30
2016
12

混合动力哪家强?(上)

文:Kimi | 来源:飞灵汽车

  前面两篇文章,Kimi带大家深度剖析了目前电动车的阿克琉斯之踵----电池所存在的技术难点。结论是:目前不管是燃料电池还是动力电池在技术上都存在着难以大面积推广的弊端,而作为汽车进入“纯电时代”的过渡产品----混合动力汽车,才是目前相对容易推广的能源与环保解决方案之一。

  那什么样的车才是混合动力汽车呢?目前行业内的定义是这样的:混合动力电动汽车(Hybrid electric vehicle,HEV) 是通过先进控制系统将发动机、电动机、能量储存装置(蓄电池等)组合在一起的多动力源驱动的汽车。

  目前混合动力车型的类型比较多,按传动系构型可分为:串联式混合动力、并联式混合动力、混联式混合动力三种。根据混合度(即电功率比例)的高低可分为:轻混、中混、重混(强混)。按可不可以外接充电可划分为:一般混合动力(Hybrid)、充电式混合动力(Plug-In)。

  1、并联式混动

  发动机为主,电动机为辅,电动机一般无法单独驱动汽车。系统输出动力等于发动机与电动机输出动力之和。代表车型有:本田CR-Z。

  2、串联式混动

  串联式混合动力系统最接近于纯电系统。配置的发动机仅用于推动发电机发电而不直接参与驱动汽车。系统输出动力等于电动机输出动力。代表车型有:雪佛兰沃蓝达、广汽传祺GA5 PHEV。

  3、混联式

  电动机和发动机都能单独驱动汽车。由于系统中配置有独立发电机,因而系统输出动力大于发动机与电动机输出动力之和。混联式系统结构复杂,但动力性能和燃油经济型都相当出色。代表车型有:普锐斯、雷克萨斯CT200h、比亚迪秦、唐、Golf GTE、雅阁Hybird等等。

  按混合度的区分,我们可以通过一张表格解读:

  混连式基本都属于强混,而插电式也基本都能满足25%以上的电功率比例,所以也属于强混。如果要比较混动技术哪家强,能站上擂台的无疑都是各家旗下的强混好手。所以今天就要和大家一起聊聊目前行业里主流的几种强混模式的优劣。在目前强混的阵营里大致可分为三大派系:丰田系、大众/比亚迪系、本田系。之所以将大众和比亚迪划分为同一派系,在于他们除了电机数量的不同之外,驱动模式的控制逻辑比较相似,后面会有详细解说。

  1、丰田系

  丰田THS系统是典型的混联式混合动力系统,至今已发展到第二代,THS是“Toyota Hybrid System”的缩写,最早搭载在第一代普锐斯上,下面我们就以最新的THS-II系统对混联式混合动力系统进行解释。

  THS-II系统主要部件有一台阿特金斯循环的高效发动机、永磁交流同步电机、发电机、镍氢电池组以及功率控制单元。而THS-II系统的关键也是最为复杂的部件就是由两台永磁同步电机及行星齿轮组成的动力分配系统,也叫E-CVT(电子控制无级变速器)。E-CVT并非是常规的CVT变速箱,也没有钢带。为了更好的理解它的工作原理,我们通过车辆在几种不同工况下E-CVT各个部件的运转情况来解读。

  E-CVT带有两台电机(既能作为电动机,也能作为发电机)——MG1和MG2。MG1主要用于发电和调速启动发动机,MG2主要用于推动汽车。而MG1、MG2以及发动机输出轴被连接到一套行星齿轮机构的太阳轮、齿圈和行星架上。发动机输出轴与行星架相连,MG1电机与太阳轮相连,MG2与外圈齿轮相连,同时作为动力输出与减速器和差速器相连。动力分配就是通过功率控制单元控制MG1和MG2电机,通过行星齿轮机械机构进行巧妙分配。车辆行驶时,在不同工况下MG1电机相连的太阳轮在进行着正转和反转运动,而与MG2电机相连的外圈齿轮只有在发动机挂入倒挡是才会反转,与发动机相连的行星架只能处于静止或者正转状态。

  多工况下的E—CVT机构运转逻辑

  1、车辆在启动时

  此时处于纯电工作状态,发动机并不启动,行星架被固定。MG2驱动行星齿轮齿圈,推动车辆前进。此时,MG1处于空转状态。

  2、车辆行驶时

  车辆起步后,由于MG1电机被设定了最高反转转速,车辆在行驶在42km/h左右时,MG2电机无法继续单独的对车辆进行提速。这时车辆需要继续提速,发送机就必须带动行星架运转来降低MG1的反转速度。此时控制单元会主动发出型号,让MG1电机作为发动机启动的启动机,启动发动机来对车辆进行提速。此后发动机和MG2的转速都会提升,MG1的转速会由反转的高速变为低速,最后转变为正转的高速。当然,发动机如果是处于轻负荷工况,发动机会驱动MG1电机充电,并供给推动MG2运转的电能,MG2提供附加的驱动力用以补充发动机动力。而如果发动机处于高负荷工况是,THS-II系统镍氢电池组的电控系统也会根据加速度需求,输出电流去驱动MG2电机。此过程的主动部件为发动机。

  3、车辆急加速

  车辆不管是起步还是在低速行进中(低于42km/h)时,如需要更多动力(驾驶员深踩油门或检测到负载过大),MG1会转动启动发动机。此过程MG1和MG2两部电机都将作为主动部件。如果是此时速度是高于42km/h时的急加速,此时THS-II系统的镍氢电池组就会对MG2进行电流输出来提供更强悍的动力。

  4、车辆减速时

  车辆减速时的能量回收是丰田THS-II系统工作的精华之处,控制系统在检查到车辆进行减速时,这套系统会将制动的能量进行回收,对电池进行充电。在目前大多数的混合动力车型上,制动动能回收都设计了两种档位工况,既常规的D档和制动回收B(B其实就是brake的缩写)档。车辆在D档减速时,发动机停转,MG1空转,MG2被车轮驱动发电给电池充电。在B档减速时,MG2产生的电能一部分给电池充电,一部分供给MG1,MG1驱动发动机。此时发动机断油空转。MG1输出的动力成为发动机制动力。所以在B档减速时,会明显感觉到车辆瞬间会有一种拖拽感。这种感觉就像开着手动挡的车收油的感觉,高速時像4档3000转收油,低速時像2档3000转收油。所以B档的使用是设计为下坡时使用,既可以利用回收的能量减速,也能减少刹车的磨损。

  D档减速时

  B档减速时

  丰田这套混合动力系统的最大优势就是在于它的能量回收系统在任意减速状态下都是实时的,而且混动和纯电动行驶的状态也是通过电子控制系统根据驾驶需求进行实时切换的,不需要通过手动去切换模式,过程非常平顺,驾驶的感受很接近于CVT变速箱,所以这就是为什么丰田给这套系统取名为E-CVT的原因。

  丰田这套THS-II系统的智能与高效,能为搭载它的车型节省30%~50%的燃油。这就是丰田为什么会骄傲与偏执的采用着不插电(普锐斯的插电更多的是屈服于全球各地区的新能源补贴政策而为之)策略依然能驰骋江湖的原因。但是这套系统也并非没有一点瑕疵,比如这套系统的B档在下坡滑行而不踩刹车时,是不会有刹车灯亮起对后车进行警示的;比如丰田一直采用的是镍氢环保电池,但是这种电池相比于锂离子电池,体积大、重量重、单位容积小,同时存在着电池记忆问题,需要定期保养来消除因为电池记忆所导致的容量衰减问题;再比如这套系统天生就是为了节能而生,并不像其他插电式混动的动力那么暴力强悍。

  由于文章篇幅有限,比亚迪/大众系的插电式混动,本田串联式变种的插电式混动以及对于后买混动消费者的一些建议下一篇会重点介绍,敬请期待。


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评论列表:

1.动画制作  2019-9-7 15:33:40 回复该留言
目前混合动力车型的类型比较多

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