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混动百科 | 1+1如何大于2?这辆保时捷开创了太多先河
来自:电动邦
作者:王元祺
2021-08-04 15:03:53
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前文中曾经提到,许多人对混动汽车有着『多此一举』和『过渡技术』,其实是对混动技术不够了解,因为在很多人眼里,汽车的混动技术即是1+1的玩法(发动机+电动机),本章来看看100年前混动汽车给了我们多少启示。

「Lohner-Porsche」原型车设计图纸(手绘)

我们还是从上篇文章中提到的保时捷「Lohner-Porsche Semper Vivus」谈起,该车将2台DeDion Bouton水冷汽油「发动机」(每台动力约为3.5 hp(2.6 kW))装在车身中间,用于驱动两台「发电机」,每台「发电机」能在90V电压下输出20A的电流(每台发电机动力约为2.5 hp(1.84 kW)),「发电机」输出的电能直接驱动「轮毂电机」,而剩余的电能则流入车厢下方的「铅酸电池」储存起来。

image001.jpg

2007年保时捷博物馆重造了「Lohner-Porsche Semper Vivus」

不过初代的「Lohner-Porsche」也存在着不少的问题,比如:

1.车重过重:超过1200kg的车重,当时的充气轮胎表示压力山大,因为当时的橡胶技术还不足以满足「Lohner-Porsche」对于路况的需求;

2.控制差:由于是第一次混动技术的尝试,「发动机」与「发电机」,「发电机」与「蓄电池」,发电机与「轮毂电机」,蓄电池与「轮毂电机」之间的控制都面临巨大的考验,十分不稳定;

3.各种故障:由于「Lohner-Porsche」不仅是世界上第一辆混动汽车,而且还可以算得上是世界上第一辆『油改电』,即有「发动机」(还是2台)、「发电机」(也是2台)、「轮毂电机」(2台)还有「蓄电池」(由于后期多代改进没有固定值,「蓄电池」大约有44-74单元),所以各种故障不断,比如行驶时扬起的灰尘会引起「蓄电池」故障等。

虽然问题不断,但我们在「Lohner-Porsche」上却能找到混动汽车的许多延用至今的部件:

  • 「燃油发动机」:动力的源头;

  • 「发电机」:动力源转化的关键;

  • 「轮毂电机」:动力输出的节点;

  • 「蓄电池」:能源储存的介质。

而从「动力系统结构形式」来看,「发动机」连着「发电机」,「发电机」连着「轮毂电机」,三者像『一根线上的蚂蚱』被「串」在了一起,在初中物理的电学部分,我们知道这种连接方式有个学名叫做「串联」

混动技术按动力系统结构形式的分类

没错,「Lohner-Porsche」就是一台「串联式」混动汽车,至于目前常见的「串联式」结构有何优劣势,汇总了一张表格,有兴趣深究的读者可以仔细阅读一下。

增程式混动车型理想ONE动力总成及底盘概览

不过,「Lohner-Porsche」并非上表中的提到的常规「串联式」混动汽车,而是将电机(「轮毂电机」)作为唯一的驱动终点,所以,这让人轻松地就能联想到「增程式」混动汽车,比如目前比较热销的「理想ONE」和「岚图FREE」。

增程式混合动力汽车的基本原理

关于「增程式」混动汽车,我们会在后文中详细剖析,如果大家对「增程式」混动汽车很感兴趣,请将『增程式』这3个字刷爆评论区,超过100个,我提前来肝这5000字。

image005.jpg

传统汽车的启动系统和充电系统

回到「Lohner-Porsche」这辆车上,除了其独特的混动结构,它还给后人留下了一个特别有趣的设计细节——「发电机」通过逆向旋转可作为「发动机」的「启动电机」。而这种「启动电机」思路几乎原封不动地保留到了现在,较之传统燃油汽车上的使用的小功率「启动机」(如上图所示),现在的混动汽车更喜欢在「发动机」前端的皮带上配置一个加强「启动电机」——「BSG电机」

按油电混合度划分,微混车型正在逐步消失

这里要多提一句,通常情况下「BSG电机」作为「P0电机」功率集中在8~15kw区间,而目前国内厂商将把「BSG电机」的最大功率提升到了25kW,使其能输出60N·m的最大扭矩,做到了在怠速启停的基础上,「BSG电机」可以做到带动车辆起步,实现纯电启停,甚至介入到换挡、发电和助力加速的工作中,大有一番『大力出奇迹』的趋势。

奔驰M254动力总成中的ISG电机,可驱动汽车

故此,随着「BSG电机」功率越做越『大』,原来发挥着低速驱动汽车的「P1电机」(又称「ISG电机」一般情况下功率在20~40kW之间),顿感背脊发凉,难道「BSG电机」要道出『签哥』那句『我的很大,你忍一下』……

百年前「Lohner-Porsche」上的「轮毂电机」

最后,「Lohner-Porsche」上使用的「轮毂电机」绝对是一种『超前』的设计。我们知道「轮毂电机」技术将集成了「减速器」的「电机总成」,将其直接布置在「轮毂」中,从而直接驱动车轮,相比传统汽车的布局,「轮毂电机」技术优点在于:

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对某些司机而言,这可能是轮毂电机最实用的功能

1.减少组件内耗,提升动能回收:减去了差速器、半轴和二级变速等组件,减轻(簧下)重量,减少组件之间的磨损带来的能力损耗,提高了传动效率。同时在刹车时,动能回收效率更高;

2.实现扭矩矢量控制:解释起来比较复杂,举个直观的例子,「轮毂电机」技术可让汽车更容易实现原地侧向移动,从此科二考试不再有『侧方停车』这个项目(如上图)。

不曾放弃对轮毂电机的尝试,相信总有一天会普及

可惜,「轮毂电机」有着明显的『硬伤』——稳定性堪忧,寿命短。由于「轮毂电机」直接暴露在车辆底盘中,极为恶劣的工况,对其的密封防水性、抗腐蚀性、冷却散热性都有更高的要求。故此,至今「轮毂电机」还未普及,有兴趣的朋友可以根据上图给到的线索,深究「轮毂电机」背后有趣的故事,抑或在评论区回复『轮毂电机』,超过100个,我开一篇番外来浅谈一下。

暂告一段落

没想到竟然用了一整篇文章聊了一辆100多年的混动汽车,在撰文的过程中,我愈发感到「Lohner-Porsche」的有趣,感叹设计师的奇思妙想。希望各位读者会喜欢本人发散性的写作风格。不过读到这里的朋友应该也会发现,本章中我也留下很多坑,比如并未详细解释什么是「P0电机」、「P1电机」等。别急,下期我们就来好好来扯一扯。

* 部分图片来源于网络,如有侵权请告知删除
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