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分析混合动力汽车火爆的真实原因

【混合动力汽车】近几年忽然就火了,甚至成为比电动汽车更热门的车型。原因普遍认定为比燃油车更节油,相比电动汽车又没有续航里程的焦虑;或者有些混动汽车不需要充电也能实现等效能耗的降低,这对于没有固定停车位的汽车用户而言是更理想的选项。

这些说法都没有错,只是不同的评价对应的是不同类型的混动技术平台,那么第一节就来看一看两类不属于新能源汽车范畴的“蓝牌混动汽车”。

 


轻混&油电混合

1:「MHEV·48V系统」被称之为轻混系统,这是所有混动平台中的入门级选项。之所以用“入门”评价轻混,原因在于此类系统肯定不能实现纯电模式的短距离驾驶,同时还因为没有电驱动力的空调压缩机,导致熄火后无法使用冷空调系统。说白了就是和燃油车的使用方式没有本质区别,为什么会这样呢?参考下图中的BSG电机连接方式,关键词为“皮带连接曲轴”。

 

燃油汽车装备的内燃式热机依靠曲轴带动飞轮输出动力,活塞连杆都是与曲轴连接的;而活塞在气缸内的往复运动是曲轴的驱动力,反之曲轴运转机体的所有系统就都会运行。重点是运行过程中阻力是相当大的,怠速时需要800rpm的转速输出8~10kw左右的功率,克服的正是运行阻力以及连接的压缩机、发电机与水泵等系统的运行阻力。

 

BSG·发电启动一体机是通过皮带与曲轴连接,位置是为所谓的“P0”。电机输出功率是要通过曲轴与集体核心结构,才能通过飞轮输出转矩的。所以在发动机熄火后单独由电机驱动并不现实,因为BSG在轻混系统中最多使用10kw功率标准,被机体运行阻力克服部分后也就没有什么了。

所以轻混系统的BSG电机只能在内燃机启动之后,车辆的起步或加速过程中辅助输出动力;其输出的部分就是内燃机可以降低的部分,起步加速阶段的行驶阻力最大(油耗最高),通过电机的辅助降低内燃机的消耗,其耗油量就必然会降低了。(比例约5%)

 


2:「HEV·油电混合」系统以合资品牌汽车的ECVT为代表,这种技术与轻混完全不同。不过在解析原理之前要了解一个小知识:电机依靠电流转化为电磁场驱动悬浮的转子,这种转化方式不需要空气也不需要热能,结构精简的电机也没有什么运行阻力。

所以这种发动机的能量转化效率可以达到最高97%,而内燃机最大效率(热效率)也不过41%,平均值充其量有35%左右。电机的能耗自然会比内燃机低很多,标准仅仅是⅓左右;说白了就是将电能等效转化为汽油,以1升油等于三度电为标准,综合中大型汽车的平均“油耗”也不过5L/100km左右,是不是很省呢?

 

油电混合系统则是通过电机的高效率,将辅助驱动升级为“高度辅助驱动”。以ECVT系统为例,作为变速箱的机器中有两台电机,其中一台是与BSG相同的发电电机;而另一台则是功率从几十千瓦到上百千瓦的驱动电机。

车辆在行驶中由电机作为主要驱动力,以低能耗实现合理的动力体验(通勤效率与速度)。内燃机主要作为辅助驱动力,同时带动发电电机即时发电;虽然发电过程中存在损耗,但是高效率的电机不能能抵消损耗,而且还能以少量的电实现正常驾驶。

 

油电混合系统确实做到了理想的节油标准,且很多车辆是装备电空调压缩机的,熄火后也能使用十几分钟的冷空调。这对于堵车时降低怠速油耗也很有效果,然而这种平台仍然有缺点,解析需要综合PHEV,请看第二章。

 


PHEV·插电式混动系统

  1. 增加电池组容量
  2. 增加充电模组

实现上述两个标准,是不是能够不用频繁的利用内燃机发电,而是用电网充电即可实现长距离的油电混合驾驶。甚至可以用更加节能的纯电模式行驶几十甚至上百公里,在长途通勤时再用混动模式,这似乎是最佳的节油模式了。

事实也正是如此,所以主流合资品牌也都有以ECVT平台为基础,以上述两种方式打造的插电混动汽车。但是这些车的销量就不如其品牌的油电混合汽车了,原因是有更理想的混动技术平台。

 

ECVT的缺点在于「性能偏弱·Plus」,原因在于小型横置变速箱的内部集成了两台电机,这就必然会影响电机的功率。所以双电机(涵盖发电电机)也往往只有50~120kw的是标准,然而电机的功率过低则能实现的车速也会偏低,不过一旦达到恒功率区间扭矩就会快速且大幅的下降。提升转速的方式只能依靠再拉升转速,然而这会非常费电的,且性能也会有明显的衰减。(动力曲线参考下图)

 

综上所述,由于ECVT的电动机动力储备过低,同时内燃式发动机又是动力几乎最差的米勒循环或阿特金森循环技术。这种组合完全是趋于“低性能驾驶·节油”的设定,内燃机动力不足起步时依靠电机辅助,电机高功率运行时要依靠内燃机辅助——这是「0.5+0.5=1」的概念,性能“峰值”是没有什么变化的。

但因为电机的“0.5”只需要消耗内燃机“0.5”标准的三分之一,所以整体油耗可以降低⅓甚至更多;那么也只有能接受保守的驾驶风格的话,这些插电式混动车才值得选择。

 


  • 重点:DM系列的混动平台能力更全面

自主品牌混动汽车比较有代表性的是「DM·多引擎插电混动」,其电动机并不集成于传统变速箱,这就能让内燃机充分发挥性能且能够降低油耗。要知道ECVT系统的内燃机只有一个前进挡,拉升功率只能依靠拉升转速;而该系统以6个前进挡可以做到“高车速·低转速”的节油标准,而同样拉升转速性能也会更强,因为机型往往是动力强劲一些的奥托循环普通技术。

电驱系统则采用独立布局的大功率永磁同步电机,比如P3架构的前置电机会装备在变速箱的末端,输出动力可以与内燃机同步、也可以单独驱动车辆行驶。而且能够与BSG电机配合,在传统变速箱换挡时稳定发动机转速,换挡不丢转自然会非常平顺的。

 

重点1:DM系统也有BSG电机,所以在混合动力模式中能够实现行车中发电,也就是所谓的增程驾驶。

而且电机的驱动力更强,在普通混合动力模式中又能以更大幅度降低内燃机运行负荷;所以这种技术会更加的节油,同时还能够以更强的动力储备实现中等油耗标准的「高性能驾驶乐趣」,这是仅使用低效率内燃机的燃油车绝对做不到的高标准。

 

重点2:参考其P4架构后电版本,或者P3+P4的双电机版本,这两个平台是能够实现后驱与全时四驱切换,以及全时四驱运行的高标准选项。对于轿车与SUV而言都能够有效的提升车辆的操控,以及脱困极限。然而使用这些平台的汽车价格却普遍只在15/30万区间,相比相同性能的燃油车要低几十万,这就是混合动力汽车能够普遍获得认可的核心因素。

 


预测·REEV

不论ECVT还是DM系统,其内燃机都要考虑到参与驱动。作为动力源则需要变速机构,对于内燃机的性能标准也是有一定要求的。结果则是燃油模块的成本投入还是会高一些,车辆的价格也就难以拉低到快销车(5/15万区间),这对于更需要节油而不是很追求性能的用户而言是有些遗憾的,此时就需要增程REEV汽车了。

 

不用赘述,增程汽车只是在电动汽车的基础上增加一台内燃机与发电机,功能只需要满足行驶中发电即可。同时作为插电式增程汽车并不需要很长的纯电续航,满足100/200km的日常代步,这种标准等于大幅降低电池组的容量,制造成本必然能大幅下调。

所以最终能让节能型混动汽车替代燃油车的会是REEV,并联式PHEV就像是燃油车时代的中高端选项,混合动力汽车是大有可为的。

 

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