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混动汽车怎样混(上):三大技术道路

杰拉A梦 2021-5-25 01:18 8455人围观 汽车技术

2020年10月,中国汽车工程学会发布了《节能与新动力汽车技术道路图2.0》。在这份很重要的文件中,中国汽车工程学会对将来15年内的汽车产业发展道路,停止了详细的阐述。文中提到,2025年混动新车占比将达到传统动力新车的一半,2035年混动新车将完全取代传统燃油车。

2020年12月15日,长城汽车发布了“柠檬混动DHT”技术;2021年1月11日,比亚迪推出了DM-i混电技术。两家民营头部车企迅速以举动呼应了《道路图2.0》,置信往年还会有更多的车企跟进。

混动技术,将成为将来几年汽车的重要竞争点。那么混动技术到底是怎样回事儿?大家都在干什么?

从如今的科技发展进程来看,汽车将从燃油驱动转变为电力驱动,曾经成为不可否认的理想。由于电力的来源非常广泛,片面采用电力后,地球的负担将大大减轻。很多汽车人将这一演化称为“动力革命”。

近几年,专家学者看法到,越过过渡阶段,直接发展纯电动汽车的思绪,很难推进整个行业的行进。于是,遭遇热闹的混动技术,被提下台面,成了大抢手。甚至可以说,在2035年传统动力车片面混动化的大背景下,混动技术成了将来10年传统车企的立足之本。

混合动力技术从1997年丰田普锐斯算起,曾经有20多年历史,不算新兴技术。从概念上看,也就是把“电池+电动机”,“油箱+发动机”集成在一台车上,协同发挥作用,达到节油减排的目的。车企在混动技术落地上,自然就构成了三种设计思绪:电动汽车上附加“油箱+发动机”;以及燃油车上集成“电池+电动机”;从动力角度重新设计。

而两套动力组件的协作方式,也有三种:一个干活儿一个助威(或偷懒);一同干活儿;既能一同干活儿,也可以单个干活儿。这就是所谓的串结合构、并结合构、混结合构。

01

串结合构:电机干活儿

在电动汽车上,附加一套“油箱+发动机”就构成了串结合构。串结合构中,典型代表是日产e-POWER,首发车型为日产聆风。


混动汽车怎样混(上):三大技术道路

e-POWER工作形式图(图片来源:日产中国官网)

串结合构中,汽车完全靠电动机驱动。发动机经过发电机为电池补充电能,或者直接为驱动电机提供电力。这种结构,是不是很像手机连着充电宝?

两种动力设备之间,没无机械耦合,仅仅依赖电气衔接,发动机的地位可以灵敏调整,大大降低了设计成本和消费复杂度。发动机的选择,以发电效率为主。不过,添加的发动机系统,没有直接参与动力输入,也有大材小用之嫌。

增程式电动汽车(例:感性ONE)也是相似的结构,只是整车设计的侧重点不同。从动力角度看,增程式电动汽车与串联混动二者没有本质的不同。在笔者看来,将来整车方面,这两者差别将越来越小。

02

并结合构:一同干活儿

电动机与发动机假如同时输入驱动力,就是并结合构。

丰田混动系统THS并结合构较为分明。早在1997年上市的普锐斯,就搭载了THS系统。它如今曾经迭代至第四代,拥有很高的成熟度,是量产车上运用最多的混动技术。

THS的核心是经过行星齿轮完成发动机与电动机的动力分配。对于行星齿轮的工作原理,鉴于篇幅所限,就不展开讨论了,网上的引见很多。


混动汽车怎样混(上):三大技术道路

行星齿轮动力分配(图片来源:Detailed analysis of the toyota prius engine)

不过,很多媒体常常提到一种说法,“丰田关于行星齿轮的专利,限制了其他厂商混动技术的发展”。理想上,这种说法很有误导性:

1. 行星齿轮是一种经典的机械结构,被广泛运用在自动变速箱设计中,丰田的专利主体并不是行星齿轮本身,而是采用行星齿轮对两种动力的分配设计;

2.行星齿轮并不是完成混合动力的独一方式,其他厂商没有投入过多精神在混动技术中,更多的缘由是研发收益比不高,需求不迫切。

2019年,丰田曾经开放了THS相关专利,目前看,除了广汽集团之外,并其他厂商跟进。



混动汽车怎样混(上):三大技术道路

THS结构图(图片来源:International Journal of Innovation Management)


03

混结合构:啥都行

在串结合构中,汽车引入了发动机、油箱等构件,却只用来发电;并结合构中,无法纯电动运转,同时动力分配设计复杂度较高,零件消费工艺要求也高。而混结合构可以兼容其他结构,动力分配灵敏度很强。于是,混结合构范畴集中了大量玩家。

无论是发动机还是发电机,都有最佳工作区间。在最佳区间内,由于提供的动力不多不少,能量耗费能达到最优,对于组件的损耗也最小。混合动力的本质,就是经过调整动力输入,在功能与能耗之间找到平衡点,使全体效率最高,从而达到节油减排的目的。

混结合构可以支持多种驱动形式,在对动力的输入上也有更灵敏的选择:

  • 电驱形式(EV),起步、频繁启停、中低速场景下,发动机工作效率较低,而电动机工作效率高,因此纯电驱动最经济实惠零排放;
  • 混驱形式(HEV),在加速场景中,这时发动机和电动机同时驱动(电力或者机械),可以提供更大的动力;
  • 油驱,高速巡航时,发动机工作效率高,直接发动机驱动,全体能耗最低。

在以上驱动形式之外,为了充分应用双动力源,还可以:

  • 电池电力不足时,发动机进入发电形式,变身充电宝;
  • 发动机工作时,一旦遇到输入功率大于所需功率,多余的能量经过发电机存入电池;
  • 减速场景下,也可以回收能量,存入电池,变废为宝。

混动汽车怎样混(上):三大技术道路

本田i-MMD三种工作形式(图片来源:本田官网)

在落地技术中,最大的区别在于混合驱动形式下动力的耦合方式。详细有三种:电力耦合,机械耦合,地面耦合。

比亚迪的DM-i技术与本田的i-MMD属于电力耦合。即,混合驱动形式下,发动力经过电力与电动机共同驱动。这种设计,不需求复杂的功力分配安装,灵敏性大大提升,成本也降低不少。

长城柠檬DHT并联混驱形式下则属机械耦合。在高速路况下,发动机与电动机共同驱动,经过定轴轮系完成动力合成。机械耦合可以充分应用发动机的动力,在发动机保持高效率的状况下,功能也得到了保证。机械耦合下,两种动力合成过程比较复杂,假如设计不合理或者消费工艺不达标,反而会衍生出更多成绩。由于集成程度高,次要担任将两种动力混合输入的DHT(公用混合动力变速箱),成为将来几年混动技术发展的抢手范畴。下一篇文章,将围绕DHT展开。


混动汽车怎样混(上):三大技术道路

长城柠檬DHT四种工作形式(图片来源:长城官网)

地面耦合目前更多用在混合动力的四驱场景中,比如比亚迪的DM-p。在并联工作形式下,前轮由发动机驱动,后轮由电机驱动。


混动汽车怎样混(上):三大技术道路

比亚迪DM-p并联混驱(图片来源:比亚迪)

并联、串联、混联构成了混合动力宏观设计的三大道路。并结合构更接近于燃油车,串结合构更接近于电动汽车,而混结合构跨越了多种结构,这三种道路,目前处于同步发展阶段,并无优劣之分。政策鼓励,车企跟进,混动技术迎来了发展的黄金时代。


混动汽车怎样混(上):三大技术道路

(图片来源:汽车AB面)


来自:大油卡

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