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[!--downpath--]此前的文章中,我們談到『主機廠甚少會采用單獨一個「Px馬達」,而是將幾個「Px馬達」以「串聯」、「并聯」或「混聯」的形式聯接在一起』,本章節我們就來考量一下混和動力系統的結構方式。
串聯、并聯和混聯究竟是哪些樣子的?
若是你們和我一樣,暫時還沒有將小學熱學知識還給體育老師,這么應當會記得在熱學中有專門一個章節是《電流和電路》,通過一個由「電池」、「小燈泡」、「開關」和「導線」構成的簡單「電路」,研究剖析「電流」、「電壓」等電知識。
串聯式電路
例如我們將「電池」、「小燈泡」和「開關」通過「導線」順次聯接到「電路」中,這些聯接方法稱作「串聯」。
并聯電路
若我們將兩個「小燈泡」并列聯接在一起,再聯接到「電路」中,這些聯接方法稱作「并聯」。
混聯(串并聯)電路
當我們將一個「小燈泡」與兩個并聯的「小燈泡」順次聯接到「電路」中,構成復雜一些的「電路」中時,此時便可以構成一個相對復雜的「混聯電路」。
串聯、并聯電路中,電壓、電壓、電阻之間的部份關系
不曉得你們是否記得在兩類「電路」中,「電流」、「電壓」和「電阻」(此處為「小燈泡」)的關系,例如:
1.串聯電路:「電流」大小處處相同,「電壓」被平均分配,「小燈泡」串聯越多,「電阻」越大等;
2.并聯電路:「電壓」大小處處相同,「電流」被平均分配,「小燈泡」并聯越多,「電阻」越小等。
若是還記得,那會對我們前面解釋「功率分流」有一定的幫助,不過不要怕,忘掉的話也不會有哪些影響。
串聯式混和動力結構:動力的華容道
「串聯式混和動力結構」(后簡稱「串聯式」),顧名思義就是「發動機」、「發電機」和「(驅動)馬達」(后也稱為「電機」)三大部件『串』在一條動力傳輸路徑上,也就是千軍萬馬過一根傳動的『獨木橋』。
串聯式混和動力結構示意圖
「串聯式」基本的工作原理是:「發動機」帶動「發電機」(一般為「P1馬達」)發電串聯和并聯的功率,其電能通過「控制器」(或稱「逆變器」)直接輸送到「電機」,由「電機」產生驅動扭矩,驅動車輛。甚或,「串聯式」最大的特征就是「發動機」在任何情況下都不參與驅動車輛的工作,「電機」的功率通常要小于「發動機」的功率。
第二代逍客e-POWER混動系統示意圖
據悉,「電池」在整套系統中起到的是平衡「發電機」「輸出功率」和「電機」「輸入功率」的作用。我們以「日產e-POWER混動系統」為例:
1.當「發電機」的「輸出功率」大于「電機」所需的功率時(如車輛減速滑行、低速行駛或短時停車等工況),「控制器」控制「發電機」向「電池」充電;
2.當「發電機」的輸出功率高于「電機」所需的功率時(如車輛起步、加速、高速行駛、爬坡等工況),「電池」則向「電機」提供額外的電能。
奔馳A1e-tron(2010)
由「串聯式」的工作原理,我們不難發覺,該結構存在著不少優點:
1.「發動機」不受車輛行駛工況的影響,仍然在其最佳的工作區穩定運行串聯和并聯的功率,因而可減少油耗;
2.在堵車路段,車輛在起步和低速時,只借助「電池」進行功率輸出,純電行駛非常環保。
不過「串聯式」也存在一些缺點,例如必須配備一顆功率較大的「電機」,降低了車身重量。雖非……相比結構或技術上的缺點,致使「串聯式」備受指責緣由,卻是一個哲學范疇的『終極問題』:用油發電,再用電驅動車輛,這么為何不直接用油呢?這個問題,隨后會詳盡討論。
并聯式混和動力結構:1+1=2
所謂「并聯式混和動力結構」(后簡稱「并聯式」)就似乎「并聯電路」中,并列排布的兩顆「小燈泡」,「并聯式」則是將燃油的動力系統與電驅的動力系統整合在一起,促使車輛可由「發動機」和「電機」共同驅動或各自單獨驅動。
并聯式混和動力結構示意圖(P2馬達構架為例)
「并聯式」的優點在于:
1.「電機」、「發動機」可共同驅動驅動,理論上可以實現「1+1=2」的療效,理想狀態的下,一顆75kW的「電機」配一顆118kW的「發動機」,那就是193kW的動力總成;
2.在純電模式下,同樣有電動車輛安靜、使用成本低的優點。而在混和動力模式下,有特別好的起步力矩,加速性能出眾;
3.一般并聯的車型,只是在「變速器」前或后降低了一臺「電機」(一般使用「P2馬達」,少量使用「P3馬達」),在傳統燃油車基礎上改動較小,成本也比較低。
寶馬S500PHEV
說完優點來說點缺點:
1.油耗相對難控制:「并聯式」在混和動力模式下,「發動機」不能保證仍然在最佳怠速下工作,油耗比較高。只有在擁堵時由于可以自帶底盤啟停功能,油耗才能低;
2.缺相能力弱:一般只有一臺「電機」(一般使用「P2馬達」,少量使用「P3馬達」),而通過前一章的介紹,我們曉得這兩種「電機」不能同時發電和驅動「車輪」。所以,「發動機」與「電機」共同驅動「車輪」的工況不能持久。持續加速時,「電池」的能量會很快用盡,進而轉為『發動機直驅』的模式,于是再次回到了前一點的油耗問題。
混聯式(串并聯)混和動力結構:取長補短
簡單的來說「混聯式(串并聯)混和動力結構」(后簡稱「混聯式」)是「串聯式」與「并聯式」的綜合與互補。
混聯式(串并聯)混和動力結構示意圖
通過上圖,不曉得是否聯想到「Px馬達構架」章節的中「PxP2馬達構架」,沒錯,目前大部份混動車輛雖然就會選擇「混聯式」,其結構的控制策略是:
1.在車輛低速行駛時,以「串聯」方式工作,借助「電機」純電驅動;
2.當高速穩定行駛時,則以「并聯」方式工作,「發動機」直接驅動。
上汽EDU混動系統工作原理
如今讓我們換一個角度來看「上汽EDU混動系統」的工作原理,便會發覺「P1P2馬達構架」(或則說「P2.5馬達構架」)將「發動機」、「發電機」(「P1馬達」)以及「電機」(「P2馬達」)聯接在了一起,實現了「串聯」與「并聯」兩種驅動模式,恰恰符合了前面提及的2點策略。
上汽EDU混動系統結構示意圖
而促使「上汽EDU混動系統」實現「混聯」的關鍵部件或許就是兩組「離合器」,通過「離合器」的咬合與分離進行「串聯」與「并聯」的模式切換,具體的工作邏輯上面早已詳盡寫過了,此處不再贅言。不過常言道『成也蕭何敗蕭何』,「混聯式」也并非沒有缺點:
上汽EDU混動系統核心組件示意圖
1.結構復雜,組件諸多:如「上汽EDU混動系統」這樣的混動方案,勢必降低了整個動力總成的組件(例如降低為了缺相的「P1馬達」),降低了重量。
豐田i-MMD混動系統
2.工作邏輯復雜,控制要求高:不僅降低組件會導致一定的成本提高,還有一個問題就是控制問題,相比單一的「串聯式」和「并聯式」,包括「本田i-MMD混動系統」和「吉利GHS混動系統」等「混聯式」對系統的匹配和調校要求也就更高都須要長時間的經驗積累,這對每家主機廠都是一種考驗。
小結
按混和動力系統結構方式的分類
從目前的混動車輛銷量上來看「混聯式」的車型偏多,但更多地是因為一些你們熟知的非技術客觀緣由,我認為「串聯」、「并聯」和「混聯」都有其應用的場景和新政背景,正如在我所有后市場的文章中指出的一個觀點:世界上,沒有最好,只有最適宜。
增程式混和動力結構(上期解讀)
本篇是本章的開篇,只是探討了三種「混動系統結構方式」,若有不妥之處,歡迎你們留言糾正,若是想探求更多的混動車輛只是,不妨關注我的專欄。下兩期文章,我們來聊一個比較有爭議的概念——『增程』汽車,瞧瞧這類混動車輛,究竟是純電車輛,還是「串聯式」汽車。若是你們感興趣,請用『增程』二字刷爆評論區吧~~