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新能源动力到底有多少?

2017-02-13 15:03

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毫无疑问的,眼下的汽车社会正在迈向全新的新能源时代。而新能源动力的出现将彻底改变汽车社会运行了一百余年的固有模式,同时还将建立一套全新的新能源车运作体系。而在正式进入新能源时代之前,我们还会面对新能源技术的大爆发。关于新能源技术即将带来的社会变革以及新能源车普及阶段的问题,笔者已经多次撰文进行过描述,所以今天咱们不妨抛开此前那些阳春白雪的论调 ,从最根本的地方来看看,新能源车到底是个什么东西?

既然都已经说了从最根本的地方来看什么是新能源车,那么必然就要从新能源车发展的动力说起。为什么会有新能源车呢?很简单,源于主被动两个方面的原因。在主动层面上,世界汽车科技的进步已经为新能源动力的发展提供了生长的土壤。而在被动的层面上,法规的驱动成为促使新能源车快速发展的主要动力。按照目前国际上主流的几种法规限制来划分,可分为碳排放法规和油耗限值。以2020年的限值为例,规定最为严苛的欧盟规定汽车产品平均二氧化碳排放量必须达到95克每公里。在油耗限值方面,中国政府要求在2020年乘用车平均油耗要降低到5L每百公里。以现有的传统内燃机技术来看,要在2020年满足欧盟的碳排放法规以及油耗限值已经不是特别实际。另一个方面,各项法规在计算碳排放量以及油耗平均值时都会对新能源车网开一面,比如在分母上将满足要求的新能源车销量乘两倍,比如对于纯电续航里程(参配、图片、询价)超过50公里的插电式混合动力车型按零油耗计算等等。无疑,政策的利好也驱动了企业更热衷于去研发新能源汽车。

根据业内的共识,新能源车是指采用了非常规车用燃料作为动力来源,或者使用常规车用燃料,但采用新型车载动力装置。综合动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。所以从广义的定义来看,混合动力车辆、插电式混合动力车辆以及纯电动车辆都可以划归为新能源汽车产品。

对于采用传统内燃机和电动机混合驱动的新能源车辆,又提出一个电动机额定功率与发动机最大功率的比值的概念来进行划分,这个比值被称之为混合度。一般情况下,混合度在5-10%之间被定义为弱混、10-15%为轻混、15-40%为中混、40%以上则为重度混合。以目前一百千瓦左右的内燃机最大输出功率来看,混合动力的电动机额定功率涵盖5千瓦到30千瓦左右的区间。在结构形式方面,又可分为串联式混合动力系统、并联式混合动力系统以及混联式混合动力系统三种。

串联式的混合动力最大的特点就在于发动机与车辆的驱动结构完全不产生连接,发动机与发电机构成一个整体为电动机和电池服务。其最大的特点就在于结构简单,非常容易布置。但是在这种情况下,电动机作为整车的主要动力来源必须拥有足够大的额定功率,容易造成整车质量的增加以及成本的增加。所以这种结构形式目前主要运用于启停和制动较为频繁的城市公交,在乘用车方面倒是很少采用这样的结构形式。

乘用车方面用得更多的还是并联式和混联式两种结构形式,并联式混合动力最大的特点在于发动机与车辆的驱动结构有机械连接,通过离合器实现电动机和发动机对车辆的驱动,一般来说,并联式的混合动力系统会在发动机与电动机之间、电动机与变速箱之间分别布置一套离合器,由此实现发动机和电动机对于车辆的同时驱动。

混联式的结构最大的特点就在于增加了一套行星齿轮机构,通过行星齿轮的多方位连接特性,实现了串联式混合动力和并联式混合动力的输出特性。具体点说,通过行星架与发动机连接,发动机的驱动力可直接驱动车轮。齿圈轴与电动机连接,同样用于驱动车轮,而太阳轮则与发电机连接,用于驱动电机或者向蓄电池充电,在车辆启动时发电机还可以作为电动机使用。与串联式相比,混联式增加了发动机与驱动系统的连接,与并联式相比,混联式则弱化了发动机的作用,保证了发动机最优的运行工况。而在并联式和混联式的结构形式下,又演变出了多种不同的构型。

先来看最基本的弱混,弱混动力的实现方式主要靠起动机的升级进行,目前业界主流的两种弱混动力是通过增强型启动电机系统(STT)以及皮带轮电机系统(BSG)两种结构形式实现的。其最大的特点在于电动机不直接驱动变速箱,而是通过辅助发动机实现经济性的提升。在经济性方面相比于普通车型提升5%左右。

电机参与度更高的中强混合动力系统构型中又可分为单电机系统和双电机系统两种。单电机系统就是最简单的通过两套离合器实现并联式结构,最大的结构特点在于电动机位于变速箱之前。采用这种构型的混合动力车型为本田的混合动力飞度(参配、图片、询价)等,以驱动形式来看又可分为前驱车型架构、后驱/四驱车型架构两种。

而双电机系统架构又分为双电机混联动力分流系统、双电机分轴驱动系统、双电机电驱动变速箱三种。其中,双电机混联动力分流系统就是最基本的混联式混合动力,发电机在这一架构中可以起到一个电动机的作用。通过动力耦合机构将驱动力传递至固定的车桥。

而双电机分轴驱动系统相对而言较为简单,由于传统动力和电动动力被均分到前后两个轴上,所以并不需要诸如行星齿轮或离合器这样的动力耦合机构。而且还能够轻松的实现四驱、更有助于轴荷分配等。所以这一结构目前被大部分的欧洲汽车企业所运用,代表车型宝马2系(参配、图片、询价)插电式混合动力版。第三种结构形式为电驱动变速箱,不同于其他两种双电机模式的是,这种结构更加简单,电动机直接驱动变速箱,而传统的内燃机则加入BSG等技术。代表车型就是比亚迪秦。

而纯电动动力无疑是新能源车时代发展的极致,根据电动机的布置形式不同,纯电动动力又可分为单电机形式、轮边电机形式以及轮毂电机形式。以动力源来划分又可以划分为燃料电池动力以及充电电池动力。

单电机的架构是目前相对主流的方式,在动力布置方面与传统内燃机车辆相似,对于前置车型而言,仅仅需要替代传统车型的发动机就可以实现,而传统车型的其他技术完全可以沿用。所以成本相对较低,是目前国际上主流的布置形式。而轮边电机则是把电动机布置在每个驱动轮附近,由电动机对车轮进行单独控制,由此可省略传动轴、差速器等部件。由于没有专门的发动机舱,所以空间布置也要更加灵活,代表车型就是特斯拉Model S。轮毂电机则是在轮边电机的基础上更进一步,直接把电机与轮毂连接,完全可以取消刹车。目前这一方式还处于论证阶段。

讲到这里,有关眼下新能源车的最最浅显的划分也可以告一段落。总的说来,新能源技术眼下正处于一个百花齐放的状态,最终市场会选择哪一种方式,还有待时间的论证。不过可以肯定的是,济节能的特性以及更加贴近于眼下汽车社会运作方式都让混合动力以及插电式混合动力车型将在很长一段时间内变得无可替代。并在很长一段时间内成为新能源时代的主流产品。