混不混动,关我什么事
原创2019-11-15 22:24

混不混动,关我什么事

很多人可能近几年才了解到电动汽车和混动汽车,实际上两种技术已经发展了很久,电动汽车由于三电以及成本问题,开始逐渐进入市场和被接受差不多只有10年时间,而混动汽车则已经长达20多年。


之所以在中国市场其接受程度远远低于国外市场,其根本原因是因为汽车在中国的普及是近10年才开始,用户开始负担得起并了解认识汽车需要一定的时间,由此导致了大部分用户在选取车辆时候,会尽量考虑“大而全”的功能,以覆盖所有可能的使用场景。


当消费者开始逐渐回归理性之时,选购汽车除了品牌影响之外,实用且好用几乎成为了唯一标准,所以电动汽车和混动汽车才逐渐走入中国消费者的视野。


电动汽车优势在于电机动力系统本身的特性,安静、行驶顺滑、提速快、充电和维护成本低、车内空间大等;而缺点也非常明显,目前由于基础设施建设还跟不上,无论充电速度有多快,充电站的不足依然会导致使用不便利。


所以想要节能省钱,又不用担心长途出行无处充电,混动车型成为了不二选择。


混动怎么“混”


混动汽车虽然都叫混动,但实际上混动分为很多种类型,以实现不同的效果。从结构上分,根据电机位置可以分为P0~4多种结构,不同结构有着不同的特点。



现代汽车基本都配备有一个小电机,通过皮带与发动机前端连接,发动机带动电机进行发电,给蓄电池充电和给车辆电器提供电能。P0结构就是将小电机换乘一个较大的电机,配备稍大的蓄电池。


优势是能够做到发动机临时关闭时(短暂停车等情况),使用蓄电池电量带动空调的机械压缩机运转,提供冷风功能。缺点则是由于是皮带连接,其传动效率很低,所以几乎无法给发动机提供增加功率功能,且动能回收时效果也很一般。这种结构多应用于低电压(12~25V微混,48V轻混),为自动启停服务 ,其节能省油效果微乎其微。


(SQ7 TDI采用了P0结构)


P1混动在P0结构至上进行改进,将电机与发动机改造成一体化。将传统飞轮改造成电机,发动机转动的曲轴作为电机转子,也就是只要发动机运转,电机就在运转。


优势是由于从柔性连接变为了刚性连接,所以传动效率高得多,除了支持发动机启停、能量回收功能外,还能根据驾驶员所需,对发动机输出进行动力补充,且在动能回收时,甚至可以通过电机施加电能,辅助增加制动力,提升安全性。但缺点是由于电机与发动机是一体的,也就无法实现单独利用电机驱动,也就是无法纯电行驶,并且在动能回收和空挡滑行时,曲轴必须跟随转动,浪费了不分动能并造成了振动和噪声产生。这种结构由于电机大小和传动效率变化,不仅可以应用于低电压(12~25V微混,48V轻混),还能应用于100~200V的中混系统,相较于P0结构稍省油一些。


(本田insight,采用的P1结构)


于是P2结构出现了,与P1结构类似的是,P2的电机也在发动机和变速箱之间,但是并没有整合到发动机中,而是通过两个离合器负责发动机与电机、电机与变速箱的结合,所以P2能够断开与发动机的连接,只使用电池进行纯电行驶。


优势是可以不被发动机耗费动能,以纯电模式达到电动汽车效果,并且动能回收时效率也大大增加,此外因为在电机后面还有变速箱进行调整扭矩,所以电机可以不用太大,降低体积和成本。缺点则是由于电机与变速箱连接,所以需要切换到空挡,电机才断开输出连接,也就意味着如果需要自动启停,变速箱需要不断切换到空挡,非常麻烦,所以P2结构都会在附加一个P0或者P1结构作为启动电机,因此多被称为“P0P2系统”。


由于这种结构在发动机和变速箱之间加入了离合器、电机、第二个离合器的结构,所以轴向尺寸大大增加,导致布局汽车中较为麻烦。于是德国舍弗勒公司推出了舍弗勒P2结构,将第一级离合器整合入电机结构中,不仅降低了布局难度,且用电控实现了精准控制动力传输。最重要的是这种结构是模块化的,整车厂可以对动力系统稍作改造,进行应用。P2结构相较于P1省油的多,目前较多混动车型采用的都是这种结构,并且配合电池由于可以纯电行驶几十公里(根据电池大小),能够符合补贴要求。


(奔驰S400 Hybrid,采用的P2结构)


接下来P3结构的电机进一步向后移动,把电机放在了变速箱之后,与车轴连接,输出更直接,效率更高,所以自然而然也可以纯电行驶,并且能够提供较大“动力补充”,例如法拉利的LaFerrari。优点是由于该结构对原有的动力系统改动更小,对于设计来说更为容易,并且但由于该结构电机在变速箱后面,直接连接驱动轴,所以对电机功率要求较高,也就意味着电机增大的体积要占用空间,因此该结构多用于后驱。这种结构省油程度相比于P2来说并无什么优势,只是传动效率较高,动力响应快。


此外,有种叫Ps结构的是P3结构的改版,将电机集成到了变速箱内部,通过双离合变速箱的双轴特性,将电机集成在其中一轴,以实现P3结构。


(法拉利LaFerrari,采用P3结构)


最后一种是P4结构,电机和发动机负责两个不同的驱动轴,例如发动机前置,电机布置在后轴,反之相反。优点是不通过复杂机械结构就能实现四驱,缺点是如果切换纯电行驶就意味着前驱、后驱的切换,不利于车辆整体操控性和舒适型。


(918 Spyder,采用P4结构)


所以P4要么采用插混,只有需要强劲动力才启动发动机驱动,或者不是插混,以发动机为主,另一个电机作为辅助使用。也正是因为这种结构模式导致,一般还会在发动机端加一个小电机作为启动和充电,甚至提供部分动力。例如保时捷918 Spyder就是采用“P2P4”结构,前轮电机驱动,后轮是电机加发动机混合驱动模式。这种模式大多节约并不是主要目的,而是提供强劲的动力,当然相比于传统燃油车,提供相同性能情况下,油耗还是低不少。


“日式”混动


上世纪70年代发生的两次石油危机,一度导致从来不担心油价的美国市场,被日系“省油”车型一步步蚕食。而后在90年代,加州为了降低汽车为其对环境和公众健康的危害,通过了《Zero Emissions Mandate》(零排放法案),其中规定加州1998年售出的新车中,零排放的汽车要达到2%,2003年需要达到10%,这是美国继三元催化器强制投入应用后又一加强汽车排放要求的法案。


对于日本人来说,原本的资源匮乏本就让他们时刻有危机感,所以节能减排的市场要求与长期发展需求不谋而合。所以就有了后来的丰田混动THS技术、本田混动iMMD技术等,以至于日系混动车型在全球都占据半壁江长。


不过这其中,日产走的路线与其他两家不太相同。2000年左右,就曾推出过Nissan Altra纯电动车型(Nissan Leaf前身),后在2009年正式推出Leaf,并在2010年于北美上市。目前Leaf全球销量超过50万辆,可谓是最早被市场接受并大量购买的电动汽车,也为日产在电动汽车领域技术打下了坚实的基础。


(日产 Altra纯电动汽车)


但同时日产在混动方面却落后了许多,不过事情转折发在2016年,日产推出了新的混动技术e-Power(之前采用的单电机双离合P2类型混动,雷诺日产联盟与奔驰集团联合开发)


e-Power采用的是发动机、两个电机、一个电池组成的混动类型,即发动机通过发电机提供电能来源,电机负责驱动车轮,起步及低速行驶时,由电池单独供电,一般行驶时,发动机动态根据所需提供电能同时给电池充电,需要大功率时,发动机和电池同时给电机供电。


(e-Power系统原理)


(e-Power系统)


这套系统的特点是,e-Power时刻提供的都是纯电动汽车的体验,电动汽车的优势它都有,但没有续航焦虑。


相信很多人都会有质问,相较于丰田THS和本田iMMD有什么区别?那我们来简单看一下丰田和本田混动技术的特点。


丰田THS(Toyota Hybrid System)采用的是发动机、两台电机、一个电池、e-CVT组成混动,发动机和电机可同时作用于驱动轮胎,低速时电池供电供电机驱动轮胎,一般情况,发动机能直接通过行星齿轮组提供动力并通过发电机给电池充电,高速时发动机和电机同时提供动力。


(丰田THS系统原理)


谈起丰田,都会说“混动只分丰田混动,和其他混动”,原因有二,其一是丰田THS系统中行星齿轮(e-CVT,齿轮连接电动机,太阳轮连接着发电机,发动机连接于星星齿轮架)的应用,能够实时计算动力所需,将发动机动力分配给传动系统和发电机。其二是丰田技术已经历经了20多年发展,各方面已经相对成熟完善。不过缺点是发动机与行星齿轮之间是一直耦合状态,所以在多种工况下会有部分能量浪费。


本田iMMD(Intelligent Multi-Mode Drive)采用的也是发动机、两台电机、一个电池、e-CVT(与丰田不同,但也是实现动力分配)组成混动,看上去没有什么区别,但相较于丰田的结构有所不同。基本逻辑一样,低速时由电池供能给电机驱动车轮,一般情况,发动机通过发电机提供电能供电机使用和充电,高速巡航状态,发动机直接接管动力输出,直接接入类似5挡、6挡的齿轮比,驱动车轮。


(本田iMMD系统原理,图中为电池供电模式)


本田这套技术优势在于发动机作为供电时,可以时刻保持在最佳工况,以节省燃油和提供电能,而在高速行驶时,电驱动效率逐渐降低,通过机械结构直接让发动机负责动力输出,发挥发动机高速巡航时的节能优势。


两者相比,THS由于机械耦合一直存在,而iMMD在低速时与纯电动汽车无异,所以此时平顺性本田更胜一筹,不过在高速阶段,iMMD需要转换一次动力来源,会有一次轻微的“切换感”。两者的油耗也几乎差不多。


其实以上这两种混动,类似于P2混动,但实际上又有千差万别,所以独成一派。也正是因为其实际效果非常出众,所以在市场中颇受追捧。


回过头来,日产e-Power相比于丰田,是用电控系统替代了e-CVT的动力“智能分配”,相比于本田,将其机械结构简化,减轻重量同时提高整体动力系统传动效率。e-Power全程只用电机作为动力来源,整个行驶工况下,都与电动汽车完全一样的平顺,但也正是因为如此,e-Power选择了较大的电机作为驱动来源,以保证稳定的动力输出,同时也保证了动能回收时的效率。


(e-Power电池供电工况)


(e-Power电池和发动机同时供电)


(e-Power发动机供电并给电池充电)


e-Power发动机采用的是技术早已成熟的HR12DE三缸发动机,通过发动机减少结构件数量,和进排气结构优化,达到了非常省油的状态,再加上结构简单,效率极高的电“传动”,使得整个系统实现了较好的燃油经济型。



此外,因为发动机是一直保持在相对较高转速保证最节能工况,发动机启动时后噪声较大,所以日产应用了两个新技术来解决这一问题。首先是当传感器检测到路面不平整,行驶噪声本身较大,就启动发动机进行发电;其次是,通过大数据收集提前判断导航路线的路况,智能计算能源消耗,提前规划在噪声较大路段启动发动机进行发电,以削弱发动机噪音影响。



最为重要的一点是,e-Power系统采用的是非常小的锂电池组,目前搭载e-Power技术的NOTE车型,锂离子电池组仅为1.5kWh,而Serena也只稍稍大了一些。这么做的原因有两点,一方面是电池的成本非常高,另一方面电池组尺寸和重量太大会影响车内布局和整体车重,从而影响乘坐体验和燃油效率。e-Power之所以敢使用如此小的电池组,出于日产对于其电机研发和逆变器效率的自信,还有整个电控系统的优化来保证即便是小电池,也能满足车辆使用工况的需求。




日产于2016年推出搭载着e-Power的NOTE,进入日本市场,在2019年上半年日本JADA公布的统计数据中,日产NOTE的销量仅比丰田普锐斯的7万辆少了1000辆,其中66%为e-Power版本。


日产布局


e-Power并非没有缺点,由于其动力完全由电机提供,根据日本消费者反馈,同样会出现高速行驶时“后劲不足”。


对于日本道路环境来说,车辆行驶大部分时间都是堵塞的城市路段,走走停停,e-Power在这种状况下,不仅能够实现百公里3.8升油(JC08),并且提供了充沛的提速性能和行驶平顺性。相比之下iMMD在同工况下油耗为百公里4升油(JC08),THS则为百公里4.3升油(JC08)。但如果经常行驶在高速路段,虽然比燃油车还是要省油不少,其油耗会显著提高。


其实有些人应该已经发现,e-Power的结构与理想ONE增程式混动有些类似,但其实不同点就是日产能够获得市场的原因:定位。


理想ONE的增程式结构中,因为要实现较全的功能所以布置了前后两个电机以实现四驱,从而添置了复杂的机械、电子结构,虽然从性能角度来讲,效果不错,但是却丢失了燃油经济性。日产e-Power不同,其定位就是城市交通用车,符合绝大多数人的使用场景,在不用担心补充能源和续航问题的基础上,提供了电动汽车的优点,结构简单,目的纯粹。


日产今年宣布将在未来两年,把e-Power技术引入中国。那就不得不面对一个很有趣的问题,日产e-Power由于并没有搭载很大的电池组,那么就意味着纯电行驶里程是不可能符合电动车补贴要求的,另外以目前的政策来说,其牌照仍旧为燃油车蓝牌。所以e-Power能否在中国取得成功,就真正完全取决于产品竞争力,再没有政策影响情况下,人们选择的标准将会非常绝对。


当然日产也并没有把”鸡蛋放在一个篮子“,在东京车展上,日产推出了一款适用于中国的纯电动跨界概念车Ariya,和一款适用于日本的纯电动概念车IMk。日产将会把混动、电动两者兼顾发展,逐步从燃油车向新能源车时代推进,在满足节能减排同时,给予消费者最实在、好用的驾乘体验。

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