区别真的极大,混出个名堂

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新能源时代已经来了,不再是燃油车的天下,众多车企在推出新能源车型之余还推出了许多混动车型。在新能源车型以及配套设施还不够完善的情况下,推出混合动力产品能够达到节能减排的效果,同时也能达到燃油车的续航里程,是一个不错的选择。那么,你现在真的了解混合动力车型么?今天咱们了解一下,三大混动模式。

在我们的日常生活当中,混合动力汽车已经算不上什么稀罕物了,它比常规能源汽车更节油,同时又比纯电动汽车更“靠谱”,已经有越来越多的人在购车时开始考虑它们,但大多对其中的原理和特性知之甚少。下面我就结合一些车型带您了解一下混合动力系统,希望对您日后购买此类车型提供一些帮助。

在非插电式混合动力的领域,丰田是一直以来的王者,虽然其他品牌陆续有混合动力的车型推出,但在技术上依然不能撼动丰田的地位,但以黑科技立命的技术宅本田,终于推出了一款可以挑战权威的混合动力车型——新雅阁锐混动,该系统采用了2.0L阿特金森循环DOHC
i-VTEC发动机、双电机电动CVT、PCU动力控制单元、以及由高功率锂离子电池和DC-DC转换器构成的IPU智能动力单元,百公里综合油耗最低仅为4.2L/100km。这一套混动系统又会给我们带来哪些期待?

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何为混合动力?

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本田的混动以前是怎么样的?

顾名思义,将两种动能混合到一起输出的称之为“混动”,也就是说将传统燃油发动机和电动机相结合,共同为车辆提供动能的驱动模式。

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本田早在2007年曾推出过一款名为IMA的弱混系统,搭载于混动版本思域、混合动力版飞度、CR-Z和Insight等多款车型上。这款IMA混合动力系统采用的是并联式结构,所谓并联式结构,它主要特点就是发动机作为主要动力来源,电机作为辅助动力来源;和丰田的混合动力系统技术比,还算比较“弱混”的阶段,丰田的混动系统属于混联式,简单来说就是发动机与电机都可作为车辆主要动力来源,低速时可靠纯电动行驶较长的距离。

三大混动模式:并联、混联、串联

另外,根据混合动力系统中电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重,也就是常说的混合度的不同,混合动力系统还可以分为微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统四类。

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并联式:本田IMA


CR-Z是IMA混合动力的代表车型,销量相当惨淡

发动机为主要动力输出,电动机为辅。后者通常无法单独驱动汽车行驶,综合输出功率相当于发动机与电动机的输出总和。

下面我将通过你我认识的混动系统、容易被忽视的混动系统、混动大家庭的新生力量、混动系统的意外收获这四部分来为您介绍不同的混动系统。

两个系统的区别在于本田IMA混合动力系统无法实现相对较长距离的纯电动行驶。本田IMA系统实现纯电动行驶的前提是歇缸技术,而且发动机曲轴与电机是连在一起的,当车辆以纯电动状态行驶时,发动机虽然停止供油但气缸与曲轴仍保持运转,但依然会消耗电能。而丰田的混合动力系统以纯电动行驶时,会通过行星齿轮或离合器将发动机与电动机的连接“中断”。对电能的消耗更少,技术比本田通过VCM可变气缸管理系统所实现的闭缸更为先进。

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你我认识的混动系统:

本田新混动系统算是脱胎换骨

本田-IMA技术

之所以是你我认识的混动系统,是因为搭载它的车型以其市场保有量或者通过大力的宣传,使人很容易在马路上或媒体上认出它们来,而且很有代表性。针对这类车型,我们再结合混动系统的分类为您分析一下它们其中的原理。

本田最新混动系统叫做SPORT
HYBRID,从名字上我们也能感受到本田对这套系统运动的定位,这套系统分为三种:包括用于小型车的使用单电机的i-DCD系统、用于中端车型、使用双电机的i-MMD系统以及跟高级别的使用三电机的SPORT
HYBRID SH-AWD系统。而最近发布的混动版雅阁,搭载的正是i-MMD系统。

最具代表性的为本田IMA并联技术,从1997年的J-VX
概念车就已经搭载了这套技术。到了1999年,J-VX量产版正式推出,名称变更为Insight。从此IMA技术开始了更新迭代的历程,到现在已经经历了6次升级。

关键词:串联式混合动系统

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代表车型:沃蓝达

i-MMD系统可以让车辆在电车与汽油车之间做角色切换,加速时电动机全功率输出的大扭矩特性,会使得整车的加速感觉很棒。而在高速行驶时,会使用汽油发动机驱动,这两者相互配合,使得油耗大幅降低。

虽然多次升级,但它的技术原理一直没有发生改变。IMA
系统的电机放置在发动机和变速箱之间,属于盘式电机,体积小巧轻薄,但是,这套系统只能算是中度混动,它的电动机在整体系统里的地位并不高,在起步的时候,电机辅助发动机驱动,在低速行驶(40km/h
以下)时,发动机气缸可以关闭,只依靠纯电驱动,加速的时候,电机不参与工作,高速行驶时,仍然是发动机提供动力,而电机扮演了辅助的角色。

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具体来说,i-MMD系统一共三种运作模式,第一种EV
Drive,由电池提供提供电力给电动机进而驱动车辆。要能进入EV
Drive的条件,仪表盘显示的电池的储电量必须在三格以上。

可是,就算再怎么升级也无法逾越丰田的THS技术。所以,本田在IMA的基础之上衍生出三个分支;适用于紧凑型车的i-DCD、中型车的i-MMD、大型车SH-AWD。

串联式混合动力系统总成由发动机、发电机和驱动电机三大主要部件组成。发动机与发电机组合成辅助电力单元在需要时进行发电。辅助动力单元和蓄电池将电能供给发动机,电动机驱动汽车行驶。辅助动力单元发出的电能可向电池充电,以延长混合动力电动汽车的行驶里程。另外,蓄电池还可以单独向电动机提供电能来驱动电动汽车,使混合动力汽车在零污染状态下行驶。

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混联式:丰田THS-II

串联式混合动力系统优点
1.发动机和驱动轮之间没有机械连接,因此发动机可以工作在其速度一转矩图的任何点上。通过车辆的驱动功率需求,可以控制发动机总是工作在最低油耗区;在这个区域内,发动机的效率和排放可以通过特殊设计和控制技术得以进一步提高。
2.电动机的速度一转矩特性非常适合电动汽车牵引需求,驱动系统可以不再需要多档位的变速器,使得驱动系统结构得以简化。
3.与其它的布置方式相比,串联混动系统的发动机和驱动轮之间实现了完全的机械解耦,动力总成的控制策略更简单。
串联式混合动力系统缺点
1.发动机产生的能量经过两次能量转换才到达驱动轮,能量损失多,效率低。
2.发电机的使用增大了车辆质量和成本。
3.由于电动汽车电动机是驱动车辆的动力源,为满足车辆的加速和爬坡性能要求,其尺寸较大。

第二种Hybrid
Drive,只要油门到达一定深度,系统判断需要加速时,发动机就会启动,不过这时候发动机并不参与车辆的驱动,而是驱动发电机,再通过电动机来驱动车辆。此时的雅阁Hybird能利用电动机的大扭矩特性,拥有绝佳的加速表现。

与并联式相反,电动机为主,发动机为辅,都可以做到单独驱动汽车行驶。但由于动力总成中配备了独立发电机,从儿让这套动力总成的综合输出功率等于发动机+电机+发电机的总和。虽然这套动力总成结构复杂,成本造价高,但在动力以及节能减排的表现很棒。

串联式混合动力汽车适用于在城市中低速运行及频繁启停的行驶工况。由于串联式混合动力汽车不是通过发动机直接驱动汽车行驶,发动机与汽车驱动轮无钢性连接,而是电连接,因此可以保证发动机保持在其最佳效率区域内稳定运行,从而获得最低的燃油消耗和最佳的排放。这一特点的优越性主要表现在低速、急加速运行工况中。而在汽车高速行驶时,点传动效率相对较低。

第三种Direct Engine
Drive,高速状态下,由于电动机不擅长高转速运转,且耗电量很大,而雅阁Hybird所搭载的2.0
L阿特金森发动机较适合高转速运行,所以在高巡航时,会由发动机直接驱动车辆。

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和混合动力的标杆丰田THS-II混动系统相比,这套新的混动系统到底怎么样?

丰田-THS II技术

雪佛兰沃蓝达虽然在国内马路上鲜有露面,可这一点也不影响其在世界范围内知名度。该车采用了增程式混合动力系统,这也属于串联式混合动力系统,即发动机仅仅用于发电工作,并不会直接将输出动力转化为动力势能,或者称之为发电机更为贴切,而输出的电能则会通过电动机所产生的电磁力矩来驱动车辆(或者可以直接理解为转化为了动力势能)。

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接下来介绍一下混联式最具代表性的丰田-THS-II技术,这套技术全称为“Toyota
Hybrid
System-II”,即丰田第二代混合动力系统。该技术最初期是用于97年的第一代普锐斯车型上,现在第三代普锐斯搭载的是正是THS-II。

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丰田THS-II混动系统代表车型——2016款普锐斯

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丰田THS-II混动系统在车辆不需要发动机提供很高动力的时候,发动机的一部分动力会被用来发电并存储到电池当中。而且车辆减速及制动过程中减少的动能,也会被系统转换成为电能储存到电池,也就是能量回收。这就是油电混合双擎动力技术中“电”的来源。存储在电池中的电能,在车辆行驶过程中作为驱动力得到充分利用,即降低油耗,又提升动力。“电”在油电混合双擎动力系统内实现了循环,从而使混合动力车在不充电的情况下,有“电”可用。

第三代丰田 普锐斯

沃蓝达配备了两个电力驱动马达,主马达的最高输出功率为111kW,最大扭矩为370Nm,此外还有一个兼做发电机的辅助马达为55kW,根据行驶工况的不同,它可以进行动力输出或者反转为电池充电。在两者的配合驱动下,它0-100km/h的加速时间只需9秒,超过普通紧凑型家用车2.0L自然吸气发动机的水平。该车最高时速可达到160km/h,完全可以满足日常需求。

本田的i-MMD系统则是让发动机保持在2000转经济油耗区内发电,在充电的同时也使得发动机的转速处于最佳的油耗工况,这样来用发动机最高效的工况发电从而降低油耗。在需要动力的时候才会释放电机的动力。

在这套THS-II技术里,最关键也最为复杂的部件儿是两台永磁同步发电机以及行星齿轮组成的动力分配系统;MG1主要用于发电,MG2主要用于驱动汽车行驶。这套系统上的创新在于,两台电机以及发动机输出轴都被连接到了一台行星齿轮机构上,通过该机构来分配动力,起步时单纯靠电机驱动、当达到高转速或需要加速时发动机才会介入。

关键词:并联式混合动力系统

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串联式:通用Voltec

代表车型:思域混动版

MMD相比THS-II的优势在于,他几乎不存在也不需要变速箱这个概念,因为系统中各个部件之间采用固定的齿比连接,不需要变速箱就可以使发动机可以直接驱动车辆前进,减少传动部件的能量损失,效率更高。

这种模式是最接近于纯电驱动,主要动力输出来自于电动机,发动机在其动力总成中只起到推动发电机发电。

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但丰田也有自身的优势,因为发动机和电动机可以协同运作,所以发动机在正常工作中会有更多机会为电池进行充电,反过来说,就是发动机特意启动为电池的时间会减少。比如在长时间低速行驶后,电池处于馈电状态,丰田的发动机启动后会一边驱动车辆前进一边为电池充电,而本田的系统必须先将发动机的动力完全转化为电能,再由电动机驱动车辆前进,其中多过了一到手续,效率必然会有所减低。

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所谓的并联式混合动力系统主要由发动机、电动机两套独立的驱动系统组成。这两个系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作驱动汽车。两大动力总成的功率可以相互叠加,同时可以采用功率较小的发动机与电动/发电机,使整个动力系统的装配尺寸和质量都较小。这种系统适用于多种不同的行驶工况,尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单,成本低。

所以实际到底谁的油耗更低,和实际的使用路况还会有很大关系。本田更像是可以由发动机单独驱动车辆前进的增程式电动车,而丰田则是我们传统理解的发动机电动机共同发力的混合动力。

通用Voltec

并联式混合动力系统优点
1.以机械形式复合,发动机和电机并联,可单独向驱动系统提供动力,没有能量转换,能量损失小。
2.两套动力总成的功率可以相互叠加,可共同提供动力。
3.一个电机既可作为电动机使用,也可作为发电机使用,且可以采用较小功率的电机,成本低。
并联式混合动力系统缺点
1.发动机和驱动轮间还是机械连接,在城市工况时,发动机并不能运行在最佳工况点,车辆的燃油经济性比串联时要差。
2.其中转速复合装置类似于差速器,这种结构形式需要发动机和电动机的输出转矩时刻保持相等,在实际中很难被采用。

本田还提到了SPORT
HYBRID的”SPORT”运动性能,新雅阁锐混动的驱动电机最大扭矩达到315N.m,最大输出功率达到135kW,确实比凯美瑞上电机的105KW,270N.m大一些。可还是像上面的说的,丰田的系统可以将发动机和电动机的动力叠加,而本田只能在电动机和发动机之间二选一。所以实际中低速的加速表现两款车基本算是打了个平手。而到了高速阶段,由于凯美瑞的发动机排量功率都要更大,所以中高速的加速能力还是凯美瑞要好一些。

Voltec混合动力系统是通用汽车的E-Flex插座充电式混合动力驱动系统的最新版本,采用一台小排量发动机、两台电动机对车辆进行驱动的系统。Voltec上采用的是16kWh的360V锂电池组,电池组成T型布置,隐藏于后排座椅下及车身中部,纯电动最高行驶里程可达80km。整个Voltec混合动力系统包括汽油发动机、综合动力分配系统、高容量锂电池以及电力控制单元。

并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力,一旦汽车车速达到巡航速度,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,这种装置更接近传统的汽车驱动系统,机械效率损耗与普通汽车差不多,得到比较广泛的应用。

可以说,一直以来丰田混动独孤求败的局面终于出现了转机,说本田混动是丰田混动的最大对手应该是没太大悬念,但在混动系统的可靠性方面,丰田已经在全球卖出了800万台混动车型,本田很长的路要走。但是本田这种更接近增程式电动车的混动模式可能会在今后随着电池和电动机的技术进步而拥有更大的发展潜力。当然我们最希望的还是在混动乃至其他新能源的舞台上,能有更多的好产品给消费者提供更多的选择。

两台电动机和发动机通过一个行星齿轮机构以及3个离合器组成了动力产生/回收/分配系统。和上文提到的丰田THS-II系统一样,Voltec系统同样使用行星齿轮组巧妙地实现了动力的综合分配。不同的是,在Voltec系统中,太阳轮连接到电动机,行星架连接到减速机构直接输出动力到车轮,而齿圈则根据实际情况连接到动力分配系统的壳体或者连接到发电机和发动机。

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思域混动版采用本田IMA混合动力技术。虽然这套系统在一定程度上赶不上本田那套混联式混合动力系统,且本田已经发布其最新混动技术,但是作为典型的并联式混合动力系统,我们还是有必要介绍下。

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相比采用混联混合动力系统的丰田系列车型,本田IMA系统的结构简单、紧凑,制造成本相对较低,对车内空间占用较少而且对整车重量影响不大。本田IMA混合动力系统主要由发动机、电动机、CVT变速箱以及IPU智能动力单元这四个部分组成。其中常规动力以1.3L或1.5L这两款自然吸气四缸发动机为主。电动机则是三相超薄型DC无刷电机,作为动力辅助装置,安装在发动机与CVT变速箱的中间。

不过本田IMA系统实现纯电动行驶的前提是歇缸技术,而且发动机曲轴与电机是连在一起的,当车辆以纯电动状态行驶时,发动机虽然停止供油但气缸与曲轴仍保持运转,或多或少会消耗电能。而丰田、日产等品牌的混合动力系统以纯电动行驶时,会通过行星齿轮或离合器将发动机与电动机的连接“中断”。对电能的消耗更少,技术比本田通过VCM可变气缸管理系统所实现的闭缸更为先进。

关键词:混联式混合动力系统

代表车型:普锐斯

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混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,两套机构或通过齿轮系,或采用行星轮式结构结合在一起,从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比,混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂,成本高。

混联式混合动力系统优点
混联式混合动力系统吸收了串联式和并联式的优点,使两者的优势都能够得到发挥。
混联式混合动力系统缺点
系统结构更复杂,组成规模更大,布置更加困难,成本较高。

混联式混合动力系统集合和串联和并联的优点,具有最佳的综合性能,但该结构系统结构更复杂,组成规模更大,布置更加困难。另外,实现串、并联分支间合理的切换对控制策略的制定和控制系统的设计也提出了更高的要求。

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丰田普锐斯一直都是混合动力车型中明星车型,在国内也一度成为人们口中混合动力的代名词。目前在售的普锐斯已经是其第三代车型。该车采用混联式混合动力系统,同时具备插电功能。

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对于锂电池的充电,家用100V的标准电源可以在3小时内将电池充满,而200V的标准电源只需要1个半小时多就能够将电池充满。在未来充电桩逐渐普及后,这样的充电效率还是可以令大家接受的,20公里的续航里程也基本属于每天正常的活动范围。

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目前普锐斯搭载的是一款全新的直列四缸1.8L
VVT-i汽油发动机,采用了阿特金森循环技术,最大功率73kW,最大扭矩为142Nm。本身相比老款的1.5L发动机在动力上已经有了一定幅度的提升。而配合具有60kW、207Nm动力输出的全新永磁交流电机后,最大功率可以提升至100kW,最大扭矩可提升至207Nm。

关键词:插电式混合动力

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我们经常会在一些介绍中看到插电式混合动力车这一名词,这也是目前比较流行的混动技术,包括我们介绍的普锐斯和沃蓝达都采用了插电式设计,其目的就是为了增加纯电动行驶里程。采用插电式设计的混合动力车的电池相对比较大,支持外部充电,可以用纯电模式行驶,电池电量耗尽后再以混合动力模式行驶,并适时向电池充电。

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