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博瑞GE-混動系統解析

寫這篇文章有兩層用意,第一:幫助銷售顧問鞏固、加強吉利博瑞GE的產品知識(對領克品牌銷售顧問同樣適用-領克01-PHEV已經開始預售)使他們能夠更專業的服務好每一位客戶;第二:用消費者看得懂的方式,淺談當今市場上的混動系統和博瑞GE的兩種混動系統,以便於消費者對混動車型清晰的區分和理性的選擇,因文章篇幅過長,本篇只講解HEV油電混動和PHEV插電混動,MHEV輕度混動會在下篇講解

我是汽車培訓師、非職業撰稿人-譚超

如果要把市場上所有的混動系統講的大而全,顯然一篇文章是不夠的,混動系統的區分方式有很多種,所以今天我用一種最簡單的方式來呈現,首先把混動分為三大類,HEV-混合動力,PHEV-插電式混合動力,MHEV-輕度混合動力

先從HEV-混合動力系統講起,一樣先講它的分類(HEV的分類包括但不僅限於以下三種)

這三種HEV,我會從結構性能特點兩方面來講解

一:串聯式

結構:為了方便理解,我用純電動車舉個例子

這是一台純電動汽車-特斯拉 Model S,純電動車結構簡單,動力電池給電動機提供電能電動機負責驅動車輪行駛,和我們所熟悉的燃油車差不多,油箱給發動機提供燃料發動機做功產生動力,然後通過變速箱傳遞動力驅動車輪行駛

只是純電動車一般不需要變速箱,因為發動機之所以需要變速箱是因為發動機啟動後需要怠速運行,所以需要變速箱中的離合器或是液力變矩器做動力的承接,但電動機啟動後並不需要怠速,所以不需要變速箱,可以直接驅動車輪

我們把燃油車的油箱加滿可以行駛多少公里,就等同於把純電動車的動力電池充滿電可以行駛多少公里,所以純電動車和汽油車同樣都有續航里程的限制,只是我們對電動車的續航里程更加敏感,因為加滿油箱也就是幾分鐘的事,可以隨用隨加,哪怕油箱里只剩半升油,只要路邊有加油站,分分鐘就能「滿血復活」

但要給電池充滿電,快則兩小時,慢則多半天,所以純電動車的車主在出門前必須先計算一下電池剩餘的電量還能行駛多少公里,然後再做一個減法,確保用剩餘的續航里程,減去此次出門要行駛的里程之後不能得「負數」,而且還要算上堵車、行程需要增加(比如突然要去接人)等不可控因素,以及空調、音響、燈光、電加熱座椅等這些用電設備的電量損耗,所以使用純電動車時基本都會有「里程焦慮」

串聯式混動,就是為了解決你的「里程焦慮」而生,因為串聯式混動把純電動車的電池充電方式從外部電源充電,改變成了使用發動機充電,在結構上,串聯式混動只比純電動車多了一台發動機,和一台把發動機的機械能轉換成電能的發電機,但因為串聯式混動系統中的發動機只負責發電,不負責驅動,所以在這套系統中,沒有變速箱的存在

所以從結構上來講,串聯式混動和純電動屬於「近親」,驅動方式完全相同,只是充電方式不同,純電動車插充電器充電,串聯式混動車則是在電池電量低於某個百分比(比如50%以下)時,讓發動機啟動,帶動發電機為動力電池充電,所以相比純電動車,串聯式混動車可以用加油代替充電的方式解決「里程焦慮」,只要油箱里有油,電池就有電!同時也具備了電動車比燃油車效率高,提速快,傳動平順等特點

性能特點

性能特點主要講兩方面,動力油耗,如今各大城市中的公交車很多都使用了混合動力和純電動兩種,混合動力公交車基本都是串聯式混合動力,因為公交車的用途,導致它不需要多強的動力,反而更注重平順、省油、以及無需擔心的續航里程

在乘用車領域,也有一小部分的車型在使用串聯式混合動力,比如雪弗蘭沃藍達廣汽傳祺GA5新能源等車型,以傳祺GA5新能源為例,它的電動機功率是94kw,扭矩是225NM,電機所需的能量由一個13kwh的動力電池提供,而負責為這台動力電池充電的是一台排量僅為1.0的汽油發動機,功率僅有45kw,無扭矩數據

因為剛才就說過,發動機在這套系統中只是給電動機「端茶倒水的」,所以當然不需要扭矩參數,大家應該看出來了,這台車無論是電動機的動力還是發動機的動力都很弱,電池組的容量也不大,所以它最注重的是「滿油滿電」條件下的續航里程,而非動力表現,所以我們得出結論,串聯式混合動力的性能特性是:動力差、油耗低

但如果嚴謹的說,其實它的性能特性應該是:動力和油耗成正比,動力差則油耗低,動力強則油耗高,假如把剛才那台傳祺GA5的電動機的功率扭矩調到像特斯拉一樣高,386kw和525NM,那它的動力一定特別好

因為電動機的功率成倍上漲,耗電速度也成倍加快,所以電池容量也必須成倍加大,13kwh的電池容量至少要加大到75kwh,充電用的發動機排量也不能僅僅是1.0了,因為如果充電速度遠遠跟不上放電速度,最終就會是:就算油箱有油,電池裡的電也會放空,所以為了使充電速度跟得上耗電速度,發動機排量也必須變成3.0甚至更高,功率大了充電速度就快了,但油耗也就高了幾倍,(比如用蘋果手機的低功率充電器給一部ipad充電,而ipad又一直在運行大型遊戲,雖然插著充電器,遲早也會電量不足)

但由於大多數的串聯式混動都被應用在商用車領域(公交),乘用車對串聯式混動的主要需求也是省油,所以我們見到的串聯式混動車,通常都是動力弱、油耗低的,如果要追求很高的動力,還是並聯式混動更合適一些

二:並聯式

結構:並的意思是:並列,即並列存在兩套動力系統,兩張圖便於大家理解

燃油車+純電動車=並聯式混合動力車,兩套動力系統都可各自單獨驅動,也可以一起驅動,不明白的請看下方圖片,雙人自行車是最貼切易懂的例子

比如前面騎車的人是發動機,後面騎車的人是電動機,前面的人可以自己騎,這時後面的人可以休息(電動機補充電量),後面的人也可以自己騎,這時前面的人可以休息(發動機不工作從而省油),而在起步、加速、超車、上坡的情況下,前後兩人就會一塊發力,此時車就會獲得很強的動力,在下坡或路口前慣性溜車的時候,兩個人可以一塊休息,既省油又能補充電量,這就是最簡單的理解並聯式混動結構的方式,當然這裡面還要分為 P2(變速箱前)、P3(變速箱後)、P4(後橋電機、輪邊電機)等不同結構(這篇不講的太過深入)但都符合這個雙人自行車的例子

性能特點

因為同時存在著兩套動力系統,在加速時兩套系統又能合二為一的輸出動力,所以並聯式混合動力車,多數都比純燃油版的車動力好很多,但油耗只能降低一點點,為什麼動力好了很多,而油耗只是降低一點點呢?因為並聯式混動和串聯式混動恰恰相反,串聯式混動中電動機是主角,發動機不負責驅動而且只負責打下手,用來給電機補電,同樣用騎自行車的例子來說,串聯式混動就應該是這樣的

而並聯式混動是這樣的

雖然是雙人自行車,前後兩人可以一起發力,但後面的人(電動機)爆發力雖然好,但體能不足(電池小),所以後面的人單獨騎車的時候騎不了多遠,所以前面的人(發動機)雖然可以休息,但卻休息不了多大一會兒,所以並聯式混動的性能特點是:動力好,油耗高(不是說它比燃油車的油耗高,而是在串聯、並聯、混聯三種混動中油耗最高)用一台典型的並聯式混動車來印證這個結論:英菲尼迪Q50S(進口)

英菲尼迪Q50S,有3.7L自然吸氣和3.5L混動兩個版本,雖然3.5L發動機沒有3.7L發動機動力強,但因並聯式混動系統的加持,3.5混動車型的加速比3.7自吸更快

(上圖的油耗數據相比真實油耗相差甚遠)

電動機的功率和扭矩分別為50kw290NM,但這台車的電池組容量卻很小,只有不到2kwh,所以純電模式下的續航里程僅有不到5公里,所以油耗只比3.7L燃油版車型低了一點點,所以說並聯式混動在眾多HEV系統中,油耗是最高的,但動力是最好

三:混聯式

結構:混聯式混動是HEV系統中結構最複雜的

首先發動機不是普通的奧托循環發動機(奧托循環:進氣-壓縮-做功-排氣四衝程)混聯式混動車的發動機跟馬路上跑的大多數車的發動機都不是同類,它使用的必須是阿特金森循環發動機,通過延遲關閉進氣門的可變氣門正時系統,實現了膨脹比大於壓縮比的效果,因為它有5衝程:進氣-吐氣-壓縮-做功-排氣,目的是為了在每個工作循環里少燃燒一些汽油,達到燃燒充分且省油的目的,但也因此導致爆炸做功產生的能量變小,所以這類發動機的動力表現很一般,低速扭矩也很差,很難在純燃油車中獨自「挑大樑」,所以只能搭載於混動車,用電動機的動力來做互補,典型的混聯式混動車型,如豐田卡羅拉、雷凌、凱美瑞雙擎,雷克薩斯CT200H、ES300H、RX450H等雷克薩斯全系混動車型,接下來用參數對比來直觀的驗證剛才闡述的觀點:阿特金森循環發動機相比奧托循環發動機較差的動力和更低的油耗

因為阿特金森循環發動機是為了節油而生,並不執著於動力表現,所以目前市場上的阿特金森循環發動機絕大多數都是自然吸氣的,如豐田的1.8、2.5、3.5,本田混動雅閣的2.0、福特混動蒙迪歐的2.0等

除了發動機跟普通燃油車有很大區別以外,混聯式混動是沒有變速箱的,而是使用行星齒輪組,把發動機和電動機的動力在不同工況下進行分配,這種行星齒輪組名為E-CVT,俗稱電子無級變速,但其實E-CVT不屬於變速器,因為它既沒有液力變矩器,也沒有離合器,機械結構也和CVT的兩盤一鋼帶完全不同,所以它真正的叫法應該是:混聯式混動行星齒輪動力分配器

關於E-CVT,我曾在福特做培訓師時,因2016年要做全新蒙迪歐產品上市培訓(含混聯式混動車型)所以那時我整理過一份資料,就是關於混聯式混動系統的核心-E-CVT的

(下方這段文字高能,看不懂請忽略)

在電機方面,混聯式混動比並聯式混動多一個發電機,也就是上圖中指的MG1,並聯式混動只有一個電機,驅動時扮演電動機,不驅動時才是發電機,又當爹又當媽,所以驅動時充不了電,充電時驅動不了,但混聯式混動有單獨的電動機和發電機,驅動、發電兩不誤,在上圖中,黃色的外齒圈則相當於驅動輪,它正著轉車就向前開,反著轉就倒車,為它提供動力的是MG2-驅動電機,前面就說過,因電機啟動不需要維持怠速,所以電機可以直接驅動,不需要液力變矩器和離合器用來承接動力,這也就是為什麼E-CVT不需要有液力變矩器和離合器的存在,而綠色的行星齒輪架,它的動力來自發動機,所以我們會明顯的看出,在這套混聯式混動中,發動機無法直接向車輪輸出動力,只能間接輸出動力(通過加大充電電壓或當藍色的行星齒輪停止自轉時)紅色的太陽齒輪連接著MG1-發電機,所以當它在自轉時,發電機會持續發電,總之,這套系統很精妙,很複雜,很難懂,豐田在相關技術上,有著多項專利(PS,上圖中藍色的行星齒輪是沒有任何動力輸出的,它安裝在綠色的行星齒輪架上,內外分別與黃色的外齒圈和紅色的太陽齒輪相互嚙合,用自轉的方式來彌補各動力源之間的轉速差,比如純電驅動模式,發動機不介入,即黃色的外齒圈正轉,綠色的齒輪架不轉,藍色的行星齒輪就會自轉來彌補兩者間的轉速差,因四個行星齒輪的自轉會帶動紅色的太陽齒輪自轉,所以發電機開始發電)

性能特點

弄這麼複雜的結構幹什麼?當然是想讓混聯式混動成為沒有缺點的HEV系統了,想讓它同時擁有串聯式混動省油的優點、以及並聯式混動動力強的優點,但其實這是很難實現的,省油方面和串聯式混動相比,光是發動機排量就比人家的大了不少,動力方面,並聯式混動使用的可是渦輪增壓的奧托循環發動機啊,油耗低不低無所謂,動力一定要好,一定要能獨自挑大樑,混聯式使用的則是無法單獨「作戰」的阿特金森循環的自然吸氣內燃機,動力相比普通發動機差40%,不僅動力差,發動機還沒法直驅車輪,只能間接輸出動力,所以總結一下,混聯式混動的性能特性是:動力中等、油耗中等,我們用數據直觀的對比一下會講的更清楚,並聯式的博瑞GE PHEV和混聯式的豐田凱美瑞2.5HQ,究竟哪一個對動力的提升更大呢?因為博瑞GE全系混動,所以我們找一台1.5T排量的合資品牌B級車做個參照,別克全新君威20T(1.5T+9AT)

兩車同為1.5T排量,發動機數據相差無幾,1.5T的合資品牌B級車,0-100km/h的提速時間為9.5秒(實測9.47秒),並聯式混動的博瑞GE PHEV,百公里提速為7.4秒(實測7.32秒)並聯式混動對動力的提升非常明顯,接下來來看凱美瑞,因凱美瑞有2.5自吸版和2.5HQ混動版,直接拿來對比即可

2.5升的混動凱美瑞,搭載混聯式混動系統後,把2.5升+8AT的自然吸氣凱美瑞實測9.17秒的加速,提升到了8.44秒,相比並聯式混動對動力的提升來說微不足道,但相比串聯式混動來說動力卻有優勢,所以驗證的結論是:混聯式混動:動力中等、油耗中等

經過漫長的講解,我終於把主流的三類HEV不同的結構和性能特點講清楚了,接下來講PHEV,也就是插電式混動

大家記住,PHEV插電式混動是基於HEV油電混動打造而來,所謂插電式混動,也就是說需要額外插充電器對給電池充電,是因為插電式混動車在日常行駛時不會充電嗎?NO!目前市面上的所有的混動車,甚至純電動車,至少都會在滑行和制動時對電池進行充電,根據結構的不同,工況的不同,充電的速率也不同,但目前還不存在任何一款在行駛途中不充電的混合動力車

插電的原因是因為動力電池的容量在原來的基礎上被加大了十幾倍,所以行駛中靠動能回收補充的電量杯水車薪,必須通過外接電源把加大後的電池「餵飽」,列舉一些市場上主流的PHEV插電混動車型

(寶馬530 Le-PHEV)

(賓士S500el-PHEV)

(保時捷Panamera-PHEV)

動力電池容量未查明,但應該在10kwh以上

以上列舉的幾款豪華品牌PHEV插電混動車型,全部都是在並聯式混動的基礎上,把動力電池加大十幾倍做出來的,為什麼他們全部選擇在並聯式HEV的基礎上做PHEV呢?因為PHEV是通過加大電池容量的方法增加HEV混動車型在純電動模式下的續航里程,從而讓車更省油,降低車輛使用成本,所以PHEV最大的優勢,就在於省油,結合剛才我們總結的三類HEV的不同性能特性,最適合讓PHEV用來「取長補短」的便是並聯式混動

並聯式混動基礎上加大動力電池,就是博瑞GE-PHEV,從而獲得的性能特點就是動力強、油耗低

在電機功率不變的前提下,電池容量加大十幾倍能夠把原來3公里左右的純電續航里程,延長到幾十公里,如寶馬530Le的純電續航達61公里,博瑞GE的純電續航里程達60公里,電池組容量是11.3kwh,通俗的說,也就是11.3度電,按家用電5毛錢一度來計算,充滿電僅需不到6塊錢,博瑞GE PHEV還具有智能預約充電功能,可用夜間的低谷電價進行充電,這樣來算,充滿電就不到3塊錢了,假如每天開車上下班的通勤里程在60公里之內,用純電模式行駛即可,每公里的花費只有幾分錢,但當駕駛員需要動力時,並聯式混動的本能被喚醒,雙動力源合二為一的輸出可以幫助你迅速提速或超車,所以大多數的PHEV都是基於並聯式混動來做的,取並聯式混動動力強之長處,補並聯式混動油耗高之短處

所以這便是PHEV和HEV之間的聯繫,博瑞GE的PHEV 並聯式結構運用的是源自沃爾沃CMA架構的混動系統,它的精妙之處和創新之處在於,它運用了傳動效率高達97%的濕式雙離合變速箱,並巧妙的利用雙離合變速箱的偶數輸出軸把電機的動力輸出到驅動橋,可以在加速時將發動機及電動機的輸出集中在變速箱輸出軸一同向驅動橋輸出,所以動力表現好,燃油經濟性出色

以上所述的所有內容,對正在預售的領克01-PHEV同樣適用,這篇文章到這裡已經寫的很長了,所以我決定,下一篇文章再對MHEV輕度混合動力進行講解,但我可以先告訴大家結論:PHEV是基於HEV打造而來,也就是說PHEV和HEV的原理基本一致,只是電池容量大了很多,其實就相當於排量越大的車油箱容積得越大一樣,一台2.0排量的小型車,50升油箱就夠了,但5.7排量的雷克薩斯570,油箱容量足有138升

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本文為《厲害的老貓》原創文章,轉載請註明出處


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