插電式混合動(dòng)力技術(shù)剖析

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1、插電式混合動(dòng)力技術(shù)剖析插電混動(dòng)車型PHEV是英語pluginhybridelectricvehicle的縮寫,意思是插電式混合動(dòng)力汽車。它是介于純電動(dòng)車與燃油車兩者之間的一種車:電池容量比較大,有較長的純電續(xù)航里程;有充電接口,一般需要專用的供電樁進(jìn)行供電,在電能充足時(shí)候,采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛,電能不足時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電給動(dòng)力電池。這種車型可以不用加油,當(dāng)做純電動(dòng)車使用,具有電動(dòng)車的優(yōu)點(diǎn)。下面介紹PHEV的6種主流構(gòu)型:1?串聯(lián)串聯(lián)式混動(dòng)就是只靠電機(jī)為車輛提供驅(qū)動(dòng)力,發(fā)動(dòng)機(jī)只負(fù)責(zé)給發(fā)電機(jī)機(jī)械能,不直接

2、參與對車輪的輸出工作,然后靠發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能為車輛的電池組進(jìn)行充電,或者把電池輸出的電結(jié)合起來,為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。由于有發(fā)動(dòng)機(jī)能為電池充電,所以這種混動(dòng)模式主要是為了延長純電動(dòng)汽車的行駛里程,也就是所謂的增程式電動(dòng)汽車。關(guān)于增程式電動(dòng)汽車的定義是有爭議的:插混通常把增程認(rèn)為是自己的一部分,但是增程一般不認(rèn)為自己屬于插混。串聯(lián)式混合動(dòng)力工作模式:啟動(dòng)和低速行駛時(shí):發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng),電池組供電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。正常模式行駛時(shí):發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為動(dòng)力控制單元輸送電力,動(dòng)力控制單元分配電力為電池組充電,同時(shí)

3、電池組提供電力給動(dòng)力控制單元,再由動(dòng)力控制單元為電動(dòng)機(jī)提供電力,從而驅(qū)動(dòng)車輪。加速行駛:發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)同時(shí)和電池組向動(dòng)力控制單元輸送電力,動(dòng)力控制單元將電力耦合后共同傳送給電動(dòng)機(jī),從而帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)、減速時(shí):制動(dòng)能量回收動(dòng)能,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)為電池組充電。所以真正驅(qū)動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng)的是電動(dòng)機(jī)。不過用發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能效率實(shí)在不高,幾乎沒有廠家在市場上大力推廣這種結(jié)構(gòu),更多的時(shí)作為一種技術(shù)驗(yàn)證。比如雪弗萊沃藍(lán)達(dá)、寶馬i3、傳祺GA5,真正實(shí)現(xiàn)大批量銷售的不多。當(dāng)然,說發(fā)動(dòng)機(jī)效率不高是相對于

4、純電驅(qū)動(dòng),但是當(dāng)普通燃油發(fā)動(dòng)機(jī)直接參與驅(qū)動(dòng)時(shí),受到運(yùn)行工況的影響,發(fā)動(dòng)機(jī)大量時(shí)間運(yùn)行于低效區(qū),基本上的平均效率15%-20%;而串聯(lián)式混合動(dòng)力車,由于發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛運(yùn)行機(jī)械上完全解耦,發(fā)動(dòng)機(jī)不受行駛工況影響,直接運(yùn)行于發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū),通過發(fā)電機(jī)發(fā)電給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能或者給動(dòng)力電池充電,平均效率可達(dá)到30%-36%,從技術(shù)層面來講,相對于燃油車是節(jié)能的。當(dāng)電池組電量充足時(shí)采用純電動(dòng)模式行駛,而當(dāng)電量不足時(shí),車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為動(dòng)力電池充電,提供電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電力(即增程模式)。它的特點(diǎn)是無論什么

5、情況下,都不能由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪行駛,僅能通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。但它也能夠像插電式混合動(dòng)力汽車一樣,通過外接電源進(jìn)行充電。這種PHEV的純電續(xù)航里程比較長,一般可達(dá)100公里以上,最高可達(dá)300公里左右。由于電機(jī)的低轉(zhuǎn)高扭特性也使得車輛的起步和加速性能也較好,發(fā)動(dòng)機(jī)只要工作就是在最經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)速區(qū)間,所以綜合百公里油耗也比普通的汽油機(jī)低。優(yōu)點(diǎn):串聯(lián)結(jié)構(gòu)最簡單,整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于純電動(dòng)汽車加汽油發(fā)電機(jī),由于取消了普通汽車的變速箱,所以結(jié)構(gòu)布置也更加靈活。發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車驅(qū)動(dòng)輪無鋼性連接,而是電連接,因此可以保證發(fā)

6、動(dòng)機(jī)保持在其最佳效率區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行,節(jié)省油耗。串聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間實(shí)現(xiàn)了完全的機(jī)械解耦(即將發(fā)動(dòng)機(jī)模塊與驅(qū)動(dòng)輪模塊相割分開),使得動(dòng)力總成的控制策略更簡單。缺點(diǎn):串聯(lián)結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力車型的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)能需要經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換才能為電動(dòng)機(jī)供電,會(huì)造成較大的能量損失,傳送效率略低。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)不參與輸出,所以發(fā)電機(jī)的的功率較大,車輛又主要由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),所以大電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量會(huì)增加,車輛會(huì)增重。2?發(fā)動(dòng)機(jī)組合(并聯(lián)、P1構(gòu)型)P1大多都是48V系統(tǒng),僅僅是減少油耗,大多是BSG系統(tǒng),偶爾高大上的,搞個(gè)超

7、級電容。系統(tǒng)更改簡單,發(fā)動(dòng)機(jī)改造方便?！鳳0-P4構(gòu)型發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的動(dòng)力在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上進(jìn)行組合,然后通過由離合器、變速器、驅(qū)動(dòng)橋和半軸組成的傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)車輪行駛,稱為發(fā)動(dòng)機(jī)軸動(dòng)力組合式PHEV。簡單地說:電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后端。由于電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)采用了剛性連接,所以P1級可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輔助:在駕駛員踩下油門踏板后,ECU會(huì)控制ISG電機(jī)立刻補(bǔ)充動(dòng)力(這就是并聯(lián)),以此讓汽車保持動(dòng)力輸出與節(jié)油性的高度平衡?！捎肞1構(gòu)型的奔馳S400在不同程度的制動(dòng)過程中,ISG電機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)

8、能量的回收和儲(chǔ)存,在下長坡時(shí)它還會(huì)根據(jù)具體車速施加輔助制動(dòng)力矩,以此提升安全性。P1混動(dòng)因?yàn)殡姍C(jī)直接套在曲軸上,二者轉(zhuǎn)速必須相等,而不像通過皮帶連接的P0布局有一個(gè)傳動(dòng)比,因此電機(jī)需要有比較大的扭矩、比較大的體積,同時(shí)還需要做得比較薄從而能放到原來飛輪的位置,成本較高?！鳳1構(gòu)型的電機(jī)安裝在曲軸末端電機(jī)扭矩比較低,一般是48V弱混系統(tǒng)用。此種構(gòu)型不適合電機(jī)、電池更大的強(qiáng)混系統(tǒng)。只要電機(jī)旋轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸就必須旋轉(zhuǎn),這樣電機(jī)沒辦法單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輪。在動(dòng)能回收和滑行模式下,也因?yàn)楸仨殠?dòng)曲軸空轉(zhuǎn)而浪費(fèi)動(dòng)能