当前位置: 华文星空 > 汽车

混合动力主流技术路线有哪些?

2018-07-24汽车

目前国内的混动产品可以说是百花齐放,大致有这么几大类(排名不分先后):

  • 以理想、日产、深蓝为代表的增程混动,即串联混动
  • 以欧系车和部分越野车为代表的并联混动
  • 以比亚迪DMi和本田轿车版iMMD为代表的单挡串并联(CRV和皓影是两挡)混动
  • 以吉利雷神、长城Hi4为代表的多挡串并联混动
  • 以丰田、福特、通用为代表的功率分流式混联混动
  • 友情提示,本文长达3200字,赶时间的老铁可以按需跳过。

    串联混动

    发动机和车轮没有机械连接,只当充电宝用,车子始终靠电机驱动。驱动电机的能量既可以来自电池,也可以来自发动机+发电机。至少配有两台电机(一台专职发电),四驱版则是三电机。

    优点:

  • 发动机转速不受车速制约,可以随时工作在高热效率区间,节约热损失。
  • 发动机的启停完全不会产生行驶顿挫,全路况都是丝滑的电驱体验。
  • 驱动电机的位置不受发动机布局限制,横置发动机也可以实现后驱和双叉臂前悬挂,从而提升底盘性能、优化转向半径、侧颜也好看。
  • 可以用纯电平台兼容增程的方式去做,车企只需要维护电后驱为主的一个平台就能同步打造纯电和插混(增程本就是插混的一种),增程器和具体车型研发解耦,不同车型配件和生产高度共享,研发标定流程大幅度简化。感谢 @zyon 提供的企业视角!

  • 缺点:

  • 因为是发电再用电,持续高动力时电损较大,高速综合能耗(含上下坡和车速波动)不如同技术水平的插混。100km/h以上等速油耗甚至不如能效第一梯队的燃油车。
  • 发动机和驱动电机无法功率叠加,整车的最大驱动功率=电机最大功率或发动机和电池的最大功率之和(以较小的那个为准)。比如轩逸混动,发动机53kw,驱动电机100kw,系统实际最大功率就是100kw,只不过是发动机53kw+电池47kw。而奇骏的混动,双电机四驱,电机总功率250kw,但因为发动机(106kw)和电池(60kw)功率之和只有166kw,两台电机根本不可能同时达到最大功率,所以整车最大功率最多166kw。
  • 单挡串并联混动

    特点:在串联混动的基础上多了一个发动机直接驱动车轮的挡位。怠速充电、中低速和大油门加速时用串联,高速巡航时用并联。

    优点:

  • 高速巡航时的行驶负荷本就可以让发动机处于高效区,发动机可以直接驱动车轮节约电传动损耗,更省油,避开了串联模式最不擅长的工况。车速越高,相比串联的节油优势就越大。
  • 发动机和电动机功率可以叠加,超高速工况可以让越战越勇的发动机弥补电机越快越萎的功率退坡,从而有助于提高极速。比如雅阁混动车速180的时候,电机转速高达12500rpm,最大功率下降到110kw。此时发动机转速3700rpm,对应最高输出功率约70kW。只要电池出40kw(最大功率55kw),并联最大功率就可以超过串联。
  • 仅仅在高速巡航这种本不易顿挫的场合增加并联直驱,中低速还是串联,平顺性并不比增程混动差,除非这个主机厂的调校功力比早年通用的变速箱部门还烂。
  • 缺点:

  • 动力总成的布局受发动机限制,横置发动机的车前驱+麦弗逊居多,不想浪费空间的话前轴只能挨着防火墙放,前悬较长,侧颜高级感上不去。
  • 为了保证动力储备和经济性,单直驱挡的巡航转速往往比燃油车略高(比如雅阁混动的2.0L跑120km/h转速2470rpm,秦Plus的1.5L转速3000rpm),发动机隔音要求更高(除非你路噪和风噪稀烂到没法听见发动机)。
  • 单直驱挡传动比相当于燃油车的最高挡或次高挡,只擅长巡航省油降NVH而不擅长暴力加速。只要发动机功率和电池功率有一个不够大,法定限速内的急加速还得靠串联而没法油电功率叠加。
  • 并联模式与串联/纯电的切换涉及发动机扭矩转移,无感切换比增程更费工程师头发,一般都是玩过变速箱的传统车企才有这个实力。
  • 多挡串并联混动

    特点:发动机有不止一个直驱挡位,并联模式可以覆盖更多工况。

    优点:动力模式更丰富,适用场景覆盖面更广。尤其是可以比单挡串并联更好地兼顾极速和法定限速内的加速,从而大幅提升系统实际功率利用率。以CRV为例,老款在法定限速内油门到底,系统最大功率就是串联时驱动电机的最大功率135kw,而且电机高转速下功率还会退坡,像100km/h以上的再加速,功率已经达不到135kw了。但新款有了传动比相当于燃油车3-4挡的低速直驱,发动机最大扭矩转速4500rpm(86kw)到最大功率转速6100rpm(110kw)对应的车速是100-136km/h。电池只要出25-49kw(这个放电功率HEV都能hold住,对PHEV就是洒洒水啦),总功率就比串联大,有效改善法定限速+20%内的高速再加速性能。

    缺点:在承袭了单挡串并联缺点的同时,发动机标定难度几何级数上升。而且不管两挡还是三挡,增加的都是低挡位,传动比大,稍不留神就容易顿挫。本来做混动和纯电的好处就是能简化发动机标定外加低门槛平顺性,做太多并联挡位岂不越做越像纯油车了?对于不擅长做发动机和变速箱调校的车企来说,用并联提高加速能力可能还不如直接做大电机大电池增程来得划算。

    其实我认为,能做好单挡串并联已经相当于考到90分了,增加的挡位则属于对赌附加题,做对了是锦上添花,但做错了则很容易画蛇添足。从量效比来看,大部分车型单挡串并联,少数车型两挡串并联就足够了。

    并联混动

    特点:发动机和电机均通过机械连接驱动车轮,二者既能分别驱动也能合力驱动,属于重性能、轻效率的混动。

    优点:

  • 唯一能实现驱动功率1+1=2的混动系统,发动机150kw,电机50kw,只要电池能给出50kw,整车总功率就是200kw。
  • 对传老牌车企而言是门槛最低的混动,只要在变速箱前端(P2)或后端(P3)加个电机就行。
  • 对于主流的P2混动,电机有了变速箱,就不怕高转速功率退坡,因此很多只有几十kw电机的欧系并联插混车依然可以纯电130km/h巡航。
  • 缺点:

  • 发动机一工作就是直驱状态,介入时容易顿挫(尤其是低速挡),没电后就是一辆带动能回收的燃油车。
  • 因为有传统变速箱,电机对发动机只能调扭不能调速,无法全程把发动机控制在高效区运转。
  • 变速箱在任何模式都要按需换档,即使EV模式也不如串联混动顺滑。
  • 单电机没法一边驱动一边发电,行驶充电能力差,驱动时也只能从电池取电,中低速城市路况很难保住电,难以做成HEV。有电龙、没电虫说的就是它。
  • 功率分流混动

    特点:发动机和两台电机通过行星齿轮机械连接在一起,驱动电机连接外齿圈,发电机连接中央的太阳轮,发动机连接行星架。发动机一部分动力走机械路径到车轮,一部分发电,属于混联式混动。

    优点:

  • 和串并联混动一样,发电机可以无级调节发动机的扭矩和转速,把发动机稳定在最高效区间。
  • 对电池充放电功率需求相对小,同样做成HEV,急加速耐力比串并联好。比如本田HEV全力加速时每5秒就掉10%的电量,0-180km/h要用掉至少60%。而同动力水平的丰田HEV只需要25%左右。
  • 因为对电池需求较低,亏电后整车动力退坡程度小。尤其像福特在华那两套混动,光靠发动机的性能都够用了。
  • 缺点:

  • 毕竟是电控技术不发达时诞生的产物,这套机械结构背后的控制逻辑相当复杂,调校成本高。
  • 因为动力被分流,整车功率利用率低,现阶段大多数功率分流HEV,动力基本上都是1+1<1.5的程度。
  • 发动机和车轮不能解耦,介入驱动时无法完全避免顿挫。

  • 综合各类混动的利弊,我认为当前优秀且仍有前景的混动技术路线有:增程、单挡串并联和功率分流,而多挡串并联和纯并联会相对小众,更适合性能和越野取向的车。

    说了这么多,主要是因为我个人对混动系统有兴趣。但非汽车爱好者的普通用户并不需要知道这么多这么细,看最终呈现在车上的疗效就行了:

    1.驾驶感受出色:平顺、动力跟脚、响应速度快、发动机存在感不强

    2.高能效:亏电油耗低,纯电电耗低。

    3.能量管理逻辑合理:比如保电能力强,水温够时不傻乎乎地用电加热出暖风,发动机启停时机和驾驶意图合拍,PHEV亏电后驾驶性不输市面上最优秀的HEV。