混联式与并联式混合动力系统

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与并联式混合动力系统一样，混联式混合动力也有两套驱动系统，但不同的是，混联式混合动力系统有两个电机，如图2-14所示。一个电动机仅用于直接驱动车轮，还有一个电机具有双重角色：当需要极限性能的时候，充当电动机直接驱动车轮，整车功率就是发动机及两个电机的功率之和；当电力不足的时候，就充当发电机，给电池充电。

插电式混合动力汽车是什么样的？

与雷克萨斯RX450h这种非插电式混合动力汽车相比，插电式混合动力汽车电池容量更大，可以支持行驶的里程更长。如果每次都是短途行驶，有较好的充电条件，插电式混合动力汽车可以不用加油，当作纯电动车使用，具有电动汽车的优点。
与特斯拉Model S这种纯电动汽车相比，插电混合动力汽车的电池容量要小很多，但是带有传统燃油汽车的发动机、变速器、传动系统、油路、油箱。在无法充电的时候，只要有加油站就可以一直行驶下去，行驶里程不受充电条件的制约，又具有燃油汽车的优势。
但是，因为一辆车内要集成电动汽车、燃油汽车两套完整的动力系统，插电式混合动力汽车的成本较高，结构复杂，重量也比较大，相对于单纯的燃油汽车和电动汽车又有劣势。不过，在充电站大面积普及、充电效率大幅提高之前，插电式混合动力汽车作为燃油汽车与电动汽车之间的过渡产品将长期存在下去。
■混合动力汽车和插电式混合动力汽车有什么区别？
其实还有一种普通混合动力汽车，它的动力电池容量很小，如雷克萨斯CT200h的动力电池容量为6.5Ah，相当于一些强力探照灯的蓄电池而已，它在纯电模式下最远行驶距离仅为3千米。这种车型一般通过刹车时回收动能为动力电池充电，或者利用车辆在行驶时发动机的多余功率驱动发电机充电即可，完全不存在纯电动汽车到处找“插座”的困扰。
插电式混合动力汽车比起混合动力汽车，简单来说就是多个插电口，能够外接充电，如图2-16所示。电动机功率足够大，确保汽车能够以比较高的速度行驶，电池容量也要比普通混合动力汽车大很多，足以在纯电模式下行驶几十千米，续航里程较长（一般为50千米以上）。插电式混合动力汽车的百公里综合油耗比混合动力汽车更低，如普锐斯插电版在纯电模式可以行驶30千米，使百公里油耗低至2L，比混动版节油约3L（普锐斯混动版和凯美瑞混动版油耗相当），而且充电时间也不长，一般数小时即可充满。如果能够保持良好的充电习惯，用车费用直追纯电动汽车，并且无须担心任何续航问题。但是插电式混合动力汽车由于动力电池的容量更大，电池组的增大也进一步提高了整车售价，而部分地区不对其进行补贴，如北京就只补贴纯电动汽车，不补贴插电式混合动力汽车。

并联式插电混合动力汽车长什么样？
并联式插电混合动力汽车（见图2-17）内有两套驱动系统，大多是在传统燃油车的基础上增加电动机、电池、电控而成，电动机与发动机共同驱动车轮。车内只有一台电机，驱动车轮的时候充当电动机，如图2-18所示，不驱动车轮的时候充当发电机给电池充电。




并联式插电混合动力的优势在于：电动机、发动机共同驱动车轮，没有功率浪费的问题，譬如电动机功率为50kW，发动机功率为100kW，只要传动系统能承受，整车功率就是150kW；
在纯电模式下，同样有电动汽车安静、使用成本低的优点。而在混合动力模式下，有非常好的起步扭矩，加速性能出色；
因为只是在变速器上增加了一台电动机（有变速器输入端和输出端两种增加方法），在传统燃油车基础上改动较小，成本也比较低。
这种模式的缺点是：在混合动力模式下，发动机不能保证一直在最佳转速下工作，油耗比较高。只有在堵车时因为可以自带发动机启停功能，油耗才会低；
因为只有一台电机，不能同时发电和驱动车轮，所以发动机与电动机共同驱动车轮的工况不能持久。持续加速时，电池的能量会很快耗尽，转成发动机单独驱动模式。
这一类的代表车型包括：比亚迪秦、奔驰S500并联式插电混合动力版（百公里油耗2.8L）如图2-19所示。



■双电机插电式混合动力四驱车长什么样？
双电机插电式混合动力四驱车一般是一前一后放置两台电机，其中一台电机与发动机集成在一起，另外一台电机则单独放置，如图2-20所示。这种系统最大的特点是可以在前轮驱动、后轮驱动、四轮驱动三种模式间切换。追求加速性能的时候，采用四轮驱动模式；高速行驶时，车辆重心后移，可以用后轮驱动，以便拥有更高的效率，达到省电（省油）的目的；低速行驶时，前轮驱动有更高的效率，可以采用前轮驱动模式。比亚迪唐、保时捷918等（见图2-21）都是双电机插电式混合动力四驱车型。







双电机的优点：在纯电模式下，具有安静、使用成本低的优点，发动机可以一直控制在最佳转速，油耗低、噪声小、振动小。在混动模式下，两台电机与发动机一起工作，使车辆具有非常好的起步和加速性能。在充电模式下，一台电机充当发电机为动力电池充电。
双电机的缺点：结构复杂，拥有两台电机、一台发动机、一个变速器，配套的控制器、电池、传动系统、油路等一个也不能少，制造成本要高于其他类型的插电式混合动力车型，车的总重量也会大一些。为了让两台电机和一台发动机能够协调配合，需要不同的工作模式，控制系统相对比较复杂，对控制技术的要求比较高。
什么是三擎四驱汽车？
“三擎四驱”中的“三擎”，指的是三个“引擎”，分别是一个汽油发动机、两个电机；四驱是指四轮驱动。以比亚迪唐为例，其三擎是指“2.0TI发动机（见图2-22）+前桥电机（见图2-23）+后桥电机（见图2-24）”这三个“引擎”，可同时实现动力输出，提供更强劲的动力享受，如图2-25所示。












搭载的2.0TI发动机，额定功率为151kW，最大扭矩为320N·m，前、后桥电机最大功率、最大扭矩分别为110kW、250N·m。三个“引擎”同时发力，最大扭矩可达820N·m，相当于传统自然吸气6.0升发动机的动力水平，百公里加速仅需4.9秒。
根据中国工信部的工况法测试，“唐”旗舰型纯电续航里程80km，豪华型/尊贵型纯电续航里程为60km，而且“唐”是双模车（油电混合模式和纯电动模式），混动模式可保证续航需求。
■比亚迪唐的542是什么意思？
比亚迪唐的混动系统所能实现的性能革新，比亚迪官方称之为“542战略”，详见图2-26，比亚迪唐是该战略下诞生的首款车型。与传统厂商的混动系统不同，“唐”不仅在前置发动机旁边布置了一个电机，在后轴也布置了一个电机，每个电机都有独立的电机控制系统和逆变器，这样一来就让“唐”获得了前后轴单独控制的能力。

打开比亚迪唐的发动机盖，一台151kW/320N·m的2.0T直喷增压发动机位于车头前方，能看到的除了几根橙色高压电线之外，其余的部分与一台普通汽油车没有太大区别。前桥的上方安装着一台110kW的大功率电机，而把视线投到汽车尾部下方位置，就能惊奇地发现驱动桥上也安装了一台110kW的大功率电机。淘汰传统四驱模块中重要的传动轴之后，前后电机的联动桥梁变成了一根电线。其整车结构如图2-27所示。

比亚迪唐的电动机是永磁同步电机，最大转速高达12000rpm/min，同类型的BWM i3电机转速只有11400rpm/min，特斯拉Model S的三相交流电机转速仅为8600rpm/min。更快的转速在效能利用率上更好，这款电机的功率密度达到了3.9kW/kg，BWM i3仅为1.9kW/kg。在环比竞争力上，比亚迪的110kW电机最高效率已经达到96%，而雷克萨斯LS600H的电机功率只有95%，综合同类型产品仅在94%左右。
“唐”的驱动结构比较特别，综合输出功率几乎可以“叠加”计算，也就是前后电机加起来220kW的功率，以及500N·m的最大扭矩。如果在混动模式下，2.0T+6HDT45变速器再叠加更多的动力，全车综合最大功率371kW，最大扭矩达到820N·m。或许你还不知道820N·m是什么概
念，打个比方，这个扭矩数值相当于两台兰博基尼Gallardo LP560-4在跑步机上同时做功。
■比亚迪唐三擎汽车是如何工作的？
在比亚迪唐甚至是所有搭载“542技术”的车型上，不仅第二排不受地台突出的困扰，而且在四驱传动效率上比传统结构至少高出一倍。更重要的是，当汽油车还在豪砸金钱优化前后传动比的时候，极速电四驱已经能达到最极致的50∶50传动效率，并且比传统结构更优秀的是拥有多种模式以应对不同路况。
1）最强劲模式：四驱+运动+混合动力汽车。
在混合动力汽车混动模式下选择“运动”驾驶模式之后，三擎共同释放最大功率，实测4.98秒的百公里加速成绩俨然成为这个领域的性能标杆。最强劲模式下的能量与动力传递如图2-28所示。

在纯电动汽车纯电模式下选择“经济”驾驶模式之后，前后方电机协同工作，在必要时会降低输出功率以达到最经济模式，实测百公里纯电能耗仅为17kW·h/100km，比特斯拉Model S 90D的24kW·h/100km要更低。最经济模式下的能量与动力传递如图2-29所示。



3）行驶发电模式。
在行驶过程中，用户可以调整SOC（State of Charge）剩余电量的预设值，一旦剩余电量即将小于预设值，系统自动切换成“行车发电模式”。前方电机切换至发电模式，后电机搭配内燃发动机形成“前油后电”的驱动形式。在城市环境中行驶，实测每1.5km能补充1%～2%的电能，长途驾驶时电池电量最高能回充至70%，为下一段城市纯电行驶带来强有力的电能保障。行驶发电模式下的能量与动力传递如图2-30所示。



4）怠速发电模式。
车辆在SOC低于15%时行驶，在等红绿灯时，系统自动切换至内燃发动机带动前电机为电池充电，实测大约5分钟能补充1%～2%的电能。在必要时可以采取强制原地发电，在P挡模式下把加速踏板踩到底即可激活。这种模式主要用于应急使用，一旦遇上意外灾害，可以通过这种方式为电池充电，保证VTOL 220V家用电源输出功能。怠速发电模式下的能量传递如图2-31所示。