的寶馬i3以及傳祺GA5增程版都可以插電。

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更極端的說,插電甚至和強混、輕混無關,只是廠商不會腦殘到給輕混配上插電,完全沒有意義。還是舉那個例子,凱迪拉克XT5 90V輕混動(怎麼舉出來的例子都是通用的,不走尋常路),這款車就不需要插電,雖然它除了傳統12V蓄電池還有一套90V系統(最近火熱的48V也是同樣道理,但48V更大的意義是取消12V蓄電池,不展開),但不到1kWh的電池容量,為其專門配插電系統(確實是系統,車載充電機是一門大學問)充電5分鐘?然後以5km/h的速度純電行駛500m?這畫面太美,我不敢想象。

第二節 P0、P1、P2、P3、P4、PS混動技術方案總覽

終於可以進入正題了,以上是大家都熟悉的混合動力分類方式,接下來說的分類方式可能許多人都沒有聽說過,這種分類不是以驅動模式進行劃分,而是以驅動電機在動力總成中的位置來劃分的。

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PS:各動力和傳動部件之間應根據需要添加離合器,圖上未標識,也請勿糾結比例問題

以前縱置發動機佈局為例,電機位置從前往後到依次為P0(發動機皮帶輪端)、P1(發動機曲軸上)、P2(發動機後變速箱輸入端,電動機輸出需經過變速箱)、P3(變速箱輸出端,電動機輸出直接加載於主減速器,不經過變速箱)、P4(一般位於非發動機驅動軸上,前驅車就是後軸後驅車就是前軸,於是可以實現電動四驅,如比亞迪唐,沃爾沃S60Le、寶馬i8等,但其實按照定義,只要電動機與前邊傳統動力總成部分沒有直接機械連接,就可以稱作P4結構)。其中P0、P1為輕混,P2開始則可以應用於強混。

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某BSG混合動力大巴的混動系統組成

P0、P1方案功能比較相似,均為輕混方案。P0也被稱為BSG方案,BSG(Belt Driven Starter Generator,皮帶驅動起動發電一體電機),通過皮帶與發動機相連接,位於整個動力系統的最前端。由於電動機是利用皮帶進行外掛,對結構、空間要求很低,對發動機依賴程度大、因此從傳統燃油車出發的改造也相當容易。因此早期的輕混動車型大多采用了P0方案。比如奇瑞A5 BSG混動版,以及榮威750 Hybrid,這車比後來的插電混動版的550 Hybrid可早不少,2011年4月量產上市。同時國內在幾年前的大多數混動公交大巴也是採用了P0方案。

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而P1方案則被稱為ISG方案,ISG(Integrated Starter Generator,集成式起動發電一體電機)被集成在發動機飛輪端與發動機同軸,因此傳動效率比BSG方案更高,但也因為集成式,空間小,功率做不了非常高。一般情況下不能夠滿足強混單獨驅動車輛的要求。典型例子如國內早期量產混合動力車型代表:長安傑勳HEV,最早該車出現於2008年奧運會期間,2009年長安將其量產上市,但之後一年,銷量為0,於是早早退市,沒有引起什麼波瀾。由於P1方案適合用於輕混、技術難度相對較低,空間需求小,傳動效率高,因此在48V輕混興起之後將再放光芒。

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某ISG混合動力大巴的混動系統組成

需要注意的是,P0、P1方案中的BSG、ISG和那些自動啟停功能車型用到的BSG、ISG不同,P0、P1方案的電機功率更大,除了完成啟停任務之外,還可以在急加速,爬坡時輔助驅動車輛,屬於輕混範疇。典型例子就是XT5輕混動(又來了),因為採用了90V供電,電機功率更大,不僅可以參與輔助驅動,在啟停時也能夠將發動機轉速提高至600rpm,而一般啟停電機只能達到300rpm,而怠速在700rpm左右,這400rpm的轉速差就要靠發動機自己點火。因此我們可以清楚的發現,一般自動啟停都會伴隨明顯抖動,但混動車型發動機介入時卻幾乎感覺不到,就是因為電動機功率上的差別導致。

「講堂」THS不適合跑高速,DM II電量耗盡之後不省油,為什麼?

想了想,還是當3K黨,2k黨混章節數有點不太厚道,於是將第二節的內容稍微加了一些進來。因為接下去的部分已經寫了一部分,大綱也有了,因此下期講堂——頂尖車企BBA用的就是最好的混動嗎?應該不會讓大家等多久。

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