混合动力的春天来了?国家大力支持,国产三大混合动力系统“打擂台”

汽车新视角 2021-11-09

混合动力比亚迪新能源汽车

4503 字丨阅读本文需 17 分钟

2020年,中国汽车工程学会发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,明确确立了节能汽车在未来市场的主力地位,并且重点强调了要扩大混合动力技术的应用比例(在2025年混合动力要占传统能源新车的50-60%,2035年占比达到100%)。

也正是基于以上原因,在2021年我们终于迎来了属于咱们自己的三大混合动力系统,它们分别是比亚迪DM-i超级混动系统、长城DHT柠檬混动系统以及刚刚才发布的吉利雷神动力。

作为传统燃油车向新能源汽车过渡所必经的一个过程,混合动力一直就被日本两大汽车巨头丰田和本田所格外重视。在混合动力技术领域,丰田的THS与本田的i-MMD混动系统一直就凭借可靠与优秀的表现赢得了国人的喜爱与认可。而这不免也就让咱们的国产汽车品牌想要在该领域有所发力并实现赶超。

那么,到底什么是混动系统呢?

“油电混合动力”的定义

混合动力是一种区别于传统车辆的新能源车辆技术,通常意义上是指油、电混合动力,即车辆在保留传统内燃机的基础上,配合使用电动机提供辅助动力,系统可按照整车实际运行工况要求而进行灵活调控,使得发动机始终保持在综合性能最佳的工作区域,可有效降低其油耗与排放。

按电机对发动机的“辅助力度”不同,混动技术可分为“微混”、“弱混”、“强混”三大类。从驱动工况区分,有发动机单独驱动、电机只负责回收制动能量的;有发动机、电机共同驱动的;也有电机负责驱动、发动机只负责发电的情况,可以说是百花齐放。

主流混合动力技术路线简介

现今主流的混合动力技术路线大概有8种,分别是:P0、P1、P2、P3、P4、PowerSplit、i-MMD、RE,下面分别介绍一下。

1、P0

电机(BSG,Belt-driven Starter Generator双轴并联低度混合式)布置于发动机前端,一般通过皮带与发动机曲轴轮系连接。优点是可以集成起动机、发电机的功能,结构紧凑;缺点是皮带传动的功率扭矩容量严重受限、效率低,受布置空间约束大,不能提供纯电动行驶功能。市场化应用:48V微混系统。

2、P1

电机(ISG,Integrated Starter Generator单轴并联中度混合式)布置于发动机与离合器之间,代替飞轮直接与曲轴(齿轮)连接。优点是电机与发动机采用了刚性连接,可以实现较高效率的动力辅助功能,电机功率扭矩可以做得比P0更大,还可以实现较高效率的发动机制动能量回收功能;缺点是布置空间紧凑,电机需要做的比较薄,成本较高。市场化应用:2代48V系统。

3、P2

电机置于变速箱的输入端,在离合器之后(发动机与变速箱之间),是PHEV的主流技术路线之一。优点是可以单独驱动车轮,在动能回收时也可以切断与发动机的连接。并且,因为和轴之间可以有传动比,因此不需要太大的扭矩,可以降低成本和电机的体积,所以其燃油经济性也较强;缺点是增加了动力总成的轴向尺寸,尤其对于横置发动机的车型布置困难,毕竟对于空间狭窄的发动机舱来说,50-100mm的轴向空间实在很难挤出来。由于P2构型不需要更改发动机和变速器结构,布置灵活、开发成本低,在市场上得到了广泛应用。

4、P3

电机置于变速箱的输出端,与发动机分享同一根输出轴,同源输出。优点是纯电驱动更为直接,更高效、动能回收的效率高;缺点是电机直接与车轴相连(之间没有离合可以断开连接),因此电机无法用于启动发动机。电机无法与变速箱或发动机进行整合,需要占用额外的体积。市场化应用比较典型的就是比亚迪了。

5、P4

电机置于变速箱之后,与发动机的输出轴分离,电动能直接驱动后轴车轮。优点:转弯的性能更高(不过对于电控的要求也极高),还省去了轮轴和差速器带来的效率损失和额外车重。并且P4布局最大的特点是,电机与发动机不驱动同一轴,这意味着车辆可以实现四驱。而且电机与发动机实际上是通过地面耦合的,工作性质虽然跟其它简单并联很类似,但在车内部不存在任何机械连接。

因为P4构型可以同时实现PHEV+四驱,是一个成本低、市场价值高的很美好的技术路线,但要解决发动机和电机的四驱动力匹配控制问题,真正实现四驱功能。

6、PowerSplit

当然,还有混动界的“带头大哥”丰田的功率分流(PowerSplit)式混动构型。系统由两个电机及行星齿轮系构成,行星齿轮系即为所谓的动力分配单元(PSD-Power Split Device)。

这种系统构型是把电机和变速器结合在一起考虑的,因此取消了传统意义上的自动变速器,改用行星齿轮代替。可以说,1997年丰田发布第一代普锐斯的时刻,全世界汽车行业都被“震惊了”,原来动力系统还可以这么玩!于是大家纷纷效仿开发,但丰田高大的专利壁垒让众多车企碰了一鼻子灰。

7、i-MMD

类似理念的混动构型还有本田的双电机少挡构型(i-MMD)。本田用其不服输的性格证明了丰田的专利可以绕过去,而且我还能做的比你“更好一点”!

相比THS-II精巧而相对复杂的行星齿轮组,i-MMD直接通过减速齿轮组、离合器整合的方式显得更加“简单粗暴”,更接近于一个串、并联系统的简单组合。由于发电机、电动机之间没有像THS的行星齿轮组那样的机械耦合机制,所以发动机、电动机、发电机之间的工作协调,完全是通过控制系统来“指挥”的。其中电动机除了作为主要的驱动源头之外,还肩负着制动能量回收的重任。

i-MMD主要有三种驱动模式。

第一个模式是BEV Driving mode,就是由电池供电的纯电动驾驶模式,它适用于从静止起步及低速驾驶的情况。

第二个模式叫做Hybrid Driving mode,即混合驱动模式,是由发动机发电,直接为电动机供电驱动车轮,适合高负载急加速的工况。这种工况下,实际上就是“增程式”。

第三个模式是发动机驱动模式,阿特金森循环的发动机直接驱动车轮,适用于高速巡航的相对低负载工况。此时发动机工作恰好是在最经济的模式下。本田也让这款发动机的VTC电控气门控制更加精准,其节油效能比普通本田2.0L发动机更高。

从原理的角度来看,i-MMD与其说是混动系统,倒不如说是一台带有发动机直驱功能的增程式电驱系统。

8、RE(增程式)

简单来说,所谓增程式,就是由电机单独驱动车辆行驶,发动机只用来发电。不是充电难、充电时间长吗?我只加油就行!没有了里程焦虑,这也是增程式技术路线相比纯电动车最大的优势。原理说起来简单,想做好了难。

采用增程式技术的车既不能在汽油车平台上改,也不能在电动车平台上改,只能自己做一个新的平台。为什么呢?像前些年的“油改电”那样不行吗?也行,但这种做法很难实现技术迭代、良性发展。宝马i3、广汽传祺等一些企业做过类似“油改电”的尝试,现在基本上慢慢销声匿迹了。当然不是技术不行的问题,车企主要还是考虑哪条技术路线性价比更高,用最小代价实现企业的目的。

当然也有头铁“硬来”的。近年来在增程领域独树一帜的“新势力”理想ONE,把高端SUV与增程技术搭接在了一起。全新开发的平台下,发动机模块、双电机电机驱动模块、电池、油箱有序地排布在机舱及地板下,有充分的“空间”来解决增程式技术面对的布局、重量、能耗、效率、NVH等众多问题。

所幸的是,如今我们已经迎来了由长城、比亚迪、吉利所先后打造的三套混合动力系统,所以至此我们是否也就可以喊出那句口号:国产混动崛起?

1、长城DHT柠檬混动系统

2020年12月15日,长城在保定哈弗技术中心全球首发了面向全速域、全场景的柠檬混动DHT技术。作为长城汽车历时3年所自主研发出来的一套双电机高效混联的混动系统,长城DHT混动系统里的发动机、电动机以及控制系统都有着绝对自主的知识产权。而我们也可以将“柠檬混动DHT”技术概括为“1-2-3”,即一个混动系统,两种动力架构,三套动力总成。

从结构原理上来看,长城DHT柠檬混动系统与丰田THS和本田i-MMD基本类似。低负荷下,电驱系统是主要驱动源,电池组蓄能,规避燃油机能效最低下的低速、大负载等工况。同时通过阿特金森循环,把汽油机的压缩比极大提高,改善燃烧效率。

具体来看,柠檬混动DHT采用的双电机+燃油机系统,动力系统综合效率可以达到50%以上。以HEV架构的B级SUV为例,相比燃油车型,节油率可以达到35%~50%。类似的,像本田i-MMD加持下,CR-V混动的综合工况节油率也比燃油版本提升41.78%。而按照官方数据,搭载高功率版DHT混动系统的中级车型在城市工况下油耗为5L/100km,高速油耗则为6.5L/100km,整体比较省油。

实际的驾驶体验方面,以装配有高功率混动系统的全新一代哈弗H6为例,新车0-100km/h的加速时间是7.5秒左右,相比哈弗H6如今的1.5T+DCT动力组合优势明显。此外,在切换不同工作模式时,也感受不到动力中断或者冲击,用户体验是良好的。在中低速状态下,DHT系统与i-MMD系统也有着显著区别,DHT是倾向于尽量使用发动机直驱来提升效率,而这带来的好处就是在高速工况下仍然具备良好的加速能力,这也是DHT相比两田要做得更好的地方。

总的来说,柠檬混动DHT的技术特征与本田i-MMD的思路类似。作为消费者在它身上能感受到的明显区别在于,柠檬混动DHT的发动机直驱部分增加到了两个挡位,多了一套换挡机构也意味着发动机直驱工况的使用空间也更大了。所以,总结起来就是,长城DHT混动系统是一套高级的油电混动系统,它涵盖了1.5L+DHT100、1.5T+DHT130、1.5T+DHT130+P4,同时还会提供HEV和PHEV两种方案,理论上来说,这套技术比丰田、本田的混动技术更省油、更平顺。所以,未来它肯定是值得重点关注的。

2、比亚迪DM-i超级混动系统

2021年年初,比亚迪DM-i超级混动系统正式发布。作为国产首套混合动力系统,比亚迪DM-i超级混动系统可谓是“出道即巅峰”。在结构上,比亚迪DM-i超级混动系统选择了以电驱动为主的“电混动”路线,而这也就使得它很好地有别于以发动机为中心的“油混动”路线,实现了与“两田”在本质上的突破。

从技术路线上来看,DM-i超级混动是以大容量电池和高性能大功率扁线电机为设计基础,主要依靠大功率高效电机进行驱动,汽油发动机的主要功能是在高效转速区发电,不需要全面兼顾高、低速性能,适时直驱,这就大幅降低了发动机的综合工况油耗,真正实现了多用电、少用油并且高效用油。

结构方面,DM-i超级混动由三个核心部件组成:它们分别是骁云-插混专用1.5L 高效发动机、EHS电混系统,以及 DM-i超级混动专用功率型刀片电池。其中,骁云发动机是首款专为插电混动车型打造的发动机,采用阿特金森燃烧循环,发动机压缩比高达15.5,燃烧热效率更是达到43.03%。

至于EHS电混系统,则是负责调节不同工况下发动机和电动机的动力输出比例,低速多用电,高速多用油,充分利用电驱与油驱的高效能区间。最后,功率型刀片电池,则是在安全性极佳的刀片电池基础上,专为插电车研发的磷酸铁锂电池,充放电倍率更大。其效果是,当发动机开始为电池补能时,电量回充会更快。

因此,正是基于以上技术,比亚迪DM-i超级混动系统成为了目前国内最好的混合动力系统。而搭载该混动系统的比亚迪宋PLUS DM-i车型更是长时间出现了销量供不应求的情况,所以事实证明,比亚迪的DM-i超级混动系统至少现阶段是成功的,难道不是吗?

3、吉利雷神动力

10月31日,吉利发布了全球动力科技品牌——雷神动力,并亮相了全新模块化混动平台雷神智擎Hi·X。作为国产汽车品牌里正式发布的第三套混合动力系统,雷神动力包含有两款混动专用发动机、两款混动专用变速箱,能够覆盖A0至C级不同大小的车型,以及HEV油电混动、PHEV插电混动和REEV增程混动等多种动力形式。

值得一提的是,雷神智擎Hi·X下的DHE15(1.5TD)混动专用发动机,是世界首款量产增压直喷混动专用发动机,其发动机热效率高达43.32%,超过了比亚迪骁云-插混专用1.5T发动机40%的热效率、丰田凯美瑞混动车型A25B/A25D发动机41%的热效率,并创造了当前世界量产混动发动机的最高热效率记录。

此外,雷神智擎Hi·X还拥有全球首个量产的3挡混动变速器——DHT Pro。作为一台远超日系品牌行星齿轮变速器和1速变速器的国产3挡混动变速箱。DHT Pro将双电机、变速器、电控制器等6合1高度集成,重量仅120kg,最大输出扭矩达到4920N·m,扭质比41N·m/kg。其中,P1发电机无感切换,P2驱动电机+3DHT则保证动力的随叫随到。

对了,雷神智擎Hi·X还有一个大看点,那就是它的全速域并联。据厂家说法,雷神动力系列车型在时速20km以上即可进入并联模式,实现弹射起步,远低于日系车混动至少70km的并联车速,系统效率提高20%。作为参考,长城柠檬混动DHT切换为并联模式的车速为35km/h,而本田i-MMD系统则需车速达到80km/h才能进入并联模式。

按照吉利的规划,雷神智擎Hi·X将首先搭载在“中国星”车型上,未来三年将提供包括强混、长续航插电混动和增程混动在内的多种动力组合,长久来说的话,在吉利、领克等品牌的20余款车型上也都会使用这套雷神智擎Hi·X系统。

总之,吉利此次发布的雷神动力在技术上还是很有看点的,无论是热效率43.32%的DHE15发动机,还是3挡混动变速箱、全速域并联逻辑,这些技术创新都在实现省油的同时,照顾着产品体验。所以我们也期待搭载这套混动系统的吉利车型能够尽早落地,让用户享受到高效混动车型所带来的便捷与更好体验。

文章来源: 优视汽车,易车

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来自:汽车新视角
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