混合动力系统的工作原理「油电混合汽车原理」

在全面实现汽车电动化之前,混动成为了各车企在过渡阶段提供的解决方案,但不同厂商对混动车有自己独特的理解和喜好,造出来的产品也都五花八门。目前常见的四种混动形式分别是HEV(油电混动)、MHEV(轻混)、PHEV(插电混)和REEV(增程式)。根据电机位置不同,又分为微混,轻混,全混。

P0:电机通过皮带连接发动机,属于微混(Micro Hybrid),P0电机又称BSG(Belt driven Starter Generator)。BSG,全称Belt Driven Starter Generator(皮带驱动式启动机/发电机),这种电机是通过皮带与发动机连接的,位于发动机前端。

P1:电机位于发动机和离合器之间,(电机连发动机,后有离合器),属于轻混(Mild Hybrid)。

P2:电机位于离合器和变速器输入轴之间,(电机连变速器输入轴,前有离合器),属于全混(Full Hybrid)。

P3:电机位于变速器中,或电机与变速器输出轴连接,属于全混(Full Hybrid)。

P4:电机位于另一个轴,比如对于发动机在前轴的车辆,电机位于后轴,属于全混(Full Hybrid)。

丰田和本田则采用的不是图示的模式,而是混动专用变速器DHT。


现在比亚迪第三代双模技术(DM3.0)插电式混合动力并不仅限于一种动力架构,它按电机位置来区分(BSG电机位于P0,前驱动电机位于P3、后驱动电机位于P4),共呈现三种不同的动力架构,分别为:P0 P3(前驱)、P0 P4(双擎四驱)、P0 P3 P4(三擎四驱)。

比亚迪DM3.0工作模式:

EV模式:

车辆可以仅依靠电池组提供的电力驱动电机,此时发动机、BSG电机等均不参与工作,完全不消耗燃油。纯电续航最高达100km,日常可当纯电动汽车使用。

HEV串联模式:

即“增程混动模式”,在市区走走停停路况,有效实现车辆增程:发动机带动BSG电机高效发电,驱动电机驱动车辆。

HEV并联模式:

车辆识别出司机有强动力输出的需求时,发动机、前后双电机同时发力。

HEV高速模式:

发动机作为主力输出,BSG电机充电,提升综合能效。


油电混合HEV根据引擎与车轮的连接方式不同又分为以下三种系统:

并联式混动系统:只需一台引擎和一个电机,引擎,电机及驱动轴之间都有对应的联系,在需要动力时可以同时作用,让车辆快速提速。因为有引擎和电机两个动力源,行车电脑可以将轮上扭矩按比例分配给引擎及电机,这样引擎的扭矩与轮上扭矩不再相关。但是引擎与车轮之间的传动比是固定的,也导致了转速并没有解耦(耦合是指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。 解耦就是用数学方法将两种运动分离开来处理问题),引擎转速就不能总在一个经济区间内,也仍需传统变速箱来调节转速。节能效果不是很好,但相对而言,是门槛最低的混动技术,研发成本较为低廉。代表车型:新能源早期骗补贴车型,某某迪的早期车型纯电跑还能接受,烧油的时候油耗巨高。

串联式混动系统:由一台引擎,一个发电机和一个电动机组成。系统只有一个动力源,就是电动机。引擎仅作为增程器,它通过发电机发电,为电动机供能。引擎与发电机之间是机械路径,发电机与电动机之间则是电气路径。由于引擎与车轮之间没有机械路径,其转速和扭矩都解耦了,引擎就总能经济输出。不好的地方是,混动引擎无法直驱车轮。代表车型:理想ONE

混联式混动系统:和串联式布局一样,也配备一台引擎,一个发电机和一个电动机,不同的是,引擎与车轮之间存在机电和机械两种传动路径,具备串、并联两种模式,引擎可以在高效区间直驱车轮。这是目前公认最好的混动形式。代表车型:丰田混动车型


丰田THS系统就是典型的混联式混动系统,他有两种驱动模式,纯电模式及混动模式。

纯电模式下,发动机、发电机不工作,电机单独驱动轮端,由于发动机摩擦力较大,发动机不会转动,但发电机会反转。

混动模式下,发动机、发电机、电机同时工作,发动机输出扭矩,发电机控制发动机转速,电机做需求扭矩兜底,三者一起保证行行星齿轮组稳定工作。


然而本田的i-MMD混动系统与丰田THS混动系统并不是一类系统,本田的iMMD混动系统在工作形式上则是更像一套增程式混动系统,采用的是串联混动。

双电机混动技术上可以实现混动、纯电、发动机三种动力输出模式,这三种动力模式分别应用在不同的工况下,三种模式无缝切换,兼顾动力以及平顺性。

本田i-MMD智能多模驱动系统由高效发动机、集成双电机的E-CVT、功率控制单元PCU以及高放电倍率的锂电池组成。整套动力总成的分布中电池组是放在后备箱,前车头是放置阿特金森发动机和E-CVT变速箱,这样的布局能够很好地平衡车子整体的重量。

当车子处于混动模式下,需要动力总成高负荷输出的情况下,发动机带动发电机发电,发出的电输送给电机,同时动力电池也给电机输电,所以电机会同时收到两路电源,此时车辆本身的动力性能是处于最强的状态。

当车子处于纯电模式下,由车辆本身的动力电池给电机供电,发动机本身不工作,也没有排放,纯电模式主要在车辆起步、堵车等低速蠕动的工况下运行,通过电机的大扭矩输出,保证起步动力平顺、以及利用电机低速扭矩充足的优点,避免了发动机怠速排放恶劣的情况,让排放性能更加优秀。

当发动机需要处于长时间的巡航,这时候本田的混动系统就会进入发动机驱动模式,本田混动系统的E-CVT变速箱通过一个特殊的离合器,直接将发动机的动力传递到车轮上,实现"纯油"驱动。在高速公路上如果需要大动力,急加速的工况,则又会切换到混动模式,保证动力输出,同时又能够做到环保性,可谓是两全其美。

综上所述,丰田更适合高速,本田市区更合适,丰田开起来更像传统燃油车,本田则像电动车,丰田抠门用小电机,本田电机动力更好,但丰田用镍氢电池,寿命长,耐久性和安全性也更好,但电池容量较小,本田用锂电池,容量大,体积小,但耐久性和可靠性明显不如如镍氢电池。


近几年越来越多车采用48V轻混系统,我是这么理解的,如果说插电混动是重混,油电混合是中混,48v只能算轻混或者微混。代表车型:红旗H9,吉利博越,奔驰E,路虎揽胜。

48V轻混系统,其实理论上也算是混合动力系统的一种。不过相较于我们熟知的插电式

混合动力、油电混合动力还是区别较大的,因此在严格意义上不能将48V轻混系统称之为混合动力系统。

48V轻混主要见于欧美车型和国产车型上,其意义就是躲避日本混动车型的技术壁垒,同时也是为了通过现在越来越严的环保检测,作为混动车型及汽油车之间的过渡产物。虽然48V轻混在实际中意义不大,但在环保检测时却非常有用。

正常汽油车的启动电机为12V,启动时,为了快速使发动机运转起来,发动机也要多喷油才能让发动机正常运转起来。12V系统主要负责供给常规附件,比如照明、娱乐系统,而48V系统则可以用来支持空调压缩机、能量回收等,高端车型上还可以支持电子涡轮、主动防倾杆、主动悬挂等大功率的科技配置,让更多新技术的应用成为可能。并通过如电动机、电池组等的加入,使得其有着辅助车辆驱动以及储存回收电能的效果。

目前有些48V车型可以熄火滑行,有些加入电动增压缓解了涡轮迟滞,大部分都可以在刹车时可以提供动能回收,给电池充电。停车熄火的时候大容量电池可以提供更长时间的车内用电设备供电。

48V轻混主要分为两种布局

第一种是ISG,全称Integrated Starter/Generator(集成式智能启动驱动发电机),这种电机的转子是直接与曲轴相连,位于发动机后端。电机与变速箱相连,在起步时可以提供扭矩辅助,

第二种是BSG,全称Belt Driven Starter Generator(皮带驱动式启动机/发电机),这种电机是通过皮带与发动机连接的,位于发动机前端。滑行中可以提前熄火,运动中就能打火。对于油耗测试表现明显。

像前段时间爆火的奔驰GLE靠上下抖动脱困的视频,奔驰称这项技术为Free Driving Mode。通过悬架有频率地跳动,实现沙地和碎石路面的脱困功能。这是通过空气悬架频繁的充放气使得汽车跳动,充放气的气泵所需要大量电力,正好48V电源系统可以派上用场。

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