纯燃油车往电池电动车转换有一个过渡,那就是混合动力。在外部环境刺激下,电动车普及速度大幅加快,混合动力陷入尴尬境地,纯燃油车转换成电动车还需要过渡吗?随着“双积分"政策调整,低油耗车型出现在文件中,这个疑问被打消了。低油耗车型本是一个油耗指标,混合动力可以轻松满足这个指标,鼓励车企生产低油耗车型实际上就引导发展混合动力,因此国内外品牌纷纷加快推进混合动力车型落地。
借政策东风,比亚迪电动车一路高歌猛进,但最近却一改往常做法,高调发布了一个全新的混合动力系统,这就是前不久刷屏的DM-i超混。上汽也早早推出了自己的混合动力系统,并且不断更新迭代。从产品和技术层面看,中国品牌非常重视混合动力,很早便开始布局,但作为后起之秀,想要从混合动力市场分一杯羹,必须得与强大的对手正面竞争。
一提混动就容易联想到丰田,截至2020年1月,丰田混合动力全球销量超过1500万,这个数字令对手无法企及。丰田混动能取得成功,最大的功劳来自于THS-II混合动力系统,这套混动系统至今仍是行业标杆。有人会感到困惑,世界上有这么多混合动力,为什么消费者只买丰田的单?这个困惑可以从本田那找到答案。
1997年,丰田普锐斯问世,混合动力市场表现超乎预期,眼看丰田抢得先机,本田毫不犹豫跟牌了。1999年,本田推出搭载IMA混合动力系统的Insight车型,这是既丰田THS后,第二种大规模量产的混合动力技术。到2005年,本田IMA混合家族已经初具规模,但是销量始终无法企及丰田,难道本田会技不如人?了解本田混动动力系统进化史,可以大概了解各种混合动力的优缺点,然后也会明白国产混动究竟处在哪个阶段。
说到IMA混合动力家族,最具代表性的是2006款本田思域混动,这是一台极其特别的本田,骨子里带着不服输的精神。
既然是一款本田混动,自然有别于丰田的技术思路。思域混动只有1个电机,它安装在发动机与变速箱之间,如今48V轻混的ISG电机布置与它非常相似,当时可是一个相对超前的方案。
混合动力省油,首先得有一台高效率发动机,思域混动虽搭载了一台名气不怎么大的1.3L发动机,但它几乎把当时本田最先进技术用了个遍。
混动省油是因为它能避开或改善发动机低效工作,IMA动力系统省油原理都显示在运转模式图上。不过,细看会发现IMA运行模式有些地方的描述自相矛盾,例如缓慢匀速行驶,IMA电机单独驱动车辆纯电行驶,引擎已关闭为何还要开启闭缸模式?问题出在IMA的结构上。
从IMA运转模式可以看出混动省油的原理,起步、缓慢匀速行驶(蠕行)、轻微加速以及较快加速(急加速),正好是发动机低效工作点,此时IMA电机介入工作,减轻发动机负担避开发动机低效工作点。纯电缓慢匀速行驶时,发动机的运转阻力同样会消耗电机输出功率。本田想到一个办法,发动机熄火后所有气缸开启闭缸功能,减少发动机运转阻力。
思域混动为何城市工况被普锐斯轻松拉开1升油的差距?根据混动结构分类,1个电机只能算并联结构。这种结构的特点是,电机发电就没其它电机能驱动车辆行驶,而当电机驱动车辆时又没有电机可以发电。普锐斯不一样,它有2个电机,同样拥堵的路况,发动机不直接驱动车轮,而是驱动其中一个电机发电,为另一个驱动电机供电,因此普锐斯发动机处于比较单一且高效的状态。
电池亏电电机停止工作后,思域混动1.3L发动机不但要在低效工况下驱动车辆,还要驱动IMA电机发电,这种情况在拥堵的市区很常见,油耗也就上去了。
思域混动的电机功率仅15kW,正常运转能帮的忙也不大,大多数情况下还得靠1.3L发动机挑起重担,所以得保证发动机全负荷范围动力性能,不然动力会非常肉,因此没法像丰田混动那样采用模拟阿特金森循环的高热效率发动机(阿特金森循环发动机扭矩小功率低)。
搭载THS-II混合动力系统的普锐斯油耗低,不单是因为采用阿特金森循环发动机,2个电机组成的串并联结构(也叫混联)混合动力系统才是关键。并联结构的功能本田IMA已经展示过,发动机与电机两者都可单独驱动车辆,也可以一同驱动。
串联结构功能单一,只能让电机单独驱动车辆。而硬件上它必须有2个电机,一个发电机一个驱动电机,因此成本较高。串联结构混合动力,汽油发动机在这扮演的角色从驱动车辆变为驱动发电机,发电机产生的电供驱动电机,这也就是增程式电动车。
虽然感觉多此一举,但串联结构混合动力,发动机只需在高效恒定运转来驱动发电机,因此怠速、起步、蠕行、急加速等汽油机废油工况可以完全避开,省油就是这么来的,在串联式混合动力系统中汽油机再也不会在拥堵环境下徒劳无功了。
只要保持中高速巡航,发动机便处于高效工作点,因此发动机直接驱动车辆效率最高,纯电行驶反而不省油。但串联结构只有纯电这一种驱动模式,没法切换成发动机直接驱动。
技术宅的反击—i-MMD
丰田THS是最早量产的串并联结构混合动力,本田随后也改变方向,研发了全新的双电机混合动力系统,这就是今天我们所熟知的i-MMD,它也串并联结构。
理想的混合动力系统结构,配上高效率发动机,i-MMD帮本田在混合动力上打了个翻身仗,这回本田总算可以跟丰田扳手腕了。本田混合动力系统进化史,实际上就是在不同结构混合动力系统中摸索,最终升级为串并联结构后,燃油经济性才终于超过丰田THS-II。
混合动力划分方式很多,比如按发动机、电机、变速器的布置结构分为串联、并联或串并联(混联),也可以根据混合程度分为微混、轻混、全混(强混),不过按结构划分最简单明了,长篇大论介绍丰田和本田的混动后,混动的特点也算略知一二,现在终于可以聊国产混合动力了。
从IMA到i-MMD 本田混动进化史
国产混合动力性价比高、工信部油耗低、账面数据抢眼,但名气不高销量平平,宣传也败给了海外品牌,丰田给THS-II取了个通俗易懂的中文名“双擎”,本田将i-MMD称作“锐·混动”,而国产混合动力几乎没有一个容易记住的名字,但这不妨碍我们了解国产混动。
聊国产混动必须得从上汽说起,2013年,上汽推出了荣威550插电混动版,除了高达23.98万的售价外,没给人留下多少印象,但550插电混动所采用EDU电驱动变速箱却是国产混动划时代技术。
上汽EDU英文译名电驱动单元,但国内宣传叫电驱动变速箱,除了名字与变速箱沾边外,EDU并非传统意义上的变速箱,不过为了便于称呼,文中还是用电驱动变速箱这个名字。
上汽EDU和本田i-MMD设计思路比较相似,不过i-MMD所具备的功能EDU都有,并且还多了一个2挡切换。C1和C2之间是一个2挡AMT变速箱,发动机与电机输出的动力经AMT变速箱处理后传递至车轮。国产丰田双擎以及本田锐·混动,只有一个固定传动比,上汽EDU理论上能覆盖更多使用场景。
尽管也是串并联结构,上汽EDU燃油经济性并未超越丰田THS-II。原因有很多,荣威550插电混动比普锐斯足足重了300多公斤,丰田1.8L阿特金森循环发动机热效率更高,普锐斯制动能量回收更高,刹车过程中先用电机制动,不足部分由刹车系统补,而荣威550插电混动是电机与刹车同时制动,电机能量回收比例低。
到了雷克萨斯GS450H这个级别,丰田才在THS-II的驱动电机配备2挡变速,以保证GS450H达到豪华品牌应有的动力性能。
EDU电驱动变速箱结构设计超前,但上汽为这套混合动力系统做的配套工作并不够,采用EDU电驱动变速箱的车型,虽然燃油经济性在中国品牌中属于第一梯队,但与合资品牌混合动力相比还是欠点火候。第一代EDU油耗不如丰田本田,动力数据也不够抢眼,价格也没有优势。
第二代EDU—化繁为简
基于上述原因,第二代EDU改变思路,选择了更适合普通汽油机的并联式结构。第二代EDU只有1个电机,按照之前方法分类,一定是并联结构混合动力系统。
既然是普通发动机,仍然得保留传统变速箱,但问题来了,电机配4个挡意义何在?可能是吃了第一代的亏,第二代EDU需要很强的卖点,比如动力性能,要实现这个目标就需要大功率电机,假设电机只有一个挡位,只能在小部分使用场景效率高。一旦电机可以选择多个挡位,在加速、巡航、制动能量回收中都可以达到较高效率,一定程度弥补了并联结构的不足。
从最终结果看,10速EDU完全能够比肩第一代技术,油耗相当加速性能更好,售价反而降低了。继续采用第一代技术,也许能实现更低的油耗,但市场投入与回报不一定成正比。
向世界一流水平迈进—上汽EDU
在中国品牌阵营中,比亚迪混合动力无疑是成功的,秦DM、唐DM、宋DM一系列具有代表性产品,使比亚迪新能源车名气大增,不过给人留下印象更多是加速快动力强,而比亚迪DM系统对大多数人来说还是比较陌生。
尽管早期的比亚迪造车经验不丰富也没啥技术储备,但初生牛犊不怕虎,比亚迪一开始就想挑战造车最高境界。业内把造车难度分为三类,纯电动车<燃油车<混合动力,混合动力其实就是将燃油车和电动车结合。换个角度看,混合动力并不像纯电动车那样容易普及。
比亚迪当时研发和制造技术有限,F3DM动力系统体积非常大,实际性能与期望值相差甚远,但F3DM为比亚迪埋下了混合动力的种子。
除了快还是快—第二代DM
比亚迪秦100的快很简单很粗暴,在6速双离合变速箱输出轴上配了1台大功率电机,电机最大功率110kW,与大众EA211 1.4T发动机相当,既然只有1个电机,那妥妥的并联结构。
比亚迪秦100采用双轴并联结构(驱动电机与发动机不在同一轴),因为电机本身功率大,一旦电量耗尽,发动机一边拖着车身一边带着大电机跑非常吃力。而电机与变速箱输出轴刚性连接,只有一个固定挡位,高速行驶电机扭矩弱效率低,说到这可能就明白上汽10速EDU的意义了。
打个大补丁—第三代DM
有了2个电机,那么是否属于串并联结构?严格上来说不属于,因为第三代DM的BSG电机功率只有25kW,几乎没法像增程电动车那样在任意速度内纯电行驶。不过有了25kW的BSG电机后,秦Pro DM怠速时发动机能驱动BSG电机发电,再遇到电量耗尽的拥堵路况,油耗会比上代低。
唐DM比较特别,它其实是分轴并列式混合动力,一般的并联混合动力,发动机、电机变速箱集成在一块,而分轴式并联则是电机独立出来单独驱动,唐DM前桥由发动机驱动,后桥由电机驱动,这种布置可以增加牵引力,同时提高电机效率,因为电机不用考虑发动机转速。除唐DM外,沃尔沃XC90插电混动也是类似的布置。
回归原点—DM-i超混
在并联式混合动力系统摸爬滚打8年后,比亚迪终于推出了一个像模像样的串并联式混合动力系统,这就是DM-i。DM-i实现了本田i-MMD一样的功能,但混合动力系统细节设计略有不同,除串并联式混合动力系统外,比亚迪还针对性的开发了骁云1.5L高效率发动机,有一台这样的发动机,才能真正发挥DM-i的全部优势。
当年的混合动力与如今的电动车处境非常相似,它们的价格让人望而却步,当混合动力与纯燃油车之间的差价缩小到完全可以接受的范围,那么混合动力已经成功了,这就是比亚迪正在干的事。
编辑总结:
上汽EDU技术演变很大,第一代EDU固然很好,但与之配套的发动机和电控要求也很高,可靠性、燃油经济性、成本等方面超越丰田和本田难度不小。第二代EDU虽然功能不如第一代多,但更适合上汽如今的布局,成本可控卖点又足。两代EDU的设计都具有前瞻性技术含量高,需要很高的配套能力,从两代EDU发展历程看,上汽的混合动力系统完全可以与合资品牌竞争,不过过去一段时间国内政策不鼓励发展自己式混合动力(不依赖外部电网供电),而是补贴插电混动(PHEV),所以上汽也没什么动力去研发设计与丰田本田思路类似的混合动力(HEV),这是一个小遗憾。
DM-i对于比亚迪是一个转折点,以往的DM系统最大的卖点是动力性能,并联式插电混合动力很适合欧洲驾驶环境,为了提高动力性能,不得不堆砌硬件,比如升级大功率电机和大容量电池,成本随之上升,若不是比亚迪自己生产电机、电池和电控,秦100、秦Plus DM和唐DM价格会非常夸张,这也是其它厂商没有效仿比亚迪的原因。 DM-i的到来使比亚迪摒弃了以往的思想,把提高燃油经济性降低成本作为混合动力首要目标,使得比亚迪混合动力竞争力再次提升。