【讲堂】THS不适合跑高速,DM II电量耗尽之后不省油,为什么?

按照之前文章里边的约定,这回的讲堂来讲讲混合动力汽车的混动结构。为什么都是混动,比亚迪的混动能够跑这么快但省油效果一般,而丰田的混动不擅长加速却很省油呢?

声明:本次讲堂主题的内容较多,将分多次连载。我写着写着才发现越写越多,所以关于这个比亚迪和丰田的问题这次讲不到了,请原谅我当了一个标题党。但我保证每次都是干货满满,比亚迪和丰田的问题也将在后边的文章提到,请大家稍安勿躁。

第一节,如何快速区分串联、并联、混联

这三个名词大家应该都听说过,许多人对此也都有了解,但既然放在讲堂里说,就要说一些和别人不一样的。如何最快捷地区分这三者,另外你真的清楚市场上这么多混动车分别是串联的还是并联的吗?

串联即为增程式,最大的特征是车辆前进的动力全部由驱动电机提供,发动机在任何情况下都不能够直接驱动车轮,其作用是带动发电机发电。也就是说,串联式混合动力至少需要两台电动机,一台小一点的发电机,一台大的驱动电机。有些串联式混合动力车型的发电机在电池电量充足时也可作为辅助驱动电机使用,增加输出。

串联式的驾驶感受(除了会有发动机噪音)和电动车没有什么不同。另外,串联式混合动力车在使用时需要注意,长途行驶时,如果蓄电池电量耗尽,车辆的最大稳定功率输出(瞬时输出还是会挺大的,因为厂家会为电池设立保护机制,不会将电量完全用光)不再取决于驱动电机,而是取决于发电机了,毕竟能量守恒,发1kW的电,用也只能用1kW。

如今市场上的串联式混合动力车型几乎没有,雪佛兰沃蓝达已经停售,在售的传祺GA5 REV算一款,宝马i3增程版算另一款,但同样基于沃蓝达打造的别克Velite 5虽然号称自己是增程式(官方解释是其混动策略倾向于使用串联模式),但由于其发动机有能力驱动车轮,因此,应该归类于混联式混合动力。

并联式的特点是发动机和电动机均可以单独驱动车轮,也可以共同驱动。但是,并联式绝对不能够做到发动机给电池充电的同时,电机驱动车轮。并联式其实比串联式结构还要简单,因为只需要一台电机就够了(可以多,但实现并联式混合动力,最少只需要一台电机就行了)。

市场上大部分德系混动由于采用了P2方案,因此都是并联的。比如宝马5系混动、比如奥迪A3 e-tron。对了,宇宙神车比亚迪秦也是并联混动,它用的是P3方案。(P2、P3下文解释)

混联就是串联+并联,如果串联系统能够让发动机驱动车轮了,或者并联系统能够实现一边充电,一边纯电行驶了,那么这套系统就该被称作是混联了。混联最少需要两台电机。市场上混联车型有什么呢?除了之前提到的别克Velite 5,通用系还有君越全混动、CT6插电式混动等;福特的混动包括蒙迪欧混动、林肯MKZ混动;再有本田i-MMD、丰田THS也都是混联式混动。

那么如何区分串并混就很清楚了,首先看电机数量,只有一台电机的必然是并联。当然,这只是一个简单的方法,毕竟有些车型会在前后轴,或者左右轮各布置一台电机,纯粹看电机数量不能够轻易区分(从实际的角度来说看电机数量就应该是可以辨别并联了,因为有两台电机完全可以实现更加优秀的混联,没必要再用并联,但说不准有厂家脑袋抽风呢),这时候,关键还是看他们的工作模式,找准发动机是否能够单独驱动车轮和能不能在发动机给电池充电的同时,纯电行驶这两个关键模式,就能够区分三种模式。

上边这些提到的串联、并联、混联都是强混合动力,是HEV。轻、强混动的具体并没有十分明确的定义,强混的必有特征是,电机一定能够独立驱动车辆(更严谨点,能够独立驱动车辆以一定的车速行驶,因为凯迪拉克XT5 90V轻混动的电机能够驱动车辆以极低的时速纯电行驶),而轻混,则不能,他们的电机作用是为在起步或加速时提供一定的动力,减少发动机负载,并实现动能回收,以此来降低油耗。

再纠正一个误区,我们现在常说插电式混合动力和增程式混合动力,好像这两者是相对的概念。但其实,插电仅仅是个前缀,和这辆车是并联、混联、或者增程式(串联)这种概念无关,只要一辆车能够通过外接电源为动力电池(区别于寻常燃油车的12V蓄电池,动力电池是为驱动车辆的电动机提供电能的)充电,那它就可以称为一辆插电式混合动力车,完全可以存在一辆插电增程式混合动力车。上文提到的宝马i3以及传祺GA5增程版都可以插电。

更极端的说,插电甚至和强混、轻混无关,只是厂商不会脑残到给轻混配上插电,完全没有意义。还是举那个例子,凯迪拉克XT5 90V轻混动(怎么举出来的例子都是通用的,不走寻常路),这款车就不需要插电,虽然它除了传统12V蓄电池还有一套90V系统(最近火热的48V也是同样道理,但48V更大的意义是取消12V蓄电池,不展开),但不到1kWh的电池容量,为其专门配插电系统(确实是系统,车载充电机是一门大学问)充电5分钟?然后以5km/h的速度纯电行驶500m?这画面太美,我不敢想象。

第二节 P0、P1、P2、P3、P4、PS混动技术方案总览

终于可以进入正题了,以上是大家都熟悉的混合动力分类方式,接下来说的分类方式可能许多人都没有听说过,这种分类不是以驱动模式进行划分,而是以驱动电机在动力总成中的位置来划分的。

PS:各动力和传动部件之间应根据需要添加离合器,图上未标识,也请勿纠结比例问题

以前纵置发动机布局为例,电机位置从前往后到依次为P0(发动机皮带轮端)、P1(发动机曲轴上)、P2(发动机后变速箱输入端,电动机输出需经过变速箱)、P3(变速箱输出端,电动机输出直接加载于主减速器,不经过变速箱)、P4(一般位于非发动机驱动轴上,前驱车就是后轴后驱车就是前轴,于是可以实现电动四驱,如比亚迪唐,沃尔沃S60Le、宝马i8等,但其实按照定义,只要电动机与前边传统动力总成部分没有直接机械连接,就可以称作P4结构)。其中P0、P1为轻混,P2开始则可以应用于强混。

某BSG混合动力大巴的混动系统组成 某BSG混合动力大巴的混动系统组成

P0、P1方案功能比较相似,均为轻混方案。P0也被称为BSG方案,BSG(Belt Driven Starter Generator,皮带驱动起动发电一体电机),通过皮带与发动机相连接,位于整个动力系统的最前端。由于电动机是利用皮带进行外挂,对结构、空间要求很低,对发动机依赖程度大、因此从传统燃油车出发的改造也相当容易。因此早期的轻混动车型大多采用了P0方案。比如奇瑞A5 BSG混动版,以及荣威750 Hybrid,这车比后来的插电混动版的550 Hybrid可早不少,2011年4月量产上市。同时国内在几年前的大多数混动公交大巴也是采用了P0方案。

而P1方案则被称为ISG方案,ISG(Integrated Starter Generator,集成式起动发电一体电机)被集成在发动机飞轮端与发动机同轴,因此传动效率比BSG方案更高,但也因为集成式,空间小,功率做不了非常高。一般情况下不能够满足强混单独驱动车辆的要求。典型例子如国内早期量产混合动力车型代表:长安杰勋HEV,最早该车出现于2008年奥运会期间,2009年长安将其量产上市,但之后一年,销量为0,于是早早退市,没有引起什么波澜。由于P1方案适合用于轻混、技术难度相对较低,空间需求小,传动效率高,因此在48V轻混兴起之后将再放光芒。

某ISG混合动力大巴的混动系统组成 某ISG混合动力大巴的混动系统组成

需要注意的是,P0、P1方案中的BSG、ISG和那些自动启停功能车型用到的BSG、ISG不同,P0、P1方案的电机功率更大,除了完成启停任务之外,还可以在急加速,爬坡时辅助驱动车辆,属于轻混范畴。典型例子就是XT5轻混动(又来了),因为采用了90V供电,电机功率更大,不仅可以参与辅助驱动,在启停时也能够将发动机转速提高至600rpm,而一般启停电机只能达到300rpm,而怠速在700rpm左右,这400rpm的转速差就要靠发动机自己点火。因此我们可以清楚的发现,一般自动启停都会伴随明显抖动,但混动车型发动机介入时却几乎感觉不到,就是因为电动机功率上的差别导致。

想了想,还是当3K党,2k党混章节数有点不太厚道,于是将第二节的内容稍微加了一些进来。因为接下去的部分已经写了一部分,大纲也有了,因此下期讲堂——顶尖车企BBA用的就是最好的混动吗?应该不会让大家等多久。

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