混合動力系統(tǒng)分類方式挺多,我沿用一個學術(shù)界比較常用的根據(jù)結(jié)構(gòu)的分類方式說說吧。
之所以用這種分類方式,主要是為了方便朋友們選購,因為每種方式都有各自的特點,用戶可以結(jié)合自己的期望來選擇,其實這些方式?jīng)]有明顯的好壞之分,只有適合不適合。
混合動力系統(tǒng)按照動力耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同可以分為單電機并聯(lián)式、雙電機功率分流式和雙電機串/并聯(lián)式。
單電機并聯(lián)式可以說是目前車型最多的,講這類,首先要祭出這張大家常見的圖。
PX主要看電機在什么位置。1、2、3、4分別是發(fā)動機、變速箱、傳動橋和后軸。
P0就是電機在發(fā)動機前,其實就是把起動機變大一點,讓它除了能拖動發(fā)動機啟動運行,還能具有一定的發(fā)電作用。
P1則是將電動機放在發(fā)動機后,也就是在發(fā)動機的輸出軸上,和發(fā)動機是一體的。
P2則是將電動機放在變速器的輸入軸。
P3則是將電動機放在變速器的輸出軸,也就是在變速箱后。
P4直接將電動機放在后橋,和發(fā)動機驅(qū)動的部分沒有直接連接。
看上去很復(fù)雜,但是實際上這種結(jié)構(gòu)還是很容易看到優(yōu)缺點的。
P0和P1的結(jié)構(gòu),也就是BSG和ISG,都存在反拖發(fā)動機的問題,所以一般不能單獨構(gòu)成混合動力系統(tǒng),即使構(gòu)成,也只能是微混(啟停系統(tǒng))和輕混系統(tǒng)。
P2、P3和P4是用的比較多的結(jié)構(gòu)。
P2可以實現(xiàn)純電動,再生制動不受發(fā)動機影響,對變速器也沒要求,AT、CVT、DCT、AMT都可以,而且成本非常低,大眾、奧迪旗下車型、英菲尼迪M35、以及索納塔也用的是這種結(jié)構(gòu)。吉利的P2.5其實就是P2的一種,將電動機放在雙離合變速箱的一個輸入軸上(246R軸)。
P3的結(jié)構(gòu)純電驅(qū)動更直接,高效,但是發(fā)動機不能給電池組充電是硬傷,所以需要配合P0或者P1來使用,最典型的例子就是比亞迪的DM2系統(tǒng)了,這也是DM2系統(tǒng)虧電情況下油耗高的根本原因。當然,嚴格來講,比亞迪的DM2屬于一種改進后的P3,通過增加充電中間軸實現(xiàn)了駐車發(fā)電功能,但是發(fā)電效率低依然是問題,所以DM3系統(tǒng)增加了P0。
P4的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)四驅(qū),適合PHEV,可以實現(xiàn)強勁的動力,但是自身也是無法實現(xiàn)給電池組充電,一般不會單獨使用。例如最新的比亞迪DM3用的是P0+P3+P4的結(jié)構(gòu)。
以上這幾種混動方式的共同特點是結(jié)構(gòu)簡單,基本上對原車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)影響不大,開發(fā)更快,成本低,動力強勁,但是控制難度不小,因為控制不好特別容易發(fā)生頓挫、抖動,影響行駛質(zhì)感。
這種混合動力系統(tǒng)一般采用行星齒輪機構(gòu)作為動力耦合和分流裝置,一看到這里,大家立馬就會想到豐田的THS系統(tǒng),不錯,這種方式的代表就是豐田的THS。
THS(雷克薩斯稱為LHS)使用行星齒輪結(jié)構(gòu)的耦合單元替代了變速箱,起到連接、切換兩種動力以及減速增扭的作用,也就是所謂的動力分流裝置PSD(power split device)。以下圖行星齒輪為例,其中sun gear接發(fā)電機,carrier連接發(fā)動機,ring gear接電動機和輸出軸,在不同的車速狀態(tài),PCU計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,通過控制電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速,使發(fā)動機要么不轉(zhuǎn)(發(fā)電機和電動機都是可以反轉(zhuǎn)的,起步或者低速時,電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)動方向相反,互相抵消,從而保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速為0),要么保持在2000rpm~3000rpm的高效率區(qū)間,從而讓發(fā)動機和電動機的優(yōu)勢都充分發(fā)揮。
因為有了混合動力,所以發(fā)動機本身的低速扭矩就不再重要了,然后針對混合動力來優(yōu)化傳統(tǒng)發(fā)動機,開發(fā)出了阿特金森發(fā)動機,進一步提高效率。
以LHS為例說說工作流程吧。
LHD智·混動采用兩臺電動機加行星齒輪的技術(shù)方案,結(jié)構(gòu)如上圖,兩臺電機為MG1和MG2。MG1在變速箱前,主要用來發(fā)電,MG2在變速箱后,主要用于驅(qū)動車輛。當然它們的分工也不是絕對的,MG1還負責啟動發(fā)動機,MG2在剎車時候給電池充電。車輛在低速或者低負載時,只由MG2來驅(qū)動車輛;車輛在正常行駛時,發(fā)動機驅(qū)動車輛,同時靠MG1給電池充電同時驅(qū)動MG2;當急加速時,發(fā)動機和MG2同時驅(qū)動車輛,獲得最佳的性能;在車輛減速剎車時,MG2將進行發(fā)電并充入電池。這些工作都是在PCU(power control unit)的控制下自動的進行,比如急加速時,PCU會控制逆變器輸出高電壓,從而讓MG2爆發(fā)更強的動力。MG1、MG2、發(fā)動機和車輪之間的動力傳遞由ECVT(Electronic Continuously Variable Transmission)即電子無級變速系統(tǒng)來完成,配合PCU可以實現(xiàn)酣暢淋漓平順流暢的駕駛體驗。
通用的Voltec也是功率分流方式,為了避開豐田的單排行星齒輪專利,通用使用了雙排行星齒輪,結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,并在2006年針對該系統(tǒng)正式申請了專利。雪佛蘭邁銳寶XL、別克新君越、凱迪拉克CT6等車型的混動版本搭載該系統(tǒng)。
吉利旗下的科力遠使用的也是此種方式,它的CHS1800、CHS2800、CHS3800以及CHS18000四個平臺,可以覆蓋轎車、SUV、輕型客車、大巴等車型的混合動力方案。
這種方式的優(yōu)點其實大家都看出來了,那就是效率高、順滑,經(jīng)過這么多年的發(fā)展,可靠性完全可以保證,但是相對其他方案,它的動力性讓位于經(jīng)濟性,動力性表現(xiàn)不好,這方面有很多朋友也進行了分析,我這里就不多說了。
雙電機串/并聯(lián)式,其本質(zhì)是在不同的工況上使用串聯(lián)或者并聯(lián)。
串聯(lián)的方式指的是發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電,利用發(fā)出的電力(和電池的電力)去驅(qū)動電動機從而驅(qū)動車輪,并聯(lián)的方式就是發(fā)動機和電動機一同驅(qū)動車輪。
說到這里大家可能想到了低速只能電動而高速可以發(fā)動機驅(qū)動的本田混動系統(tǒng),沒錯,本田的i-MMD就是雙電機串/并聯(lián)方式的典型代表。
從上圖可以清楚的看到i-MMD工作的方式,中高車速發(fā)動機可以直接驅(qū)動車輪,低速則以純電驅(qū)動和串聯(lián)驅(qū)動模式為主,也就是說低速串聯(lián),中高速并聯(lián),這樣可以同時兼顧車輛不同工況下的系統(tǒng)效率,降低油耗,所以從經(jīng)濟性的角度來講,完全可以媲美功率分流式。
另外榮威550 PHEV所用的動力耦合系統(tǒng)EDU也是這種方式。
通過上面的分析可以看出,這種方式的優(yōu)點依然是效率高,相對單電機并聯(lián)方式也比較順滑,當然,成本也比較高,但是其控制難度和集成難度都不高。
總結(jié)
總體來看,以上三種方式各有各的特色,以至于每種方式大有追隨者,而對于用戶來講,搞清楚每種系統(tǒng)的原理和細節(jié)也并不現(xiàn)實,所以用戶只需要大概了解每種方式的特點,知道明顯的優(yōu)缺點,就可以了。目前市場上插混車型選擇面比較廣了,幾乎所有主機廠都推出了插混車型,車型眾多,各種類型都有,但是參數(shù)優(yōu)化和控制策略的好壞差別還是不小的,而這些也是用戶很難從表面了解到的。
在對混動車型的選購中,我這里給出幾點建議吧。
建議:
1、如果充電條件方便(自有充電樁或者附近方便充電),首選插混(PHEV)。相對于HEV,PHEV的經(jīng)濟性和純電行駛的質(zhì)感優(yōu)勢是無可置疑的。
2、動力性和行駛質(zhì)感,不僅要憑原理分析判斷,更要去試駕,多去試駕,自然能感受到不同系統(tǒng)的傾向和優(yōu)勢,還有所帶來的不同的行駛質(zhì)感。
3、混合動力系統(tǒng)經(jīng)濟性的對比,完全可以參照工信部油耗,對于未購車用戶而言,其實很難獲取經(jīng)濟性的真實數(shù)據(jù),而工信部油耗就是最權(quán)威的。