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都说插电式混合动力好,但它到底是怎么一回事?

2018年06月05日 14:24:01
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来源:车辙

原标题:都说插电式混合动力好,但它到底是怎么一回事?

最近,插电式混合动力车型再度成为业界关注的焦点。随着《汽车产业投资管理规定》征求意见稿的发布,插电式混合动力车型被正式纳入到燃油汽车的行列之中。一石激起千层浪,自这份征求意见稿发布之后,也就有了对于插电式混合动力技术的进一步的政策解读,当然了,唱衰的声音也就随之而来了。

对于未来新能源车政策的走向,目前还没有定论,车辙君并不打算跟进。而且,这也只是一份指导产业投资的征求意见稿,还不涉及到已经执行到市场层面上的补贴、车企油耗测算的具体层面,多聊也是无益的。考虑到目前市场上的插电式混合动力系统品类众多,所以在接下来的文字里,车辙君就着重来聊一聊插电式混合动力系统到底是个什么鬼。

插电式混合动力是“网开一面”

顾名思义,插电式混合动力系统我们可以理解为在混合动力系统的基础上增加一套充电设施而形成的动力系统。从大的属性划归来看,插电式混合动力系统是属于混合动力系统架构下的一个变形。从本质上来看,插电式混合动力车型确实就应该是划归到燃油车的阵营下的。

而在目前绝大多数的新能源车产业扶持政策里,纯电动模式下续航里程超过50公里的插电式混合动力车型都是被列为与纯电动车型几乎一视同仁的待遇的。比如说,在计算企业平均油耗的时候,纯电动模式下续航里程超过50公里的插电式混合动力车型的油耗就按照0L计算,并且销量还有一个加权——这实际上是在越来越严苛的排放大限面前给汽车企业网开一面。

由于插电式混合动力车型在使用习惯上并没有改变汽车社会的运行方式,只是在此基础上做了一个可以充电的加分,所以,这一类车型在短短数年间迅速得到了各大汽车企业和限购地区消费者的认可。而目前国内市场上的插电式混合动力系统的技术架构,又都是大同小异的。

当下的主流插电式混合动力系统并不完美

任何一套混合动力系统,它的关键技术都在于动力的耦合,即将电动机和内燃机的动力耦合输出到驱动轮上。而按照电动机和内燃机之间的相对关系,业界将混合动力技术分为P0到P4四种架构,外加一种动力全耦合式的PS架构。

比如说,电动机位于发动机之前的动力架构称之为P0架构,这也是目前最为火热的48V电气系统。其主要部件为一套BSG启动式发电机,这套系统的工作原理我们大概可以简单的理解为手动挡车型挂着档不踩离合器点火的效果。通过启动式发电机来带动车辆起步,短接掉发动机起步时的高油耗区间。

而P1架构则是电动机位于发动机之后,液力变矩器或者离合器之前。P2架构则是在离合器或者液力变矩器之后,变速箱之前。P3架构则是在变速箱之后,主减速器之前。而P4架构则是直接作用在主驱动桥之后,通过电动机单独的驱动一个车桥的架构,这一架构的特点在于可以实现电动四驱,并且最大程度上弱化了电动机和内燃机之间的耦合关系。

从P0到P4的架构,是欧洲汽车企业以及国内的本土汽车企业的主要技术发展路线。而我们最常见的插电式混合动力架构主要以P2架构和P4架构为主,而由于P0架构的弱混特性,所以P0架构又基本上会和P2架构和P4架构同时出现,形成P0P2架构和P0P4架构。

比如说,高尔夫GTE,奥迪Q7 e-tron,名爵6 PHEV,采用的就是这样一套以P2架构为主的插电式混合动力系统。

而得益于P4架构的附加属性——四驱系统的作用,绝大部分的SUV车型都采用的是P4架构,比如说比亚迪唐、宋的插电式混合动力版车型,以及宝马、福特的系列插电式混合动力车型,都是这一架构下的产物。

无论是P2架构还是P4架构,欧洲汽车企业主导的混合动力技术我们可以简单的理解为堆积木式的动力输出,其主要的原理都是将发电机和电动机的动力输出独立开来,并且单独的对驱动轮进行驱动。对于动力耦合的需求是较低的,这也就在很大程度上弱化了混合动力系统的开发难度。这又以将电动机和内燃机完全区分开来的P4架构最为典型,因为在这套架构中,基本上已经不存在内燃机和电动机之间的耦合需求了。所以,P4架构又是混合动力系统中最为简单的一种。

有了基本的堆积木式的混合动力架构,那么插电式混合动力其实就很容易实现了,只是需要为电池组增加一个充电接口,同时优化电源管理系统的工作了。而在我国的产业扶持特点下,只需要动力电池的容量做到足够大,那么实现50公里纯电动续航里程的需求是很简单的。

不过,凡事有利就有弊。目前现行的几种P0到P4的插电式混合动力虽然结构简单便于迅速开发,但是因为堆积木的动力特性,使得能源转换的效率被降低。这一点其实很好理解,但凡涉及到能量转化,就会有转化损失。如果单纯的在可以充电的工况下进行讨论,那么现行的几种插电式混合动力系统的确没有太大的问题,只要发动机不工作,油耗随时可以保持为0的状态。在实验室台架进行油耗测试时,按照现在NEDC的测试规程,小排量涡轮增压发动机50公里跑2L左右的油耗也并不是难事。

不过短板出现在,当发动机为动力电池进行充电,并且车辆还处于正常行驶状态下时,那么这些插电式混合动力系统的短板就会被放大出来。

因为要带动发电机充电,发动机负荷会大幅度的增加。另外,那一整套的电动动力系统带来的车重增加在这个时候也会变成尾大不掉的累赘。这也就使得其油耗表现会迅速的恶化,这也就是为什么在实际使用过程中,插电式混合动力车型并不见得会比普通版车型省油的主要原因所在。更何况,以目前国内新能源基础设施建设的情况来看,应该没有太多插电式混合动力车型的车主会拥有单独的充电桩。

PS架构是目前最为合理高效的混合动力架构

好了,聊到这里,就该来聊一聊PS架构了。

其实,这事可能会有点跑题,因为,PS架构下目前并没有出现太多的插电式混合动力车型,如果有的话,那也就只有那辆插电混动版的普锐斯。如果车辙君没有猜错的化,上汽通用别克即将投产的插电式混合动力车型VELITE 6应该也是一套PS架构的产品。

实事求是的讲,PS架构是在目前来看最为合理并且最为高效的一套混合动力架构,这套架构的特点在于将内燃机和电动机的动力输出进行了全面的耦合,然后统一输出到驱动桥上的。这是目前日系汽车企业主要关注的混合动力技术发展路线,最为典型的代表自然就是丰田的THS混合动力系统。

我们可以这么来理解PS架构,它就像是揉面团,将面粉和水按照比例的不同混合成所需要的面团。这其中涉及到的主要部件是一套行星齿轮机构,通过行星齿轮的输出特性,将动力进行耦合,然后进行输出。说的更简单一点,就是用一个差速器来完成原本应该是属于变速箱的功能。

由于电动机和内燃机之间存在着明显的动力耦合关系,所以,当二者存在着动力转换关系的时候,能量的转换损失就会被降低到最小的范围之内。与此同时,通过这种纯机械式的耦合关系,也可以最大程度上实现内燃机和电动机之间的最佳工况切换。反过来看,车辆自身的机械运动也可以更加高效的对电池组实现反向的充电,并且不会过多的影响到车辆的驾乘质感。也就是我们所说的制动能量回收。这也就是为什么丰田旗下的混合动力车型在实际使用过程中的油耗和理论油耗相差不大的主要原因。

好了,聊到这里,也就可以理解为什么插电式混合动力车型目前正在遭遇的质疑了,其实,如果重新调整一下技术路线的话,那倒也不是什么大的问题。

公开课》| 作者:卫斯基

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