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混合动力技术路线详解及典型代表发展概况

2024-04-15 21:39:01 行业新闻

  根据国家路线年,汽车销售中电动汽车及插电式混动汽车应占全球轻型汽车销量50%。由于目前纯电动汽车电池成本、续航、充电等原因不足以满足市场的全部需求,主流看法认为,在2020-2035年,混合动力汽车是作为向纯电动时代过渡的重要的技术方式,以尽快推动汽车行业能耗优化、更好的实现电气化和智能化。混合动力是现阶段必须全力发展并进行技术开发的核心技术。

  本文如下部分将详细的介绍从P0-P4不同混合动力技术路线(即混动构型)及典型代表。

  一、不同技术路线:电机布置在发动机前端轮系内,BSG,布置简单。动力总成结构可保持不变,欧洲车企使用较多,奔驰较多使用P0-48V配置。一般把P0电机也叫BSG电机,P0微混成本相比来说较低,带能量回收和自动启停功能,一般节油率可达到5%-8%。P1:电机布置在发动机后端,与曲轴直接相连,电机尺寸较大、可提供较大的扭矩助力,电机与发动机无法解耦,不利于能量回收。由于效率等缺陷,目前P1混动已经被淘汰。一般把P1电机也叫ISG电机。(一般组合使用P1+P3,不会再使用传统的变速箱,组成P13混动系统。而不单独使用P1。P13混动可实现纯电动、串并联多种模式,对发动机能耗较好。单速比下,对驱动电机要求比较高。P13混动由于结构相对比较简单紧凑,中低速下使用体验无限接近与纯电模式,对中小型车的油耗改善较明显。目前本田比亚迪长城等车企均在推广使用P13混动。)

  P2:电机布置在变速器前端,与发动机曲轴输出端之间有离合器C0,发动机与电机通过离合器C0实现解耦,该方案滑行效率较高,可实现纯电行驶,但是影响轴向尺寸、对机舱布置产生不利影响。集成式P2混动开发难度较大。欧洲车企广泛采用P2方案(大众DQ400E,6DCT—eStronic,I performance),在传统动力总成结构基础上增加驱动电机构成单电机并联混合动力系统,或P0+P2配合,主要车企以大众奔驰宝马为代表,包括golf GTE、宝马BMW330e、5PHEV、途观PHEV。P2混动动力性一般优于P13,更合适中大型车,集成式P2变速箱开发难度大、控制复杂。

  PS:功率分流,双电机、行星排,丰田THS、科力远CHS,福特ECVT,通用ECVT均为PS构型代表。功率分流路线的动力耦合装置研发和制造强烈依赖自动变速器AT技术基础,日本丰田的背后是自动变速器设计制造领域常年领先的日本爱信集团,美国福特依赖丰田的专利授权,产品供应商也是日本爱信,通用早年的变速器设计部就是著名的艾里逊变速器,几乎垄断了欧美的公交车用变速器,通用的双模变速器就是艾里逊开发设计。PS功率分流混动集成复杂度高,设计制造、标定控制最复杂,且高速时由于发动机与发电机无法解耦某些特定的程度下影响能耗。

  在节油路线选择上,欧洲尤其是德国车企早期选择发展小型高速柴油机,当油电混合动力技术成为内燃机时代到纯电动时代之间过渡时代的发展的新趋势时,他们创造性的开发出P2结构,进而发展出其他构型,成为欧洲车企的典型路线。欧洲车企及传动系统供应商普遍青睐这种以转矩耦合原理工作的并联。欧洲路线的典型特征是保留传统变速箱,在传统动力总成的基础上增加驱动电机构成单电机并联混动系统。

  2、通用、福特丰田坚持以行星轮系为核心机构的功率分流系统构型路线、本田三菱开创了多模减速器的系统构型路线技术路线技术路线。

  日美两国车企的混动项目几乎同时研发,从一开始就呈现出强烈的竞争态势。丰田于1997年量产了首个真正意义上的强混车型Prius,该车采用转速耦合的方式,使用行星轮系作为动力耦合机构(Toyoto Hybrid System,THS),为取得长时间的技术优势,丰田公司申请了大量的技术专利,避免竞争对象采用相同的技术。福特公司由于没有办法解决专利规避及制造技术,选择以专利交换的方式获得丰田THS系统的专利授权,至今强混技术及产品仍与丰田相同。2004年,由于无法规避丰田的专利,福特丰田签订了专利共享协议,福特丰田开放了柴油机技术专利和汽油直喷技术专利。

  1、丰田于1997年量产了首个真正意义上的功率分流THS强混车型Prius,目前已经进化为第四代。

  丰田的THS系统,动力耦合装置,由于行星结构原因,发动机是车辆唯一动力源,只有发电机永远工作,发动机才能持续输出动力(杠杆原理)。所以行星轮有一个黄金比例关系:行星轮速比,齿圈齿数太阳轮齿数=2.6。整车驱动扭矩=(0.72发动机扭矩+驱动电机扭矩)*i 整车驱动车速=驱动电机转速*i,目的是基本维持驱动电机耗电量=发电机发电量,在各种工况下,电池SOC波动量小,电池容量才能做到最小。

  2、2011年,本田发布第二代混动技术,采用多模减速器构型。三菱于2012年发布PHEV技术,多模减速器构型,欧蓝德本田将IMMD系统的动力耦合装置称为e-CVT,只是类比CVT并不是真的存在CVT变速箱。低速时,IMMD系统以串联(增程)方式运行,机电系统协同调整发动机工况点到经济油耗区间,带动发电机发电,输入轴与发电机中继轴常啮合。高速工况。多少离合器结合,进入发动机直驱工况,曲轴功率通过齿轮系传输到主减速器,驱动车轮。此时电机仅起辅助作用,提供助力或者发电,把发动机工况点保持在经济区间内。当发动机直驱、电机提供助力时,系统工作在并联模式下,此时曲轴功率与电机功率通过齿轮啮合电机轴处,实现转矩耦合。无论是发动机还是电机,均为固定单一速比。

  THS系统,发动机在任何工况下都将机械能直接转化给车轮,电机通过行星轮系调节曲轴功率分别向车轮和电池分配的比例;IMMD系统,在低速下,电机将曲轴功率全部吸收,再向车轮和电池分配,以此来实现发动机转速和车速解耦。从这层意义上说,丰田的混动驱动桥更接近电动无级变速器(ECVT)。3、通用PS功率分流,2006年英国车展,在SAAB93平台上研发的生物乙醇概念车展出,搭载横置双模变速器(2mode EVT)2NT70亮相。2010年,第一代上市,搭载第一代前驱增程器电驱动系统Voltec4ET50,2016年第二代上市,搭载第二代前驱增程器电驱动系统Vltec5ET50,属于DHT+AT。

  4、国内车企中,比亚迪率先大规模使用、推广P3+P4构型混动(唐、秦等),加速动力性较高。2020年,比亚迪全新P13混动问世,由于搭载超高热效率全新设计的混动专用发动机(AVL设计指标实际为41-42%),秦PLUS DM-i燃油经济性表现基本超越了老牌车企的混动车型,带来了巨大的市场效应和品牌口碑。

  上汽:EDU一代,P13,双电机;EDU二代,P2.5,AMT,单电机。