
随着燃油消耗的监管日益严格,纯电动车和混合动力汽车这类新能源车型的数量也是不断增长,根据国家工信部的数据显示,2017年1-6月,新能源汽车生产21.2万辆,销售19.5万辆,同比增长19.7%和14.4%。而混合动力车型作为较早出现在市场中的新能源车型,也成为了众多品牌的必备,像讴歌的NSX、宝马的i8、丰田的普锐斯以及别克的君越。
这当中既有NSX这样追求性能的超级跑车,也有普锐斯这种旨在降低油耗的家用车。因此不难看出混合动力的目的基本上就是两种:提高性能、降低油耗。不论为了什么目的使用混合动力的方式,无外乎就是串联式、并联式、混联式这三种形式。那么今天我们就来聊一聊“串、并、混”,这混合动力的三部曲。
串联式
在串联式结构当中,内燃机产生机械能经发电机转化成为电能,对电动机进行供电,电动机用来驱动车轮。
这种连接方式中,内燃机与发电机通过机械装置进行连接,共同组成一个模块。这个模块所产生的电能一部分给车辆的储能装置充电,另一部分提供给驱动车轮的电动机。此时,车轮的驱动力全部来自于电动机,而内燃机的作用是带动发电机为电动机提供能量。
串联式混合动力最大的优点就是能够保证内燃机的运行条件相对于路况和车速是独立的,这样就可以让内燃机的运转保持在最佳工况点附近,对于节省燃油有着很大作用。同时,由于内燃机和发电机的模块与电动机可以只进行电气连接,所以串联式结构对于车型的动力布局也有着很大的自由度,你可以把内燃机和发电机放置在车上任何你喜欢的位置。
不过串联式的结构短板也十分明显,由于是通过电动机驱动车轮,所以电动机作用在车轮上的力必须大于车辆所受到的最大行驶阻力,于是就需要使用大功率电动机来解决这个问题,这样会使电动机的体积和质量有所增大,会在一定程度上增加整车的重量。
此外,内燃机输出的机械能通过发电机转化为电能,再通过电动机转化成机械能传递给驱动轮。因此能量损失比较大,能量转换的综合效率较低。
以宝马i3为例,i3的增程式混合动力版本含有一台0.65升的双缸汽油发动机,当电池组中的电量不足时,发动机会为电池组进行充电,以此来提升车辆的续航里程。
这台0.65升的双缸汽油发动机并没有直接参与车轮的驱动,而是像我们前文中说的那样为储能装置进行充电,由电动机驱动车轮。发动机只是在续航里程告急的时候才会进行工作,因此宝马i3的增程式混合动力版续航里程要比纯电动版多170公里左右,达到了约300公里。
并联式
并联式结构中,内燃机与电动机是相对独立的。此时可以由内燃机或电动机单独驱动车轮,也可以共同驱动车轮。
由于这种方式没有单独的发电机,所以电动机又可以作为发电机使用,在车辆制动或发动机输出的功率高于驱动车辆所需功率时,电动机就会将多余的能量转化为电能储存在储能装置中。在车辆进行急加速的时候,内燃机就会和电动机共同作用,使车轮能够获得更大的动力。
并联式混动由于能够让内燃机和电动机共同驱动车轮,所以会获得更强劲的动力,对于车辆提速有较大作用。由于这种方式没有单独的发电机,对于车辆的减重也有一定帮助。而且电动机因为不需要给车辆提供全部的驱动力,功率可以比较小,成本也有所降低。
当然并联式结构的缺点也很突出,因为内燃机会作为车轮动力的直接来源,所以并联式结构仍然需要变速器来进行机械能的传递,即使是在纯电力驱动的时候仍然需要变速器,因此机械效率的损失也比较大。同时,由于内燃机和电动机都可以作为车轮动力的直接来源,因此并联式结构的组成和布局都会比较复杂。
像别克的2016款君越、比亚迪秦就是采用了并联式的混合动力技术。
别克2016款君越的动力系统是由一台1.8升自吸发动机和两台电动机所组成的。
通过示意图我们可以看到,两台电机和发动机都能够对车轮产生驱动力,发动机与两台电动机之间通过两套离合器和两组行星齿轮相连接,并配合ECVT变速箱实现多种驱动模式之间的无缝切换。
当车辆急加速的时候,发动机和两台电动机会共同产生动力驱动车轮,也能够让发动机或电动机单独驱动车轮。
混联式
混联式混动系统有一个动力分配装置。内燃机输出的机械能一部分通过动力分配装置传递给驱动系统,另一部分通过发电机对电动机提供电力或者对储能装置进行充电。而电动机的电能,一部分来自于内燃机,另一部分源于储能装置所储备的电能。在车辆进行制动时,电动机会将能量回收到储能装置中。
混联式混动系统充分发挥了串联式与并联式各自的优势。在高速行驶时,系统采用并联式工作方式;在城市道路当中,系统可以使用串联式工作方式。这样可以使车辆在更为复杂的工况下通过各部件的优化匹配,使系统始终在最优化的状态下工作,以此获得最大的经济性。
混联式集合了串联与并联各自的优点,既可以在中低速条件下单独使用电动机进行驱动,也能够在需要强大动力的时候让内燃机和电动机共同驱动车轮,对于节省燃油和提高动力都有很大帮助。但是不足之处在于,它的控制动力分配的策略复杂,对于车载电脑要求较高,同时由于零部件的增加,所以在布局上也会变得复杂。
十代雅阁所采用的混动技术就是混联式混合动力。
整个混动系统通过“切换”两套动力的运行时机,来相互弥补各自的不足,两套动力的优点被放大。不过i-MMD的复杂之处在于PCU控制单元。当要越过各自动力最高效节能的工况时,通过PCU单元控制含有三个齿轮结构的电动CVT来弥补切换。它既拥有插电混动车的一些原理,还发挥了发动机在巡航状态更省油的特性,降低了电动机在高速巡航工况的动力消耗。
总结:相对于纯电动车,混合动力似乎更容易让人接受,特别是在续航里程的问题上。但是混合动力并非能够在经济和性能两者中做到完美,更多是将厂商对于目标的进一步放大,或者节油好、或者提速猛。
现在的汽车市场中混动车型不在少数,但是由于路况和驾驶习惯等一系列因素,并不是所有的混动车型都会非常省油。不过省油这个全民追求的终极奥义在未来的日子里依旧会是各大品牌研究的重点课题,不论是内燃机还是新能源,总有一种动力组合会让很多车迷朋友大呼过瘾。
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