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『汤叔解惑』混合动力应当如何选购?PHEV并联篇

2019-11-30 09:05

来自 :电动邦

作者 :汤启隆

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上一篇专栏为大家介绍了增程混动(串联)的性能优缺点(点击查看)。那么PHEV(并联)混动有哪写性能特征?分别在哪些车型上有所应用,这些车型的购买价值如何?与增程混动相比PHEV有哪些优势和劣势?本期来为大家解读。

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串联混动的发动机只用来发电,没有变速箱和传动系统。

■ 什么是并联?

上一篇专栏讲到串联(增程混动)指的是发动机的动力完全不会传递给车轮,仅用来发电,所以不需要任何连接发动机的变速箱,传动系统。电机独立运作,完全依靠电机的动力推动车辆运行,电机的电力来源可以是电池提供,也可以是发动机发电提供,也可以是制动能量回收后储存下来的电力。而并联(PHEV)却完全与之相反,其发动机通过变速箱和传动系统将动力传递给车轮,在这个环节,PHEV与一台传统燃油车毫无二至。不同的是在发动机动力传递给车轮的路径上还可以加入电动机的功率扭矩协同工作。另外,通过控制离合器的通断也可以完全断开发动机的驱动,实现仅利用电池电能的纯电驱动模式。

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采用并联混动的车型拥有包括变速箱在内的完整的动力传动系统

而基于电机与燃油发动机动力耦合方式的不同,并联混动又分为转矩耦合和转速耦合两大类,当然很多混动车型在实际应用时往往通过不同策略耦合不同电机,实现同时具备转速和转矩耦合的混联驱动。

■ 并联转矩耦合方式优缺点及应用车型

转矩耦合在国内自主品牌的混动车型中应用最为广泛。如果需要很容易理解转矩耦合的原理,那么玩过越野的人都知道,在四驱系统中有一种四驱方式叫做分时四驱(Part time 4WD)。当分时四驱越野车挂上4H或者4L挡位时,前后驱动桥就处于转矩耦合方式。发动机的动力被刚性50:50的分配给了前后驱动轮。反过来看,当车辆惯性滑行的时候,车轮旋转的转矩同样通过转矩耦合的方式把动力整合给了发动机,实现发动机制动。这个分时四驱反向的动力传递就是混合动力汽车转矩耦合的原理。电机相当于前轮的动力,发动机相当于后轮的动力,通过“分动箱”实现了两种动力的整合。

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采用转矩耦合的PHEV总体结构

而在新能源混合动力车型的实际应用中,这个所谓的“分动箱”里面还设计了若干离合器控制动力的通断。但是开过分时四驱的用户肯定知道,这种转矩耦合状态意味着前后车桥的转速必须保持一致,前后车轮不会也不接受转速差。确实,这个特性同样也体现在转矩耦合的混动车型当中。一旦采用转矩耦合就意味着发动机和电动机的转速必须保持一定的比例关系。由于电机的启动和调速响应比发动机要容易可控得多,所以往往在转矩耦合得并联混动系统中都是电动机来适应发动机得转速,与发动机转速保持比例关系得转速输出。这样电机得扭矩就能与发动机输出得扭矩叠加起来使用,实现最大得扭矩属于。这也是为什么很多转矩耦合PHEV车型动力加速性能那么好的原因。

■ 并联转速耦合方式优缺点及应用车型

转速耦合方式就相当于四驱系统当中带中央差速器的全时四驱。在全时四驱系统中,是通过中央差速器的行星齿轮机构实现前后车轮的不等转速动力分配。玩过越野车的用户非常清楚这与分时四驱的本质区别。差速器可以起到线性无极分配不同转速给两个输出轴的作用。同样的道理,把这个动力传递路径逆过来,就是性能源混合动力车型转速耦合的基本原理。在全时四驱(Full time 4WD)车辆滑行时,无论是转弯还是直线行驶,无论四个车轮存在多少转速差,都能通过前中后三个差速器把动力整合给发动机实现发动机制动。

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通过行星齿轮对发动机和电动机或者发电机的转速进行整合

所以,在转速耦合的并联混合动力车型中,发动机和电动机(或者发电机)就相当于全使四驱车型的前后车桥。通过行星齿轮把发动机和电动机(发电机)的动力整合在一起,并且发动机和发电机(电动机)的转速不用同步,也不需要成比例关系,而是无论两者转速处于任何差值都能平稳接入,整合到一起,这就是与转矩耦合的最大差别。这种驱动方式可以迁就发动机的转速也可以迁就电动机的转速,让发动机和电动机(或发动机)始终处于最佳转速范围。所以转速耦合常常用于发动机与发电机之间的动力耦合,这可以让发动机时刻处于最佳驱动转速状态,又可以同时驱动发电机处于最佳工作转速发电。

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丰田THS转速耦合的混动系统

■ 转矩耦合与转速耦合同时具备的并联混动

在实际应用中,以日系的混动系统为例,丰田的THS在发动机和发电机之间的耦合采用的是转速耦合,通过行星齿轮机构把发动机输出的动力进行了两路分流,一路分给了发电机另一路分给了传动轴,最终用于驱动车轮。由于采用的是转速耦合,所以发动机可以处于最佳工作状态驱动车辆行驶或者发电,而另一台主电动机则是通过转矩耦合与传动轴刚性相连,用于提供加速时的动力辅助。在采用这种耦合方式之后,由于发动机时刻可以处于最佳工作转速,所以能够获得非常可观的经济性。但是行星齿轮也会导致一个问题,就是当利用主电机纯电驱动时,行星齿轮同样会把动力反向传递给发电机和发动机。这会导致一旦速度过快,发电机超速运转。所以丰田Hybrid对纯电行驶速度是由限制的。后来通过在发电机轴上增加单向离合器等方式,才实现了纯电驱动速度的突破,这就是丰田由Hybrid发展而来的插电混动

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本田的i-MMD转矩耦合混联系统布局

■ 与增程混动(串联)相比,用户应当如何选择?

总而言之,转速耦合和转矩耦合各有所长。由于转矩耦合实现起来比较容易,所以国内大多数自主品牌的PHEV混动产品都采用了这种方式,如:上汽的EDU混动系统,比亚迪DM混动系统,吉利混动系统等等。除自主品牌PHEV之外,丰田的THS同时采用了转速耦合和转矩耦合的混联模式;本田的i-MMD无论是发电机还是电动机采用的都是转矩耦合方式。从原理上来说,虽然转速耦合经济性更佳,但是汽车经济性是一个系统工程,还需要整车重量,风阻系数,发动机热效率等性能相互配合,这也是为什么采用两种不同混动策略的本田雅阁丰田凯美瑞混动车型,油耗差别并不大的原因。而国内自主品牌,由于缺少轻量化技术,缺少阿特金森循环(ATK)高效燃油发动机,所以在经济性方面表现不是太理想,所以往往都在向动力性能努力。

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