何为「增程式电动汽车」?看「通用VOLTEC混动系统」!

增程式电动汽车的定义

根据国标(GB/T 19596-2017《电动汽车术语》)的定义:

「增程式电动汽车」(Range Extended Electric Vehicle)是一种在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能,而当车载可充电储能系统无法满足续航里程要求时,打开车载辅助供电装置为动力系统提供电能,以延长续航里程的电动汽车,且该车载辅助供电装置与驱动系统没有传动轴(带)等传动连接。

通用雪佛兰Volt(2016)

该定义最早是由美国通用汽车公司Tate等人提出,而其围绕着「增程式电动汽车」推出过最有名的车型便是「通用雪佛兰Volt」、「通用迈锐宝混动」和「别克君越混动」等。所以,想要搞懂「增程式电动汽车」,就让我们先来了解一下「通用汽车」的「通用VOLTEC混动系统」。

通用VOLTEC混动系统(第二代)示意图

「通用VOLTEC混动系统」(第二代)包括一台「发动机」、集成了「整车控制器」与「电机控制器」为一体的「电控模块」、「锂电池组」、「充电接口」和一台「混动变速器」等。其中T型「锂电池组」被布置在后排座椅下及车身中部。

通用VOLTEC混动系统中变速器的结构示意图(手绘)

「通用VOLTEC混动系统」的「电控模块」(图中统称为「控制器」)上深度集成了「整车控制器」(HCU)和「电机控制器」(MCU),可同时控制「电机」、「电子油泵」、「离合器」和「整车」,其控制程度与「特斯拉Model S」同级。而该混动系统的核心在于此前提到的内置了两个「电机」和两排「行星齿轮组」组成的「混动变速器」。

通用VOLTEC混动系统(第二代)中变速器的结构连接示意图

首先我们来看看其结构连接原理:

1. 「行星齿轮组1」的「外齿圈」通过「单向离合器C0」连接「发动机」,「太阳齿轮」连接「电机A」(Motor A),而「行星齿轮」所连接的「行星齿轮盘」可输出动力直到「车轮」;

2. 「行星齿轮组2」的「外齿圈」通过「离合器C1」控制,「太阳齿轮」连接「电机B」(Motor B), 「行星齿轮」所连接的「行星齿轮盘」可输出动力直到「车轮」;

3. 「行星齿轮组1」的「太阳齿轮」通过「离合器C2」连接「行星齿轮组2」的「外齿圈」;

4. 「电机A」(Motor A)功率较小,主要用于发电。而「电机B」(Motor B)功率较大,主要用于驱动车辆起步;

5. 「主减速器」没有采用一般行业内常用的大/小齿轮副,而是也采用了一套「行星齿轮组」,除了处于整体设计的考虑,同样也彰显了「通用VOLTEC混动系统」势必将复杂进行到底的决心。

通用VOLTEC混动系统(第二代)中变速器的工作原理示意图(动图)

得益于『两排行星齿轮组+双电机』的复杂构造,「通用VOLTEC混动系统」可实现「单电机驱动」、「双电机驱动」、「低增程」、「固定速比增程」、「高增程」等多种工作模式:

「单电机驱动模式」(One Motor EV):车辆起步等低速低负载时,「发动机」不工作,「离合器C1」接合,将「行星齿轮组2」中的「外齿圈」固定,「电机B」驱动「行星齿轮组2」中的「太阳齿轮」旋转,「行星齿轮盘」速输出动力,驱动车辆行驶。此时纯电驱动;

「双电机驱动模式」(Two Motor EV):加速爬坡等低速高负载时,「离合器C1」断开,「离合器C2」接合,「电机B」继续输出,「电机A」开始工作为「行星齿轮组2」中的「行星齿轮盘」增速,两个「电机」相互配合,「行星齿轮盘」输出动力,驱动车辆行驶。 此时「发动机」有被反拖的趋势,但由于「单向离合器C0」的单向锁止原理,避免了「发动机」被反拖。此时仍为纯电驱动;

「低增程模式」(Low Extended Range):低速或高牵引力时,「单向离合器C0」接合,「发动机」工作带动「电机A」发电。「离合器C1」接合,「离合器C2」断开,车辆由「电机B」驱动行驶。该模式下「电机B」还起着调节「发动机」的作用,使其能处于高效区。此时仍为纯电驱动,类似于「丰田THS系统」的低速混动模式;

「固定速比增程模式」(Fixed Ratio Extended Range):加速或低负荷充电时,「单向离合器C0」接合,「发动机」工作,「离合器C1」和「离合器C2」均接合,「电机B」和「发动机」同时驱动两组「行星齿轮盘」输出,驱动车辆行驶。此时固定一个速比,类似于「本田i-MMD系统」的「并联式」混动模式,非纯电驱动;

「高增程模式」(High Extended Range):高速巡航时,「单向离合器C0」接合,「离合器C1」断开,「离合器C2」接合,「发动机」工作带动「电机A」旋转发电。「电机B」驱动「行星齿轮组2」中的「太阳齿轮」,带动「行星齿轮盘」输出动力。此时主要由「发动机」驱动,并调节「电机B」保持较高效率水平,类似于「丰田THS系统」的高速巡航模式;

「能量回收模式」:减速或制动的时候,「发动机」不工作,「离合器C1」接合固定「行星齿轮组2」中的「外齿圈」,「离合器C2」断开,「车轮」带动「行星齿轮盘」旋转,「太阳齿轮」随着「行星齿轮盘」转动,「电机B」转为「发电机」对「电池」充电。

通用VOLTEC混动变速器手绘和实物的对应示意图

不得不说,「通用VOLTEC混动系统」中『两排行星齿轮组+双电机』的「变速器」是本专栏至今分析过最复杂的「混动变速器」,主要应用于「通用君越30H」、「迈锐宝XL」等车型上。那世界上还有比它更复杂的「混动变速器」吗?你别说,还真有,至少「通用汽车」还有一套用在「凯迪拉克」混动车型上的『三排行星齿轮组+双电机』的「变速器」。

通用汽车和丰田汽车混动变速器结构对比

不过按照其实现的油耗效果来看,基本与同期搭载「本田i-MMD混动系统」部分车型相当,略优于同期搭载「丰田THS混动系统」的部分车型。比如「通用迈锐宝混动」油耗为百公里4.3L、「别克君越混动」为百公里4.7L,「本田雅阁HEV」为百公里4.4L,「丰田凯美瑞HEV」为百公里5.3L。

「纯电动汽车」≠「增程式电动汽车」:纠结概念没有意义

作为提出「增程式电动汽车」的通用汽车,我们却在他们推出的『电动汽车』上看到了许多有意思的逻辑,比如:

通用VOLTEC混动系统原理分析

1. 大量工况为纯电驱动:这与之前我们看到「串联式」车型非常相似,特别是「低增程模式」,这里容我感叹一句:通用,你真厉害,用最复杂的结构完成了最简单的「串联」;

2. 「发动机」启动后,更希望你是一辆燃油车:在类似「高增程模式」下,「发动机」主掌了大权,为整个系统提供主要动力,此外,以2016年二代「通用VOLTEC混动系统」为所搭载的「发动机」为例,其最大功率为75kW,最大扭矩为140N·m,显然已经有着主掌大权的能力。

日产e-POWER混动系统的工作原理(动图)

不过,无论「通用VOLTEC混动系统」的工程师如何想让「发动机」发挥更多的作用,都无法阻拦「发动机」成为「增程器系统」的一部分。相比之下,我和几位知乎大咖的观点一致:「日产e-POWER混动系统」才是「发动机」胜利!这句话,你品,你细品~~

该如何去理解「增程式电动汽车」呢?

首先,国标的定义已经非常明确,所以,我觉得大家并不用纠结概念问题,而是关注「增程式电动汽车」的意义——在「电池技术」无法完全满足续驶里程需求等关键问题的背景下,「增程式电动汽车」以其成本不高、节能且最易推广的优势,成为我国向「纯电动汽车」过渡期间的最佳混动车型。

两者的经典结构有着很大的差异,根本不是同一条分类树

其次,国标对「串联式混合动力汽车」(Series Hybrid Electric Vehicle)有着明确的定义:车辆的驱动力只来源于电机的混合动力电动汽车。所以,无论从结构还是工作原理来看,「增程式电动汽车」绝对不是「串联式混动汽车」的下属分类,并且他们没有100%的包含或被包含关系。

别谈什么概念了,你就是混动汽车,不是纯电动汽车

若是真要将「增程式电动汽车」进行分类,那我们到底该将其分在那个类型呢?我觉得或许没有一个永久的定性,而是随着每个国家的政策变化而变化。不过,我觉得「增程式电动汽车」离政策定义的「纯电动汽车」概念会越走越远,比如「理想ONE」等车型已经在大部分城市无法作为「纯电动汽车」进行上牌,也不能享受相关的政策福利,而是回归到「新能源混动汽车」的行列。所以,如果大家以后再看到『增程汽车』、『增程式汽车』、「增程式电动汽车」等字样时,不妨这样理解:

本文由 @用户投稿发布于 2022-11-14。

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