政策倾斜混动,PHEV或成赢家?
原创2020-09-30 15:19

政策倾斜混动,PHEV或成赢家?

2020 年的北京车展,不再单独有新能源馆,因为几乎每个展馆,都有新能源车。

 

尽管近两年纯电动车被各大媒体所推崇,但买车毕竟不像买手机,用户投入一笔钱当然想尽量获得“十全十美”,所以,但对于真正持币准备购车的人来说并不会毫不犹豫为纯电动买单,因为他们大多数对电动汽车是又爱又恨,爱的是性能和使用成本,恨的则是用车中会存在诸多不方便之处。

 

中国对于新能源车的政策扶持有目共睹,然而在对新能源车支持的大方向中,一些政策倾斜在悄然发生。即将出炉的《2.0 版节能与新能源汽车技术路线图》和四年前的 1.0 版相比,新版路线图的重点,以“电驱化”替代“电动化”。纯电动可能会是未来的主流,但在这个迈进过程中,混动车型的重要性却在逐步提升。

 

不过问题是,混动类型如此多,又出现了像理想ONE这种增程式混动汽车,消费者简直一头雾水。

 

混动傻傻分不清

 

最早混动技术的出现大约在石油危机发生前(与锂电池技术爆发差不多同一时期),当时目的非常明确,就是为了省油。


(发动机功率和扭矩随转速变化曲线)


对于任何机器而言,节能无非是两种方法:提高能源使用效率、回收浪费的能源。而汽车中内燃机理论最高效率也不过40%多(且这种内燃机低扭很差,即低转速车辆动力很差),再加上一系列传动机构的损耗,最终真正用于行驶的能源效率也就25%左右;并且燃油车在城市低速行驶、刹车减速等工况下,要么是效率更低,要么就是白白浪费大量汽油。

 

(电机功率和扭矩随转速变化曲线)

 

而电机不仅拥有瞬时达到峰值扭矩的能力,且能够实现能量回收,能够完美弥补燃油车的缺点。


虽然听起来混动车型非常完美,但实际上想要将电机完美地与燃油车结合却没有那么简单,所以由于技术实现手段不同,就产生了多种不同的混动结构,导致实际使用效果也天差地别。

 

目前市面上的混动车型,无外乎混动(HEV)、插电混动(PHEV)、增程式混动(EREV)三种,它们的共同点为都是利用电机来弥补内燃机的不足之处,不同点在于架构差异以及导致的不同特性偏向。

 

HEV车型偏向省油取向,但由于电池包较小和电机功率不大,综合性能一般;PHEV则是在HEV基础上加大电池包和电机功率,性能较好,且由于可以充电,所以大部分情况下比HEV省油;EREV有点像PHEV,但基本上是纯电动车(BEV)加装了内燃机作为电力来源,综合性能不错,但耗油量不低。

 

无论是HEV还是PHEV,根据电机布局位置不同,可以分为P0、P1、P2、P3(PS)、P4几种结构。

 

P0、P1结构为48V轻混所采用,省油效果小于10%,其实可以看作是纯燃油车的小技术升级; 市场上主流的混动车型基本都是P2、P3(PS)结构,其省油效果可达到20%-30%(PS结构为30%-40%); P4结构为多为四驱豪华和超跑所用,后桥会单独有一个功率较大的电机,其省油效果可达20%-30%。

 

(不同混动结构形式)

 

不过以电机布局位置分类具有一定的局限性,比如增程式混动就无法按此方法分类。所以笔者用另一种更加容易理解的方式来解释不同类型之间区别:串联、并联、混联。

 

本质上说,由于加入了电机,那么车辆就存在两个动力来源,无论是多么精妙的结构,那么一定要想办法让内燃机和电机有效的联合工作。

 

串联混动,顾名思义即发动机与电机呈串联结构。内燃机只提供发电,由电机带动轮子行驶。两个动力来源各司其职,互相弥补,在大部分城市驾驶走走停停的工况下,表现良好。(理想one就属于这种类型,不过稍有不同)

 

(理想ONE增程混动系统结构)

 

这种结构类型的问题就在于,如果发动机性能一般,那么一旦持续高速形式(加速)或者负荷较大时,电池包电量很快就“供不应求”。导致内燃机成为了唯一能量来源,此时车辆不仅像燃油车一样工作,且还要多负担电池包、电机等“累赘”,所以很多时候油耗与燃油车相差无几。这也是为什么增程式混动在高速巡航时油耗并不低的原因。

 

并联混动,则是避开“短板效应”,让电机和内燃机并行工作,P2、P3结构多为此方式。通过多个离合器结构配合,使得发动机既可以发电,也能够直接参与驱动车辆。优点是对于大部分行驶工况下,表现都不错,但由于多数仍采用传统变速箱结构,效率会有些损失。

 

(P2混动结构)

 

市场上被人追捧以及实际体验效果最好的是混联混动,分为功率分流、并联串联结合两种方式,最著名的即是丰田所采用的功率分流(PS)模式和本田所采用的并联串联结合模式。之所以倍受消费者喜爱的原因,是因为混联模式通过更加智能的动力切换方式,使得综合效率提高,节能省油效果更加出众。


 

 

所以本质上想要兼顾不错的性能和节能,PHEV是最好的选择。这也是为什么各大车企近两年除了纯电动,接连推出PHEV车型的原因,比如宝马X3 PHEV、奔驰GLA 250e等。

 

混动只看丰田?

 

汽车界一直流传着“混动只分丰田和其他”,根本原因在于丰田对行星齿轮结构的技术积累。

 

但实际上丰田混动中的精髓(行星齿轮结构)专利是由美国一家名叫TRW的公司在1960年申请的(专利US 3566717),其中非常详细描述了一个基于行星齿轮机构的动力分配系统,只是因为电控技术不够发达,所以未能在当时实现。

 

(US2566717专利图)

 

后来有一家公司比丰田推出普锐斯还早两年的时候,注册申请了“双电机加行星齿轮组成的EVT变速机构”(专利 US 5558595),这家公司叫通用。

 

其实通用进军混动领域时间并不短,曾推出的多款插混车型。在美国EPA油耗测试数据下,比当时的丰田凯美瑞混动版油耗还要低。2005年时候,通用、戴姆勒、克莱斯勒、宝马还达成了合作,共同研发和分享混动领域的技术,即是采用行星齿轮机构的PS混动形式。

 

也正是因为这项合作,以上多家公司也都获得了这套PS结构混动技术。不过彼时消费者对油价并不在意,所以并没有被市场广泛认可。然而谁也没有料到,环保节能问题越来越被关注,政策的倾斜也从“无脑”发展纯电动,转向了阶梯式逐步前进。

 

这对于上述联盟的几家车企来说,无疑是个好消息。


这其中常年作为硬汉越野风的Jeep或许最为高兴,越野车型要想不丢失性能的情况下发展节能减排,PHEV是唯一道路。于是Jeep接连推出了两款热门车型的PHEV版本:大指挥官PHEV和牧马人4xe。

 

从结构上来看,Jeep大指挥官PHEV其实与丰田的非常相像,都是由发动机、无级变速箱(EVT)、两个电机和一个大电池包组成。这款车采用了2.0T GME-T4发动机(阿尔法罗密欧Giulia、Stelvio同款,沃德十佳发动机),配合行星齿轮结构的Si-EVT无级变速器。官方宣称百公里综合油耗为1.6L,亏电油耗不到百公里6L,综合续航900km,纯电续航70km。

 

在低中速行驶阶段,由电池提供能量,直接供给驱动电机带动车轮行驶;急加速和高速行驶,除了电池供驱动电机工作,发动机也会启动,同时完成提供动力和带动发电机发电,此外在发电机在特殊工况下也能提供动力;高速巡航阶段,发动机提供动力,同时带动之前的驱动电机发电。而发动机启停由发电机负责,能量回收由驱动电机负责。

 


这套系统中行星齿轮机构负责动力分配工作,通过电控对其精确控制,使得在不同工况下,合理分配发动机提供的功率,即能够保证发动机任意时刻都处于最佳工况,也就相应保证了动力同时稳定燃油经济性。


(Jeep大指挥官Si-EVT混动结构)

 

(丰田EVT混动结构)

 

这套系统虽然优点突出,却也存着一些缺点。

 

因为行星齿轮机构的原理限制,车辆的高速行驶时,驱动电机转速过高后性能会下滑,此时发动机不仅要直接驱动车轮,还要负担起给驱动电机发电的职责,所以此时燃油经济型会有所下降,同时伴随着动力的下降。

 

本质上Jeep的PHEV混动与丰田PHEV混动虽然在结构上相差不多,但实际上有些细小的差别。

 

首先就是发动机,丰田混动中采用的发动机都是阿特金森循环的发动机,优点是热效率很高,缺点是后劲不足,也就是功率不高。相比之下Jeep所采用的2.0T GME-T4发动机本身就能提供230匹马力,从而能够比较轻松应对高速、加速工况,并且通过与电控系统的配合,能一定程度弥补效率问题。

 

其次是相比于丰田,Jeep所采用的电池包和电机功率大一些,所以Jeep这套的混动系统在动能回收和纯电性能表现上,略微占优。

 

总体而言,两个混动系统优势几乎相同,且实际油耗表现也不相上下,只是在一些动力系统规格的选择上略有出入,导致最终车辆动力表现不同。换句话说,丰田的混动系统并非是只有他们能做到,只不过由于进入市场较早从而形成的固有观念罢了。

 

放在最后

 

电动汽车的未来实际上不得而知,不过混动却真真切切存在着庞大的市场需求,即便在全球车企巨头转型电动车的同时,无一例外都同时计划着推出PHEV等车型。

 

从技术层面来讲,PHEV并没有比HEV先进很多,而EREV本质上也是电气化偏向纯电动的PHEV车型;其实很难定义哪一款车更好,只能说对于不同人的不同需求,才能定义哪一种混动模式更适合自己。

 

面对新能源格局变动,政策不过是无形的推手,Jeep要想通过大指挥官PHEV或者牧马人4xe打动市场,PHEV混动模式不是关键,而车辆本身的素质才是真正的决定因素。

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