插混版車型增程式混動

6個問答告訴你：何謂串聯(lián)式插混車？為何說，增程車一定會消亡？

第一電動大牛作者二師兄玩車 2022-06-28 13:09

——本文屬《電車百事通》第3期

在純電動汽車的口碑還在“雞肋”和“真香”之間搖擺不定之時，插電式混合動力汽車PHEV這種既能拿補貼和牌照，又告別了里程焦慮的車型，怎么看都是當(dāng)代的“車界贏家”。

但可能大多數(shù)人還不知道的是，都頂著PHEV的名頭，不同插電混動車型內(nèi)部所搭載的并不是同一種核心，就好比西紅柿和千禧都是番茄屬，但一個是蔬菜，一個是水果。

其中區(qū)別是什么？

各種優(yōu)勢又幾何？

今天，我們便來聚焦串聯(lián)式混合動力汽車，看看這一車型背后有什么道道？又將有著怎樣的發(fā)展前景？

什么是串聯(lián)式插電混合動力汽車？

串聯(lián)式插電混合動力汽車SHEV是Series Hybrid Electric Vehicle的簡寫，之中“串”字可以簡單理解為發(fā)動機和電動機是“串”起來驅(qū)動汽車的。它有一個喜聞樂見的別名：增程式混合動力汽車，原理如下圖。

這種驅(qū)動形式最大的特點是：發(fā)動機并不直接介入驅(qū)動，而是在電池電量不足或功率不足時帶動發(fā)電機發(fā)電并將電能輸入至電機驅(qū)動車輛，多余電能會輸入至電池包存儲起來，如下圖所示，便是串聯(lián)式混合動力汽車代表車型寶馬i3。

關(guān)于串聯(lián)式混合動力汽車，可以這么去類比：一男一女兩個人騎單人自行車，男方（電動機）負責(zé)踩踏板，女方（發(fā)動機）坐在后座無法踩踏板，但是可以在男方累的時候給男方喂口水喝（給電動機輸入電能），如此繼續(xù)驅(qū)動自行車前行。

串聯(lián)式插電混合動力汽車有什么優(yōu)缺點？

先說優(yōu)點。

首先，串聯(lián)式插電混合動力汽車是電機直驅(qū)，減少了離合器、變速器等部件，結(jié)構(gòu)更加簡單，易于維修保養(yǎng)。

其次，相比于純電動汽車型，串聯(lián)式插電混合動力汽車沒有充電焦慮，只要有加油站就可以一直行駛下去，而相比于油電混合動力車型而言，插電混合動力車型在市區(qū)充電條件較好時，甚至都無需加油，足以滿足短途純電力行駛的需求。

第三，由于發(fā)動機不直接驅(qū)動車輪，因此工況會簡單很多，系統(tǒng)架構(gòu)也會簡單很多，結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制算法都呈幾何倍數(shù)地縮減，見下圖，便是雪佛蘭Volt實車和其串聯(lián)式插電混合動力系統(tǒng)架構(gòu)。

不過，串聯(lián)式插電混合動力汽車也有其自身的缺點。

比如，由于發(fā)動機不直接驅(qū)動車輪，難免會造成了一部分功率的浪費，尤其是當(dāng)我們長途行駛時，主要由發(fā)動機產(chǎn)生電力，電力再去驅(qū)動電機，因而所需油耗也較高。

什么是增程器？

增程器指的是電動汽車上能夠提供額外的電能從而增加續(xù)航里程的電動汽車零部件，傳統(tǒng)意義上的增程器指的是發(fā)動機和發(fā)電機的組合，如下圖所示。

一般而言，增程器是在電池電量不足的情況下，使用其它能源（如汽油）進行電能補給，從而驅(qū)動車輛行駛。對于搭載增程器的電動汽車而言，大部分情況下依然工作在純電動模式，在電池包電量不足的情況下才會工作在增程模式。

增程式插電混合動力汽車是串聯(lián)式插電混合動力汽車嗎？

增程式混合動力汽車REEV全稱是Range Extended Electric Vehicle，這是當(dāng)前車市中另一個熱度較高的類型，其本質(zhì)上也是一種串聯(lián)式混合動力汽車，它的增程器其實也是一個發(fā)動機，不會直接驅(qū)動車輪，而是將發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)換為電能，最后由電動機來驅(qū)動。

增程式混合動力汽車典型的代表就是理想ONE，見下圖所示。這輛車搭載了前后雙電機＋1.2T 三缸增程器（發(fā)動機），配備 40.5kW·h電池包，純電續(xù)航達188km，油電綜合續(xù)航1080km。

增程式混合動力汽車典型的另一個代表車型就是嵐圖FREE，見下圖所示。這輛車搭載了前后雙電機＋1.5L 四缸增程器（發(fā)動機），配備 33kW·h電池包，純電續(xù)航達140km，油電綜合續(xù)航860km。

增程式插電混合動力汽車的發(fā)動機和電動機有哪些工作模式？

雖然增程式插電混合動力汽車只用電機驅(qū)動，不使用內(nèi)燃發(fā)動機進行驅(qū)動，也屬于串聯(lián)式插電混合動力汽車的一種，但是，對于某些較為先進的增程式插電混合動力汽車而言，在不同的工作模式之下，內(nèi)部各個模塊之間充當(dāng)?shù)慕巧⒉灰粯?。以雪佛蘭Volt為例，其主要有以下幾種工作模式。

（1）EV低速模式

處于EV低速模式時，C1吸合，此時C2、C3松開，增程器停轉(zhuǎn)。行星齒輪組機構(gòu)內(nèi)的齒圈被固定，電動機推動太陽輪轉(zhuǎn)動，行星架因太陽輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，把動力傳輸?shù)絼恿Ψ峙錂C構(gòu)并推動車輪轉(zhuǎn)動。其實，這個模式就是現(xiàn)在的單電機純電動汽車的驅(qū)動相似，如下圖。

（2）EV高速模式

處于EV高速模式時，離合器C2吸合，離合器C1、C3松開，增程器停轉(zhuǎn)。發(fā)電機此時充當(dāng)電動機工作，推動行星齒輪組機構(gòu)內(nèi)的齒圈轉(zhuǎn)動。同時，功率較大的另一個電動機推動太陽輪轉(zhuǎn)動。齒圈和太陽輪同時轉(zhuǎn)動，帶動行星架轉(zhuǎn)動，從而把動力傳輸?shù)絼恿Ψ峙錂C構(gòu)并推動車輪轉(zhuǎn)動。這個模式就好像是混雙一個，男運動員和女運動員都可以協(xié)同發(fā)力以達目標(biāo)，如下圖。

（3）EREV混合低速模式

處于EREV低速模式時，離合器C1、C3吸合，離合器C2松開，增程器運轉(zhuǎn)。此時，發(fā)電機被用作是電動機，增程器推動發(fā)電機發(fā)電，并為電池充電；同時，電池為電動機供電并推動行星齒輪組機構(gòu)內(nèi)的太陽輪轉(zhuǎn)動，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽輪轉(zhuǎn)動，從而把動力傳輸?shù)絼恿Ψ峙錂C構(gòu)并推動車輪轉(zhuǎn)動，如下圖。

（4）EREV混合高速模式

處于EREV高速模式時，離合器C2、C3吸合，離合器C1松開，增程器運轉(zhuǎn)。此時，增程器與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接后推動行星齒輪組機構(gòu)內(nèi)的齒圈轉(zhuǎn)動同時發(fā)電，電動機推動太陽輪轉(zhuǎn)動。齒圈和太陽輪同時轉(zhuǎn)動，帶動行星架轉(zhuǎn)動，從而把動力傳輸?shù)絼恿Ψ峙錂C構(gòu)并推動車輪轉(zhuǎn)動，如下圖。

（5）能量回收模式

處于能量回收模式時，離合器C1吸合，離合器C2、C3松開，增程器停轉(zhuǎn)，發(fā)電機不工作。車輪帶動行星齒輪組機構(gòu)內(nèi)的行星架和行星輪轉(zhuǎn)動，由于齒圈固定，因而太陽輪隨著行星架轉(zhuǎn)動。此時，功率較大的電動機作為發(fā)電機對電池充電，如下圖。

值得一說的是，并非每一款增程式混合動力汽車都會和上述的五種模式一模一樣，但是原理上都大差不差，比如理想ONE，除了新能源汽車大都具備的能量回收模式之外，設(shè)置有“純電優(yōu)先”、“燃油優(yōu)先”和“油電混合”三種模式，具體如下。

（1）純電優(yōu)先

在“純電優(yōu)先”模式下，理想ONE確實會優(yōu)先使用動力電池里的余電，但不會一直用到電量干涸，當(dāng)電量下降到20%（2020款理想ONE是17%）后，理想ONE的增程器便會啟動，以保持電量不再降低。

此時如果繼續(xù)行駛，雖然是“純電優(yōu)先”模式，但增程器會持續(xù)工作，直到油箱里的汽油燒完才會允許電量繼續(xù)降低。

之所以為純電優(yōu)先模式設(shè)置“電量下限”，一方面是在低電量狀態(tài)下電池放電功率有衰減，會導(dǎo)致車輛的動力性能降低。

另一方面，過低的電量會對電池壽命產(chǎn)生影響，盡可能避免超低電量狀態(tài)有助于延長動力電池的使用壽命。所以家里、單位有充電條件，日常通勤使用純電優(yōu)先模式是最經(jīng)濟的選擇。

（2）燃油優(yōu)先

和純電模式不會一直用電一樣，在燃油優(yōu)先的模式下，增程器也不是隨時處于啟動狀態(tài)的，而是在電量處于70%或以下時才會啟動。之所以有這條“啟動線”，是因為動力電池在電量較高時無法大功率充電（處于涓流充電狀態(tài)），增程器的補能、動能回收的效率都會有所下降。

在燃油優(yōu)先的模式下，滿電狀態(tài)的理想ONE都會先跑40-50公里才會啟動增程器。（3）油電混合

油電混合模式和燃油優(yōu)先模式相對而言差異主要體現(xiàn)在如下幾點：在油電混合模式下，增程器只會在電量處于80%或以下時才會啟動；在油電混合模式下，增程器在油電混合模式下會比燃油優(yōu)先模式更“懶”一些，低速時不啟動，在中高速工況下才會啟動（這也是發(fā)電效率相對更高的工況）。

綜合來看，對于理想ONE而言，純電優(yōu)先模式不會一直傻乎乎地把電用干，燃油優(yōu)先和油電混合模式也會“視情況”用油，從而在保障駕駛體驗、優(yōu)化能耗的同時，保護電池。

增程式插電混合動力汽車為何沒有成為主流？

增程式插電混合動力汽車實現(xiàn)節(jié)能的途徑，運用的原理其實是“效率差”。

眾所周知，在燃油車運轉(zhuǎn)過程中，發(fā)動機并非一直工作在高效區(qū)間，這應(yīng)該是共識，實際上，效率從5%到40%都是燃油車發(fā)動機的工作區(qū)間，換句話說，燃油燃燒產(chǎn)生的能量，只有5%到40%（取決于內(nèi)燃機的工況）會用在驅(qū)動車輛上，其余的能量都被消耗掉了。尤其是發(fā)動機在較低轉(zhuǎn)速的時候，工作效率并不高，經(jīng)濟性自然也就不好了。

而電動機則剛好相反，低轉(zhuǎn)速時效率最高，這便是增程式解決方案的根本思路：發(fā)動機與車輛的行駛驅(qū)動并不直接相連接，所以發(fā)動機可以始終處在高轉(zhuǎn)速高效率區(qū)間并發(fā)電驅(qū)動電機，如果發(fā)動機有多余的能量輸出，還可以用來給電池包充電，通過這樣的方式，讓發(fā)動機和電動機都可以在自己最經(jīng)濟的工況區(qū)間運行。

以AITO問界M5為例，其配備有一個56升油箱，但在熱效率達到41%的1.5T四缸增程器的加持之下，問界M5可實現(xiàn)一升油發(fā)3.2度電，跑一百公里也只需要6.7L油。AITO問界M5的電池電量低于約20%之后，才會啟動增程系統(tǒng)。實測數(shù)據(jù)顯示，在純電優(yōu)先和燃油優(yōu)先兩種模式共行駛250.8公里后，WLTC剩余續(xù)航還有767公里，油耗為4.8升/百公里。

綜合來看，增程式的熱效率可以保持在25%-40%之間，即便是在去掉發(fā)電機損失的一部分效率之后，增程式純電動汽車也要比傳統(tǒng)燃油節(jié)省不少燃油，這還沒算上動能回收系統(tǒng)對經(jīng)濟性的補充。