混合動力汽車為什麼突然火了?混動都經歷了哪些階段?不同的技術各有什麼特點?
混合動力不算是什麼新鮮技術,但前幾年是豐田一家獨大,最近大眾、通用、本田、寶馬以及中國品牌像比亞迪、吉利等也紛紛推出混動車型,可以說混動進入了百家爭鳴的時代,那麼混動怎樣一步步發展至今?產生了哪些流派?這些流派間又各有什麼特點?
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@張抗抗 提到了混動的流派,那麼我想嘗試從另一個角度來區分流派,個人認為可以分為兩個流派:
油電混動派和插電混動派。
追溯混動的歷史,可以發現其實這兩個流派是從歷史的先後關係發展到了如今的並行關係。豐田於1997年推出了行星齒輪混動構型的Prius,值得注意的是,早在那個時候,豐田就已經單獨為混動車型確立了單獨的產品線,這個意義就堪比寶馬單獨推出的i系列。Prius頂著巨大的成本和銷售壓力,像一個獨行俠一般在混動這條路上一走就走了快20年,如今Prius銷量已經突破800萬量,遑論幾乎全線擁有混動的雷克薩斯,不得不佩服豐田當年的遠見。
在這20年的前10幾年裡,其他廠商也都有很多混動的嘗試,比如通用的凱雷德混動,本田的Insight(順口提一句,全新Clarity的後輪罩復刻了初代Insight),以及在國內市場,包括比亞迪在內的諸多本土企業也都做了很多混動的研究和嘗試。但彼時,由於構型的限制,比如本田IMA構型和國內的ISG/BSG構型,節油效果不甚理想,亦或是電動化零部件成本過高以及可靠性不佳,讓那個油耗法規還未收緊的時代各個廠商都沒有太多動力去發展混合動力,更多是在做技術儲備。
分水嶺應該說出現在2010年附近,也就是三階段油耗法規醞釀和發布的時間點。包括中國在內的幾個重要汽車市場油耗法規收緊的趨勢已經十分明顯,同時電池能量密度的提升以及成本的相對下降,汽車電動化的時機逐步成熟。
也就是在這個時間點上,出現了些什麼產品呢?通用的增程式電動車Volt,日產的聆風,以及,比亞迪的雙模混動F3DM和E6。也就是這個時候,插電混動派開始登上歷史舞台。
因為終於有大電池可以用了。
哦,錯了,是這個
之後幾年的故事,就不展開說了,其實也就是題主所說的混動有了百家爭鳴的感覺了。特別在中國和歐洲兩個市場,由於NEDC測試循環的特殊性,插電式混動能夠做到十分理想的油耗結果。那麼混動的Cost efficiency就凸顯出來了。在國內,後來更是有了高額補貼和牌照優惠這種逆天的推動手段,插電混動的價值被進一步放大,插電混動自然就成為廠商追逐的技術解決方案了。
說回這兩個流派,從上文的發展歷程來看,兩派技術路線的差異其實就體現在動力流的主體上。
油電混動的動力流主體是發動機,電動力輔助發動機,優化油耗。可以說目前市面上真正意義上的油電混動還剩下兩家:豐田的THS和本田的iMMD,它們的省油秘訣,除了精巧的混連型混動構型外,還在於它們的發動機,豐田的2ZR-FXE熱效率40%,本田的2.0L阿特金森發動機熱效率38.9%,在EPA公布的數據中,普銳斯混動和本田雅閣混動的MPG結果都是同級最高的。
而插電混動的動力流主體是電機,通過盡量優化三電系統的匹配,延長純電里程,同時兼顧優化發動機的工作點。包括歐洲廠商的P2並聯構型和比亞迪的P3並聯+電四驅以及初代沃藍達在內,都是在貫徹這個思路,把插混車盡量當成純電車來用,偶爾碰到里程不夠用的時候開發動機充充電,解決充電焦慮的問題。
有意思的,在兩派並行發展的過程中,出現了兩位集兩派之風的選手,一位是二代的通用Voltec,另一位是上汽的插混系統。這兩位都發展了比較複雜而巧妙的混連構型,再配合插混派的大電池包,於是就可以借鑒兩派的長處,既可以在純電里程上做文章,又可以讓電量用光的時候,更有效地保證油耗經濟性。
特別是Voltec,通用在設計這套完全不同於一代的混動構型的時候,可謂挖空了心思。
- 首先,為了進一步增加純電里程,同時不增加電機的負擔,Voltec從原來一個電機驅動一個電機發電進化成了可以雙電機同時驅動的系統,因此兩個電機的功率反而降低了。大電機功率從一代的111kw變成87kw,小電機的功率從55kw變成48kw;
- 其次,為了降低成本,兩個電機的材料也不同了,原來兩個電機都是昂貴的稀土材料製作的永磁體電機,而二代系統中,主要提供動力的主電機仍是稀土永磁電機,但稀土材料的用量減少了40%,而輔助電機則採用了鐵氧體電機。這一改變大大降低了二代系統的體積和成本;
- 此外,通過雙排行星齒輪的組合,讓系統的工作模式更加靈活,二代系統擁有兩個純電模式(單電機和雙電機)和三個混動模式。具體構型 @Brandon Lu 已經做了解釋,不再詳述。
通過這樣的優化,讓通用Voltec系統無論在純電行駛還是混動模式下,都能達到比較理想的油耗。更重要的是,這樣的系統可進可退,往下放就變成了一個優秀的油電混動系統,而通用也正是這麼做的,邁銳寶混動和君越混動的出現就是最好的例證。而通用在油電版本的系統上採用了一台全新的1.8L發動機,這台發動機擁有EGHR(Exhaust Gas Heat Recovery)系統,注意不是EGR廢氣再循環系統。這個系統能夠為冷機發動機更快地加熱三元催化器,更早進入高效工作狀態,同時還能夠為乘員艙輸送一些熱量,降低空調負擔,因此在全混工況下,邁銳寶混動的油耗(46MPG)比Volt(42MPG)還要更好。
不過,總體而言,通用Voltec系統還是更偏向於電動力流的使用,因為通用的產品對於動力性的要求更高,而雙田則更關注經濟性,對動力性的需求沒有那麼高,所以目前看到海外試駕評測都認為邁銳寶混動的動力性更好。個人沒開過,就不過多發言了。
所以,未來混動的趨勢,應該說就是技術路線中心慢慢從油電混動轉向插電混動。畢竟插混的技術路線可以用電的優勢offset不少在發動機上的劣勢。你要問我豐田怎麼想?請參見Prius Prime,借用 @Kevin Chow 的比喻,豐田就是那個不管漲潮退潮,都能找到褲子穿的人。
@勝世天驕在討論中對模式切換有些疑問,我就在這裡歪個樓解釋一下行星齒輪系統的一點基本知識。有寫的不對的還請 @Kevin Chow多指正。
在行星齒輪系中,有一個或多個行星齒輪圍繞著太陽輪或者齒輪系的中心軸旋轉。如下圖所示的行星齒輪由太陽輪(Sun Gear)、齒輪架(Carrier)和齒圈(Ring Gear)組成。
各個齒輪見的運動關係滿足下面這個公式,具體推導過程就不寫了
基於這個公式,可以把行星齒輪系統簡化成槓桿來理解,上面的行星齒輪就可以簡化成下圖中的槓桿系統,詳細的介紹可以參考1982年Howard L Benford和Maurice B. Leising的SAE論文:The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis. 年代久遠,找不到鏈接了...在此要感謝 @Jeff YU賜論文之恩~
豐田的普銳斯上使用的THS系統,基本上可以簡化成下面這樣的槓桿:
發電機連在太陽輪上,發動機連在行星架上,而電機與輸出軸都連在齒圈上。在不同的工作狀態下,發動機和發電機,電動機的輸出如下:
1,車輛停止時,發動機,發電機,電動機都停止。
2,車輛啟動時,依靠電動機驅動輸出軸,發動機停止,為了保持平衡,電動機要反轉以保持發動機處於停止狀態。
3,在起步加速時,發電機正轉,啟動發動機,電動機保持停止。一旦發動機啟動了,發電機就收到負扭矩,開始進入充電狀態。
4,正常駕駛狀態時,依靠發動機和電動機驅動輸出軸。
5,全油門加速時,發電機,電動機,發動機同時驅動輸出軸。
無論哪一個狀態,電動機的轉速都與輸出軸轉速一致,在高速行駛時,電動機會一直工作在效率很低的高轉速區間內。發電機,發動機,電動機的相對關係是固定的,因此被稱為單模動力分配系統,這裡說的模式與前面的「起步模式」、「加速模式」並不是同一個概念。
GM的Voltec是源於十幾年前的雙模混動,基本原理差不多。可以簡化成下面的槓桿圖。
這套系統通過離合器的切換,可以提供多種傳動模式,各種模式下發動機與兩個電機的相對關係各不相同。因而也提供了更多的可能性。
比如Low Extend Range模式下,離合器B1接合,C1打開,在低速或者扭矩輸出需求大時,電機轉速高於輸出軸轉速,可以有更好的動力性。
而在High Extend Range模式下,離合器B1打開,C1接合。此時多用在高速巡航狀態下,電機的轉速可以低於輸出軸轉速,工作在更經濟的區間內。
這個才是GM雙模或者多模動力分配系統中所指的模式,通過離合器使發動機和兩個電機在面對同一工況時可以有更多的選擇,可以主動的選擇能耗最小的工作模式。而不是只能被動的隨著車速變化而變化,只能用預設好的車速和扭矩的標定值來確定系統的工作狀態。
現在的CHS系統,也是採用了類似的方式「換來了對大電機性能要求的降低、以及中高速的高效傳動。"可以參見 @Kevin Chow的答案科力遠研發的 CHS 混合動力系統真的有豐田混動系統那麼厲害嗎? - Kevin Chow 的回答
毫無疑問,豐田走在了混合動力的前面,畢竟那麼多銷量呢。但是無論GM還是國內的CHS,都在走自己的混動道路,做出來的系統也都具有自己獨有的優勢。
至於Prius PHEV, 豐田在2016 Prius PHEV上也增加了兩個離合器用於模式切換,可見汽車行業內內沒什麼是一成不變的,大家一直在互相學習。
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1. 混合動力為什麼突然火了?
混合動力突然火了主要還是各家廠商在CAFE的壓力下不得不引入新的技術降低油耗以達到2020年5L/100km的平均油耗目標。
當然,在這個時候就能看出哪些廠家是早有積累,哪些是試圖彎道超車的了...
混合動力汽車的定義很簡單,具有兩種或兩種以上動力源和動力轉換裝置的汽車。比如目前最常見的油電混合動力,就既具有從油箱到發動機的傳統內燃機系統,又具有從電池到電機的電氣化驅動系統。除此之外,還有內燃機-液壓混動系統、內燃機-飛輪混動系統等各種其他類型的混動系統。混合動力車輛早就出現了,早在二十年前,下圖這種混和動力的便捷交通工具就出現在中國的大街小巷了。
混合動力在這個階段的爆發,很大的一個原因是各廠家都看到了混動在節能方面的優勢。
- 對於傳統的車輛,由於發動機的輸出與車速及扭矩需求直接相關,因此,發動機的工況一直在變化當中,雖然可以通過變速器進行調節,但終究在大量的工況下發動機會運行在效率很低的區間內,同時發動機還會在怠速等工況時無效輸出,損失大量的能量。
在混合動力系統中,由於存在兩種不同的動力源,因此可以通過控制策略,使各動力源都盡量工作在各自最高效的區間內,就是所謂的「解耦」。下圖是邁銳寶混動的BSFC,可以看到不論在什麼樣的車速和負荷下,發動機幾乎一直工作在最高效的區間內。
- 同時,混合動力系統可以通過控制發動機怠速啟停或者滑行減速啟停等減少系統在怠速時的無效輸出,降低系統的能量損失;混合動力系統還可以通過制動能量回收等進行能量的回收和再利用。如下圖的豐田在THS II系統中應用的ECB(Electronically Controlled Braking)可以協調液壓制動和電機制動,在制動時比上一代系統回收更多的能量。與之相類似的系統還有博世的iBooster和ESP HEV。
網上常常出現的一個傳言就是PHEV並不省油,只是靠國標的計算方法算出一個很低的油耗,其實,一台真正的PHEV既然叫插電式混動,那也是混合動力的一種,同樣可以通過電機與發動機的相互配合,使發動機工作在最高效的工作區間,也能夠回收能量並再利用,也可以按需關閉發動機。所以PHEV並不是不能節能,比如Chevy Volt2,做為增程型電動車,背著最大號的電池,用光了電之後工作在混動模式下也比同級別的大部分車型省油。當然,做為工程師還是建議能充電就充電,畢竟我們開發新能源車,顧客購買新能源車都是為了讓天更藍,水更綠,空氣更好,世界更美好。
除了節能之外,混動車輛還可以提供更好的駕乘感受。混合動力系統可以通過電機輸出和發動機輸出的耦合,提供更好的加速感。動力分流構型的EVT混合動力變速箱,還可以在實現毫無頓挫堪稱完美的駕駛質量的同時輸出傳統CVT難以企及的扭矩。比如下面是CT6 PHEV的加速曲線,如教科書版光滑連續,毫無頓挫。某個媒體試駕之後的感受就是這TMD是開掛了...
2. 不同的技術各有什麼特點?
目前最常見的油電混合動力可以根據不同的分類方法分成很多類型。
最常見的分類方法是按照驅動過程中電氣化和內燃機所佔的比例,將混合動力汽車分為弱混、強混、插電式混動、增程型混動等。
按照內燃機和電機的動力結合方式,可以分為並聯,串聯和混聯等構型,而其中又可以細分成各種不同的構型。
- 在並聯繫統中,發動機和電動機可以同時驅動車輪,兩個驅動源的功率和扭矩可以直接疊加。並聯繫統結構較為簡單,可以在現有的發動機變速箱技術上進行改進。並聯繫統可以實現發動機與輸出軸扭矩的解耦,但是發動機轉速還是要跟著輸出軸走,沒辦法一直工作在最優的區間,所以並聯的系統還要配上傳統的6速或者8速變速箱。如果單純的比較能量使用效率,並聯繫統大概是幾種構型中最差的,這也是為什麼並聯繫統絕大多數都是PHEV很少見到HEV的原因。針對目前的法規,通過提升電池容量,在P2上用純電里程稀釋油耗是一種簡單易行的措施。但是如果未來實施能耗折算,將電耗和油耗折算在一起之後,並聯PHEV對廠家的節油效果會大打折扣。
並聯中的P0,P1,P2,P3,P4是按照電機的位置來分類的,目前歐洲車廠主流的混動構型大多是基於P2的,比如大眾的Golf GTE,奧迪A3 eTron等等。就是賓士、寶馬、保時捷的產品也主要是基於P2的拓展。比亞迪的秦屬於P3,而現在大熱的48V則是屬於P0的弱混。
- 串聯繫統中,發動機驅動一個發電機,另一個電動機利用發電機產生的電能驅動車輪。最典型的代表就是寶馬的i3。串聯繫統可以使發動機的轉速和扭矩與車速完全解耦,使其一直運行在最經濟區間內。但是由於電機的工作區間沒辦法與輸出軸解耦,串聯混動的車輛的輸出扭矩和輸出功率都有一定的局限,多半用在小型車輛上。至於常說的雪佛蘭沃藍達,其實並不能算是串聯,雖然是增程型的系統,在電量充足時發動機絕不啟動,但是他的動力系統屬於混聯,發動機可以直接驅動車輪。
- 混聯繫統一般具有發動機,兩個電機及一套動力分配裝置或離合器,通過控制,使系統同時具有串聯和並聯的優點。
混聯中的動力分流(Power Split)的具體實現形式很多,輸入動力分流,輸出動力分流,混合動力分流等等,但是基本思路大多是通過一組或多組行星齒輪將發動機和電機耦合在一起工作以實現發動機的轉速和扭矩與輸出軸解耦。最典型的代表有豐田的THS和通用的Voltec,現在科利遠的CHS也是這一類型。
以大名鼎鼎的豐田的Prius為例,發動機的輸出軸連接到行星齒輪的齒輪架上,電機(Generator)連接到太陽輪上,驅動電機(Motor)與齒圈相連並輸出到半軸上。發動機與電機(Generator)的輸出通過行星齒輪進行耦合,在正常行駛狀態下,電機(Generator)可以自由的在發電和驅動兩種狀態間切換。可以通過調整Generator的功率和轉速使發動機以經濟轉速運行;在起步和倒檔時,發動機可以不啟動,車輛僅由電機驅動;在制動時,驅動電機做為發電機向電池充電,同時提供製動扭矩。通過這些辦法,Prius達到了同級別傳統動力系統無法企及的油耗。但是由於沒有離合器,驅動系統只有一種模式,行星齒輪將一直處於運行狀態,主要的驅動電機(Motor)的轉速與車速成正比,無法與輸出軸解耦,在整個工況區間內的傳動效率有局限,無法適配較大的車輛,在高速路況下要大量依靠能效低的電驅動。
另一個有代表性的動力分流系統是通用的Voltec。通用在1996年開始研發雙模混合動力變速器,2005年,通用、克萊斯勒、寶馬、梅賽德斯-賓士組成的全球混合動力聯盟進一步的推動了雙模式混合動力變速器的開發。而現在最新一代的沃藍達,邁銳寶和君越混動所採用的驅動單元都是全新一代Voltec電驅單元。
這套驅動系統通過兩個電機,兩套行星齒輪,兩組或三組離合器實現多個模式的驅動方式,實現了發動機和電機的工作均與輸出軸解耦。
應用這一系統,2016雪弗蘭邁銳寶在北美EPA測試得到綜合油耗每加侖47英里(47MPG)的優異數據,而同級別的凱美瑞混動的油耗是每加侖41英里(41MPG)。
採用模塊化設計的這一套電驅單元不僅可以用在混動上,還應用在了著名的Chevy Volt2上。同一設計思路的後驅單元(GRE)被應用在了CT6 PHEV上。與前驅相比,為了實現後驅車所需要的更大的扭矩,GRE增加了一套行星齒輪用來放大扭矩,獲得更好的動力性。同時GRE採用了5組離合器來控制模式切換。
這個變速箱堪稱世界上最智能的變速箱之一,對同一個工況,可以通過多種不同的模式來實現。為了實現能耗最低的目標,GRE並不像傳統的變速箱一樣,按照預先設定好的標定進行模式切換,而是在滿足駕駛員意圖的前提下,實時計算每一時刻的內燃機效率損失,電機效率損失,電池效率損失等,通過一套複雜的優化演算法來綜合評估得到系統總效率損失最低的模式和運行參數,使車輛時刻運行在最經濟的工作模式和工作參數下。在十幾個模式之間的選擇和切換已經超過了我的智商能理解的範疇...
混聯繫統中另一個主要的構型是雙電機串並聯,主要的代表是比亞迪F3DM,榮威550 Plug-in,本田的iMMD等。
以本田的iMMD系統為例,系統通過離合器來控制發動機,電機,發電機及輸出軸的接合狀態,實現三種驅動模式。
顯然,本田在標定和匹配上的功力遠超比亞迪和上汽,使用了這套系統的雅閣混動在有著相當不錯的油耗和動力性的同時,還平順異常。
由於系統的特點,在混動模式下,串聯,並聯和混聯三種構型中,發動機與電機在總的驅動過程中所佔的比率還是有明顯的差別的。串聯由於驅動用的電能全部來自於發動機,所以發動機和電機有相同的工作量;並聯繫統使用發動機作為主要的動力輸出,電機只在起步和加速時提供一些輔助;混聯繫統中,尤其是動力分流的系統,發動機和電機共同工作,發動機和電機的工作量相差無幾。
對比三種系統的能耗和動力性能,混聯繫統也會比其他兩種系統更好一些,因此,大部分HEV上的系統都是混聯的。
看了這個問題下 @鄧較瘦 的回答,感覺鄧教授把重點更多的放在了過去的發展上,我決定毛遂自薦狗尾續貂。實際上,新能源發展策略的分歧一個非常重要的年份是1997年。
1997年是世界新能源發展史的一個最重要的節點,這個節點決定了現在新能源的格局。如我們所知,新能源的發展其實可以大致歸納為三個方向:純電動、混合動力和燃料電池。
純電動和混合動力相對來說是比較容易實現,因此企業在選擇這兩種方案時權重完全一樣,如果沒有後來的政策主導,如今的新能源格局應該是混動和純電動完美共存。1997年,通用和豐田的分歧就主要在這,通用選擇了純電動,而豐田選擇了混合動力。
這兩種選擇其實也是兩個國家的選擇。通用推出EV1背後(1996年底)的推動因素是美國加州空氣質量委員會提出未來零排放車輛要佔汽車總銷量一定比例,這就是如今的ZEV法令。
這種環保法規的倒逼下,通用在1997年時實在沒必要選擇混合動力車型,要知道現如今豐田混合動力在美國加州也是無法享受ZEV補貼的,大多數廠家都是通過購買ZEV指標避免處罰,也因此特斯拉能出現盈利。
美國法規給了純電動汽車發展提供了肥沃的土壤,別說通用推出了EV1,就連豐田、本田也推出了一些EV車型,美國政府「指導」汽車企業選擇了純電動。
日本就完全是另一番景象了,日本政府在90年代也相繼出台了一些環保政策法令,但我們知道日本環保法令與其他國家是完全不同的標準,典型的例子是現如今的JC08循環工況和FTP循環工況對污染物的側重點不同。豐田這種情形下,決定把「節能」放在重點,推出了普銳斯。豐田也為了加快推進「環保」的產品形象,為了趕上全球探討環境的京都會議,對普銳斯技術團隊提出了苛刻要求,就在會議召開前夕才研製成功普銳斯。
於是,日本首相橋本龍太郎在G8峰會上不斷推銷豐田普銳斯,有興趣的網友可以找一些當時的資料。
如果世界這樣發展下去,我們現在看到的新能源格局完全和當下不同。之所以,混合動力當道其實是「美國用一己之力影響了通用的發展」。
2000年左右的時候,通用純電動EV1在加州地區特別受歡迎,而石油巨頭們卻不樂意了。如果純電動汽車發展順利,將勢必影響其業務的拓展,美國在90年代為了中東做出的各種投資(海灣戰爭和科索沃戰爭)會血本無歸。於是,在政府的干預下,加州政府擬取消對純電動汽車的補貼。
如果補貼取消,通用就無法承擔EV1巨大開支,較高的售價嚴重限制了EV1的銷量。於是,通用被逼無奈對EV1團隊進行了分流,工程師艾爾·可可尼在加收成了AC Propulsion電動汽車公司,成就了特斯拉,另一部分則留在通用繼續研究新能源系統。
說起新能源混合動力系統,通用內部的確開展的比任何一個企業都要早,但2002年之後的通用尾大不掉,董事會已經很難通過那種「暫時虧損,未來輝煌」的項目了,從2002年到2006年通用董事會壓根不理會推出混動量產車的項目,直到鮑勃盧茨在董事會上發火,通用才通過了第一代沃藍達的項目。這段時間成就了豐田,因為當時的世界就是豐田和通用的世界。
時至今日,通用已經推出了第二代沃藍達混動系統,可以理解為通用純電動路線失利後對豐田的追趕。採用了與豐田不同的設計思路。我們最近在參加通用發布會時,可以見到通用一直在提的概念是「EVness」,豐田混動的形象則是「一千公里不加油」。
從結構上看,通用Voltec採用了兩組或者三組行星齒輪,同樣兩台電機,豐田則是一組行星齒輪,兩台電機。他們之間最大的區別,個人認為是電動機扮演的角色上。通用在邁銳寶XL HEV和君越HEV搭載的兩台電機功能和地位完全一致,均為同步電機,只是功率不一致。
大電動機最大功率60Kw最大扭矩275Nm,小電動機最大功率54Kw最大扭矩140Nm,這兩台電機都可以在充電和驅動之間來回切換,低速時小電動機調節發動機轉速,大電動機負責發電,高轉速時大電動機驅動,小電動機驅動。可以說,電動機扮演的角色十分靈活,發動機轉速配合電動機扭矩不斷調整轉速。
豐田的兩台的電動機只一台是靈活的,可以在充電和驅動中來回切換,它們的目的更像是配合發動機動力曲線進行取強補弱。
這是駕駛上的感覺,通用HEV們駕駛起來從油門到制動都特像純電動汽車。所以,你說通用只是在發展混合動力,我認為並不是,它其實是在把過去EV1上純電動的經驗延續到了混合動力車型上。
以電動機為主其實對電池提出了很高要求,我曾經就通用電池發熱問題以及能量衰減問題諮詢過Larry
Nitz,他說通用和豐田在動力分流上的區別就在於電壓的控制。通用混合動力的電壓十分穩定,電池在很小的一個電壓區間中穩定工作,因此它可以保證均勻的散熱。豐田混動的電壓範圍比較寬,最高可以去到600V…
這就涉及到電池能源管理方面的技術儲備了。通用在最早決定發展純電動期間已經有很強的電池管理系統了,最典型的應該是凱迪拉克CT6 PHEV。凱迪拉克CT6 PHEV搭載的是18.4kWh的大容量電池,輸出功率120kW,輸出電壓最高360伏,但電池散熱問題卻很好的解決了。
凱迪拉克CT6 PHEV電池包一共有192個電池模塊,這是非常大的一塊電池包。外部熱量尚可以依靠風冷,但內部電池組熱量完全依靠風冷已經無法十分準確的控制電池熱量了。於是,凱迪拉克CT6 PHEV啟用液冷的方式。這種方式其實就是在每塊電池模塊上設置一根導流管,由導流管中的液體吸收或釋放能量,保證電池工作溫度的穩定。這種方式像極了人體血管的構造。
凱迪拉克CT6 PHEV採用的是50%水和50%乙二醇混合物作為冷卻介質,在單體電池間設置金屬散熱片,散熱片上設計流道槽,高溫時可以帶走熱量,低溫時可以加熱線圈。液冷技術時目前電池最有效的保護措施,最終溫度差控制在2℃左右。
前段時間,我有機會試駕完通用三輛混合動力車型,通過這三輛車以及通用的一些資料,我們可以認為通用對混合動力的重點其實是「電」,包括純電動、混動還是插電,而豐田目前主要還是傳動內燃機發動機。
混合動力其實不是突然火的,好比假如身邊只有一個人開混動,你覺得沒什麼,但身邊有五個人開混動,你就不得不注意到它的存在了。為什麼都開始搞混動了呢?因為日益嚴苛的排放和油耗法規迫使汽車廠商絞盡腦汁去研究各種技術來應對。
混合動力領域持續發力的是通用和豐田,市場佔有率也保持著相對高的水平。到了近年,本田、沃爾沃、寶馬、比亞迪甚至奇瑞吉利都加入了混合動力大軍。
國內見得最多的應該就是豐田和比亞迪的混合動力了吧,從消費者的角度來看兩者最大的差別就是比亞迪插電而豐田不插電,背後更涉及到牌照和補貼問題。即便單從技術層面講,二者也是千差萬別的。因為只開過豐田的混動,所以談談豐田的這套系統。
發動機通過延遲關閉進氣門降低活塞的實際壓縮行程來模擬阿特金森循環,這樣能讓發動機發揮更大的效率,換句話說阿特金森發動機能帶來更好的熱效率和燃油經濟性,但阿特金森循環的缺點在於低轉速區間扭矩輸出較差,利用電動機則可以彌補低扭不足這一缺陷。因此在你駕駛豐田的混動車型時,蠕動以及緩慢起步階段都是電動機在帶動車輛前進。
其實對於 THS而言,它最大的絕技當屬ECVT和電控系統,正是這個獨特的變速機構讓發動機和電動機實現了真正意義上的混聯。ECVT並不是電子CVT,它甚至和錐形輪鋼帶的CVT關係不大。ECVT是一個常規的行星齒輪組,由於整個THS的動力單元由一台內燃機和兩台電機組成,因此行星齒輪組的外齒圈一邊直通主減速器,另一邊與大功率電機相連。行星齒輪的太陽齒輪,與負責發電為主的小功率電機相連。行星齒輪的齒輪框架,則與發動機相連。如此,三個動力單元就通過這個行星齒輪組組合在了一起。ECVT通過兩個電機和發動機之間或反向、或同向的「用力」,來讓驅動狀況與發動機的轉速匹配,最終達到無級變速的效果。
當車輛起步時,用純電行駛更為合理,避免發動機工作在不合理區間,此時發動機不參與運轉(除非電池需要充電)。
急加速時,發動機和驅動電機同時輸出獲取最大扭矩。
制動時,驅動電機可以轉變為發電機為電池充電,這時候主要是動能回收。其動力的混合與分配就靠相應的齒輪組來運轉。
網上找了三張圖來顯示三種工況下的行星齒輪運轉狀態,可以看出只有電機工作、電機+發動機工作和減速制動時,ECVT都不需要像尋常的變速箱那樣去切換擋位,這樣一個是能保持足夠的平順性,二是動力的變化可以無極調節,這也是它為什麼稱為「ECVT」的原因。豐田這套行星齒輪組算是在「繁」的基礎上做到極致的典型。而要說「簡」的典型,那非本田的i-MMD莫屬。
最後一個重要的部件就是豐田堅持使用的鎳氫電池,在國產雷凌/卡羅拉雙擎上是由28個6.5Ah 1.2V的電池模塊組成。鎳氫電池擁有淺度充放電能力更穩定的特點,更符合THS系統的要求。
實際體驗來說,電機起步很安靜順滑,發動機介入也沒有太明顯的動作和噪音,不刻意去分辨的話是感受不出來的。有純電行駛模式,但支持的里程太短,只要電池電量不足了,發動機就會隨時啟動來補充電量,市區油耗要比高速稍好一些,正常開的話都能控制在5以內。
談談THS的缺點,首先一個深踩油門時動靜較大,四缸發動機有些聲嘶力竭。另一個就是跑高速效率反而沒有市區高,這個源頭也是來自行星齒輪組。行星齒輪組始終保持耦合的狀態能保持平順絲滑的動力分配,但另一方面無法解耦也就使得發動機或電動機工作的狀態下還得反拖其它的齒輪運轉,這本身就得消耗掉一部分的動力。這個問題在高速工況下,發動機作為主力輸出時會更明顯些。
THS以其平順的駕駛感受、超高的可靠性稱霸混合動力領域,然而在大眾排放門之後,各大車企逐步加快電氣化的進程,而混合動力被認為是理想的過渡策略,因此在今年開始湧現了不少新的混合動力車型,像國內今年已有索9/K5的混動版、君越混動以及即將登場的雅閣混動。我比較擔心的是,豐田數十年來一步一個腳印積累的混合動力技術,在近期就出現了平起平坐的競爭對手,假以時日會不會落後於他人呢?
有媒體制了一個表,羅列了美國市場上比較有代表性的混合動力中級車以及它們的油耗動力水平。可以看出各家要麼採用豐田的策略,要麼另闢蹊徑,但都取得了相當了得的成績。從結構上來看,豐田的行星齒輪加雙電機已經遇上了對手——技術控本田選擇繞開豐田的這一套行星齒輪,另闢蹊徑地使用雙電機加離合器,而通用在混合動力的研發上,起步和豐田是差不多的,現在整出狂拽酷炫的雙電機加雙行星齒輪加三離合器,頗有種軍備競賽的意思。後兩者無論是在油耗水平還是動力水平都開始佔據著優勢。THS在挖潛幅度逐漸收窄的同時,如何抵擋越來越多的對手,這是值得豐田深思熟慮的地方。
但不管怎麼說,普及開來的技術才是好技術,豐田在這方面確實是有獨到之處,在2020年之前,估計能看到越來越多的混合動力車型在國內登場,希望各家也早日拿出物美價廉的車型,讓國內的消費者也能跟上混合動力的熱潮。
謝邀
我來試著談一下為什麼混合動力汽車突然火了,很多地方並不一定很對,一家之言。
動力總成的選擇
在 每家汽車公司裡面,大體整車開發部門,各個其他部門(AVD、車身內外飾、底盤、空調、電子電氣)加起來與動力總成部門一樣重要,核心的點,就是動力總成是汽車的核心賣點,也是消費者能感受到的汽車在行駛過程中差異化最大的一部分。隨著政府對油耗和排放監管越來越苛刻,動力總成這塊既需要符合滿足各個地區法規的要求,也繼續大部分決定了汽車的利潤率,配置改變的最大一塊就是動力總成系統的組合,通過優化這個組合,通過動力總成的選擇和搭配,車企能夠找到自身的生存空間。
從大的視角來看,要滿足全球和中國的要求。任務擺在你這裡了,車企的工程師需要開始做選擇了。
圖1
全球的油耗要求(這裡折算成歐洲的二氧化碳的量)
圖2
中國的油耗要求
在汽車行業待的越久,才會比較理解突破和革命的困難,我們所看到的很多的概念和構型,很早之前就做了大量的樣品、試製車型然後進行儲備和鋪墊。
圖3
選擇不同的動力總成給不同的車型
根據車重和油耗降低幅度概覽
1) 在中混這個領域:首先試水的車企做了很多的嘗試,然後德國車企在12V啟停系統演化成低成本的48V中混系統,以謀求出路,德國汽車產業影響力更大,更拖著大量的供應商進行低成本的控制,這條路其實在中國怎麼樣也需要拭目以待
表1
中混的之前的嘗試
2) 在強混這個領域,大家所知道的主要是豐田的成功,我們所提及的混合動力的成功,其實和豐田對整個產業的整合能力,核心半導體的器件的控制所分不開的。
a.
豐田的成功:豐田是堅定的走Power Split,其實後面跟著福特和GM兩家,從系統上來看,這個可以適應一個挺寬的範圍,可以覆蓋不同的車型,這是通過每個單個產品的油耗表現而做出的選擇。
i.
如圖4所示,隨著技術的發展,在油耗方面,這三家車企做出來的效果與我們印象中結果開始變得有差異了。
圖4 Power Split 中級車對比
b.
德國企業的突破:德國幾個企業,在P2的混合動力上面嘗試了不少車輛,它們走的路,第一要是在各個整車平台上實現模塊化,第二是可以實現HEV和PHEV的兼容,所以我們看到了不少30多英里純電續航里程的PHEV出現,在這個領域採用模塊化全系混動/插電混動化帶來的規模效益是很驚人的,這是基於集團的戰略出發做的選擇。
i.
現代索納塔Hybrid也是在這個基礎上加了個HSG電機
c.
雙電機模式(iMMD ):這是一條新路,實際結果也還不錯。
圖5
P2和P1/P2和雙電機的選擇
d.
其他的路,最多的還是P1P4,主要通過降低技術門檻,實現收益,這個根據車企的實際情況來調整也不失為一條路。
3) 插電混合動力:這就是奔著積分和油耗計算方法去的,在這個領域存在著非常大的爭議,就是用戶為了一些電動里程是不是要去充電。隨著全球對新能源汽車的鼓勵政策經歷一輪迴顧,這塊將面臨大量車企提供這個技術,配合下一波政府是否繼續堅定支持,而消費者是否按照設定的使用習慣來走。
a.
插電的構型,比之上述的強混的要求,主要是需要增加充電機、把電池變大,把純電運行的工況做得更好。而電池變大之後對車的布置要求,對維持電量SOC的要求,使得PHEV在電池耗盡的工況下比HEV的油耗普遍要高一些。未來最大的變數是監管部門,能否切實得看到這一自然規律。
4) 純電動汽車:這塊不在本文覆蓋範圍之內,純電的主要問題,是以動力電池為代表的電化學這一產業,發展的速度其實不比汽車產業快多少。你寄希望於一個電化學產業來擺脫石油行業(大化工行業)和動力總成機械加工,這個事真需要細細來談。這種革命性的變化,缺乏堅實的基礎支撐會掉下來的。
政策方向
隨著國內的新能源汽車戰略有一些波動,汽車企業必須考慮一些現實的問題,未來的新能源汽車補貼的力度和總額限制,使得在大量部署插電類車型,勢必在數量上受到很多的瓶頸,其相對過高的成本,也限制了車企這一領域所能容納的市場總量。工信部計劃將車企平均燃油消耗量與新能源汽車積分制度並行實施,新能源汽車積分可以沖抵車企油耗不達標帶來的負積分,新能源汽車積分可以交易。所以一方面我們所能看到的將會是,汽車企業在傳統車型上會努力實施混合動力化,在兼容系統上開發插電式混合動力車型,未來以混合動力構型上的延展性將決定車企能否滿足監管部門對油耗和新能源車兩方面的要求。
·
補貼退坡之後,靠這方面去抵充成本的構想一定會落空的
·
新能源汽車獲取的收益將會是積分為主
·
發展傳統汽車的油耗下降,很大一部分就必須以混動化為實施基礎了
·
很多的趨勢,其實是結合了政策、市場和技術這幾部分綜合的結果出來的
圖6
新能源乘用車(不含混合動力)的市場情況
如上圖所示的,都集中在大型城市的限購政策上的新能源車需要更長時間來務實基礎,在電池技術和成本的突破下,才能有更大的覆蓋面。
總的來說,消費者是希望價格實惠又能算得過來的車輛,其實並不關心裝了多少電池,也不關心太多的技術細節。從車廠來說,革命性的事業看上不去不靠譜,從現實出發,將大量的技術儲備拿出來,犧牲一些利潤率來實現法規的需求是硬需求,隨著功率電子和高倍率HEV電池的價格也下降,整個成本也在慢慢能接受的範圍上。這也是全球範圍來看,為什麼混合動力在國外和中國,漸漸站上舞台的原因。
看了一下各位的答案,Lu哥已經通過圖表+乾貨的形式講得很清楚了。我就劍走偏鋒,按照自己的理解,從消費者和產品宣傳的角度給大家盡量用簡單的話語解釋一下。
寫個打油詩:
豐田遍地黃花開,車主算油笑開懷。
本田高調玩運動,學霸側面夾擊來。
通用重拳砸技術,欲將B級桂冠摘。
至於國產比亞迪,有人唾棄有人愛。
打油詩,不嚴肅,望見諒。下面我來一句一句解釋。
- 「豐田遍地黃花開,車主算油笑開懷。」
豐田的THS省油嗎?省油,但這句詩中略帶諷刺意味。因為我發現很多豐田混合動力車主都有經常計算自己油耗的習慣,進而推測比別人省了多少錢——我是覺得這樣真心累。當然這和產品關係不大,造成這個現象,主要是豐田在混動領域發力較早,目前已具備成熟的產品品類,並將混動技術拓展到了雷克薩斯。無論車型種類還是銷量,用「遍地黃花開」形容不為過。
有關豐田的THS原理,我之前寫過,不再贅述。
- 「本田高調玩運動,學霸側面夾擊來。」
本田在混動技術方面發力也不晚,第一款車Insight於1999年上市,那個時候他把自家的混動技術叫IMA。現在,本田針對不同定位車型有不同的混動技術解決方案,從面向低端車型的單電機i-DCD,到中端車型搭載的雙電機i-MMD,再到高端車型使用的三電機SH-AWD,變化多端,技術複雜程度個人認為超過了豐田。
「高調玩運動,側面夾擊來」講的是國內市場。本田在國內市場的混動車型發力很晚,直到近兩年才逐漸有所動作,可以說喪失了搶佔市場的最佳時機。從產品推廣上看,本田知道單單宣傳自家油耗怎麼怎麼低,有豐田在恐怕就沒有出頭之日,因此本田打算「側面包抄」——強調混動的「運動性」。
在本田看來,混動車型省油只是一方面,還要更運動。對此個人表示存疑,我不認為混動車型能在動力上體現得更運動,除非在方向盤、懸架這些與動力無關的方面下手。
- 「通用重拳砸技術,欲將B級桂冠摘。」
以前沒寫過通用的混動,多說兩句。在本世紀初,通用將混合動力技術提上日程。2007年,第一代雪佛蘭Volt概念車採用了首創的「增程型電力驅動系統」,量產後的沃藍達就是這麼來的。
什麼是增程型?一句話解釋:車輪僅通過電動機驅動,而發動機僅給電池充電。
事實上,在那個「混沌初開」的年代,汽車界絕大部分是比較認純電動車的,因為技術難度較低、硬體結構比燃油車簡單、易實現,至於續航的問題,以後自會解決(實際上到今天也沒解決,電池續航已經成了人類文明發展的一大障礙)。
一些大廠(以豐田、日產為首)提出用經銷商網點、建設充電站並提供純電動自行車等電動交通工具解決續航問題,但時至今日,除了特斯拉這種直營模式能在店面建設超充,其他廠商很難把手伸向經銷商層級。
原因很簡單,經銷商本來就是為了解決汽車產銷鏈過長的問題的,又往4S店蓋充電樁,麻煩不?再者說,各國的充電標準、介面標準都不一樣,總得有一個統一方案吧?你爭我爭大家爭,最後經銷商充電網點的計劃很難執行。
在大家都把大方向定在純電動的時候,通用腦洞奇開,提出了串聯混動技術概念。Volt直接以發動機為電動機充電的方案解決了電動車續航焦慮的問題,因此Volt駕駛感覺更接近純電動,電動機在通用Hybird里佔主要地位。
可以這麼說,Volt這種車是世界上唯一沒有續航焦慮的電動車——沒電了給車加油即可。個人認為,從行業的角度來看,不管Volt是否成功、是否還有發展空間,通用當初的做法至少起到了打開思路的作用。
後來,通用的混動之路似乎聽不到什麼消息了,然而事實證明他在憋大招。今年通用玩兒了一個大動作,動作大到足以讓國內混動車壇顫三顫——一口氣推出邁銳寶XL、君越和CT6三款車的混動版本!其中邁銳寶和君越混動版是非插電的,CT6是插電。
為什麼說砸技術呢,針對這台1.8L自吸發動機,通用給到了中置直噴、排氣熱能回收、變排量機油泵等。個人認為這套動力系統更偏向於動力體驗。鋰離子電池包的容量為1.5kWh,綜合最大扭矩達到380Nm,初段的加速肯定是略爽。至於油耗能有多低,我查了查網上的數據,邁銳寶XL和君越的百公里綜合油耗為4.3L和4.7L(官方)。真正駕駛體驗如何呢?沒開過,以君越混動版為例,引用一段汽車之家的文字,僅供參考:
『車輛起步時,只要不是全油門加速的話,基本只有電機介入工作,車輛的整體動力輸出表現要優於1.5T的常規動力車型,但相比2.0T的動力輸出還是存在著一些差距,但整個動力輸出非常的順暢。』
『在整體輸出的平順性方面,通用這套混合動力系統在輸出模式切換時不會導致動力輸出中斷,因為車輛的各種模式工況會有重疊區域,在工況重疊區域進行模式切換會讓輸出動力的波動降至最低,輸出的連貫性讓我幾乎感覺不到差別,而曾經或多或少在1.5T車型上出現的換擋頓挫問題也因此消失。』
相比邁銳寶XL和君越的全混動,CT6插電式混動搭載了更大的電池包、可插電、更強的2.0T發動機,CT6插電式混動的百公里加速已經跑進6秒,理想狀態下純電續航約為80km,油耗為百公里1.7L(官方)。
我個人覺得通用花大力氣投放的這三款混動車型,走的是Performance Hybrid路線,也就是讓混動更運動。再細分的話,從車型定位也能看出,CT6這種D級高端車型更注重性能體驗;君越混動版定位B級高端,需要兼顧性能與燃油經濟性;邁銳寶XL是典型的B級中端,會更注重燃油經濟性,性能則主要側重於起步加速。
或許將來的混動車型消費人群也會分為三大類——高端注重性能,中端注重全新的綜合體驗、低端注重經濟性。
- 「至於國產比亞迪,有人唾棄有人愛。」
比亞迪這個不解釋了,都懂,而且以前的文章也講過,就不再贅述了。
混動產生的哪些流派?這真是一個大問題。個人覺得有3個角度是可以論一論「流派」的:
1)
系統構型:行星齒輪派與非行星齒輪派
2)
電池技術:鋰電池派與鎳氫電池派
3)
電機技術:永磁同步派與感應電機派
關於系統構型的角度,本題下的 @Brandon Lu 的答案已有了概覽的回答,我也曾詳細比較過豐田、本田、通用的混動路線對比,在此就不再重複論述。
a) 本田與豐田混動構型對比:本田的混動和豐田比有什麼優勢和劣勢? - 張抗抗的回答
b) 通用與豐田混動構型對比:各大汽車廠研發強混車型是如何從技術上規避豐田混動專利的?目前有哪些主要類型呢? - 張抗抗的回答
本文主要從電池技術的角度來捋一捋不同的混動流派,電池技術哪家強呢?
1. 鋰電池路線vs鎳氫電池路線
正如談純電動避不開特斯拉一樣,談混合動力的時候,也都要和豐田普銳斯進行對比。
豐田普銳斯的混動系統構型堪稱完美,近20年都無需大改,沿用至今。但其在電池類型的選擇上,卻是另外一番景象——豐田一直以鎳氫電池為主,直至第4代普銳斯才提供了鋰電池與鎳氫電池兩個版本,鋰電池組,僅有56個Cells,而鎳氫電池組則有168個Cells,因此兩者在成本價格上相去不遠,且輸出電壓也在伯仲之間,但鋰電池組的重量較鎳氫電池組輕了16公斤。與鋰電池相比,鎳氫電池有固有的劣勢,可以預見到,豐田在不遠的將來,將不得不轉為以鋰電池為主。
而作為對比的通用,則從最原始的BAS系統(皮帶助力微混)到插電的沃藍達、以及SPARK電動車,都堅決採用了鋰電池路線。最近看過一篇很有意思的文章《原來特斯拉的電動車技術來自於TA》,文中講到通用是鋰電池路線的倡導者,通用EV1項目的負責人和特斯拉Roadster也頗有淵源。通用涉足電動車的歷史可能要追溯到1990年(甚至更早),通用當年推出了一款電動車「Impact」,並提供給用戶進行試用。
儘管該項目後來擱淺,試用的樣車也被盡數回收,但是通過該項目積累了大量的電動車經驗和技術,用在後續的VOLT、BEV以及BOLT上。後續從VOLT開始,大規模使用鋰電池技術。即使只有0.5kWh電池的上一代君越eAssist,都採用了鋰電池,要知道同時代別的微混車都在用鉛酸。因此,通用在鋰電池應用這一領域可謂佔盡了先機,是第一個在所有從混動到純電動都使用鋰電池的廠家。
可以說,通用是鋰電池車用領域「第一個吃螃蟹的人」,這也是為什麼要把通用單獨拎出來,作為「鋰電池派」的典型。
通用鋰電池派與豐田鎳氫電池派相比,有以下區別:
a) 能量密度:
電池的主要用途是儲存能量,因此能量密度是電池的最重要參數,在這方面鋰電池對比鎳氫電池有較大的優勢。以2012年推出的第三代普銳斯鎳氫電池為例,1.3kWh容量,重量卻達到53.3kg,能量密度才24.4Wh/kg;而同時代通用推出的VOLT,採用鋰電池,電池包容量16kWh,重量為181.4kg,能量密度為88.2 Wh/kg,兩者能量密度差了差不多4倍。通用的最新產品,BOLT使用的電池包為LG的層狀電池60kWh, 435kg,其能量密度達到了138 Wh/kg,最近上市的君越混動版本,採用了第二代Voltech,使用1.5 kWh電池包,可為60kW和54kW的兩個電機提供動力,功率密度可見一斑。從這個角度來看,豐田還停留在中度混合動力的階段,以短期降低油耗為目的,而對未來的戰略並不明朗;而通用是沖著深度混合動力方向去的,甚至為純電動做好了技術鋪墊,混合動力-插電式-純電動的技術路線已經非常明確。
b) 電池容量:
從電池容量來說,普銳斯的電池容量僅能提供不到10公里的純電動行駛,而通用VOLT則可以提供多達60km的純電動續駛里程。因此,豐田對於電池的思路就是輔助系統,而通用則把電池放到了和發動機同等重要的位置上。也就是說,豐田的混合動力還是以發動機為主,比如研發了阿特金森循環發動機,而通用的混合動力則把電池放在了較為重要的地位。
c) 電池管理技術水平
從技術角度,鋰離子電池系統比鎳氫電池系統要複雜,技術難度更大。鋰電池雖然能量密度高,使用壽命長,但對溫度更加敏感,需要設計複雜的熱管理系統。例如,通用第二代VOLT設計了多種模式的熱管理系統,可以用廢熱給電池加熱,也可以用空調給電池冷卻,設計非常節能和精妙,有效地增加了電池壽命和性能。而鎳氫電池對溫度敏感性較差,設計簡單的熱管理系統即可。另一方面,通用鋰離子電池包較大(比如VOLT電池容量是普銳斯的十多倍),使用更先進的均衡技術、充放電控制技術等,使得Volt的電池組內的溫度差可控制在2°C以內,有力地支持了8年的電池組壽命保證期。
通用的凱迪拉克CT6電池管理技術來源於第二代Volt電池管理的技術基礎,也充分展示了在電池集成與管理方面的最高水平:由3段96S2P電池(96個電芯Cell,每個電芯包含2個電芯對Cell Pair)組成,外部由高壓壓鑄鋁板進行相應的保護,內部還包含必須的高低壓線束以及散熱管Thermal Plumbing,並在電芯間加入了水冷散熱鰭片,模塊化設計使得可以靈活配置電池組的外形與容量。
電芯間水冷散熱鰭片的示意圖
模塊化電芯的組裝示意圖
多個電芯組成的電池組
作為一名工程師,在我看來,特斯拉的電池管理水平已不低,但在通用這種「老司機」炫技一般的水平看來,還是略顯稚嫩。不僅特斯拉,豐田在電池管理技術上的投入也較少。鋰電池派與鎳氫電池派在電池管理水平上的差距,主要是由於豐田認為電池處於輔助地位,自然投入的研發成本較低,以投入性價比為主;而通用則認為電池是動力系統的半壁江山,對電池及其管理技術進行了深入研究。
不知道為什麼,看到通用的雙行星齒排系統與電池管理系統,令人眼花繚亂,讓人感嘆鬼斧神工,這總是讓我想到另外兩個工程師嚮往的企業:摩托羅拉與索尼。不管怎麼說吧,這技術水平是杠杠的。
2. 層狀鋰電池
vs 圓柱形鋰電池
雖然題目是混動流派之爭,但我還是忍不住要和特斯拉的電池對比一下。無論混動還是純電動,電池技術是大體相通的,因此應該不算是跑題。
這兩三年來,經常有人問,特斯拉的電池管理演算法太厲害了,可以使電動汽車跑400公里,而一般的電動汽車跑一兩百公里就不行了啊,那他們的電池管理演算法究竟是怎麼厲害的啊?
首先,必須承認把幾千節電池組成電池包來用,確實挺牛的,但是特斯拉跑得遠真的和電池管理演算法關係不大,主要是電池塞得多…… 而這樣的回答,一般都不能讓提問者信服,這不得不說是特斯拉營銷的成功,讓普羅大眾相信「演算法是可以發電的」。
圓柱形電池與層狀電池相比,缺點是非常明顯的:
a)
體積利用率:圓柱形電池在成組時必然會比層狀電池佔用更大的空間,從而影響車內總體空間。
b)
熱管理難度:層狀電池的接觸面積較大,更有利於散熱和電池單體之間的熱平衡,BOLT的電池包可以控制單體溫差在2度之內,對電池的一致性和耐久性有很好的提高。
c)
一致性與可靠性:特斯拉Model S一共有7000多個單體,而VOLT上只用了288個,單體太多導致的失效增加以及一致性問題,可能會隨著時間的推移而慢慢顯現出來
事實上,特斯拉之所以使用18650電池,更多出於價格和商務而不是技術上的考慮,當時松下急於尋找合作夥伴,因此報出了低於成本的價格。而GM的全球供應商體系較為完善,話語權也較多,因此有較大的空間去選擇技術上更先進的供應商。
3. 電池路線之爭的核心問題:電池安全
@葉磊Ray在他的回答為什麼說特斯拉的核心優勢是電池管理軟體演算法? - 電動車中也提到:「德國汽車企業拿他們的技術標準去套Tesla的產品,無論是設計選型還是製造工藝根本就不成熟」。
這裡就要特別提到電池路線之爭的核心問題:電池安全問題。別看電動汽車發展得如火如荼,在量起來後頻發的著火爆炸事故有可能使這個行業倒掉;別看特斯拉如日中天,如果集中爆發安全問題引起集中召回與賠償,企業也很難撐往住。
簡而言之,安全問題就是汽車企業的黑天鵝。忽視安全問題,也許像是掙脫了枷鎖,可以發展得更快,但也面臨著發展道路戛然而止的風險(也可能風險未爆發,從而取得先機,這叫「機會主義路線」)。而特斯拉在這方面,不得不說是有點冒進的:
下圖1是特斯拉的BMS,可以看出來左右兩個接插件都不是汽車級的,中間的兩個插排更像是調試介面,而不是產品,這種介面在IT上經常使用,但是能否適應車輛的惡劣環境還待考證。
特斯拉BMS電路板
通用的BMS電路板
使用的晶元方面,特斯拉的IT基因促使他們使用了一些IT行業的晶元,比如DSP、ARM、FPGA等。而通用則完全使用傳統的汽車級晶元,單片機一般都是飛思卡爾,硬體設計滿足ISO26262的ASIL C等級。
在高壓安全方面,通用的方案是使用MSD(Manual Service Disconnect),就是下圖這個黃色的接頭,這個黃色接頭可以從物理上斷開電池包和外界的高壓,保證維修人員的安全。所有和高壓安全相關的信號,都採用了雙路備份處理,甚至專門為了電池管理系統設計了雙路CAN匯流排的冗餘備份,確保高壓安全萬無一失。
MSD(Manual Service Disconnect)
而特斯拉則為了節約成本,省去了這個零件,而是依靠高壓繼電器來進行斷開。這種方案,當高壓繼電器發生粘連故障時,無法斷開,有安全方面的風險。不過考慮到特斯拉的產量一個月也就幾千台,量產時間也不長,出現問題的概率也不大。而如果量上來了,那可能會遇到問題。
當然,馬斯克能把火箭發上天再收回來,他對安全性、可靠性的理解也不會差。而上述的特斯拉的安全性、可靠性問題,可能只是他的一種發展策略——既然現在只能賣幾千的量,那就按照幾千的量來設計安全性;當我能賣幾十萬輛的時候,自然會按照幾十萬的量來設計安全性。如果真是如此,不得不說,特斯拉還是比傳統車企要靈活得多;如果不是這樣,那很可能在量上來後要出問題。
總之,在電池技術方面,包括通用在內的德美日大型傳統車企,作為年銷量數百萬的百年老店,更加註重產品的可靠性、一致性以及耐久性。而特斯拉作為帶有IT基因的新興企業,將注意力更多放在用戶體驗上,其產品也未經過大量、長時間的驗證。
瀉藥,好久沒上來,看到好幾個回答都不錯,我這邊回答一下歷史發在文章《百年前主導車市的「新能源」 如今新在何處?》
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常有人談到電動車一百多年前就存在,不能稱之為新能源。依據在於,早在1904年美國電動汽車公司就已經達到67家,年產量達到了4000輛,所以說電動車很早之前就統治過汽車市場。而百年之後,純電動、混合動力都被稱為新能源,所謂的「新」,究竟有何意義?
談及新能源汽車的歷史頗有感慨,當下民眾乃至媒體對於新能源概念的認知存在諸多誤區,對於新能源核心技術不了解,部分車企騙補也給整個新能源汽車添加無形負面資產,今天我們就談談新能源汽車到底新在何處。
電動汽車作為新能源(New Energy Vehicle)則是國人創造,聽起來既粗俗又容易產生歧義,國外稱之為電氣化(Electrical Engineering),更易理解此間的本意,新能源的本質是電能作為二次能源一個轉換和應用,這個方面理解了,我們才能真正理解新能源的本意,以及整個新能源發展的重要性、核心技術在何處。
科技的發展卻險些「革」了新能源的命
1839年,英格蘭Robert Anderson製造了第一輛電動汽車,這個時候的電動車與目前的電動車有著本質的區別,電池能量密度低、車重、續駛里程段、行駛速度低,這些描述數字現在你也能夠看到,只不過當時這些參數低的讓人髮指,現在的參數基本上可以接受。
1889年前後,電池技術得到快速發展:H. Tudor改進了現代鉛酸電池、Edison and Junger發明鎳鐵鹼電池,對,他就是我們耳熟能詳的大發明家愛迪生髮明了能效更高的電池,1910年,愛迪生髮明出電池的時候,上天和愛迪生開了一個不大不小的玩笑。正當他決定大規模生產這種鹼性電池時,汽油開始走俏市場,汽油汽車取代電動汽車。
美國街頭啟動汽車的女司機
這個時候,真正取代電動車的是凱迪拉克,1912年凱迪拉克採用起動機來自動啟動汽車,解決了人力啟動的困難,相較而言,此時電動車啟動還要給電池加熱二十分鐘左右。汽油汽車迅速取代電動車,1913年電動車年產量下降到6000輛。而抄襲了凱迪拉克啟動裝置的福特Model T當年銷量就達到182809輛,此後發動機汽車統治了車市。
新能源汽車在環境危機中迎來了涅槃重生
1952年12月美國的一次光化學煙霧事件中,洛杉磯市65歲以上的老人死亡400多人,1966年,美國國會首次提出建議使用電動車來降低污染法案,這開啟了當代新能源汽車的開端。這期法案意味著美國新能源政策、市場、能源方面的準備已經進行了五十年,包括通用汽車等車企的新能源技術儲備早已經走在前面。
1969年,通用汽車首款混合動力汽車,GM512混合動力汽車發布,10mph以下純電動、10mph~13mph混合動力、13mph~40mph汽油機驅動,比普銳斯上市1997年,早32年。
1976年,美國國會頒布94-413法律:電動車、混合動力研究、開發和示範。該法規目的是推動電池、電機、電控以及其它混合動力部件的開發。中國官方提到的三電:電池、電控和電機,來源於美國此項法律,整整晚了三十多年,彎道超車從何談起?
1979年,Dave Arthurs花費1500美元將一輛歐寶GT改裝為混合動力汽車,採用400安培電機、6伏電池組、6馬力發動機,燃油可以達到每加侖75英里,被Mother Earth News報道,引起轟動,六萬讀者來信詢問相關情況。
1993年,柯林頓總統發布新能源著名的「未來汽車合辦計劃(PNGV)」:目前廣泛應用的模擬軟體Advisor2002來源於此計劃,讓每一個新能源學習者受益,新能源汽車開啟國家戰略、聯合作戰。
1997-1999,通用汽車推出EV1純電動汽車,同年,豐田普銳斯發布,這兩家車企都受益於PNGV計劃,豐田汽車與通用汽車在混合動力汽車領域都採用了同一種技術路線:功率分流式電驅動技術,這也被認為業內最優的新能源汽車技術。
豐田汽車單行星排
1997年 豐田推出第一代鏈傳動普銳斯,採用單行星排功率分流結構,是當時最為先進的混合動力技術,並基於單行星排雙電機功率分流式技術申請了多項專利,但是第一代技術並不成熟,分別與2004年推出第二代、2012年推出第三代、2015年推出第三代,2009年的代際並不明顯,很多人把2015年推出的THS技術稱之為豐田第三代技術,受限於通用針對雙星行排的專利,目前的豐田汽車THS技術只能針對雙電機單行星排進行設計。
豐田汽車THS第一代(左)與第二代(右)對比
通用汽車則採用發展多種新能源的思路,在電動車上推出量產EV1。由於當時電池技術的限制,純電動車型還是逃不出兩個夢靨,充電和續航里程。通用通過這次嘗試將諸多相對成功的技術也帶到了現實世界,隨之通用開始調整新能源車的發展思路。提出E-Flex理念,「E」代表電力驅動和「Flex」代表不同的電力來源,可以從汽油、乙醇、生物柴油或氫氣中獲得電能,可以根據不同地區客戶的不同需求,定製推進系統,以滿足特殊的要求和特定市場的基礎設施,這些燃料最終轉化成電能驅動汽車。E-Flex理念提出的靈活的二次能源轉化,也最終影響到了通用的新能源發展方向以及新能源汽車行業的發展方面。
推出E-Flex的同時,通用針對行星排雙電機系統進行了更為深入的研發,就效率更高、動力性更好的雙星排雙電機、三行星排雙電機分別申請了相關專利,在功率分流這個最優化的新能源電驅動系統平台上。此時,通用與豐田二者獨佔鰲頭,而通用的平台及專利更優,不僅能夠滿足混合動力、更滿足PHEV、EREV,一定程度上,阻斷豐田的THS系統走向PHEV的路子,這也是豐田目前的尷尬之處。
2007年,雪佛蘭Volt概念車在底特律車展展出,搭載E-flex電驅系統,這款技術從三電出發,專門針對電池、電機等強電部件進行全新的電器構架設計,被視為技術突破,時至今日,多家汽車製造商的新能源構架仍在傳統汽油機車輛基礎上,在布置、安全等方面存在隱患。
2011年,雪佛蘭Volt上市,搭載第二代電驅技術Voltec,Voltec技術是第二代通用汽車新能源動力總成構架,體積縮小一半,能夠實現四個模式:插電式混合動力模式、純電動模式、混合動力模式、增程式(EREV),Voltec被視為美國新能源汽車技術的驕傲。
2015年第二代雪佛蘭Volt(沃藍達)於1月在底特律北美車展首發。新車採用1.5升四缸發動機+兩台驅動電發動機,最新的Gen2 Voltec電驅技術也首次應用於該車。全新驅動系統比老款輕了45千克,但效率提升12%,純電動模式下可續航80千米,與電動機配合後續航里程增至676km。96 km/h加速時間僅需8.4秒,比老款快7%。
2016年,通用汽車基於Gen2 Voltec電驅系統打造最新的電驅動系統,包括前驅與後驅兩個平台,涵蓋HEVPHEVEREV等車型,基本上屬於電驅動系統無法逾越的技術高度,這實質上也是通用最早提出E-Flex理念的一種體現。為什麼這樣說,會單獨一篇文章來對通用汽車第三代電驅系統進行詳細分析。
新能源之新在於「電氣化」解決國家能源安全戰略
百年歷史之下,各個國家政府投入巨資來提升新能源之「新」,這裡面的關鍵之處便是電氣化。
1993年9月29日 柯林頓總統發布新能源著名的「未來汽車合辦計劃(PNGV,Partnership for New Generation Of Vehicles ),政府機構組織、國家試驗室、大學、汽車協會、三大汽車公司及有關配套廠商參加,聯合開發研製美國新一代汽車,技術方向:混合動力、電動車、輕質材料、高性能發動機(直噴)、燃料電池。
2005年8月 布希總統簽署後《2005國家能源政策法》,2007年 美國國會通過《2007美國能源獨立及安全法》,規定到2025年時清潔能源技術和能源效率技術的投資規模將達到1900億美元,200億美元用於電動汽車和其他先進技術的機動車,200億美元用於基礎性的科學研發。
2008年 奧巴馬政府上台後迅速促成《2009年恢復與再投資法》,規定將劃撥約500億美元用來開發綠色能源和提高能效,45億美元用於改造智能電網,64億美元用於清潔能源項目,經濟危機過程中新能源投資仍增加。
2009年 2009年6月,眾議院通過了《美國清潔能源安全法》,美國國會在新能源的議題上具有基本共識,美國當前能耗的69%用於交通業,奧巴馬還要求政府投資6億美元促進消費者購買更加節能的車輛。
美國三屆政府先後持續為新能源汽車項目投入巨資,背後是致力於通過新能源汽車獲取更大的技術突破以及由此帶來的能源變革的觸發點。
當然,回頭看歷史,讓人唏噓不止,當代第一款量產電動汽車是1996年通用汽車研發出EV-1,續航里程140公里,累計生產2000多輛,由於時代的限制,並沒有得到大量推廣;2002年,結合時代的轉型,當年EV1的技術團隊成員開始分化,工程師艾爾·科科尼(Al Cocconi)在加州創建AC Propulsion電動汽車公司,它是特斯拉汽車最早的雛形,開創了電動汽車的新時代。另外一撥人,創造了新能源汽車另外一個制高點-通用汽車的」VOLTEC」系統。
應用於全新君越全混動、邁銳寶XL全混動的最新電驅系統,也是諸多努力誕生的典型成果,這款電驅動單元,整個控制模塊與兩個行星排、兩個永磁同步電機、雙電機控制器集成在一起,在功能上實現了「雙THS」功能,效率更高、動力性更好,而深度集成之後,整個系統僅有7升左右的體積,比上一代體積優化了33%,遠優於豐田THS系統,諸如此類技術,還有很多,新能源之新在於技術變革中起到的催化作用,下期我們再進行深度解析。
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今天居然接到這個問題的邀請,作為知乎上的小透明內心還是有點小激動的,結果打開問題發現各專業大牛已經答得非常好了(┬_┬)但還是想以項目申報人員的角度說一下第一個問題。
就以目前的政策來看,國家是大力支持新能源汽車的,最近的《中國製造2025》、《十三五規劃綱要》都有特別點名新能源汽車,這樣也就使得各部委、各省市、各區縣下發的項目資金補助文件對新能源汽車有比較大的傾斜。就從我目前拿到的數據來看,與新能源汽車有關聯的企業立項的概率還是比較高的,具體體現在,做無銅泡沫鎳、鋰電池負極材料的中小企業都可以在新能源汽車的類別中獲得立項,金額從幾十萬到幾百萬不等(湖南),各大整車廠就更不用說了。
所以我的看法是國家對這個產業的大力扶持對題目所述現象的出現功不可沒。
ps.其實互聯網行業也是一樣,國家政策傾斜嚴重,補貼瘋狂,相比製造業,互聯網行業的補貼還繼承了該行業的優良特性,流程簡潔高效,簡單點講,就是資金下撥非常快,簡直羨慕嫉妒恨!
附:
《中國製造2025》(2015.5.8)
三、戰略任務和重點
(六)大力推動重點領域突破發展
6.節能與新能源汽車。繼續支持電動汽車、燃料電池汽車發展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術,提升動力電池、驅動電機、高效內燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術的工程化和產業化能力,形成從關鍵零部件到整車的完整工業體系和創新體系,推動自主品牌節能與新能源汽車同國際先進水平接軌。
《十三五規劃綱要》(2016.3.18)
第五篇 優化現代產業體系
第二十三章 支持戰略性新興產業發展
第一節 提升新興產業支撐作用
支持新一代信息技術、新能源汽車、生物技術、綠色低碳、高端裝備與材料、數字創意等領域的產業發展壯大。大力推進先進半導體、機器人、增材製造、智能系統、新一代航空裝備、空間技術綜合服務系統、智能交通、精準醫療、高效儲能與分散式能源系統、智能材料、高效節能環保、虛擬現實與互動影視等新興前沿領域創新和產業化,形成一批新增長點。
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混合動力汽車為什麼突然火了?
某自主車企某高層很長一段時間偏愛純電動。
為什麼呢?因為純電動技術簡單,分分鐘造出來;而且有大把的政府補貼拿,與技術複雜、吃力不討好的混動相比,可謂悶聲發大財,你說支持不支持?
但是到今年7月份,情況有所改變,平素高貴冷艷的前述高層難得地誇獎、勉勵了某混動項目,讓我們受寵若驚。
為何霸道總裁愛上混動?原因如下
(1)政府補貼將退坡。而純電動車成本尚高,補貼退坡後,錢不好賺了。
(2)純電動技術沒想像中那麼簡單。舉個例子,沒了發動機的聲音掩蓋,各種噪音都冒出來了。而且,當時正值天氣炎熱,開空調導致續航里程下降引起用戶較大抱怨。
本想著繞過發動機、變速箱大步跨入純電動時代實現彎道超車。但是吭哧吭哧實幹之後才發現理想與現實之間存在鴻溝。
潮退了,得先穿上褲子。
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謝邀
這個問題很大。需要寫很長才能寫清楚,我簡單寫寫。
混動分強混,弱混,插電,不插電,串聯,並聯,混聯,然後再排列組合,可以出來幾十種。
AVL的定義是從P0到P4,根據電機的位置來分類。實際上,很多廠商用了2個電機,這樣就不是P1、P2,還有P13,P14,而且動力分配也不一樣,用這個分類不同容易說清楚。我還是按照我的分類來。
這個問題樓上回答的已經很全了,我挑重點來說。
一、混動的起源,串聯混動
首先,我們明確下混動是怎麼來的。
最早的混動是串聯混動,發動機帶動一個發電機,電動機驅動車輪,思路是讓發動機始終工作在最佳燃效的狀態發電,電機驅動車輪。這樣就可以避免發動機在市內工作的低效狀態,在市內行使的時候達到節能目的。
這種狀態在高速的時候,因為多了一次能量轉換,反而不節能。另外動力依賴於的電機的功率,電池容量也很小,動力也不強。
當時電池技術還不成熟,沒有考慮插電的問題。
二、省油進化,豐田混動
串聯思路在高速是不省油的,而且動力依賴於一個驅動電機。存在動力不足的問題。
所以豐田就開發了一個混合動力的動力分配方案,用行星齒輪分配動力,讓一個發動機,兩個電機組合出不同的模式,達到高效省油的目的。
豐田用了兩個電機,一個發動機,一個行星齒輪組的動力分配機構。這樣就可以根據不同路況選擇串聯,並聯和混聯模式。
這套組合的目的是始終讓系統保持最節能的狀態,低速的時候電機效率高,就電機多承擔驅動任務,發動機發電。高速時候發動機在最佳工況就發動機多承擔驅動任務。豐田專利的行星齒輪動力分配系統很好的分配了扭矩,達到節能的目的。
而且豐田這種方案可以用熱效率更高阿特金森發動機,用電機驅動解決阿特金森低速扭矩不足的問題,所以可以更省油,4升多就是這麼跑出來的。
這套混動能耗一流,但是工況比較少,動力沒有充分發揮。
三、不省油的混動,德系插電並聯
BBA德系混動,其實基本都是一回事,變速箱換了一個帶電機的變速箱,組成簡單的串聯繫統。發動機也是優劣工況都有,一點不節油。
帶這個電機,主要是配合大電池,組合成插電混合動力。市內用電,當純電動車用,達到節能的目的。而電池用完了,這套系統完全是不省油的。
但是,這套系統的動力是電機加發動機,動力有優勢。
比亞迪其實也是類似的思路,比亞迪更激進一些,把電機做到變速箱後面,電機可以不考慮變速箱的扭矩承受能力發揮到最大。所以秦有5.9秒的0-100公里加速。
這套系統的升級版是後輪再加一個獨立電機,起步四輪可以更快。結果就是唐的4.9秒0-100公里加速。
四、動力與性能兼顧的通用混動
豐田的動力分配方案省油但是動力平平,德系以插電為目的的並聯混動動力出色,比亞迪都能做出來4.9秒加速,那麼有沒有合二為一的方案呢?
業界都在研究,而研究的成果就是通用的混動。
通用的混動是目前最均衡的混動方案,通用有兩套方案,一套是橫置發動機,用在混動邁銳寶 XL,混動君越上面,這套系統用了兩個電機,兩組行星齒輪分配動力,還有三組離合器控制多組工況,組成一個高效的驅動系統。
通用還有一套是縱置發動機的混動,用在凱迪拉克CT6 PHEV上面,這套混動還是兩個電機,但是用了3套行星齒輪組分配動力,5組離合器,有更多的高效動力組合應對不同的工況。
通用的思路和豐田有一些類似,但是比豐田更進了一步。豐田的工況簡單,就是串聯,並聯,串並聯,通過高水平的電控來解決問題。而通用通過增加多組行星齒輪和離合器,組合出多種工況,結合電控,兼顧不同狀態下的動力與節能。
這是CT6的結構,五組離合器可以組合出31種模式,去掉無效模式,可以有13種高效模式應對不同工況的需求。
汽車在不同速度下,不同扭矩下對動力的要求是不同的,模式越多,搭配越靈活。動力與節油就可以兼顧。
和豐田一樣,通用這套動力系統也可以克服阿特金森發動機的低速扭矩差的弱點,使用阿特金森發動機達到節能的目的。而在動力性上,這套系統遠遠好於豐田的系統,可以達到與德系簡單並聯同樣出色的加速效果。
美國EPA油耗測試(摺合公制),豐田的混動中級車凱美瑞大約是5.88升。而通用的混動中級車邁銳寶能做到5.34升。EPA油耗已經非常接近實際油耗,比中國工信部的油耗靠譜的多。混動邁銳寶 XL的工信部油耗是4.3升。
插電CT6的0-100公里加速5.6秒,這已經是跑車的指標了,在沒有唐那種四輪驅動的優勢的情況下(大馬力汽車四輪驅動的0-100公里加速要比單純前輪或者後輪占點優勢,特斯拉也是這樣),動力算非常好了。
插電CT6的油耗工信部是1.7升,工信部對插電混合動力的奇葩油耗標識需要做一個計算才能和普通燃油車比。
CT6插電的純電是80公里,這種情況下的1.7升,按照工信部的工況下摺合普通燃油車工信部7升左右。這對一台2噸的大車已經非常好了。
目前看,通用這套混動通過高效的動力分配,同時兼顧了動力與節能。動力超過變速箱前並聯的寶馬,賓士奧迪,能與變速箱後並聯,追求動力極致的比亞迪(比亞迪的方案犧牲了很多東西,譬如油耗,高速下的加速能力、電池壽命等等)。節油方面基本與豐田相當。
當然,通用這套混合動力分配系統剛剛上市,市場表現如何還有待進一步觀察,但是從技術及數據來看通用這套在目前各家的混動系統中是領先的。
全國市場並沒火,也許天津廣州火了?混合動力車一直也沒能夠達到經濟上替代燃油車的紅線!
也就是說省得油不夠彌補貴出來的車價。
除非政府補貼,政策傾斜(如不限行不限購),或者當地環保車已成為裝逼剛需、政治正確。
政府補貼—美國曾經有,政策傾斜—天津廣州把本地合資廠的豐田混動車列入新能源車目錄,政治正確—日本好像已經流行起來了,豐田帶了這麼多年節奏終於有回報了,本田立馬摘桃子。
歐系大搞插電混動車是為了拉低車型平均油耗,對付歐盟法規考核的。純粹是政治產品。沒有任何技術進步可言。
目前綜合燃效最高的還是豐田和本田的方案與技術實現。在一線城市網約車市場,混動車已經在經濟性上戰勝了燃油車。
也就是只有在嚴重擁堵路況像計程車一樣行駛的情形下,頂級效率的混動車才能回本或盈利。
計程車在大城市是什麼工況?以不到20kph的平均速度每天行駛200公里以上。混動車每天可以節省6升汽油。
節油函數的變數:移動速度-越低越好,車外氣溫-越不開空調和暖風越好,每天行駛時間-越長越好。極端氣溫可以毀掉一切。
經濟性對比最後還需要計算油價,而現在的油價對各類新能源車都不友好..
謝邀, 由於各位關於混動經歷的階段和不同技術的特點介紹乾貨比較多, 也比較清楚明確,我也不再提,有興趣也可以參照我之前發的帖子,總結了世界混動系統的類別:
各大汽車廠研發強混車型是如何從技術上規避豐田混動專利的?目前有哪些主要類型呢? - 黃展舟的回答
那我來扯下別的, 我在這裡想介紹一下」為什麼火了?」 其中一些原因. 老實說, 混動純電動這玩意兒對中國傳統汽車工業是一個新鮮貨,
不提國外寶馬大眾戴姆勒這些已經有很長歷史積澱汽車開發的公司,
這些汽車大佬你說因為傳統汽車的內燃機變速器發展到一個瓶頸,
去追求開發混動還容易理解.中國傳統汽車, 還有很大發展空間,
為何去涉及」吃螃蟹」的吃力不討好的領域呢?
我們撇開世界科技趨勢,
和機械發展進程等因素不談.
另外一個重要因素造成新能源這麼火的原因就是油耗目標的加嚴,
實追根刨底是因為政府的逐漸介入,
逼得各個企業不得不推行新能源車
(這裡只說插電混動PHEV和純電動EV, 為何不說混動HEV…因為混動做不過別人,
比如豐田,
所以HEV沒有補貼, 不然把補貼給小日本?).
這個來自政府的強制力,
就是有人提到的CAFé或者叫CAFC (Corporate
Average Fuel Economy/Consumption)俗稱平均企業油耗. 可能很多人都看過,
但是新能源車具體怎麼影響CAFC不清楚, 之後我會比較詳細的介紹下CAFC為何能推動混動這個領域,
為何各大車企這麼想推動發展,
為何這麼」火」.
說到CAFC,不能不提最重要的2項國標法規:
GB 19578 – 乘用車燃料消耗限值
GB 27999 – 乘用車燃料消耗量評價方法及指標
可能有些朋友對節能減排2020油耗目標值5.0L/100km有些耳聞,
這裡說的5L/100km說的是加權平均值, 就是總車重除以車數量,
大概得出一個平均值,
並不是單一車的目標值.
比如你說一個2000kg的內燃機SUV不考慮混動, 你讓它達到5L/100km,
不是天方夜譚么.
GB27999明確定義了不同車重區間的目標油耗,
5L只是考慮了全國整體車重加權平均得來的
GB27999定義的2020年目標值表
(2016-2020的目標值分別為2020年的132%, 124%, 116%, 108%, 100%)
由GB27999表可以得出, 2020年全國平均車重大概在1205kg
– 1430kg之間才會是5L/100km的目標值, 然而以目前熱銷的各種SUV,
很多車重都大於這個區間,
所以我認為2020年5L的目標可能上浮到5.3.
而另一個法規GB19578則明確定義了油耗限值,
有些朋友可能有點糊塗了, 目標值和限制傻傻分不清, 簡單解釋就是, 你達不到目標值國家允許你賣車,
但是可能有處罰,
罰錢什麼的.
但是你達不到限制,
你車都別想賣,
形式驗證不允許通過.
也就是說高於限值沒法賣車,
介於限值和目標值中間有懲罰,
低於目標值則為優秀.
東拉西扯這麼多, 接下來介紹新能源車對一個企業想達成目標的作用. 說到油耗目標, 一般人感覺不到什麼概念,
但是對機械有點涉及的人就知道了,
這個目標是多麼的坑爹.
因為小型車的車重可能拿來做比較不是特別明顯,
我在這裡就拿SUV來說明下. 說到SUV, 不得不提哈佛H6,
我就拿這個銷售冠軍來舉例.
從工信部的最新黃標來看
H6的目前車重1769kg, 綜合油耗8.6, 對比於GB27999的表格, 2020年油耗目標是5.7L.
這裡不得不提一下車企基於GB27999車重那些事…….H6這車重重點提醒了我,
不得不介紹下,
滿足我的吐槽心,
並不是黑H6.
為何車重是1769kg,
細心的朋友對照表格可以發現1660到1770是一個區間, H6的1769kg就是這個區間的擦邊球,
不至於跳到下個目標值的區間去,
如果目標5.7達不成, 那麼H6隻要給車加2kg就能跳到5.9L的目標區間去, 目標值就鬆了0.2L.
各位都知道,
油耗跟車重掛鉤,
但是並不是說我減了車重就一定有很大的收益,
打個比方,
我減了20kg,
油耗降了0.1L,
但是提升到上面一個重量區間,
油耗目標減了0.2,
要麼我不減重,
油耗加了0.1L但是目標卻多了0.2L,
怎麼想也是不減重收益大,
而且工程上給車減重也不是容易活,
考慮成本,工程機械等問題,
優化車重不一定達得到理想效果.
所以有些車剛好在下個區間的出頭點點,
這樣目標就加了0.2L.
所以你不要隨便看各種車的整車質量,
其實也是有講究的,
這樣可以預留一些調試空間,
防止目標達不成.
這樣例子很多,
比如隨便舉幾個列子:
博越1670kg(1660kg出頭10kg),
傳祺GS
1450kg(1440kg出頭10kg)等等.這裡數據沒去查工信部黃標, 參考的是汽車之家的數據,
可能有些出入,
有興趣的朋友可以自行搜索下.
中國汽車燃料消耗網站
由於這個區間的原因和油耗目標值, 也是造成現在車往大型重型靠近的一個原因, 可以減低你的油耗目標值亦或限制.
扯遠了扯遠了,
回到H6油耗話題, 如果說2020目標是5.7L,
現在是8.6L,
那麼接下來2017-2020四年要減少5.7/8.6
-1 = 34%, 平均到每年也就是8.5%左右, 這麼說不直觀, 我就拿世界先進的BMW的油耗來說吧,
Green Car Congress: BMW announces second-generation X1; fuel consumption reduced up to 17%,
參照這個新聞,
寶馬X1換代的大更新(一般車企2-3年小更新,
5-6年大更新)減了17%的油耗, 17%和H6這34%一比只是杯水車薪,
有些朋友可能會質疑BMW對比長城不太准,
那這樣,
我們再加個10%(一般10%油耗提升都是發動機換代,
提升算很大了)
. 那麼算H6比BMW更牛, 節約了27%的油耗, 然而還是不達標.
那麼怎麼辦呢?
-----新能源PHEV和EV輕鬆助你達標
之後我們看下法規定義的CAFC實際值怎麼運算的(注意,這裡是實際值):
簡單解釋就是說假如一個車企生產2種車, 車1油耗6L/100km年銷量20000,
車2油耗4.7L/100km年銷量50000,
那麼車企的CAFC就是= (6*20000+4.7*50000)/(20000+50000)=5.1L/100km
之後才是目標值, (注意是目標值)
目標值需要參考車重和GB27999目標值的表, 接著上面的算, 假設上面車1重1320kg目標值為5.1,
車2重1205kg目標4.9, 那麼這家車企2020年目標值就是: (5.1*20000+4.9*50000)/(20000+50000)=5L/100km
那麼這有0.1L不達標, 怎麼辦呢? 最簡單的就是賣更多的車2,去把整體拉下去,
假設多賣X輛車能達到目標,
那麼(6*20000+4.7*(50000+x))/(20000+50000+x)=5L/100km,
粗略算下X為16000輛車2能把整體拉到5.0L達標值(中間取得四捨五入,可能有些出入).
恩好了,
這是CAFC的基礎, 那麼講講PHEV和EV怎麼助你輕鬆達標.
前提我先提一點, 由於中國測試法規不完善, 而且政府也大力推進新能源車,
目前中國工信部規定EV油耗是0, 並且PHEV油耗低的離譜 (由於PHEV把純電里程算0油耗…..所以綜合油耗低的可怕).
由於這些條件下,
新能源對車企想達到CAFC目標值就是一個超級助力!
下面有個鏈接說了下混動油耗那些事, 有興趣的可以了解下:
油耗只有一兩升?插電式混動汽車油耗計算解析
在以上前提下, 我們在來看看新能源對CAFC的助力, 首先看GB27999定義.
首先說下5.1.2一般指純電里程50km的EV,
5.1.3一般指PHEV.
直接上公式好理解這個倍數,
拿2020年2倍說, 把之前的情況用EV考慮一次, 設多賣Y輛EV能達標. (6*20000+4.7*50000+2Y*0)/(20000+50000+2Y)=5L/100km,為何2Y*0, 這是法規定義的, 上面也提到了ev油耗為0,
算下Y為500輛. 那麼大家把500輛和16000輛比比, 誰容易達到?而且在這500輛還有補貼的情況下?
2倍只是2020年, 那麼2016年的5倍有多可怕?
再回到拿H6舉例子, 假設長城全年只賣H6和拖油耗的純電動,
並且年銷量為100萬輛H6. 2016目標5.7*132%=7.5, 純電動EV算5倍, 粗略算算, (1*10^6*8.6+5Y*0)/(1*10^6
+ 5Y) =7.5, Y為2.9萬輛能把8.6L年銷量100萬的H6拖到達標, 如果用4.4L/100km的Smart去拖2016年的H6, 需要
(1*10^6*8.6+X*4.4)/(1*10^6+X)=7.5 , X為35.5萬輛. 2.9萬VS 35.5萬?????
通過上面誇大其詞的計算和對比, 各位大概也知道了EV和PHEV(參照相應公式)對一個車企想達到CAFC目標的作用, 為了達標, 新能源能不火? 至少2016-2020有倍數這個階段, 車企拿新能源去填CAFC空缺, 不會讓這個火短時間滅了, 比較擔心的是2020年之後中國新能源的發展, 補貼也由2016-2020年逐年降低20%, 2020後積分倍數也沒了, 車企無實際收益, 顧客無價格補貼, 如何持續發展下去是個大問題. 還有就是2020之後第五階段要是NEDC過渡到WLTP工況測試, 基於NEDC玩的那些技術什麼啟停被大砍一刀, CAFC還怎麼玩....想想就胃疼.
再來另外一個原因就是最新出台與CAFC掛鉤的碳配額制度, 簡單敘述就是如果你新能源生產的多,
每年低於目標值,
比如你當年是6L目標是7L, 你就有1L的積分, 這個積分是可以賣的!
目前不達到目標的處罰條例還沒有制定,
但是可想而知例如BYD這種EV和PHEV多的, 光是賣積分就可以大賺一波,
為何?
不談懲罰制度,
難道你達不到目標想在各大媒體頭版出名 &<&
隨便寫的, 為大家介紹下新能源和CAFC的關係, 歡迎糾錯.
碳配額相關消息
新能源車實行積分管理 碳配額標準仍待統一
看了好多從技術角度講混動的,那我就換個市場角度講講混動。
首先,明確一下定義,目前我們一般稱作的混動,值得的油電混合動力,其中主要由於國家扶持政策的不同,定義為插電式混合動力(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)和非插電(HEV:Hybrid Electric Vehicle)兩種,其中,PHEV在國內和純電動汽車,燃料電池汽車被正式定義為新能源汽車,而HEV則屬於傳統汽車範疇。兩種定義歸類,導致兩者的在市場上的表現完全不同,但是在消費者眼裡,他們都叫混動。
鑒於插電混動PHEV是另外一個新能源話題,這裡先只談HEV
把HEV發揚光大的是Toyota,當年的一台普銳斯風靡的美國。Toyota所開發的行星齒輪結構耦合電動機和汽油機的動力輸出,應該說是最為完美,比起別家各種布置各種結構的多片離合器耦合,成本低,耦合好,因此擁有該專利的豐田在HEV世界一家獨大了很多年。
豐田對於HEV的定位是低油耗,開過普銳斯和Lexus 的CT200h,如此小的兩台緊湊級車,動力表現我會用糟糕來形容,電動機在起步最費油的階段提供動力,讓發動機在最高效的區間工作,且發動機的調校也是犧牲動力,偏向省油(米勒循環),1.8L的發動機僅僅73kw的輸出,油門響應也非常慵懶,但是!油耗低的誇張,我曾經在上海的擁堵路況下,隨隨便便做到4.3L/100km。不可謂不優秀。
同時代其餘的HEV,特別是歐系的HEV,比如BMW X6 ActiveHybrid, Touareg Hybrid等等,由於豐田的專利封鎖,基於別的結構做出來的HEV,在油耗表現上十分有限,且成本高的離譜,看看寶馬當年這幾輛車的定價。。。。此外,在本田最新發布的新發動機戰略中,HEV也佔了大頭,但是不同於豐田的省油為王,本田在省油的同時,加強了動力輸出,賬面數據來看,省油效果不及豐田車型,但是動力是遠遠好於豐田的。(好想開開看—。—)
政策上來說,同樣是由於豐田技術專利封鎖,國內政策一直沒有偏向過HEV車型,(我知道天津,廣州有HEV免費牌照,主要是支持當地企業,另當別論),所以HEV在國內發展一直較慢。從去年開始,由於日系廠商的基本上在未來新能源發展道路上達成共識,HEV成為日系廠商的發展方向(日系未來能源戰略估計能另開話題),國內上市的HEV車型開始普遍起來
首先是三大日系豪華品牌,雷克薩斯,英菲尼迪,謳歌,豪華品牌價格敏感度較低,因此更加容易先行鋪開。後續,凱美瑞等B級車開始投放HEV,再就是,重頭戲就是A級的卡羅拉和雷凌,價格雖然不便宜,但已經直接可以和大眾的1.4T發動機的車型對比,再也不是高高在上的HEV。簡單來說,HEV只是相對於turbo渦輪增壓存在的另一種電動動力的boost,卻又可以同時與Turbo一起存在。
HEV的逐步鋪開不是消費者決定,是油耗法規決定的,2020年企業平均油耗目標5L,2025是4L,現在有幾台汽油機可以直接做到?要全面實現,沒有電動機的加持是不可能的。我們經歷了發動機小排量化/渦輪化,過去動不動3.0L 2.4L,現在都是2.0T,1.4T,再往下,空間就有限了。長期來說,HEV的價格會越來越低,HEV會成為一種普通的動力選擇,目的就是降低油耗。
改天聊PHEV汽車技術界從來就不存在什麼「突然火了」,只有「悶聲發大財」。如果在行業內,你對某個技術有種「突然火了」的感覺,那唯一的可能就是你「Out」了。
2010年我還在學校的時候,學校就專門開設了混合動力的專業,看看來講課的老師和歐洲工業界的從業人員,你就可以發現歐洲的混動技術積累那時候就已經很厚實了。
2011年前後在法國,雷諾和標緻雪鐵龍就上市了好幾款純電和混動,當時比較火的是標緻3008柴油混動版,業內的第一個柴油混動。同一時期PSA和BMW在慕尼黑創建 BMW Peugeot Citro?n Electrification 聯合公司,整合兩個公司的優勢,準備下一盤很大的棋。雖然最後因為種種原因沒有善終,但可以看到所有歐洲大車企那時就已經鋪開了混動或者純電動的攤子。
2012年前後我在德國測試過N多品牌的混動以及純電動量產原型車,包括搭載燃料電池的。有德企早已把混動系統搭配在了全系的不同車型上,只不過沒有量產上市而已,大家都在觀望市場的同時積累技術應用。歐洲在「悶聲發大財」上做得比國內高明很多,國內經常幾個微信群幾頓飯公司內部的秘密就蕩然無存。最新上市的新賓士E級,前幾年沒見到他們怎麼露富,今年推出的ADAS系統已經比大多數公司都酷炫了。
至於國內,在2012年大多自主車型還沒賣得那麼火,自主還沒那麼有錢的時候,我就參與了國內早期的一個大型插電混動項目,現在混動研發更是遍地開花。
所以最近兩年混動車型開始井噴,只不過是市場和政策信號都變得明確了,大家厚積薄發而已。
混動發展至今,除了個別市場比如日本,大多市場還是主要靠政策導向來促進發展。歐洲有2020年平均95 g/km碳排放的目標,國內有類似的2020年平均油耗5升的要求。
而混動發展的路子,不考慮成本和實用性的話都會去做純電動。但因為這兩點大家都不可能忽略,所以一般的路子都是 微混(stop start)--&> 非插電的中度混動 --&>插電混動 --&> 純電動。當然也有一些車企策略上只專註純電動技術,比如Tesla,比如幾年前法國的雷諾。
至於國內車企發展純電動的策略,騙補的情況確實有,但不只是中國特色,也不只是汽車行業的特色。目前國產電動車的質量問題,也不僅僅是電動車的問題,而是和自主量產車的整體水平一致。
倒是以幾年前自主車企的平均技術水平,如果不獨立於傳統車型發展純電動,而是一上來就大搞混動的話才真是死路一條。真正做過混動項目的才會知道這個有多燒錢,且需要先有一套成熟的發動機和傳動系統平台,而很多自主車企這幾年才開始起步做自己的發動機和匹配的變速箱系統。說電動車研發簡單的也是沒見到電池包設計和布置的難度,還有高壓安全/功能安全的風險。
可以預見的是,2020年前後,國內會有一大批自主車企上市 自主發動機+自主雙離合變速箱+自主混動單元 車型。
今天我們就給大家做個普及,讓你分分鐘變成混動達人!
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混動亦不同?認識13款車秒變Hybrid達人
全是異端,八缸自然吸才是正統
好多答主都給出了專業答案,看得我應接不暇。
既然被邀請了,就腆著臉湊個數。
國內現在大熱的國產新能源車,並不是所謂的混動技術,而是雙動力:汽油能源驅動or純電能源驅動。兩套能源體系互相併沒有協同工作或轉化。
而國際市場成熟的混動車,也就是豐田為代表的混動技術,是利用電機+阿特金森發動機+特殊的傳動裝置搭配出來的一套』混合協同工作』的動力技術。 簡單來說就是利用電機+力氣不夠但是效率高的汽油發動機互相彌補,綜合發力。
從一個外行人的理解來看:
1.新能源車們是直接充電,而所充的電是電廠集中發電的,所以相對於傳動汽油車更環保。
2.豐田的混動(包括本田剛出的混動)是汽油提供源動力,電動機輔助提高能源的利用率,從而達到「做一樣的事用更少的油」的環保目的。
豐田的混動其實並沒有突然火起來,在國外很多地方早就有十年以上的應用了,而且表現優異。國內之前的普銳斯是叫好不叫座,這兩年從混動凱美瑞開始到下放到混動雷凌以及卡羅拉,市場策略和宣傳力度都有變化,因此更多的進入了消費者視野(我當初買車的時候是沖著混凱去的)。
新能源車的火爆從我個人來看,是兩個起因
1.特斯拉給了一個高大上的華麗登場,然後BYD異軍突起,讓大眾突然發現:電動車原來可以跑得這麼猛。
2.北上廣等城市為試點的國家政策優惠。畢竟小10萬一塊的鐵皮和半輩子都看不到希望的搖號終於有了可以繞過的捷徑。
謝邀,居然能被邀請了。。
我們概念里的混動一般指非插電的吧。
目前看不出混動車型除了省油以外的其他優點。哪怕純電時的靜音特性我感覺也不是什麼關鍵的優勢。所以,如果油價沒有暴漲,混動車型省下的油錢抵消不了高出的車價,那在全國範圍內的火爆不會出現。普通人的消費都是很實際的,和環保沒有半點關係。再加上非插電混動由於主要掌握在日系手中,或真或假的政治因素,自己中國新能源車的發展戰略取向,都導致未來並不確定。
其實一款車型的研發,都需要五年左右的時間。也就是說至少五年前車企就已經對現在的車型定調了。更別提混動這種比較重大的方向選擇。按照我個人的理解,豐田THS混動應該屬於非插電混動開創者,類似iPhone之於智能手機。我不敢斷定豐田最早開發混動車型的戰略思考,但應該和後來者不一樣。後來的本田,通用,福特,日產等等目前紛紛拿出成熟作品的車企一個是對於一種新方向的跟進(大的車企往往並不能準確的判斷未來的趨勢,所以往往在各個方向都有研發投入技術儲備),另一個原因就是排放的法規。
豐田早期混動代表車型普銳斯在美國推出後受到廣泛認可,成為了環保理念的代表。據說當時好萊塢明星的座駕不論有沒有豪車,卻紛紛購入一輛普銳斯以彰顯自己的環保理念。普銳斯的成熟讓世人認可了混動的價值。但是價格永遠都是繞不過去的檻。現在的混動卡羅拉雷凌雅閣邁銳寶君越之類的,還是上面的觀點,沒有解決性價比問題之前,不會火到哪去的。
因為油耗法規在那,不降就罰錢,未來cafe值還不能用來抵消,你說能咋辦?
純電動?電池容量,續航里程,充電時間這些問題有很好的解決方案么?
所以正兒八經的車企都知道,之前做純電動,一部分是為了騙錢,一部分是為了抵消自己的油耗值,現在油耗法規的劍懸在頭上,除了混動,我想不到更好的解決方案,更何況,混動的技術其實大家都有技術儲備了,就差工程量產了
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