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混动技术哪家强? 终结日系寡头时代竟是它

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刹那间,市场上混动技术如雨后春笋般涌现,技术路线不同,并不妨碍最终实现低油耗、平顺动力的目标。混动技术到底哪家强?又是谁能成为终结日系混动技术寡头时代的英雄呢?

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网易汽车6月16日报道 过去这两三年来,汽车行业经历了罕见的震荡巨变,数十年处于传统制造产业的汽车正在朝着电动化、智能化飞速演进,毫无疑问电驱技术、智能互联以及自动驾驶将成为未来汽车的发展三大主旋律。


然而在充电设施依然不够充盈,电池技术无法突破的当下,电动车是无法革了燃油车的命。


为此,近年来车企在面对双积分压力,以及分享电动化技术成果中,促成了混动技术的快速崛起。混动能够提供接近纯电的驾驶体验,以燃油的补能的用车方式完全不用改变使用习惯,无形中获得了驾驶体验和低油耗的双重提升。

● 混动是压榨每一滴汽油潜能的利器

一滴汽油从喷油嘴喷入燃烧室与空气结合再被点燃,随即膨胀迸发出机械能推动活塞做反复运动,最终通过发动机曲轴向外输出动力,这是所有内燃机动力汽车的动力来源。

对汽车知识有一定了解的朋友一定听说过“热效率”这个词,简单粗暴可以理解为热效率=燃油经济性,然而内燃机的工作特性使然,发动机的热效率分布图谱就像是一座山峰,“最高”热效率只是最高峰的山尖,仅在发动机运转的某一小段区域中实现。


有没有什么办法让发动机一经运转就尽可能发挥在效率最高的山顶区域呢,汽车工程师们想到了电机的辅助,在电机和蓄电池的协同工作下,吸纳发动机多余的动力,又能在起步阶段、临停阶段隔绝发动机低效区间。而在高速工况下,电机的能耗表现有先天劣势,这时候发动机就会站出来接管车辆,发动机可以长时间工作在稳定的低转速下,噪音、能耗表现更优,也能够支持更长的续航。

结合燃油+电驱的特性,混动分为了HEV、PHEV插电混动以及REEV增程式电动汽车几大门类,下面我们就根据各厂商当下主流技术方案进行简要解读,理清楚混动世界的几大门类,从本质上看清各家混动的技术含量。

● 初阶版:离散型电机(P0-P4)

这是欧洲流派的混动技术方案,简单来说就是在现有燃油车动力总成基础上增加电机,发动机、变速箱保持不变,要点是电机增加的位置和电机数量之不同,P0和P1作用是发动机输出前端,功率比较小,起到辅助驱动的作用,可以看做高阶版的启停系统,在车辆起步/临停阶段让发动机熄火而依赖电机驱动,改造难度最低。

各位熟悉的48V系统正是P0结构。

离散型电机分布
电动机 电动机位置
P0(也称作BSG) 电机通过皮带于发动机连接
P1(也称作ISG) 电机与发动机曲轴直接连接
P2 电机安装在变速器和离合器之间
P3 电机安装在变速器之后,发动机和电机是两个独立的动力源
P4 电机在后桥(后轴)
网易汽车

例如大众集团从高尔夫GTE参数图片)到卡宴Hybrid,宝马5系Le是主张P2架构,在沿用传统动力架构的同时,电机可以单独纯电行驶,也可以让发动机介入并联输出实现混动驱动。难点是涡轮增压发动机在启动、停止介入驱动系统时都会产生不小的闯动,但德国工程师凭借扎实的机械功底,做到了行云流水的混动驱动体验。


P2.5算是个独特方案,我们以领克PHEV为例,P2.5技术简单说可以理解为电机布置于变速箱内部,在电机的加持下可以实现最大192kW、425N·m的综合输出,性能明显猛于燃油车。


P3则是比亚迪DM系统选择的方案,例如比亚迪DM第三代DM技术在原先P3架构基础上,加入全新的高功率、高电压BSG电机,形成P0+P3+P4动力架构。这样的多电机结构注重性能表现,比亚迪如今将其更名为DM-p(p意为POWER),后续我们还会讲到更实用的比亚迪DM-i技术,在馈电状态下也能够实现极好的性能表现。


P4就很简单了,位于后轴的电机只负责驱动后车轮,前车轮交给发动机或者混动系统实现四驱,例如丰田的E-Four,WEY P8,宝马i8都是这样的结构。

这样的结构改造难度低,投入见效快,但沿用燃油车的传动机构并没有最大程度发挥出混动系统的技术优势,我们接着往下看。

● PHEV:增加动力电池的升级版

无论是欧洲派的P0-P4,还是日系的动力分流大法,都可以通过加装动力电池,调整驱动系统实现PHEV插电式混动系统。车辆可以选择充电电驱通勤,也可以选择结合燃油的混动模式。


大部分PHEV产品总是存在着各种各样的问题,最普遍的是充电慢,由于一般的PHEV最大也只会采用15-20千瓦时左右的小电池,电池电芯不多,承受不了直流快充的大功率,所以一般只会搭载慢充。

其次就是馈电状态下,电机功率衰减严重,最终车辆无法获得足够的驱动力,馈电状态下油耗低、性能弱。好消息是随着串并联技术的快速崛起,下一代PHEV车型彻底干掉了变速箱,而是启用以电驱为主的原生混动平台,先进的平台优势将更大限度发挥混动系统的优势,PHEV车型馈电也能够实现低油耗不再是梦。


如今PHEV车型也逐步加大了蓄电池容量,市面上常见的车型可以提供80-120公里的续航,降低了补能的频率。不过坏消息是未来市场政策导向将不利于PHEV上绿牌的优惠政策,这将不利于PHEV保持在限购车市现有的市场规模。

●增程式电动车:发动机只发电不驱动

理想ONE不是增程式电动车的发明者,却是市场上销量最好的REEV车型,早前已有宝马i3和日产NOTE的增程式电动车开拓市场。我们以理想ONE为例,增程式电动车发动机不参与驱动车轮,所以更名为增程器更为稳妥。



日产即将引入的e-POWER技术同样为增程式电动车技术,发动机有且只有一个作用,那就是发电,发出的电能可以用于电机运转也可以储存在点动力电池内。

增程式电动车可以自由选择驱动模式,充电设施便利情况下倾向于EV模式,倾向于燃油为主要动力源就启动HEV混动模式保持电量。在混动模式下,增程器运转驱动发电机为驱动电机供电,并将多余电量储备在动力电池中。


根据以往实际驾驶体验来看,PHEV和增程式电动车动力电池的电量直接会影响到性能表现,所以能够发挥出车辆最佳性能表现,尽可能保持蓄电池的合理电量,最佳状态一定是在健康的充电实用状态下实现的。

作为“过渡路线”的PHEV车型其生命周期会远比外界想象的要长得许多,甚至于中国土地的幅员辽阔,城市规模的不断扩大决定了“没有里程焦虑”的PHEV车型会在很长一段时间内都将与纯电动车并行。

●双电机串并联系统

串并联系统通过一个动力分割实现串并联切换,动力分割装置听起来高大上,实际上结构非常简单,相比上面的REEV增程式电动车而言,发动机可以直接驱动车辆,动力性和效能都能得到有力保障,我们以本田i-MMD技术为例。


本田第三代i-MMD系统通过一套齿轴系实现动力分割,实现串联式混合动力为基础,同时可直接与发动机进行串联或并联。最大限度地发挥发动机、电机等结构要素的潜能,实现了高效的能量管理。


EV的驱动模式是电机直驱,关闭发动机,以避开热效率较低的发动机部分负荷下的运转工况。

混合动力驱动模式是利用发动机发电以驱动电机行驶的模式,主动利用热效率较高的发动机运行工况,达到在中、高车速区域高效运转的目标。


发动机驱动模式是指将发动机的驱动力直接传递到车轴的模式,在高速巡航时车辆要求的功率与发动机高效区域相一致的情况下,可有效运用机械传动,以此提高系统效率。

简而概之,发动机一旦工作就会运转在高效率区间,多余的动力被发电机发电储存在动力电池内。


串并联结构简单可靠,实现难度低,受到本田i-MMD的启发后,国产品牌不少争相效仿推出响应的混动系统。目前比亚迪DM-i、奇瑞DHT鲲鹏动力与长城DHT柠檬混动技术,与本田i-MMD结构相近,实现相似的驱动工作方式。

混动技术哪家强? 终结日系寡头时代竟是它

混动技术哪家强? 终结日系寡头时代竟是它

长城柠檬混动DHT全称为Dedicated Hybrid Technology,中文的翻译为混合动力专用技术,是一套完整的混合动力技术方案,包含发动机、变速器、驱动桥、电池等组件。

奇瑞鲲鹏DHT

奇瑞鲲鹏的DHT全称为Dedicated Hybrid Transmission,也就是混合动力专用变速箱的意思,是基于传统燃油车变速箱,加装一些电气化组件来实现混合动力的技术。

可以看到,讲得都是一件事,专业混动机构。但为了与本田产生差异,不被戳脊梁骨,两个DHT系统在发动机输出端加入了挡位,奇瑞鲲鹏DHT采用发动机+双驱动电机的独特组合,加入了三挡变速箱以强化发动机的驱动范围。

混动技术哪家强? 终结日系寡头时代竟是它

混动技术哪家强? 终结日系寡头时代竟是它

比亚迪方面,DM-i系统本质上就是一套以电为主的插电混动系统,拥有驱动车辆和充电的发动机、调配动力的E-CVT变速箱、足以支撑55~120kw续航的刀片电池组和驱动电机。

●E-CVT又是什么?

CVT无极变速箱相信大家都不陌生,它最突出的特点就是平顺、省油,行驶过程中完全不会换挡。乍一听E-CVT这个名字,最直观的感觉就是在原CVT变速箱的基础上增加了什么电控技术,实际上两种变速箱结构和传递动力的方式完全不同。


实际上丰田E-CVT是一套行星齿轮机构实现发动机、电机动力分流,但最终实现顺滑连贯的动力体验和CVT非常相似,为了易于理解并凸显电驱性能,丰田为这套机构起了一个E-CVT的名称。

随后本田的i-MMD实际上是以电驱为主,发动机驱动发电机发电,驱动电机驱动车辆前行,多余电量被运送至蓄电池中。仅通过一组多片离合装置实现发动机直驱,为此同样可以获得平顺连贯的驱动性能,为了便于消费者理解,故而同样沿用了E-CVT的名称。

结构反应的是产品背后的设计思路,注入灵魂的是软件标定,如何驯服内燃机和电机两套驱动系统,发挥出最大效能才是最考验车企开发能力的关键。

●动力分流,丰田引以为傲的THS

如何最大限度发挥混动系统的潜力?工程师们想到直接干掉燃油车的变速箱,以全新动力分流装置将电驱、发动机进行关联,最大限度上发挥出各自技术优势,最大限度提升燃油经济性。


丰田的THS混动技术在全球范围内是应用最早,范围最广泛,技术最成熟的混动技术。

核心机构是通过行星齿轮把发动机动力分割为两路,分别为驱动车辆和发电,用文字很难精准描述清晰,如今THS II双电机机构采用不同轴布置方式,电机的出现并不是单纯为了成为新的动力来源,而是代替了原有的变速箱的位置。

THS的核心是通过电机来调整整个车辆的动力输出方式,更加灵活的调节扭矩,使其能够既具有涡轮车前段扭矩充足的优势,又能够有自吸车后段最大马力充足的特征。

混动系统的工作本质是在于能够通过将发动机维持在热效率较高的工作区间,在小排量的情况下达到原有大排量的出力特性的动力系统,这样既能够有大马力自然吸气车型的动力响应特征,又能降低排量,提升热效率,满足产品所在市场的排放和环保规定。

混动技术哪家强? 终结日系寡头时代竟是它

丰田也十分清楚THS的技术紧紧握在手中是无法发挥最大效用的,在中国积极导入本土化改造,降低成本便有了卡罗拉/雷凌混动的普及。此外,丰田还将THS技术输出给通用和福特,但实际销量和市场反馈十分惨淡。

●结语

中国汽车工程学会最新发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中,明确提出未来15年传统汽车要全面“混动化”。节能减排是汽车工业发展的永恒话题,规划中指出到2035年,一半市场份额的非新能源车型中,混合动力将成为其中的主导力量,销售车型的平均车型的油耗水平将进一步下探。为此我们就不难理解为实现节能汽车的碳中和目标,如今各大车厂相继推出混动新品,汽车产业已呈现多条技术路线并行发展的局面。

这其中,中国车企在混动技术上的的突飞猛进完全不逊色于在新能源领域的领先步伐,在可以预见的未来,市场将面临更高质量的技术PK,混动和电动齐头并进,我与在座各位将一同见证汽车动力技术的电气化格局转变。

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