判斷一款純電動車(BEV)的好壞,離不開電機、電池、電控這三大部件。要說最關(guān)鍵的一項,非電池莫屬。
為了提高純電動車的綜合性能,車企不斷在電池上做加法,但過于激進的電池策略會帶來很多不穩(wěn)定性。而且,無論電池再怎么提高,也無法徹底解決續(xù)航焦慮的問題。
與BEV不同,插電混動車(PHEV)對電池性能和容量要求相對較低,且不存在續(xù)航焦慮的問題,即便一直不充電,也能正常行駛,這是它與BEV的本質(zhì)區(qū)別。
從技術(shù)層面上看, PHEV比BEV復(fù)雜得多,那決定一款PHEV性能優(yōu)劣的是什么?
有內(nèi)燃機,又有電機;有電池,又有油箱;要充電,又要加油……還有比PHEV更復(fù)雜的車嗎?
答案是機電耦合策略。
若將發(fā)動機和電機比作一對夫妻,那機電耦合策略就是這對夫妻的相處方式。誰主外,誰主內(nèi),誰在什么時候該干些什么,完全取決于雙方的默契。最終目的,都是為了讓家庭更幸福美滿。
不過,家家有本難念的經(jīng),何為幸福美滿,不同家庭有不同定義。同理,不同的插混系統(tǒng)也有不同的訴求,有的以性能優(yōu)先,有的以綜合效率為重。究竟怎樣的機電耦合策略最能代表PHEV未來發(fā)展趨勢?
橫向?qū)Ρ纫幌履壳爸髁鞯牟寤煜到y(tǒng),也許就有答案。
在大多數(shù)人的印象中,混動技術(shù)并非德國人的強項。但實際上,他們在這一領(lǐng)域籌劃已久,并且有著相當(dāng)充裕的技術(shù)儲備。
要讀懂德系插混技術(shù),其實只需讀懂P2混動模式。無論奔馳、寶馬,還是奧迪、大眾,均采用這種機電耦合形式。
“P” 是Position(位置)的意思,“2”指的是電機所在的位置。按照電機所處的位置,單電機混動系統(tǒng)共有6種布局方式(如下表)。
P2混動模式,也即驅(qū)動電機置于發(fā)動機輸出端和變速箱輸入端之間,電機前后各設(shè)一組離合器用以切換驅(qū)動方式。若以最簡單的方式來描述各部件間的排序,從前到后的順序應(yīng)該是:發(fā)動機、離合器1、電機、離合器2、變速箱。
上圖為大眾插電混動原理結(jié)構(gòu)圖,這是典型的P2混動模式,電機前后各有一組離合器,用以連接發(fā)動機和變速箱。
P2混動模式可實現(xiàn)純電驅(qū)動、純內(nèi)燃機驅(qū)動、混合驅(qū)動,以及能量回收,這與其他形式的混動系統(tǒng)并沒太大區(qū)別。而它最突出的優(yōu)勢,就是可以優(yōu)化電機的動力性能。由于變速箱位于整套動力系統(tǒng)的末端,在低擋位下能將電機扭矩進行放大,因此即便驅(qū)動電機功率較小,也能有著出色的動力性能。
以帕薩特PHEV為例,其電機最大功率只有85kW,弱于凱美瑞混動的88kW,發(fā)動機部分的輸出也不及凱美瑞混動,且整車重量也更大,但無論是主觀感受還是0-100km/h加速的實測加速成績,均強于凱美瑞混動。
P2混動模式有缺點嗎?當(dāng)然有。最明顯的是動力切換平順性不佳,尤其是在純電驅(qū)動切換至混合驅(qū)動的過程,由于電機處于高轉(zhuǎn)速運作,而發(fā)動機處于靜止?fàn)顟B(tài),通過離合器進行結(jié)合時難免會出現(xiàn)動力頓挫。
另外,發(fā)動機和離合器產(chǎn)生的高溫會直接影響驅(qū)動電機,從而導(dǎo)致電機運行功率降低,影響動力輸出穩(wěn)定性。
P2混動模式的PHEV在平順性上略有瑕疵,這是因為其動力輸出至車輪前,還需經(jīng)過變速箱的“梳理”。
總的來說,采用P2混動模式的PHEV,在動力性能和燃油經(jīng)濟性方面較為出色,相對簡單的機電耦合結(jié)構(gòu)使其更“方便”地整合到現(xiàn)有車型上。除了絕大多數(shù)德系PHEV之外,韓系PHEV也是P2混動模式的“粉絲”,現(xiàn)代最新一代伊蘭特的PHEV版,采用的就是P2混動模式。
不過,由于平順性和穩(wěn)定性的問題,P2混動模式并不是目前最理想的插電混動方案。
在國內(nèi)PHEV市場,一直鮮見日系選手的身影。以至于不少人認(rèn)為,日系品牌只會做油電混動(HEV),對于混動程度更深的PHEV則無計可施。
事實上,只要做好HEV,發(fā)展PHEV是毫無難度的,尤其是對于“兩田”而言,他們在HEV上的機電耦合策略完全可以應(yīng)用到PHEV上。
想·對于豐田和本田而言,做好油電混動,就等于做好插電混動。
去年,豐田推出了卡羅拉雙擎E+及其姊妹車?yán)琢桦p擎E+,這兩車是豐田首次在中國市場推出的插電混動車型。從賬面數(shù)據(jù)看,這兩款車并沒有十分吸引人的地方:純電續(xù)航距離為55km,綜合油耗1.3L/100km,0-100km/加速時間在10秒開外。這樣的性能表現(xiàn),能有競爭力嗎?
別光看賬面指標(biāo),豐田PHEV的真正實力在于匱電油耗。
在匱電狀態(tài)下,多數(shù)PHEV的實際油耗并不比普通燃油車低多少,機電耦合做得不好的,甚至還高于普通燃油車——這并不奇怪,因為同樣型號的車,插電版比燃油版要重不少。
但豐田的PHEV是個例外,在匱電時可以達到與HEV高度接近的油耗表現(xiàn),而且行駛品質(zhì)不會產(chǎn)生變化。這是怎么做到的?
在我們此前的實測中,雷凌雙擎E+的匱電綜合油耗為4.4L/100km,與HEV版(2018款,4.2L/100km)相差無幾。
豐田旗下的所有PEHV車型,機電耦合機構(gòu)都與其HEV車型完全一致,依然是那套久經(jīng)考驗的THS混動系統(tǒng)。在這套系統(tǒng)中,主要動力源是一臺發(fā)動機和兩臺電機。為了發(fā)揮更高的能效,采用了一組行星齒輪組作為動力分流機構(gòu),在行駛過程中對扭矩輸出進行實時調(diào)整,整套系統(tǒng)都圍繞著高效率、低能耗的目標(biāo)運作,而不是一味地追求動力輸出。
能在匱電時保持低油耗,這對于PHEV用戶而言意義極大:即便長期不充電,也是一款高水準(zhǔn)的HEV。
(豐田混動系統(tǒng)的核心是通過行星齒輪組對電機和發(fā)動機輸出的動力進行合理分流,以達到兩者最理想的工況,其設(shè)計初衷并非為了榨取性能。)
與豐田類似,本田的PHEV也是采用與HEV車型相同機電耦合機構(gòu)——i-MMD雙電機混動系統(tǒng)。
從本田現(xiàn)有的混動車型可以看出,i-MMD本就是一種比較接近純電動車的混動系統(tǒng)。電動機作為主要驅(qū)動源,動機只充當(dāng)“供電站”的角色,只有在高速勻速行駛時才會直接驅(qū)動車輛。
而在i-MMD的“PHEV版”上,發(fā)動機的存在感被進一步淡化了——只負(fù)責(zé)充電,不再直接驅(qū)動車輛,整套系統(tǒng)更接近于增程式混動的結(jié)構(gòu)。與此同時,其電池容量也增大了,電動機的功率密度和扭矩密度都得到提升,不但讓純電行駛距離大大提高,而且純電模式下最高速度可達140km/h以上。
純電動模式下,單靠電池和電動機,本田i-MMD插混系統(tǒng)的功率已達到總功率的90%以上。
在最重要的匱電油耗方面,以本田Clarity Plug in Hybrid為例,在完全不充電的情況下,其綜合油耗也僅為3.57L/100km,比同平臺且重量更輕雅閣混動(4.2L/100km)更低??梢姳咎镞@套插電混動系統(tǒng)的厲害。
在眾多插電混動技術(shù)流派中,比亞迪的DM系統(tǒng)是最與眾不同的一位。它整合了當(dāng)前混動領(lǐng)域的各項優(yōu)勢技術(shù),在性能表現(xiàn)方面十分出色。
目前,比亞迪的DM系統(tǒng)已發(fā)展到第三代。以現(xiàn)款比亞迪唐DM為例,它采用了獨創(chuàng)的P0+P3+P4混動構(gòu)型,其中P0位置的電機主要在低速低負(fù)載工況下輔助發(fā)動機驅(qū)動車輛;P3電機位于變速箱輸出端,擁有290kW、630Nm的動力儲備,能與發(fā)動機實現(xiàn)并聯(lián),輸出強大的動力;而P4電機則獨立于發(fā)動機設(shè)于后軸上,除了輔助動力輸出之外,還能實現(xiàn)純電四輪驅(qū)動。
為何不拿最新上市的比亞迪漢DM做例子?因為漢DM未配備前軸電機,不像唐DM那樣達到“滿配”狀態(tài)。
所謂“純電四驅(qū)”,也即在車輛發(fā)動機不參與驅(qū)動時,僅靠前后軸的電機實現(xiàn)四輪驅(qū)動。這種四驅(qū)形式不需要傳統(tǒng)的傳動軸,動力輸出效率更高效,而且可控性更高。當(dāng)然了,這套四驅(qū)系統(tǒng)的主要任務(wù)不是越野,而是讓前后輪擁有更均衡的牽引力,在濕滑路面上保持車身動態(tài)平衡。
(比亞迪唐DM的后軸電機與發(fā)動機不相連,通過扭矩管理系統(tǒng)實現(xiàn)電動四驅(qū),這樣的設(shè)計讓后輪的動力輸出有極高的自由度。)
值得注意的是,在比亞迪DM系統(tǒng)中,發(fā)動機的動力能全數(shù)釋放到車輪,而無需經(jīng)過復(fù)雜的機電耦合系統(tǒng)分流動力,在發(fā)動機和電機協(xié)同輸出之下,能實現(xiàn)動力的高效疊加。這樣的設(shè)計雖然能最大限度滿足用戶對動力輸出的要求,但缺點是不利于降低能耗。
唐DM在匱電狀態(tài)下的油耗數(shù)據(jù)(下圖),與電量充足時(上圖)差距甚遠。
在我們此前的實測中,唐DM的匱電綜合油耗高于12L/100km。對于一款整備質(zhì)量超過2.2噸的7座SUV而言,這樣的油耗也許還能接受,但對于一款PHEV而言,意味著其在匱電狀態(tài)下的燃油經(jīng)濟性并不理想。
小結(jié):
至此,我們大致了解到各主流插混系統(tǒng)的特點:
德系車和韓系車慣用的P2插混系統(tǒng)有著結(jié)構(gòu)簡單、低成本、普及度高的優(yōu)勢,但平順性是硬傷;
“兩田”為代表的日系插混以原有的HEV混聯(lián)架構(gòu)為基礎(chǔ),延續(xù)了HEV車型高能效、高平順性、高便利性的特點,缺點是動力表現(xiàn)不突出;
比亞迪的DM系統(tǒng)是別樹一幟的存在,系統(tǒng)最為復(fù)雜,技術(shù)含量也較高,性能表現(xiàn)確實無話可說,但匱電油耗是短板。
可見,不同派系的插混技術(shù),都有著各自的優(yōu)缺點,要說哪一種優(yōu)勢更大,從技術(shù)上還真難以區(qū)分。
從市場層面上看,性能指標(biāo)突出的比亞迪插混車型曾是PHEV市場的主流,但隨著采用P2混動模式的德系PHEV越來越多的出現(xiàn),市場的主動權(quán)逐漸掌握在他們手中。像寶馬530Le,帕薩特PHEV在今年的表現(xiàn)都十分亮眼。
不過,目前市面上絕大多數(shù)PHEV車型都是由傳統(tǒng)燃油車改造而來,燃油版車型的市場表現(xiàn),很大程度上決定了其PHEV版的成敗。隨著越來越多熱銷車型進行PHEV化(如即將上市的RAV4 PHEV和CR-V PHEV),插電混動市場將會迎來一波新的發(fā)展高潮。
文 | 超人
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