《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 电源技术 > 业界动态 > 混动技术乱战:本土厂商首次站上舞台中央?

混动技术乱战:本土厂商首次站上舞台中央?

2022-06-21
来源: 与非网eefocus

  在这场由混合动力迈向纯电动汽车的竞赛里,国产厂商第一次走上了舞台中央,引领着世界前行的方向。

  混合动力是通向纯电动的跳板,还是终极新能源汽车的中间过渡路线?生命周期还有多少年?随着新能源汽车的火爆,大家一度对这个问题吵得热火朝天。

  其实,关于这一点,在作为顶层设计的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》和《节能与新能源汽车技术路线图》2.0里,已经给出了明确答案。

  《发展规划》明确提出:“以纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车为三纵。。。深化三纵三横研发布局”,《路线图》建议:“汽车低碳化多技术路线并行发展,推动汽车企业基于自身积累发展相应的混合动力技术。”并树立了节能与新能源汽车的主要里程碑。

  微信图片_20220621091407.png

  综合来看,最高智囊团给的标准答案是:到2035年,混合动力汽车还能占一半!

  

  混动节能的根源

  在混合动力这个领域,主要存在丰田THS为代表的油电混动(HEV)、比亚迪DMi为代表的插电混动(PHEV)和理想为代表的增程混动三种路线。

  丰田入局最早,靠着THS的精妙设计天外飞仙,一度占据了混动市场的半壁江山。后来者为了克服专利壁垒,硬生生地蹚出来多条技术路线。

  虽说大路朝天,各走一边,可说到底,各种混动路线之所以比燃油车节能,实则有着同样的根源:让发动机不动则已,一动便尽量工作在高效区间;电机天然具备快速响应和高效的特点。

  内燃机发展过百年,热效率还没有突破50%的上限。由发动机的万有特性曲线可知,运行在不同的工况(转速和功率需求)下,发动机有着不同的热效率表现。

  在传统燃油车的框架下,只有发动机直驱这一种动力选项,需要应对起步、蠕行、爬坡、下坡、急加速、急减速、高速巡航、怠速行驶等多种工况,其直接结果便是发动机的工况点落点所在的常用区域远离高效区域。据有关数据,燃油车发动机平均热效率仅在25-35%之间。

  微信图片_20220621091433.png

  对可串可并可混联的混合动力汽车而言,通过比亚迪这张图可以发现,其发动机的运行工况点可以由将燃油车场景下的“面”收缩成一条“线”。

  事实上,随着电池、电机、电控技术的发展,未来的混动还会继续由“线”到“点”,进一步把发动机自身的工况锚定在最高效的那个点。

  不过,车速有改变,档位在切换,行驶在不同的坡道和路面,再加上深一脚浅一脚的油门和刹车踏板,外面的世界如此眼花缭乱,混动专用发动机何以以不变应万变?

  因为,它有电机这个好伙伴!

  天之道,损不足而补有余。但在混动这个世界,在发动机启动的情况下,电机的作用是补不足而耗有余,对发动机的扭矩“削峰填谷”。

  电机相对发动机好太多的转矩响应特性,使其可以游刃有余地调节整车需求扭矩和发动机扭矩之间的落差。

  对节能更为关键的是,电机的热效率远高于发动机。本来,混动发动机的热效率做到40%以上,已经比燃油车发动机的30%高不少了,但它到了电机跟前,也只能叫爸爸。

  电动汽车里两大主力电机类型-交流感应电机和永磁同步电机,感应电机轻轻松松上85%,永磁同步电机努努力能上95%。所以,节能也是必然的了。

  

  日系混动,廉颇老矣?

  混动技术哪家强?在比亚迪DMi面前,丰田THS是廉颇老矣,还是老当益壮?据说,这是一个相当引战的话题。

  微信图片_20220621091501.jpg

  图源 | Daily Car News

  其实,从上文电机和发动机的热效率对比便可以看出,电机驱动为主、发动机驱动为辅的DMi混动的节能效果要优于发动机驱动为主、电机驱动为辅的日系混动。

  实车对比给出的也是类似的结论。比如比亚迪的秦plus,用户实测百公里油耗3.9L,卡罗拉双擎的数据则是5.2L。

  这俩车尺寸、重量、价格、配置都是半斤对八两,在市场上也是针尖对麦芒。所以,这里一没有民族大义,二没有对日系车节能传统的执迷,是两者技术路线的差异,导致了不同的成绩。

  丰田THS的出发点是通过电机调节扭矩,辅助发动机工作在高效区。其“行星齿轮组”构思精巧,尽显机械之美秒,机械传动,动力分流,堪称一代“神器”。

  但从本质上,它走的是从燃油车到油电混动的改良主义。

  这倒不是因为丰田惊艳绝伦的工程师们智商有问题,而是因为,THS系统问世时,三电技术实在还很拉胯,电池和电机不具备单独驱动汽车的实力,只能默默地站在发动机的阴影里。

  反观比亚迪,DMi是从纯电动革命而发起,针对充电软肋和电池现状,因势利导,遵循的是从纯电动到插电混动的逻辑。

  也许在发动机这个单项上,比亚迪还暂不能跟底蕴深厚的丰田比,但大容量功率型刀片电池充放电特性的优异,再加上响应迅速、可瞬间爆发的大功率电机,助力DMi登上了比THS更高的阶梯。

  综上,丰田混动廉颇老矣。

  不过,虽然无法匹敌比亚迪,但凭借着对燃油车的节能优势,丰田依然烈士暮年,壮心不已,保持了不错的销售成绩。

  

  插电混动,风头正盛

  在插电混动这个领域,中国厂商是真真正正实现了对欧美日韩的弯道超车,对此最有发言权的便是船夫哥。

  船夫哥掌舵的比亚迪左手刀片电池,右手八合一电驱,再加上不俗的电控实力,大鹏一日同风起,飞摇直上九万里,其DMi迅速成了插混界的当红炸子鸡。

  前文说过,DMi走的是从纯电动到插电混动的降级路线,以大功率电机、大容量电池配插混专用发动机,通过各种工作模式的无缝切换,最终实现了少用油、多用电,让发动机成了动力的辅助部件。

  在这里讲一讲工作模式的切换,也正好给增程式电动来个铺垫。

  DMi混合动力系统设计了纯电模式、串联模式、并联模式、发动机直驱模式和动能回收模式,何时切换,向哪个模式切换,主要取决于整车行车功率需求、电机功率、车速、电池SoC四大条件。

  微信图片_20220621091545.jpg

  具体而言,当整车行车功率需求小于电机功率时:

  电池SoC较高时,发动机不起动,电池供电,电机驱动,此为纯电模式,一般用在起步或低速行驶;

  电池SoC较低时,发动机带动发电机发电,直接驱动电机,同时,富余的功率给电池充电,此为串联模式,一般用于中低速行驶;

  电池SoC较高时,发动机和电池供电的电机共同驱动前轴,此为并联模式,一般用于高速超车或超高速行驶;

  看到有的朋友说,并联模式是发动机驱动前轴,电机驱动后轴,前后共同发力,其实这是一个误解,因为比亚迪DMi的车型没有后电机;

  电池SoC较低时,电池停止放电,发动机直接驱动(不是发动机带动发电机,再由电机驱动),同时,多出的功率给电池充电,此为发动机直驱模式,一般用于高速巡航。

  从这里也可以看出,比亚迪DMi的背后是沉淀多年的电池、电机和电控技术,通过电子电气的方式实现动力分流,电机是主角,发动机是配角。相比之下,丰田THS主要通过机械方式实现动力分流,发动机是主角,电机是配角。

  电池、电机搅动了时代的风云,历史见证着丰田和比亚迪的王者交替,传来一声长长的叹息。

  

  增程混动,别有洞天

  微信图片_20220621091750.jpg

  图源 | Audi

  在油电混动、插电混动和纯电动的混战里,还存在第四条技术路线-增程式混动。

  这种混动方案的突出特点是发动机和传动轴完全解耦,只用来发电,由发电机和/或电池组给电机供电,完成对车轮的驱动。

  由于发动机和传动轴不存在物理性的连接,所以,在上节讲过的插电混动的四种动力模式中,增程式混动不支持发动机直驱模式,在并联模式上也存在一定的差别:增程发动机带着发电机给电机供电,同时电池组给电机供电,使得电机可以以较大的功率输出,以满足当下的功率需求。

  这种动力构型和工作模式,使得增程式混动的优点很明显。

  能量流的传递路径单一,动力系统的变速箱和传动机构设计比较简单,发动机大部分时间不启动,启动后可以始终工作在高速区间,跟发动机密切相关的NVH控制也变得很容易实现。

  和纯电动汽车相比,增程混动可以让动力电池组处于浅充浅放的工作区间,从而提高电池寿命,在这个动力电池价格飙涨的特殊历史时期,这个优势突然变得非常明显。

  它的缺点同样显而易见。

  因为只有电机驱动,所以,为了满足各种工况下的动力需求,必须采用大功率电机,同时,为了尽量工作在最为省电的纯电模式,电池包比较大。

  在电池电量不足的情况下,汽车动力性完全受制于发电机的功率,在高速巡航、爬长坡、急加速等场景下,增程式动力不足的劣势暴露无遗。

  不过,虽然有着这样那样的缺点,增程式的车型代表-理想One、问界M5-依然取得了不错的市场表现,强劲的销量足以证明:增程式混动这条技术路线,同样有着相当大的生存空间。

  写在最后

  在这场由混合动力迈向纯电动汽车的竞赛里,国产厂商第一次走上了舞台中央,引领着世界前行的方向。

  在这场电动汽车的乱战、混合动力的春秋战国里,油电混动、插电混动和增程混动的表现可圈可点,凭着品牌的宣传、过硬的节能表现,均打下了自己的一方洞天。

  



微信图片_20210517164139.jpg

本站内容除特别声明的原创文章之外,转载内容只为传递更多信息,并不代表本网站赞同其观点。转载的所有的文章、图片、音/视频文件等资料的版权归版权所有权人所有。本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以便迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。联系电话:010-82306116;邮箱:aet@chinaaet.com。