提到新能源混合动力技术,口水战最多的就是串联式混合动力技术。串联式混合动力技术又名增程式混合动力技术,该技术属于混合动力技术原理中最简单的一种,由于出现时间早且原理简单,现在被人诟病为落后的混合动力技术,那么从现在的角度去看,混合动力技术落后吗?
1839年世界上第一台纯电动车出现,受制于电池技术,纯电续航能力极短。1876年德国工程师奥托(Nicolaus Otto)发明了内燃机后让发电机组小型化成为可能。直到1901年,23岁的德国人费迪南德·波尔舍(保时捷创始人)将汽油发电机组搭载在纯电动车上,至此世界上第一台混合动力汽车出现,其原理是串联式混合动力技术。
串联式混合动力技术到现在已经有百年历史,这也是怎么回事有人说混合动力技术落后的原因之一!我们下面再看看串联式混合动力技术的原理。
串联式很简单:发动机给电池充电,然后给电机驱动车轮。整个链条直来直去,像糖葫芦串在一起一样,能量流动方向单一,所以叫串联式。
具体应用时是由增程器(发电机或发动机)带动发电动机转动发电,电能通过变流器转换后给高压电池和电机供电,最终通过电机给车轮驱动提供动力,可见系统结构简单。
看到串联式混合动力原理后某些人会说,根据能量守恒,通过发电机、变流器、电动机三个设备后损耗更多了,能省油简直是智商税。在这里编者想说的是,能量守恒原理本身是没有错误的,认为串联式混合动力是智商税的人只不过没有考虑到发动机效率才会得出这样的结论。
对于发动机而言,在不同的转速下其效率不同。而不同的发动机,其效率最高的转速也有所区别,一般转速在2000-2600时能效最高。
比如上图中的混动发动机最佳效率转速点在2600,离转速2600越远其能效越低。这也是为什么我们日常开车时发现,车辆在开高速时油耗会降低,因为此时发动机运行在最佳效率转速区间。而在日常市区工况,特别是塞车时发动机效率大约只有15%。
讲到这里相信很多人已经能够理解串联式混动技术节油的原理了,就是当电池亏电需要发动机启动充电时控制发动机让其工作在最佳工作区间甚至工作点为电池充电,最大限度的利用了发动机的工作效率,避开高油耗区间。这样一来,虽然牺牲了局部能量传递时的损耗,得到的是系统整体效率的提高。
串联式混动中,车辆行驶与发动机转动实现解耦,几乎不需要配合: 电机出力时,发动机可以不出力;发动机出力时,电机可以不出力;二者可以同时不出力,也可以同时出力。相对于传统燃油车来说,在耗油的低速工况发动机可完全不需要启动或者在高效区间运行。
现代新能源汽车运用串联式混动技术的车型不少,轩逸e-power、长安深蓝SL03、问界M7等。车企为何热衷于的串联式(增程式)技术。作者觉得根本原因是系统简单可靠性高,相对于丰田的THS、比亚迪DM-i来说大大的降低了系统复杂程度,对于没有在混动技术深耕太久的车企,的确是不错的选择。但是该系统由于存在了多级能量转换的消耗,在高速上行车时即使发动机经过控制实现“点”工况运行在最高效率转速点,其效率也没有发动机直驱省油。
那么该技术真的落后吗?作者觉得技术不存在是否落后的问题,增程技术有其固有的难点,虽然增程式技术出现较早,但受发动机控制和电池SOC管理技术的限制并没有正真获得长足发展。
对于现代新能源增程式混动技术而言,要解决的问题是发动机最优工况控制和电池SOC和电池使用寿命管理。发动机首先要工作在最优工作点,其次需根据车辆行驶工况判断何时启动充电,何时采取电池驱动,这需要经过大量的数据测试和模型修正。由于增程式技术的电池容量一般比较小,如日产e-power带电量只有2度电,频繁的充放电让其对电池SOC和寿命管理提出了更加高的要求。由此可见,增程式技术有其控制的难点和优势。
技术的最终目的是服务于消费者,汽车作为各设备集成的综合系统,技术能通过工程化发挥出其优势就是好的技术,适配消费者需求的技术就是好技术。如果你想购买新能源汽车而又多用于城市代步,不妨考虑一下增程式技术的新能源汽车,除了没有里程焦虑还能拥有纯电车辆的驾驶感受!