目前國內的混動產品可以說是百花齊放,大致有這麽幾大類(排名不分先後):
以理想、日產、深藍為代表的增程混動,即串聯混動
以歐系車和部份越野車為代表的並聯混動
以比亞迪DMi和本田轎車版iMMD為代表的單擋串並聯(CRV和皓影是兩擋)混動
以吉利雷神、長城Hi4為代表的多擋串並聯混動
以豐田、福特、通用為代表的功率分流式混聯混動
友情提示,本文長達3200字,趕時間的老鐵可以按需跳過。
串聯混動
發動機和車輪沒有機械連線,只當充電寶用,車子始終靠電機驅動。驅動電機的能量既可以來自電池,也可以來自發動機+發電機。至少配有兩台電機(一台專職發電),四驅版則是三電機。
優點:
發動機轉速不受車速制約,可以隨時工作在高熱效率區間,節約熱損失。
發動機的啟停完全不會產生行駛頓挫,全路況都是絲滑的電驅體驗。
驅動電機的位置不受發動機布局限制,橫置發動機也可以實作後驅和雙叉臂前懸掛,從而提升底盤效能、最佳化轉向半徑、側顏也好看。
可以用純電平台相容增程的方式去做,車企只需要維護電後驅為主的一個平台就能同步打造純電和插混(增程本就是插混的一種),增程器和具體車型研發解耦,不同車型配件和生產高度共享,研發標定流程大振幅簡化。感謝 @zyon 提供的企業視角!
缺點:
因為是發電再用電,持續高動力時電損較大,高速綜合能耗(含上下坡和車速波動)不如同技術水平的插混。100km/h以上等速油耗甚至不如能效第一梯隊的燃油車。
發動機和驅動電機無法功率疊加,整車的最大驅動功率=電機最大功率或發動機和電池的最大功率之和(以較小的那個為準)。比如軒逸混動,發動機53kw,驅動電機100kw,系統實際最大功率就是100kw,只不過是發動機53kw+電池47kw。而奇駿的混動,雙電機四驅,電機總功率250kw,但因為發動機(106kw)和電池(60kw)功率之和只有166kw,兩台電機根本不可能同時達到最大功率,所以整車最大功率最多166kw。
單擋串並聯混動
特點:在串聯混動的基礎上多了一個發動機直接驅動車輪的擋位。怠速充電、中低速和大油門加速時用串聯,高速巡航時用並聯。
優點:
高速巡航時的行駛負荷本就可以讓發動機處於高效區,發動機可以直接驅動車輪節約電傳動損耗,更省油,避開了串聯模式最不擅長的工況。車速越高,相比串聯的節油優勢就越大。
發動機和馬達功率可以疊加,超高速工況可以讓越戰越勇的發動機彌補電機越快越萎的功率退坡,從而有助於提高極速。比如雅閣混動車速180的時候,電機轉速高達12500rpm,最大功率下降到110kw。此時發動機轉速3700rpm,對應最高輸出功率約70kW。只要電池出40kw(最大功率55kw),並聯最大功率就可以超過串聯。
僅僅在高速巡航這種本不易頓挫的場合增加並聯直驅,中低速還是串聯,平順性並不比增程混動差,除非這個主機廠的調校功力比早年通用的變速箱部門還爛。
缺點:
動力總成的布局受發動機限制,橫置發動機的車前驅+麥弗遜居多,不想浪費空間的話前軸只能挨著防火墻放,前懸較長,側顏高級感上不去。
為了保證動力儲備和經濟性,單直驅擋的巡航轉速往往比燃油車略高(比如雅閣混動的2.0L跑120km/h轉速2470rpm,秦Plus的1.5L轉速3000rpm),發動機隔音要求更高(除非你路噪和風噪稀爛到沒法聽見發動機)。
單直驅擋傳動比相當於燃油車的最高擋或次高擋,只擅長巡航省油降NVH而不擅長暴力加速。只要發動機功率和電池功率有一個不夠大,法定限速內的急加速還得靠串聯而沒法油電功率疊加。
並聯模式與串聯/純電的切換涉及發動機扭矩轉移,無感切換比增程更費工程師頭發,一般都是玩過變速箱的傳統車企才有這個實力。
多擋串並聯混動
特點:發動機有不止一個直驅擋位,並聯模式可以覆蓋更多工況。
優點:動力模式更豐富,適用場景覆蓋面更廣。尤其是可以比單擋串並聯更好地兼顧極速和法定限速內的加速,從而大幅提升系統實際功率利用率。以CRV為例,老款在法定限速內油門到底,系統最大功率就是串聯時驅動電機的最大功率135kw,而且電機高轉速下功率還會退坡,像100km/h以上的再加速,功率已經達不到135kw了。但新款有了傳動比相當於燃油車3-4擋的低速直驅,發動機最大扭矩轉速4500rpm(86kw)到最大功率轉速6100rpm(110kw)對應的車速是100-136km/h。電池只要出25-49kw(這個放電功率HEV都能hold住,對PHEV就是灑灑水啦),總功率就比串聯大,有效改善法定限速+20%內的高速再加速效能。
缺點:在承襲了單擋串並聯缺點的同時,發動機標定難度幾何級數上升。而且不管兩擋還是三擋,增加的都是低擋位,傳動比大,稍不留神就容易頓挫。本來做混動和純電的好處就是能簡化發動機標定外加低門檻平順性,做太多並聯擋位豈不越做越像純油車了?對於不擅長做發動機和變速箱調校的車企來說,用並聯提高加速能力可能還不如直接做大電機大電池增程來得劃算。
其實我認為,能做好單擋串並聯已經相當於考到90分了,增加的擋位則屬於對賭附加題,做對了是錦上添花,但做錯了則很容易畫蛇添足。從量效比來看,大部份車型單擋串並聯,少數車型兩擋串並聯就足夠了。
並聯混動
特點:發動機和電機均透過機械連線驅動車輪,二者既能分別驅動也能合力驅動,屬於重效能、輕效率的混動。
優點:
唯一能實作驅動功率1+1=2的混動系統,發動機150kw,電機50kw,只要電池能給出50kw,整車總功率就是200kw。
對傳老牌車企而言是門檻最低的混動,只要在變速箱前端(P2)或後端(P3)加個電機就行。
對於主流的P2混動,電機有了變速箱,就不怕高轉速功率退坡,因此很多只有幾十kw電機的歐系並聯插混車依然可以純電130km/h巡航。
缺點:
發動機一工作就是直驅狀態,介入時容易頓挫(尤其是低速擋),沒電後就是一輛帶動能回收的燃油車。
因為有傳統變速箱,電機對發動機只能調扭不能調速,無法全程把發動機控制在高效區運轉。
變速箱在任何模式都要按需換檔,即使EV模式也不如串聯混動順滑。
單馬達沒法一邊驅動一邊發電,行駛充電能力差,驅動時也只能從電池取電,中低速城市路況很難保住電,難以做成HEV。有電龍、沒電蟲說的就是它。
功率分流混動
特點:發動機和兩台電機透過行星齒輪機械連線在一起,驅動電機連線外齒圈,發電機連線中央的太陽輪,發動機連線行星架。發動機一部份動力走機械路徑到車輪,一部份發電,屬於混聯式混動。
優點:
和串並聯混動一樣,發電機可以無級調節發動機的扭矩和轉速,把發動機穩定在最高效區間。
對電池充放電功率需求相對小,同樣做成HEV,急加速耐力比串並聯好。比如本田HEV全力加速時每5秒就掉10%的電量,0-180km/h要用掉至少60%。而同動力水平的豐田HEV只需要25%左右。
因為對電池需求較低,虧電後整車動力退坡程度小。尤其像福特在華那兩套混動,光靠發動機的效能都夠用了。
缺點:
畢竟是電控技術不發達時誕生的產物,這套機械結構背後的控制邏輯相當復雜,調校成本高。
因為動力被分流,整車功率利用率低,現階段大多數功率分流HEV,動力基本上都是1+1<1.5的程度。
發動機和車輪不能解耦,介入驅動時無法完全避免頓挫。
綜合各類混動的利弊,我認為當前優秀且仍有前景的混動技術路線有:增程、單擋串並聯和功率分流,而多擋串並聯和純並聯會相對小眾,更適合效能和越野取向的車。
說了這麽多,主要是因為我個人對混動系統有興趣。但非汽車愛好者的普通使用者並不需要知道這麽多這麽細,看最終呈現在車上的療效就行了:
1.駕駛感受出色:平順、動力跟腳、響應速度快、發動機存在感不強
2.高能效:虧電油耗低,純電電耗低。
3.能量管理邏輯合理:比如保電能力強,水溫夠時不傻乎乎地用電加熱出暖風,發動機啟停時機和駕駛意圖合拍,PHEV虧電後駕駛性不輸市面上最優秀的HEV。