解析热门品牌插电混动系统,找出混动方案最优解

发布时间:2023-01-16  

插电混动汽车将会是2023年里最热门的汽车,这种具备双补能方式,没有续航和充电焦虑,能在日常代步时作为电动汽车使用,长途驾驶还能有效省油的驱动平台确实非常全面;所以我们有必要了解一下各个品牌插电混动系统的特点,因为并非所有混动系统都能在全能的前提下保证每个运行模式的高水平。


撇开绝对平顺的纯电模式不谈,下面只讲油电混合(HEV)模式。


综合性能、能耗、体验三大要素,可以将各品牌的插电混动平台进行三个标准的分级。


比亚迪DM-i/p,理想、岚图、深蓝、哪吒、零跑等品牌的增程系统


丰田和本田E-CVT,长城、吉利、奇瑞等品牌的2-3挡混动专用变速器(DHT)


大众汽车DQ400e,吉利初代P2.5,长安汽车iDD,宝马、奔驰和奥迪的纵置平台,长城汽车9HAT


提供插电混动汽车的热门品牌就是这些了,分级就要这么分,但是解析各类混动平台的特点却要从第三类混动平台作为切入点。


以大众汽车的DQ400e为参考吧,这是一台集成串联电机的“六挡双离合变速器”,结构特点如下图所示。



这套混动系统的优缺点都很突出,优点是集成度高、结构简单且制造成本低,缺点是限制了动力极限且维护成本高,故障率相对偏高;不过它最大的缺点是第三类混动系统共同存在的缺点,那就是没有“发电机”。


混动汽车的尽头是增程。


其实混动汽车的“油电混合”模式很好理解,说白了就是“发动机驱动+电动机驱动”,车辆始终由两台不同类型的发动机驱动;燃油车所使用的发动机只是内燃式热机,其与电动机都属于发动机,只是人们习惯称之为发动机。



插电混动汽车的动力电池组容量都不算大,不可能支持长时间的电驱动。


那么车辆是如何实现几百到上千公里的“双模输出”呢?


也就是问车辆在油电混合模式里的电能来自哪里?


这才是问题的核心,之所以讲“混动的尽头是增程”,原因是这些混动汽车在以“油电混合”模式运行的时候一直都在增程;其内燃式发动机不仅要负责驱动,还要全时发电,电动机消耗的电能就是通过内燃机消耗燃油来转化出的电能。其实油电混合汽车的双模概念的本质是“增程+内燃机驱动+电动驱动”——这些车始终都是“三模”。


不过第三类的系列插电混动平台都只能在很短的时间内实现“三模驱动”,因其动力系统中没有发电机;DQ400没有,吉利和领克应用的P2.5架构(7DCT+60kW电动机)的平台也没有,iDD架构同样没有发电机,宝马、奔驰和奥迪的插电混动汽车也是缺少发电机的。



于是这些车就只能在动力电池组还有电的时候用“三模驱动”,长途驾驶时一旦电池组容量下滑到极限,汽车就只能单独用内燃式发动机驱动;其中有些车的内燃机可以在单独驱动的时候为动力电池组充电,依靠的驱动电机“变身”发动机,驱动电机都能用于发电,不过也有只能在停车时用内燃机发电的车。所以这些车在长途高速驾驶时的动力会大幅减弱,耗油量的表现也不是很理想。



第二类混动系统具备发电机,但缺点仍旧突出。


以丰田和本田的E-CVT为参考,这种混动专用变速器不是普通的无级变速器;其实continuously variable transmission(CVT)的意思是“连续可变传输/变速器”,并不是“无级变速”,本意是在不中断动力输入的前提下改变速比。E-CVT则是电机驱动并可实现连续可变传输的变速器,实现连续可变传输不再通过锥形轮和钢带模拟不同速比,而是绕过变速器,通过内燃机和发电机的转速直接调整功率、功率再调整车速。


转速调节车速。


在E-CVT架构中,内燃机串联发电机与驱动电机耦合即可同时输出动力。



这套系统的优点非常突出,那就是两台发动机都用转速调整车速,转速的升降是线性的,所以转速升降伴随车辆加减速的整个过程都会极其平顺;两田的油电混合或插电混动车的混动模式都会非常平顺,这是不能否认的客观事实,是绝对的优点。


但是,注意重点,要讲但是了。


但是丰田和本田的E-CVT都有一个很大的缺点,缺点是其内燃机的标准过低,电动机的功率和扭矩标准也偏低;结果则是单纯依靠电机无法在中高车速区间控制能耗,在高车速范围内必须让内燃机作为主要动力单元之一——可以理解为两台发动机要“半对半”的驱动车辆,都很重要。



可是E-CVT的直驱架构毕竟是没有“变速器”的,E-CVT只是一台集成发电机、驱动电机和减速器的动力单元,不是一般理解的“变速箱”;所以在高速区间里,其混动汽车的发动机转速偏高,油耗和噪音都偏大。


这些内燃机和电动机标准都不高的日系混动汽车,其实只适合低速代步;不过平顺的优势很抢眼,而且有了发电机则能保证电动机在全时和全速域范围内都能参与驱动,其本就一般的动力不会在混动模式里变得更弱。



长城、吉利和奇瑞的两到三挡DHT(混动专用变速器)其实也很像是E-CVT,区别无非是给发动机增加了“前进挡”,长城汽车是两挡变速器,其他都是三挡变速器。


有了前进挡就能合理控制发动机在高车速区间的转速,油耗和噪音表现会比E-CVT好一些。

同时也有发电机和驱动电机,油电混合模式就不会亏电。



先进行一个总结:


第二类混动汽车在没有亏电的概念,油电混合模式一直都是“三模驱动”,不会出现只能“纯油驱动”和“纯电驱动”的情况;不过2-3DHT是一个比较尴尬的标准,前进挡太少,内燃机的转速控制仍旧不太理想。


诸如比亚迪DM3.0(第三代混动系统)就有混动专用的六挡湿式双离合变速器,所以比前进挡数量实际没有意义,直驱模式的优点要保留,因为直驱会更加平顺,而只要有前进挡就做不到绝对平顺;即便是DM3.0通过BSG(发电启动一体机)配合HDCT变速器控制换挡转速,其平顺性也是比直驱DM-i差一点的。



第三类混动系统目前最为理想,包括所有增程系统。


比亚迪的DM-i基础架构也是E-CVT,DM-p是增加后电机的四驱性能版。


但是这套系统没有高速噪音大和油耗高的缺点,原因是其强化了“增程+油电混合”的三模式。


≤80km/h,纯增程,内燃机转速恒定


>80km/h,油电混合,电机驱动为主、内燃机略微提升以补偿动力


这就是DM-i E-CVT能控制能耗和噪音的本源。


在中低速区间内不让内燃机参与驱动,使用大功率驱动电机以满足中低速的正常驱动并保证能耗的合理;在高速区间内,这些电动机仍旧难以控制耗电量,毕竟DM-i架构要考虑成本,无法使用过高标准的电动机。


但是这时候仍旧让电动机作为主要动力单元,可以理解为让电动机维持在80km/h的极限输出功率,那么内燃机从80km/h的阶段输出动力“起点”不就等于“增程+刚起步”嘛。也就是说其内燃机不需要提高多少转速即可推动车速进一步的增长,所以转速才不会很高。这才是解决直驱系统的正确理念,是保留直驱平顺优势和理想控制能耗的最佳方案。



理想、岚图、深蓝等品牌的插电增程汽车同样具备DM-i的优势,其区别只是再也不让电动机参与驱动,其使用的电动机能做到全速域区间内的电耗合理控制;这些车的电动机有更高的功率和更大的扭矩,高速区间没有进入恒功率的扭矩大幅下降、电耗大幅升高的范围内。


耗电量不是很高则不需要内燃机转化出过多的电,内燃机的油耗也就不会很高了。



所以这些车能做到全速域的转速和油耗的合理控制,只是很难理想的控制制造成本,所以价格总会略高一些;DM-i则是中和性能、能耗和成本的产物,更适合主流车使用,但用于打造高性能的四驱车也是不错的选项。这就是三大类混动系统的区别,第三类严格来说该淘汰了,第二类比较遗憾,市场会选择自然淘汰它们,未来还是属于增程的,比亚迪的仰望U8也是增程。





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