在這場(chǎng)由混合動(dòng)力邁向純電動(dòng)汽車的競(jìng)賽里,,國(guó)產(chǎn)廠商第一次走上了舞臺(tái)中央,,引領(lǐng)著世界前行的方向,。
混合動(dòng)力是通向純電動(dòng)的跳板,,還是終極新能源汽車的中間過(guò)渡路線,?生命周期還有多少年,?隨著新能源汽車的火爆,,大家一度對(duì)這個(gè)問(wèn)題吵得熱火朝天,。
其實(shí),關(guān)于這一點(diǎn),,在作為頂層設(shè)計(jì)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》2.0里,,已經(jīng)給出了明確答案。
《發(fā)展規(guī)劃》明確提出:“以純電動(dòng)汽車,、插電式混合動(dòng)力(含增程式)汽車,、燃料電池汽車為三縱。,。,。深化三縱三橫研發(fā)布局”,《路線圖》建議:“汽車低碳化多技術(shù)路線并行發(fā)展,,推動(dòng)汽車企業(yè)基于自身積累發(fā)展相應(yīng)的混合動(dòng)力技術(shù),。”并樹(shù)立了節(jié)能與新能源汽車的主要里程碑,。
綜合來(lái)看,,最高智囊團(tuán)給的標(biāo)準(zhǔn)答案是:到2035年,混合動(dòng)力汽車還能占一半,!
混動(dòng)節(jié)能的根源
在混合動(dòng)力這個(gè)領(lǐng)域,,主要存在豐田THS為代表的油電混動(dòng)(HEV)、比亞迪DMi為代表的插電混動(dòng)(PHEV)和理想為代表的增程混動(dòng)三種路線,。
豐田入局最早,,靠著THS的精妙設(shè)計(jì)天外飛仙,一度占據(jù)了混動(dòng)市場(chǎng)的半壁江山,。后來(lái)者為了克服專利壁壘,,硬生生地蹚出來(lái)多條技術(shù)路線,。
雖說(shuō)大路朝天,各走一邊,,可說(shuō)到底,,各種混動(dòng)路線之所以比燃油車節(jié)能,實(shí)則有著同樣的根源:讓發(fā)動(dòng)機(jī)不動(dòng)則已,,一動(dòng)便盡量工作在高效區(qū)間,;電機(jī)天然具備快速響應(yīng)和高效的特點(diǎn)。
內(nèi)燃機(jī)發(fā)展過(guò)百年,,熱效率還沒(méi)有突破50%的上限,。由發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲線可知,運(yùn)行在不同的工況(轉(zhuǎn)速和功率需求)下,,發(fā)動(dòng)機(jī)有著不同的熱效率表現(xiàn),。
在傳統(tǒng)燃油車的框架下,只有發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)這一種動(dòng)力選項(xiàng),,需要應(yīng)對(duì)起步,、蠕行、爬坡,、下坡,、急加速、急減速,、高速巡航,、怠速行駛等多種工況,其直接結(jié)果便是發(fā)動(dòng)機(jī)的工況點(diǎn)落點(diǎn)所在的常用區(qū)域遠(yuǎn)離高效區(qū)域,。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù),,燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)平均熱效率僅在25-35%之間。
對(duì)可串可并可混聯(lián)的混合動(dòng)力汽車而言,,通過(guò)比亞迪這張圖可以發(fā)現(xiàn),,其發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)可以由將燃油車場(chǎng)景下的“面”收縮成一條“線”。
事實(shí)上,,隨著電池,、電機(jī)、電控技術(shù)的發(fā)展,,未來(lái)的混動(dòng)還會(huì)繼續(xù)由“線”到“點(diǎn)”,,進(jìn)一步把發(fā)動(dòng)機(jī)自身的工況錨定在最高效的那個(gè)點(diǎn)。
不過(guò),,車速有改變,,檔位在切換,行駛在不同的坡道和路面,,再加上深一腳淺一腳的油門(mén)和剎車踏板,,外面的世界如此眼花繚亂,,混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)何以以不變應(yīng)萬(wàn)變?
因?yàn)?,它有電機(jī)這個(gè)好伙伴,!
天之道,損不足而補(bǔ)有余,。但在混動(dòng)這個(gè)世界,,在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的情況下,電機(jī)的作用是補(bǔ)不足而耗有余,,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩“削峰填谷”,。
電機(jī)相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)好太多的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性,使其可以游刃有余地調(diào)節(jié)整車需求扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩之間的落差,。
對(duì)節(jié)能更為關(guān)鍵的是,,電機(jī)的熱效率遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)。本來(lái),,混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率做到40%以上,,已經(jīng)比燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的30%高不少了,,但它到了電機(jī)跟前,,也只能叫爸爸。
電動(dòng)汽車?yán)飪纱笾髁﹄姍C(jī)類型-交流感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī),,感應(yīng)電機(jī)輕輕松松上85%,,永磁同步電機(jī)努努力能上95%。所以,,節(jié)能也是必然的了,。
日系混動(dòng),廉頗老矣,?
混動(dòng)技術(shù)哪家強(qiáng),?在比亞迪DMi面前,豐田THS是廉頗老矣,,還是老當(dāng)益壯,?據(jù)說(shuō),這是一個(gè)相當(dāng)引戰(zhàn)的話題,。
圖源 | Daily Car News
其實(shí),,從上文電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率對(duì)比便可以看出,電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主,、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為輔的DMi混動(dòng)的節(jié)能效果要優(yōu)于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為主,、電機(jī)驅(qū)動(dòng)為輔的日系混動(dòng)。
實(shí)車對(duì)比給出的也是類似的結(jié)論,。比如比亞迪的秦plus,,用戶實(shí)測(cè)百公里油耗3.9L,,卡羅拉雙擎的數(shù)據(jù)則是5.2L。
這倆車尺寸,、重量,、價(jià)格、配置都是半斤對(duì)八兩,,在市場(chǎng)上也是針尖對(duì)麥芒,。所以,這里一沒(méi)有民族大義,,二沒(méi)有對(duì)日系車節(jié)能傳統(tǒng)的執(zhí)迷,,是兩者技術(shù)路線的差異,導(dǎo)致了不同的成績(jī),。
豐田THS的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)扭矩,,輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)。其“行星齒輪組”構(gòu)思精巧,,盡顯機(jī)械之美秒,,機(jī)械傳動(dòng),動(dòng)力分流,,堪稱一代“神器”,。
但從本質(zhì)上,它走的是從燃油車到油電混動(dòng)的改良主義,。
這倒不是因?yàn)樨S田驚艷絕倫的工程師們智商有問(wèn)題,,而是因?yàn)椋琓HS系統(tǒng)問(wèn)世時(shí),,三電技術(shù)實(shí)在還很拉胯,,電池和電機(jī)不具備單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車的實(shí)力,只能默默地站在發(fā)動(dòng)機(jī)的陰影里,。
反觀比亞迪,,DMi是從純電動(dòng)革命而發(fā)起,針對(duì)充電軟肋和電池現(xiàn)狀,,因勢(shì)利導(dǎo),,遵循的是從純電動(dòng)到插電混動(dòng)的邏輯。
也許在發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)單項(xiàng)上,,比亞迪還暫不能跟底蘊(yùn)深厚的豐田比,,但大容量功率型刀片電池充放電特性的優(yōu)異,再加上響應(yīng)迅速,、可瞬間爆發(fā)的大功率電機(jī),,助力DMi登上了比THS更高的階梯。
綜上,豐田混動(dòng)廉頗老矣,。
不過(guò),,雖然無(wú)法匹敵比亞迪,但憑借著對(duì)燃油車的節(jié)能優(yōu)勢(shì),,豐田依然烈士暮年,,壯心不已,保持了不錯(cuò)的銷售成績(jī),。
插電混動(dòng),,風(fēng)頭正盛
在插電混動(dòng)這個(gè)領(lǐng)域,中國(guó)廠商是真真正正實(shí)現(xiàn)了對(duì)歐美日韓的彎道超車,,對(duì)此最有發(fā)言權(quán)的便是船夫哥,。
船夫哥掌舵的比亞迪左手刀片電池,右手八合一電驅(qū),,再加上不俗的電控實(shí)力,,大鵬一日同風(fēng)起,飛搖直上九萬(wàn)里,,其DMi迅速成了插混界的當(dāng)紅炸子雞,。
前文說(shuō)過(guò),DMi走的是從純電動(dòng)到插電混動(dòng)的降級(jí)路線,,以大功率電機(jī),、大容量電池配插混專用發(fā)動(dòng)機(jī),通過(guò)各種工作模式的無(wú)縫切換,,最終實(shí)現(xiàn)了少用油,、多用電,讓發(fā)動(dòng)機(jī)成了動(dòng)力的輔助部件,。
在這里講一講工作模式的切換,也正好給增程式電動(dòng)來(lái)個(gè)鋪墊,。
DMi混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)了純電模式,、串聯(lián)模式、并聯(lián)模式,、發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式和動(dòng)能回收模式,,何時(shí)切換,向哪個(gè)模式切換,,主要取決于整車行車功率需求,、電機(jī)功率、車速,、電池SoC四大條件,。
具體而言,當(dāng)整車行車功率需求小于電機(jī)功率時(shí):
電池SoC較高時(shí),,發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng),,電池供電,,電機(jī)驅(qū)動(dòng),此為純電模式,,一般用在起步或低速行駛,;
電池SoC較低時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,,直接驅(qū)動(dòng)電機(jī),,同時(shí),富余的功率給電池充電,,此為串聯(lián)模式,,一般用于中低速行駛;
電池SoC較高時(shí),,發(fā)動(dòng)機(jī)和電池供電的電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)前軸,,此為并聯(lián)模式,一般用于高速超車或超高速行駛,;
看到有的朋友說(shuō),,并聯(lián)模式是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前軸,電機(jī)驅(qū)動(dòng)后軸,,前后共同發(fā)力,,其實(shí)這是一個(gè)誤解,因?yàn)楸葋喌螪Mi的車型沒(méi)有后電機(jī),;
電池SoC較低時(shí),,電池停止放電,發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)(不是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī),,再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)),,同時(shí),多出的功率給電池充電,,此為發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式,,一般用于高速巡航。
從這里也可以看出,,比亞迪DMi的背后是沉淀多年的電池,、電機(jī)和電控技術(shù),通過(guò)電子電氣的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力分流,,電機(jī)是主角,,發(fā)動(dòng)機(jī)是配角。相比之下,,豐田THS主要通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力分流,,發(fā)動(dòng)機(jī)是主角,電機(jī)是配角。
電池,、電機(jī)攪動(dòng)了時(shí)代的風(fēng)云,,歷史見(jiàn)證著豐田和比亞迪的王者交替,傳來(lái)一聲長(zhǎng)長(zhǎng)的嘆息,。
增程混動(dòng),,別有洞天
圖源 | Audi
在油電混動(dòng)、插電混動(dòng)和純電動(dòng)的混戰(zhàn)里,,還存在第四條技術(shù)路線-增程式混動(dòng),。
這種混動(dòng)方案的突出特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸完全解耦,只用來(lái)發(fā)電,,由發(fā)電機(jī)和/或電池組給電機(jī)供電,,完成對(duì)車輪的驅(qū)動(dòng)。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸不存在物理性的連接,,所以,,在上節(jié)講過(guò)的插電混動(dòng)的四種動(dòng)力模式中,增程式混動(dòng)不支持發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式,,在并聯(lián)模式上也存在一定的差別:增程發(fā)動(dòng)機(jī)帶著發(fā)電機(jī)給電機(jī)供電,,同時(shí)電池組給電機(jī)供電,使得電機(jī)可以以較大的功率輸出,,以滿足當(dāng)下的功率需求,。
這種動(dòng)力構(gòu)型和工作模式,使得增程式混動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)很明顯,。
能量流的傳遞路徑單一,,動(dòng)力系統(tǒng)的變速箱和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間不啟動(dòng),,啟動(dòng)后可以始終工作在高速區(qū)間,,跟發(fā)動(dòng)機(jī)密切相關(guān)的NVH控制也變得很容易實(shí)現(xiàn)。
和純電動(dòng)汽車相比,,增程混動(dòng)可以讓動(dòng)力電池組處于淺充淺放的工作區(qū)間,,從而提高電池壽命,在這個(gè)動(dòng)力電池價(jià)格飆漲的特殊歷史時(shí)期,,這個(gè)優(yōu)勢(shì)突然變得非常明顯。
它的缺點(diǎn)同樣顯而易見(jiàn),。
因?yàn)橹挥须姍C(jī)驅(qū)動(dòng),,所以,為了滿足各種工況下的動(dòng)力需求,,必須采用大功率電機(jī),,同時(shí),為了盡量工作在最為省電的純電模式,電池包比較大,。
在電池電量不足的情況下,,汽車動(dòng)力性完全受制于發(fā)電機(jī)的功率,在高速巡航,、爬長(zhǎng)坡,、急加速等場(chǎng)景下,增程式動(dòng)力不足的劣勢(shì)暴露無(wú)遺,。
不過(guò),,雖然有著這樣那樣的缺點(diǎn),增程式的車型代表-理想One,、問(wèn)界M5-依然取得了不錯(cuò)的市場(chǎng)表現(xiàn),,強(qiáng)勁的銷量足以證明:增程式混動(dòng)這條技術(shù)路線,同樣有著相當(dāng)大的生存空間,。
寫(xiě)在最后
在這場(chǎng)由混合動(dòng)力邁向純電動(dòng)汽車的競(jìng)賽里,,國(guó)產(chǎn)廠商第一次走上了舞臺(tái)中央,引領(lǐng)著世界前行的方向,。
在這場(chǎng)電動(dòng)汽車的亂戰(zhàn),、混合動(dòng)力的春秋戰(zhàn)國(guó)里,油電混動(dòng),、插電混動(dòng)和增程混動(dòng)的表現(xiàn)可圈可點(diǎn),,憑著品牌的宣傳、過(guò)硬的節(jié)能表現(xiàn),,均打下了自己的一方洞天,。