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插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

作者:東拉西車

插混和增程誰更進階?

從技術角度論,誰效率高,誰就更進階。

雖然坊間時有争論,但業界早有定論:插混效率比增程高。

這個定論适用于現階段。随着技術演進,插混極有可能會減去直驅,最終歸于增程——不過,需要搞明白的是,彼增程非此增程,我們現在看到的理想、問界等品牌使用的增程技術,仍比插混低一等級。

插混多了個“直驅”

現在插混的概念有點亂,實際上,增程式也是插混的一種。

什麼是增程式?

增程,就是增加電動汽車的續航裡程。電動汽車跑不遠,那就加一套發動機和發電機,在電量快撐不住時,能發電給車子續命。這種發動機又名“增程器”。

最簡單的增程式,就是當年寶馬i3上用的那種。電動車寶馬i3有個增程版本,裝了一台機車用的 650cc雙缸發動機,在電池耗到一定程度時啟動發電。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲寶馬i3曾推出增程版本REx(右前翼子闆上有加油口)

這類增程式屬于“弱增程”,發動機、發電機功率都小,車子一旦進入增程模式,性能明顯下降。弱增程的功能是避免電動車虧電趴窩,支撐車子開到充電點。

發動機帶着發電機發電,再供給電機去驅動車子,這不就是“串聯式混動”嗎?

沒錯,發動機→發電機→電機,這一串操作就是“串聯式混動”。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲串聯式混動示意(圖據日産汽車)

如果用上“大發動機+大發電機”,發電量足夠大的話(通常以發電功率超過驅動電機功率一半為佳),增程模式下的性能也不弱,這就是理想和問界車型上用的“強增程”。

如果發動機不但可以發電,在必要時候還能直接驅動車子,這就多了兩個模式:“發動機直驅模式”和“發動機驅動+電機驅動”的并聯模式,這種混動又叫“串并聯混動”。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲串聯、并聯混動示意圖

簡單來看:

增程=電動+串聯混動;

插混=增程+并聯+發動機直驅。

插混比增程效率高多少?

和增程式(串聯)相比,插混(串并聯)的發動機不但要發電,還要直接參與驅動,這會不會是畫蛇添足?

先看兩個權威評價。

中科院院士歐陽明高在去年的“中國電動汽車百人會論壇”上,專門就這個問題有如下發言:

“串并聯的插電混動,包含了增程式的功能,比增程式功能更豐富,油耗更低”。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲中科院院士歐陽明高認為插混在技術上優于增程

北京航空航天大學徐向陽教授團隊對各類混動技術做了專項研究,其中一個結論是:

“串并聯混動系統的燃油經濟性,明顯優于串聯混動系統”。

換句話說,插混的油耗明顯比增程低。

油耗能低多少?大約是7%。

具體來看,車型越大、車速越高,插混的優勢越大。在高速工況下插混優勢最明顯,油耗能低10%左右。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲北航徐向陽團隊研究認為串并聯比串聯混動優勢明顯

不論油耗差出7%還是10%,從汽車技術角度看,是一個相當大的差距,或者說,存在明顯技術代差。可見插混比增程多個直驅,并非多此一舉。

“強增程”為什麼省油?

“強增程”是個很神奇的技術,既有電動汽車的淩厲加速,還比燃油車省油。如果和同等性能的燃油車比,省三分之一油也不在話下。

很多人想不透一個問題:發動機帶着發電機發電,再供給電機來驅動汽車,中間明明繞了個彎兒,憑什麼比直接驅動汽車更省油?

這先要明白什麼是發動機熱效率。

所謂發動機熱效率,是說汽油燃燒産生的熱能,有多少轉化成了動力。汽油發動機的最高熱效率通常是百分之三十幾,也就是說有最多有三成多的熱能變成動力。

注意,這是“最高熱效率”。發動機運轉時熱效率的高低,與轉速和負載都有關系,燃油車實際運作時的平均熱效率,大概在25%左右。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲在不同轉速和扭矩輸出下,發動機的熱效率差異很大(圖來自網絡)

燃油車的發動機很辛苦,要應付起步、加速、低速、高速、輕載、重載等各種工況,大量時間是在低熱效區間工作。

“強增程”的發動機隻管發電,和驅動輪沒有機械連接配接,系統可以自由控制發動機的運轉。這種發動機不需要應付複雜工況,一是熱效率可以設計得更高,最高熱效率輕松達到40%以上;二是大部分時間能在高熱效率區間工作;三是工作強度低,發電之餘有大量休息時間(有電池當蓄能池)。

同時,發電機和電機的效率也很高,大部分時間效率都在90%以上。

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▲電機效率能輕松維持在90%以上

增程式的能量看上去是走了彎路,機械能轉電能再轉回機械能,但發動機能長時間在高效區間工作,并且機械能和電能之間的轉化效率很高。而燃油車就很悲催,發動機動不動就偏離高效區間,加上變速箱又損耗一部分動力,算總賬的話,反倒比增程式費油。

加直驅有什麼用?

混動技術省油的訣竅,藏在一張圖中。

看明白這張發動機熱效率圖,一切豁然開朗。

再說一遍:發動機的熱效率,不但和轉速有關,還和負載有關。所有的混動技術,無非是想方設法去控制發動機轉速和負載,盡量讓發動機在高效區間工作。

一般來說,發動機在2000到3000轉,負載也較高的時候,效率最高。

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▲混動技術通過控制發動機轉速和扭矩,盡量讓發動機維持在高效區運轉

增程式(串聯混動)的發動機隻管發電,跟車輪之間沒有機械連接配接,轉速和負載都能在一定範圍内靈活控制。

如果車子功率需求大,發動機高轉速、大負載發電才能滿足電機驅動的時候,電池就放電補充,把轉速和負載壓一壓;

如果車子功率需求小,低轉速、小負載發電就能滿足的時候,就把轉速和負載提一提,發的電用不完就存到電池裡。

有電池幫忙“削峰填谷”,發動機就能維持在高效區間工作。

但也有一些特殊情況。

比如車子在中高速巡航時,如果讓發動機直接去驅動車輪(通過合适的齒比),也能恰好落在高效區間。這種時候,再走一遍發電、電驅、電池充放電的流程,就多了幾次能量轉換過程,考慮到中間的電氣損失,反倒不如直驅效率高。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲發動機發電、電機驅動的串聯模式示意(圖據本田汽車)

▲發動機發電、電機驅動的串聯模式示意(圖據本田汽車)

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲發動機直接驅動模式(圖據本田汽車)

插混在增程基礎上加個直驅模式,照顧到的工況更全面,賬算得更細,系統效率更高。

什麼時候直驅會消失?

燃油車的發動機,疲于應付各種工況,需要在各種轉速和負載下提供動力,在高熱效區的逗留時間少,自然費油。

各路混動技術,不管屬于什麼流派,努力方向都一樣:盡量把發動機轉速和負載的範圍收縮在高效區。這個範圍越小,效率就越高。

最差的是“面工況”,也就是發動機在運轉時,轉速和負載的組合比較随意,像沖鋒槍摟一梭子掃一大片,浪費子彈是必然的。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲在低轉速、低負載等工況下,燃油車的發動機嚴重偏離高燃效區(圖據日産汽車)

中等水準的是“線工況”,發動機在運轉時,轉速和負載的組合能控制在高效區的一條線上,這就像點射,命中率明顯提高。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲混動技術可以把發動機工作點控制在高燃效區(圖據日産汽車)

最理想的是“點工況”,發動機的轉速和負載控制在燃效最高的一點上,這就好比是狙擊,一槍解決問題。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲混動技術的理想境界是讓發動機“定點運轉”(圖據日産汽車)

目前的增程和插混都在努力實作更好的“線工況”,随着技術進步,“線工況”縮小、縮小、再縮小,發動機的“定點運轉”就呼之欲出了。

發動機“定點運轉”是混動最高境界,真到這個境界時,直驅就該退出江湖了。道理很簡單,直驅時,發動機和車輪機械連接配接,同步轉動,根本沒辦法“定點運轉”。

目前的增程水準如何?

在理想、問界等品牌推動下,增程近幾年成為一種熱門混動技術。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲理想汽車帶火增程技術

“新勢力”偏愛增程技術的原因正如歐陽明高所說:

“你要說技術門檻,肯定是插電混動(比增程)要高,是以一般新造車勢力不會選擇插電混動”。

增程式的優勢,是結構和控制都相對簡單,成本也低。劣勢是在中高速巡航等工況下效率差一些,在超高速、爬坡等工況下電機負擔大容易過熱。有人覺得效率低點、油耗高點也不算什麼,但對于汽車技術演化來講,這百分之幾的油耗差,意味着技術上的明顯代差。

插混盡頭可能是增程,但不是理想問界這種

▲問界等新晉品牌也偏愛增程技術

這正如發動機的熱效率,每提高1%都極艱難,但誰能說這1%的進步無關緊要?

插混到底會不會演變為增程(當然,不是現在意義上的增程)?最終還是要看發動機熱效率。

發動機的熱效率和性能在某種程度上是沖突的,推高熱效率,會影響到動力。混動車的發動機逐漸從驅動負擔中解脫出來,甚至完全不參與驅動,可以放棄一些性能去追求更高熱效率。當熱效率推高到一定程度(比如50%),發動機就隻适合“定點運轉”,再想直驅也力不從心了。

高熱效發動機+定點運轉,未來的增程技術很值得期待。北航徐向陽團隊的研究表明,發動機熱效率提高5%,混動系統的能耗能降低11%——終極版的增程技術,油耗表現一定很驚豔。