不同于燃油車和純電動(dòng)汽車的單一能量流“動(dòng)力-傳動(dòng)-輸出”的清晰結(jié)構(gòu),混合動(dòng)力將兩種動(dòng)力源相耦合,自由度更為高,形成的技術(shù)分類十分紛繁。即使是汽車愛好者,可能也無法說得明白“混合動(dòng)力技術(shù)到底都有哪些”。
從現(xiàn)有的主流混合動(dòng)力技術(shù)談起,再簡(jiǎn)要概述市場(chǎng)領(lǐng)先的插電式混合動(dòng)力技術(shù)與代表車型。1. 橫看成嶺側(cè)成峰——主流混合動(dòng)力技術(shù)首先從混合動(dòng)力構(gòu)型與電氣化程度兩個(gè)維度回答題主的第一個(gè)問題:混合動(dòng)力技術(shù)的分類。
第一個(gè)維度,混合動(dòng)力構(gòu)型,指的是混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力源耦合方式。構(gòu)型的差異和車輛動(dòng)力系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作模式、輸出特性都十分相關(guān)。按混合動(dòng)力構(gòu)型進(jìn)行分類,
如圖1,圖中代表了目前市場(chǎng)上最為主流的混合動(dòng)力構(gòu)型:串聯(lián),并聯(lián),以及功率分流與串并聯(lián)兩種混聯(lián)構(gòu)型。圖1以并聯(lián)構(gòu)型中應(yīng)用最廣泛的P2作為代表。簡(jiǎn)單來說,各類構(gòu)型的原理如下: 1、串聯(lián)構(gòu)型將發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪解耦,發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)發(fā)電,再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪; 2、并聯(lián)構(gòu)型發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輪,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)力源的相互補(bǔ)充與配合; 3、混聯(lián)構(gòu)型可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)與并聯(lián)功能,其中的典型代表是功率分流與串并聯(lián),分別使用了行星齒輪排與串并聯(lián)機(jī)構(gòu),控制邏輯最為復(fù)雜。
圖1 混合動(dòng)力構(gòu)型示意圖第二個(gè)維度,電氣化程度,指的是混合動(dòng)力系統(tǒng)使用能量的油電比例。
如圖2,從左往右分別是內(nèi)燃動(dòng)力(ICE)、非插電式混合動(dòng)力(HEV)、插電式混合動(dòng)力(PHEV)與純電動(dòng)(EV):HEV實(shí)際上仍是使用燃油的動(dòng)力系統(tǒng),典型的HEV包括使用48V的微型混動(dòng)(MHEV)與日系的各類混動(dòng)系統(tǒng)。而HEV和PHEV的區(qū)別很好理解,因?yàn)樗鼈冊(cè)谕庥^上有很明顯的不同:插不插電。可以說從ICE – HEV –PHEV– EV一方面反映了油電能量比例,另一方面是不斷加嚴(yán)的油耗要求下的動(dòng)力發(fā)展趨勢(shì)。
圖2 不同電氣化程度的汽車動(dòng)力系統(tǒng)分類
如果說在第一種分類下,不同動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型的比拼是各家主機(jī)廠的技術(shù)競(jìng)賽;那么按電氣化程度分類的車型發(fā)展,則很大程度上反映了新能源政策的引導(dǎo)。從消費(fèi)者、主機(jī)廠和供應(yīng)鏈的角度看,高純電續(xù)駛里程的PHEV(純電型PHEV),都是新能源汽車發(fā)展的有力支撐: 1、對(duì)于消費(fèi)者來說,意味著更低的綜合能耗、更接近電動(dòng)車的駕駛特性以及更為頻繁的充用電使用習(xí)慣; 2、對(duì)于主機(jī)廠來說,PHEV與EV車型形成了有效的互補(bǔ),有助于擴(kuò)寬新能源目標(biāo)消費(fèi)者; 3、對(duì)于新能源供應(yīng)鏈來說,PHEV市場(chǎng)的發(fā)展同樣加速了對(duì)電機(jī)和電池的需求,有助于新能源領(lǐng)先供應(yīng)商繼續(xù)壯大。 因此,政策對(duì)PHEV的引導(dǎo)趨勢(shì)明顯:以中國(guó)和歐洲的新能源汽車政策為代表,僅有EV和PHEV兩類車型能夠獲得市場(chǎng)補(bǔ)貼,而在中國(guó)PHEV定義政策則將要求插電混合動(dòng)力汽車的純電續(xù)駛里程在43公里以上[1],同時(shí)PHEV在上海、深圳等地區(qū)都有著車牌、路權(quán)和購(gòu)置稅的優(yōu)惠政策。這反映了高電氣化PHEV在新能源汽車中的重要地位。2. 排空馭氣奔如電——高電氣化PHEV技術(shù)僅看電氣化維度下的PHEV的細(xì)分市場(chǎng),在當(dāng)下市場(chǎng)中,從動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型的維度區(qū)分:串聯(lián)、并聯(lián)與混聯(lián)均已有PHEV車型投放,車型豐富程度從低到高依次為:串聯(lián)PHEV最少,以自主車企為主,串聯(lián)的高電氣化PHEV按國(guó)標(biāo)定義又稱為增程式,增程式的行駛特性接近純電動(dòng)車,但高速能耗相對(duì)較差,且動(dòng)力系統(tǒng)成本較高,車型選擇較少;混聯(lián)PHEV其次,以日系車企從非插電HEV衍生而來的車型為主,該類車型動(dòng)力系統(tǒng)涵蓋了功率分流與串并聯(lián)兩種構(gòu)型,在原有的混動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,增大了電池、調(diào)整了控制邏輯,技術(shù)成熟但相對(duì)復(fù)雜,車型選擇有限;并聯(lián)PHEV最多,以歐系車企為主,該類車型技術(shù)成熟、動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型相對(duì)簡(jiǎn)潔,兼具了高動(dòng)力和低油耗,也因此成為了市場(chǎng)中最為主流、車型最多的PHEV技術(shù)。在并聯(lián)PHEV中,又以歐洲車企主導(dǎo)的P2構(gòu)型為主流。所謂P2指的是動(dòng)力流的耦合位置,如圖3示意(其他并聯(lián)分類暫不贅述),P2是在離合器后和變速箱前將電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩耦合共同輸出,在這一構(gòu)型下,能夠?qū)崿F(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)、混動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)、制動(dòng)回饋四類模式,而四類模式下又分別貼合了消費(fèi)者的駕駛場(chǎng)景。
圖3 并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型分類 下面以大眾PHEV的執(zhí)牛耳者——探岳GTE為例,詳述四類模式。如圖4,紅色與藍(lán)色分別表示了電動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)兩條能量流:純電驅(qū)動(dòng),探岳GTE配備了85kW/330Nm的驅(qū)動(dòng)電機(jī),配置與部分A0/A級(jí)純電動(dòng)車的電機(jī)功率相當(dāng),而這還只是動(dòng)力源之一,電池方面配備了13kWh的高功率三元電池包,能夠?qū)崿F(xiàn)54km的純電續(xù)航,在起步、城區(qū)通勤等使用場(chǎng)景下,純電驅(qū)動(dòng)能夠帶來更為柔和的駕駛體驗(yàn)、更快的起步和更低的能耗;混動(dòng)驅(qū)動(dòng),在混動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí),探岳GTE所配備的110km/250Nm的經(jīng)典EA211發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩,在車載的GTE模式,混動(dòng)驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)更為澎湃的動(dòng)力表現(xiàn);發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū),在發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)的模式下,EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最高效率區(qū)間,保持著穩(wěn)定高效率的高轉(zhuǎn)矩輸出,在高速場(chǎng)景下運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū),是并聯(lián)混合動(dòng)力的最大優(yōu)勢(shì),它相較于增程式能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率,此外發(fā)動(dòng)機(jī)的功率流還可以在輸出的同時(shí)保持電量平衡或?yàn)殡姵匮a(bǔ)電,以盡可能利用發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率區(qū)間;制動(dòng)回饋,制動(dòng)回饋利用電動(dòng)機(jī)的特性回收制動(dòng)、下坡、下坡的能量,這一部分能量對(duì)于燃油車來說,都損耗在了剎車盤發(fā)熱上,而制動(dòng)回收則有效利用了這部分能量,降低能耗的同時(shí)使得制動(dòng)更為敏捷,新能源汽車通常具有2-3檔不同的制動(dòng)回饋力度,駕駛者可以根據(jù)自己的偏好選擇合適的檔位,而探岳GTE配備了四擋不同的回饋力度,在D、GTE、Charge和B四個(gè)檔位下實(shí)現(xiàn)不同力度的制動(dòng)回收。
圖4 探岳GTE四種工作模式 綜合來看,P2構(gòu)型與可靠的核心部件使得高轉(zhuǎn)矩、長(zhǎng)續(xù)航、低油耗能夠同步實(shí)現(xiàn),而探岳GTE更是大眾PHEV家族的精華之作。
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原文標(biāo)題:[行業(yè)調(diào)查] 未來的新能源汽車究竟是純電動(dòng)、混合動(dòng)力還是燃料電池汽車的天下?
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