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[!--downpath--]此前的文章中,我们谈到『主机厂甚少会采用单独一个「Px马达」,而是将几个「Px马达」以「串联」、「并联」或「混联」的形式联接在一起』,本章节我们就来考量一下混和动力系统的结构方式。
串联、并联和混联究竟是哪些样子的?
若是你们和我一样,暂时还没有将小学热学知识还给体育老师,这么应当会记得在热学中有专门一个章节是《电流和电路》,通过一个由「电池」、「小灯泡」、「开关」和「导线」构成的简单「电路」,研究剖析「电流」、「电压」等电知识。
串联式电路
例如我们将「电池」、「小灯泡」和「开关」通过「导线」顺次联接到「电路」中,这些联接方法称作「串联」。
并联电路
若我们将两个「小灯泡」并列联接在一起,再联接到「电路」中,这些联接方法称作「并联」。
混联(串并联)电路
当我们将一个「小灯泡」与两个并联的「小灯泡」顺次联接到「电路」中,构成复杂一些的「电路」中时,此时便可以构成一个相对复杂的「混联电路」。
串联、并联电路中,电压、电压、电阻之间的部份关系
不晓得你们是否记得在两类「电路」中,「电流」、「电压」和「电阻」(此处为「小灯泡」)的关系,例如:
1.串联电路:「电流」大小处处相同,「电压」被平均分配,「小灯泡」串联越多,「电阻」越大等;
2.并联电路:「电压」大小处处相同,「电流」被平均分配,「小灯泡」并联越多,「电阻」越小等。
若是还记得,那会对我们前面解释「功率分流」有一定的帮助,不过不要怕,忘掉的话也不会有哪些影响。
串联式混和动力结构:动力的华容道
「串联式混和动力结构」(后简称「串联式」),顾名思义就是「发动机」、「发电机」和「(驱动)马达」(后也称为「电机」)三大部件『串』在一条动力传输路径上,也就是千军万马过一根传动的『独木桥』。
串联式混和动力结构示意图
「串联式」基本的工作原理是:「发动机」带动「发电机」(一般为「P1马达」)发电串联和并联的功率,其电能通过「控制器」(或称「逆变器」)直接输送到「电机」,由「电机」产生驱动扭矩,驱动车辆。甚或,「串联式」最大的特征就是「发动机」在任何情况下都不参与驱动车辆的工作,「电机」的功率通常要小于「发动机」的功率。
第二代逍客e-POWER混动系统示意图
据悉,「电池」在整套系统中起到的是平衡「发电机」「输出功率」和「电机」「输入功率」的作用。我们以「日产e-POWER混动系统」为例:
1.当「发电机」的「输出功率」大于「电机」所需的功率时(如车辆减速滑行、低速行驶或短时停车等工况),「控制器」控制「发电机」向「电池」充电;
2.当「发电机」的输出功率高于「电机」所需的功率时(如车辆起步、加速、高速行驶、爬坡等工况),「电池」则向「电机」提供额外的电能。
奔驰A1e-tron(2010)
由「串联式」的工作原理,我们不难发觉,该结构存在着不少优点:
1.「发动机」不受车辆行驶工况的影响,仍然在其最佳的工作区稳定运行串联和并联的功率,因而可减少油耗;
2.在堵车路段,车辆在起步和低速时,只借助「电池」进行功率输出,纯电行驶非常环保。
不过「串联式」也存在一些缺点,例如必须配备一颗功率较大的「电机」,降低了车身重量。虽非……相比结构或技术上的缺点,致使「串联式」备受指责缘由,却是一个哲学范畴的『终极问题』:用油发电,再用电驱动车辆,这么为何不直接用油呢?这个问题,随后会详尽讨论。
并联式混和动力结构:1+1=2
所谓「并联式混和动力结构」(后简称「并联式」)就似乎「并联电路」中,并列排布的两颗「小灯泡」,「并联式」则是将燃油的动力系统与电驱的动力系统整合在一起,促使车辆可由「发动机」和「电机」共同驱动或各自单独驱动。
并联式混和动力结构示意图(P2马达构架为例)
「并联式」的优点在于:
1.「电机」、「发动机」可共同驱动驱动,理论上可以实现「1+1=2」的疗效,理想状态的下,一颗75kW的「电机」配一颗118kW的「发动机」,那就是193kW的动力总成;
2.在纯电模式下,同样有电动车辆安静、使用成本低的优点。而在混和动力模式下,有特别好的起步力矩,加速性能出众;
3.一般并联的车型,只是在「变速器」前或后降低了一台「电机」(一般使用「P2马达」,少量使用「P3马达」),在传统燃油车基础上改动较小,成本也比较低。
宝马S500PHEV
说完优点来说点缺点:
1.油耗相对难控制:「并联式」在混和动力模式下,「发动机」不能保证仍然在最佳怠速下工作,油耗比较高。只有在拥堵时由于可以自带底盘启停功能,油耗才能低;
2.缺相能力弱:一般只有一台「电机」(一般使用「P2马达」,少量使用「P3马达」),而通过前一章的介绍,我们晓得这两种「电机」不能同时发电和驱动「车轮」。所以,「发动机」与「电机」共同驱动「车轮」的工况不能持久。持续加速时,「电池」的能量会很快用尽,进而转为『发动机直驱』的模式,于是再次回到了前一点的油耗问题。
混联式(串并联)混和动力结构:取长补短
简单的来说「混联式(串并联)混和动力结构」(后简称「混联式」)是「串联式」与「并联式」的综合与互补。
混联式(串并联)混和动力结构示意图
通过上图,不晓得是否联想到「Px马达构架」章节的中「PxP2马达构架」,没错,目前大部份混动车辆虽然就会选择「混联式」,其结构的控制策略是:
1.在车辆低速行驶时,以「串联」方式工作,借助「电机」纯电驱动;
2.当高速稳定行驶时,则以「并联」方式工作,「发动机」直接驱动。
上汽EDU混动系统工作原理
如今让我们换一个角度来看「上汽EDU混动系统」的工作原理,便会发觉「P1P2马达构架」(或则说「P2.5马达构架」)将「发动机」、「发电机」(「P1马达」)以及「电机」(「P2马达」)联接在了一起,实现了「串联」与「并联」两种驱动模式,恰恰符合了前面提及的2点策略。
上汽EDU混动系统结构示意图
而促使「上汽EDU混动系统」实现「混联」的关键部件或许就是两组「离合器」,通过「离合器」的咬合与分离进行「串联」与「并联」的模式切换,具体的工作逻辑上面早已详尽写过了,此处不再赘言。不过常言道『成也萧何败萧何』,「混联式」也并非没有缺点:
上汽EDU混动系统核心组件示意图
1.结构复杂,组件诸多:如「上汽EDU混动系统」这样的混动方案,势必降低了整个动力总成的组件(例如降低为了缺相的「P1马达」),降低了重量。
丰田i-MMD混动系统
2.工作逻辑复杂,控制要求高:不仅降低组件会导致一定的成本提高,还有一个问题就是控制问题,相比单一的「串联式」和「并联式」,包括「本田i-MMD混动系统」和「吉利GHS混动系统」等「混联式」对系统的匹配和调校要求也就更高都须要长时间的经验积累,这对每家主机厂都是一种考验。
小结
按混和动力系统结构方式的分类
从目前的混动车辆销量上来看「混联式」的车型偏多,但更多地是因为一些你们熟知的非技术客观缘由,我认为「串联」、「并联」和「混联」都有其应用的场景和新政背景,正如在我所有后市场的文章中指出的一个观点:世界上,没有最好,只有最适宜。
增程式混和动力结构(上期解读)
本篇是本章的开篇,只是探讨了三种「混动系统结构方式」,若有不妥之处,欢迎你们留言纠正,若是想探求更多的混动车辆只是,不妨关注我的专栏。下两期文章,我们来聊一个比较有争议的概念——『增程』汽车,瞧瞧这类混动车辆,究竟是纯电车辆,还是「串联式」汽车。若是你们感兴趣,请用『增程』二字刷爆评论区吧~~