比亚迪超混匹敌本田?国产混动崛起历程
[爱卡汽车 技术解析 原创]
纯燃油车往电池电动车转换有一个过渡,那就是混合动力。在外部环境刺激下,电动车普及速度大幅加快,混合动力陷入尴尬境地,纯燃油车转换成电动车还需要过渡吗?随着“双积分"政策调整,低油耗车型出现在文件中,这个疑问被打消了。低油耗车型本是一个油耗指标,混合动力可以轻松满足这个指标,鼓励车企生产低油耗车型实际上就引导发展混合动力,因此国内外品牌纷纷加快推进混合动力车型落地。
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借政策东风,比亚迪电动车一路高歌猛进,但最近却一改往常做法,高调发布了一个全新的混合动力系统,这就是前不久刷屏的DM-i超混。上汽也早早推出了自己的混合动力系统,并且不断更新迭代。从产品和技术层面看,中国品牌非常重视混合动力,很早便开始布局,但作为后起之秀,想要从混合动力市场分一杯羹,必须得与强大的对手正面竞争。
一提混动就容易联想到丰田,截至2020年1月,丰田混合动力全球销量超过1500万,这个数字令对手无法企及。丰田混动能取得成功,最大的功劳来自于THS-II混合动力系统,这套混动系统至今仍是行业标杆。有人会感到困惑,世界上有这么多混合动力,为什么消费者只买丰田的单?这个困惑可以从本田那找到答案。
1997年,丰田普锐斯问世,混合动力市场表现超乎预期,眼看丰田抢得先机,本田毫不犹豫跟牌了。1999年,本田推出搭载IMA混合动力系统的Insight车型,这是既丰田THS后,第二种大规模量产的混合动力技术。到2005年,本田IMA混合家族已经初具规模,但是销量始终无法企及丰田,难道本田会技不如人?了解本田混动动力系统进化史,可以大概了解各种混合动力的优缺点,然后也会明白国产混动究竟处在哪个阶段。
说到IMA混合动力家族,最具代表性的是2006款本田思域(参数|询价)混动,这是一台极其特别的本田,骨子里带着不服输的精神。
既然是一款本田混动,自然有别于丰田的技术思路。思域混动只有1个电机,它安装在发动机与变速箱之间,如今48V轻混的ISG电机布置与它非常相似,当时可是一个相对超前的方案。
混合动力省油,首先得有一台高效率发动机,思域混动虽搭载了一台名气不怎么大的1.3L发动机,但它几乎把当时本田最先进技术用了个遍。
混动省油是因为它能避开或改善发动机低效工作,IMA动力系统省油原理都显示在运转模式图上。不过,细看会发现IMA运行模式有些地方的描述自相矛盾,例如缓慢匀速行驶,IMA电机单独驱动车辆纯电行驶,引擎已关闭为何还要开启闭缸模式?问题出在IMA的结构上。
从IMA运转模式可以看出混动省油的原理,起步、缓慢匀速行驶(蠕行)、轻微加速以及较快加速(急加速),正好是发动机低效工作点,此时IMA电机介入工作,减轻发动机负担避开发动机低效工作点。纯电缓慢匀速行驶时,发动机的运转阻力同样会消耗电机输出功率。本田想到一个办法,发动机熄火后所有气缸开启闭缸功能,减少发动机运转阻力。
思域混动为何城市工况被普锐斯轻松拉开1升油的差距?根据混动结构分类,1个电机只能算并联结构。这种结构的特点是,电机发电就没其它电机能驱动车辆行驶,而当电机驱动车辆时又没有电机可以发电。普锐斯不一样,它有2个电机,同样拥堵的路况,发动机不直接驱动车轮,而是驱动其中一个电机发电,为另一个驱动电机供电,因此普锐斯发动机处于比较单一且高效的状态。
电池亏电电机停止工作后,思域混动1.3L发动机不但要在低效工况下驱动车辆,还要驱动IMA电机发电,这种情况在拥堵的市区很常见,油耗也就上去了。
思域混动的电机功率仅15kW,正常运转能帮的忙也不大,大多数情况下还得靠1.3L发动机挑起重担,所以得保证发动机全负荷范围动力性能,不然动力会非常肉,因此没法像丰田混动那样采用模拟阿特金森循环的高热效率发动机(阿特金森循环发动机扭矩小功率低)。
搭载THS-II混合动力系统的普锐斯油耗低,不单是因为采用阿特金森循环发动机,2个电机组成的串并联结构(也叫混联)混合动力系统才是关键。并联结构的功能本田IMA已经展示过,发动机与电机两者都可单独驱动车辆,也可以一同驱动。
串联结构功能单一,只能让电机单独驱动车辆。而硬件上它必须有2个电机,一个发电机一个驱动电机,因此成本较高。串联结构混合动力,汽油发动机在这扮演的角色从驱动车辆变为驱动发电机,发电机产生的电供驱动电机,这也就是增程式电动车。
虽然感觉多此一举,但串联结构混合动力,发动机只需在高效恒定运转来驱动发电机,因此怠速、起步、蠕行、急加速等汽油机废油工况可以完全避开,省油就是这么来的,在串联式混合动力系统中汽油机再也不会在拥堵环境下徒劳无功了。
只要保持中高速巡航,发动机便处于高效工作点,因此发动机直接驱动车辆效率最高,纯电行驶反而不省油。但串联结构只有纯电这一种驱动模式,没法切换成发动机直接驱动。
技术宅的反击—i-MMD
丰田THS是最早量产的串并联结构混合动力,本田随后也改变方向,研发了全新的双电机混合动力系统,这就是今天我们所熟知的i-MMD,它也串并联结构。
理想的混合动力系统结构,配上高效率发动机,i-MMD帮本田在混合动力上打了个翻身仗,这回本田总算可以跟丰田扳手腕了。本田混合动力系统进化史,实际上就是在不同结构混合动力系统中摸索,最终升级为串并联结构后,燃油经济性才终于超过丰田THS-II。
混合动力划分方式很多,比如按发动机、电机、变速器的布置结构分为串联、并联或串并联(混联),也可以根据混合程度分为微混、轻混、全混(强混),不过按结构划分最简单明了,长篇大论介绍丰田和本田的混动后,混动的特点也算略知一二,现在终于可以聊国产混合动力了。
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生效日期:2017年5月9日
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