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混动汽车怎么混上三大技术路线

发布时间:2023/5/5 14:55:41   
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年10月,中国汽车工程学会发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》。在这份很重要的文件中,中国汽车工程学会对未来15年内的汽车产业发展路线,进行了详细的阐述。文中提到,年混动新车占比将达到传统能源新车的一半,年混动新车将完全取代传统燃油车。

年12月15日,长城汽车发布了“柠檬混动DHT”技术;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行动呼应了《路线图2.0》,相信今年还会有更多的车企跟进。

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

从现在的科技发展进程来看,汽车将从燃油驱动转变为电力驱动,已经成为不可否认的事实。由于电力的来源十分广泛,全面采用电力后,地球的负担将大大减轻。很多汽车人将这一演变称为“能源革命”。

近几年,专家学者意识到,越过过渡阶段,直接发展纯电动汽车的思路,很难推动整个行业的前进。于是,遭遇冷落的混动技术,被提上台面,成了大热门。甚至可以说,在年传统能源车全面混动化的大背景下,混动技术成了未来10年传统车企的立足之本。

混合动力技术从年丰田普锐斯算起,已经有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,自然就形成了三种设计思路: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);一起干活儿;既能一起干活儿,也可以单个干活儿。这就是所谓的串联结构、并联结构、混联结构。

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串联结构:电机干活儿

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

图片来自日产中国

串联结构中,汽车完全靠电动机驱动。发动机通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,没有机械耦合,仅仅依赖电气连接,发动机的位置可以灵活调整,大大降低了设计成本和生产复杂度。发动机的选择,以发电效率为主。不过,增加的发动机系统,没有直接参与动力输出,也有大材小用之嫌。

增程式电动汽车(例:理性ONE)也是类似的结构,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,未来整车方面,这两者差别将越来越小。

02

并联结构:一起干活儿

电动机与发动机如果同时输出驱动力,就是并联结构。

丰田混动系统THS并联结构较为明显。早在年上市的普锐斯,就搭载了THS系统。它如今已经迭代至第四代,拥有很高的成熟度,是量产车上使用最多的混动技术。

THS的核心是通过行星齿轮实现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,网上的介绍很多。

图片来自网络

不过,很多媒体经常提到一种说法,“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”。事实上,这种说法很有误导性:

1.行星齿轮是一种经典的机械结构,被广泛应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.行星齿轮并不是实现混合动力的唯一方式,其他厂商没有投入过多精力在混动技术中,更多的原因是研发收益比不高,需求不迫切。

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

图片来自网络

03

混联结构:啥都行

在串联结构中,汽车引入了发动机、油箱等构件,却只用来发电;并联结构中,无法纯电动运行,同时动力分配设计复杂度较高,零件生产工艺要求也高。而混联结构能够兼容其他结构,动力分配灵活度很强。于是,混联结构领域集中了大量玩家。

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,能量消耗能达到最优,对于组件的损耗也最小。混合动力的本质,就是通过调整动力输出,在性能与能耗之间找到平衡点,使整体效率最高,从而达到节油减排的目的。

混联结构能够支持多种驱动模式,在对动力的输出上也有更灵活的选择:

电驱模式(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;混驱模式(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),能够提供更大的动力;油驱,高速巡航时,发动机工作效率高,直接发动机驱动,整体能耗最低。在以上驱动模式之外,为了充分利用双动力源,还可以:

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

图片来自本田中国

在落地技术中,最大的区别在于混合驱动模式下动力的耦合方式。具体有三种: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,混合驱动模式下,发动力通过电力与电动机共同驱动。这种设计,不需要复杂的功力分配装置,灵活性大大提升,成本也降低不少。

长城柠檬DHT并联混驱模式下则属机械耦合。在高速路况下,发动机与电动机共同驱动,通过定轴轮系实现动力合成。机械耦合可以充分利用发动机的动力,在发动机保持高效率的情况下,性能也得到了保证。机械耦合下,两种动力合成过程比较复杂,如果设计不合理或者生产工艺不达标,反而会衍生出更多问题。由于集成程度高,主要负责将两种动力混合输出的DHT(专用混合动力变速箱),成为未来几年混动技术发展的热门领域。文章,将围绕DHT展开。

图片来自长城汽车

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。在并联工作模式下,前轮由发动机驱动,后轮由电机驱动。

比亚迪DM-p并联混驱(图片来源:比亚迪

并联、串联、混联形成了混合动力宏观设计的三大路线。并联结构更接近于燃油车,串联结构更接近于电动汽车,而混联结构跨越了多种结构,这三种路线,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。

(图片来源:汽车AB面)

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