混动不是浑沌,节油不是省油

2019-08-20

8月14日,北京现代发布了领动新款车型——插电凯发k8娱乐平台混动版本,搭载12.9kW·h风冷三元锂电池,使用阿特金森循环的kappa1.6升四缸发动机,最高续航1037km,纯电续航最高85km,百公里综合油耗1升。

新能源汽车浪潮席卷之时,各家车企都展现出“八仙过海”的神通,积极响应政策和市场。然而现阶段,绝大多数人“我可以不用,但你不能没有”的用车需求,纯电动汽车依然无法满足,所以当人们面临新能源指标的现实问题时,插电混动汽车成为了不二选择。

有意思的是,这边一些车企忙于推广混动车型,而那边有些车企却放弃了混动车。据《华尔街日报》报道,通用汽车和大众汽车宣布,将会把投资的重点放在纯电动汽车上。大众认为既然新能源是个“赌博”,不如将所有资金放入到纯电动车趋势的“豪赌”之中,通用汽车则是发展混动车已久,但由于市场反响很差,大部分车型都已经停产。

那插电混动车到底怎么样呢?

混动分为油电混动(Hybrid Electric Vehicle,HEV),特点是“省油”,适用于大部分使用场景;插电混动(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV),虽然也“省油”,但偏向于短程行驶,适用于城市交通为主的使用场景。至于说增程式混动,因其工作原理被纳入了纯电动车类型,但油耗并不低;而48伏轻混更算不上混动类型,它只是解决普通燃油车启停的不顺畅,油耗减少微乎其微。

(奥迪插电混动)

与油电混动不同,插电式混动从结构上比较,不同车企有较大的不同。插电混动的电机可以与发动机完全分开,也就是动力耦合很低(今通过前后桥之间的差速),但这种方式存在一个巨大的问题,那就是如果用纯电行驶,要拖着整个发动机机构,而纯发动机行驶,则要托着电池和电机,所以油耗表现在亏电模式下非常一般。

(丰田插电混动)

所以综合较为“省油”的插电式混动,基本上都是在原有耦合度较高的油电混动基础上,将原本的小电池组换成性能较好的大电池组,并加装充电装置。

(行星齿轮组,E-CVT)

油电混动时期,有一句说法叫“混动只分丰田混动,和其他混动”,其关键的原因就是丰田拥有成熟的技术——丰田混动系统(Toyota Hybrid System,THS)。油电混合技术实现的方式有不少,但是都面临一个共同的难题——如何通过机械结构和电控系统保证不同工况下的工作模式。无论是HEV还是PHEV,丰田采用的是用一套行星齿轮组(E-CVT,替代传统变速箱)完成动力切换,搭配两个电机实现混动。这种方式的优点是动力切换极为平顺,且油耗表现优秀,而缺点是由于行星齿轮组一直出于耦合状态,所以会导致部分能量的损耗。

(现代插电混动示意图)

现代PHEV采用的则是传统变速箱,配合两个离合器来实现动力切换,搭载单电机结构实现混动。由于传统变速箱的复杂机械结构,所以现代通过优化变速系统来改善油耗,现代ASC(Active Shift Control)主动换挡控制装置,可以通过电控系统实现发动机与电机之间的高度同步,减少换挡时间,在提高换挡平顺性同时,延长变速箱寿命。这种方式优点是可靠性较强,油耗表现也不错,而缺点是虽然传统变速箱已经成熟,但是也正是由于机械结构的复杂,加上电动部分,整体成本较高。

(阿特金森发动机示意图)

发动机无论技术多么顶尖,都躲不过一个基本的物理特性,那就是在不同转速(工况)情况下,输出功率和效率都会不同。其实油耗表现非常好的阿特金森发动机(目前大多采用的此类发动机由于专利问题,其实应该叫米勒发动机),其实很早就出现了(丰田、本田以及现代所采用的阿特金森发动机热效率都超过了40%),它通过一系列复杂的机械结构,实现了做工冲程大于压缩冲程,使得热效率显著提高,从而大大降低了油耗。但之所以很多车企没有采用,是因为阿特金森发动机在低转速阶段输出功率很低,导致车辆极其“肉”,无法满足适用需求。

所以拥有电机作为动力“补充”的混动车型就是最佳答案,通过电机的瞬时大扭矩来弥补阿特金森发动机的不足,在不同工况下随时介入,既保证了低速时的低油耗,又能通过与发动机一起输出提高性能表现。但是就目前的技术而言,行业内混动车型的油耗已经到达了瓶颈期,所以插电混动走上了舞台。

插电混动通过较大的锂电池组,能够实现纯电行驶,这也是为什么在宣传册上都会标上“极低的”的综合油耗。因为综合计算下来,如果车辆电池不亏电情况下,绝大多数情况能够仅依靠电池完成行驶,所以油耗非常低。例如现代领动PHEV公布的每百公里1L,丰田卡罗拉PHEV的1.3升,这些数字都是类似的原理。

根据大数据统计,车辆每天行驶的路程在50~80km之间,绝大多数在城市通勤用的车甚至低于这个数值。所以插电混动在此类状况下,发动机运转时间很短,所以油耗低的“惊人”。如果是远距离行驶,实际使用中“真正的”油耗一般在4~6升之间。

另外除了通过油电结合带来的低油耗之外,正是因为电机和电池的加入,使得车辆减速和制动时浪费的能量可以通过回收系统,将其存入电池,进一步降低综合油耗。不过插电混动也并非“十全十美”,在实际使用中,插电混动不仅面临着充电桩尴尬,而且如果行驶里程较长,其油耗是略高于油电混动的。

对于拥有新能源指标或者想要“省油”的消费者来说,没有“续航焦虑”的插电混动车可以说是“纯电动”和“燃油车”过渡期间的最佳选择。不过对于车企来说,投入混动车的研发,不仅开支巨大,还存在诸多技术壁垒。自大众“排放门”之后,全球对于排放的规定愈发严格,在中国市场除了补贴政策之外,还有新能源积分政策都在制约着车企。“后进”车企一旦做不好,意味着油耗降不下来,不仅会使得产品竞争力不足,还会导致无法满足排放规定,也就没有了任何意义。


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