新能源汽车的定义和分类

最近被问起新能源汽车的种类越来越多,哪种才是最能满足消费者需求的技术路线?说到新能源车型的种类,如果分大类常见的有BEV,HEV和PHEV。让小星来推荐,小星第一个想到的就是PHEV。因为电池技术完全成熟以前,BEV还是无法满足长途旅行的需求。但是HEV在日常使用时仍然存在排放,没有根本解决问题。总体来说PHEV是个不错且平衡的选择。但当小星最近试驾了别克VELITE5以后,觉得通用提出的EREV概念很新颖。结合了BEV和HEV的优点,同时在PHEV的基础上进一步提升了纯电续航里程和驾驶体验。这一下子让小星改变了对新能源车的认知。接下来随着小星一起来了解一下细节吧。

 

新能源汽车的定义和分类插图1

↑新能源车型分类(来自SAE J1715)

 

1. 新能源车型种类比较

根据行业信息报告(行业标准)SAE J1715的定义,新能源车型的种类如果分大类常见的有BEV,HEV和PHEV。

纯电动汽车BEV能量走向比较简单。电池组RESS的电量主要来自于插电接口来自电网的电力。少部分可以在行驶过程中进行制动能量回收,从而少量动态补充。行驶时动力电机Traction Motor通过电池的电量经齿轮组Gearing进行车辆驱动。

 

新能源汽车的定义和分类插图3

↑纯电电动汽车BEV能量走向示意图

 

而对应的全混合动力汽车HEV能量走向则都来自于燃料,最常见的能量来源就是汽油。车辆工作在电量保持模式下,发动机通过齿轮组和电机配合驱动车轮。电池组可以通过电机输出扭矩,也可以通过电机回收制动能量或者通过发动机发电对电池组充电。这边提到的齿轮组又有多种分类,稍后会有具体介绍。

 

新能源汽车的定义和分类插图5

↑全混合动力汽车HEV能量走向示意图

 

相应的插电混合动力汽车PHEV能量走向则结合了BEV的插电部分和HEV的发动机部分。电池可由外部电网通过充电器充电,也可以通过电机回收制动能量或者通过发动机发电对电池组充电。车辆行驶可以由纯电驱动或者发动机通过齿轮组和电机配合驱动车轮。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图7

↑插电混合动力汽车PHEV能量走向示意图

 

 

那么如前面提到的混合动力齿轮组又分为多种类型。具体如下。

 

双电机动力分流

 

小星曾在之前的多篇新能源相关文章中提到,目前世界两大混合动力阵营,主要以双电机动力分流和单电机+变速箱两种类型分界。关于双电机动力分流,目前通用和丰田都基于该技术类型,并且已有多年大销量的使用经验。再细节来看,通用和丰田在类型细分上又有些不同。

 

如下图左为输入分流,发动机动力从输入侧就开始分流,齿轮组靠近发动机侧,车轮则靠近电机。丰田混动系统即属于该种类型。图右为输出分流,发动机动力从输出侧分流。齿轮组靠近车轮,发动机则靠近电机。

 

新能源汽车的定义和分类插图9

↑输入动力分流(左)和输出动力分流(右)示意图

 

而另一种分类,则考虑了如上提到的两种方式进行结合,成为复合分流。在发动机和车轮侧都留有齿轮组。通用第二代Voltec电子可变驱动系统即属于该种类型。通过离合器可灵活的根据工况在输入分流和复合分流工作模式之间切换。

 

新能源汽车的定义和分类插图11

↑复合动力分流示意图

 

单电机+变速箱

 

另一种比较大的分类就是单电机+变速箱。由于其和之前传统车使用的变速箱变化不大,因此使用也比较广泛。比如单电机双离合P2,将电机放置在发动机和变速箱之间。两边分别用两组离合器控制其连接和脱开。大众、奥迪、奔驰和宝马的多款新能源车型即使用的该种方式。而比亚迪的多款车型则把电机放置在了P3的位置。同样是和传统变速箱配合,不过电机更多的考虑纯电形式的工况。对应的越来越多的四驱车型,开始使用P4的混动模式。比如宝马的i8和X1 PHEV,又或者是沃尔沃、比亚迪和其他国内整车厂的新能源SUV车型。单电机+变速箱的混动系统的鲜明特点就是结构简单。但由于只有一组电机,工作模式相对也会少一些。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图13

↑单电机双离合器混合动力示意图

 

那么通用提出的增程式电动车EREV到底是个什么概念呢?实际上行业标准SAE J715并没有做出明确的规定。不过在文首新能源车型分类图中,你可以看到行业标准将EREV归类在PHEV的范畴中。你可以认为它是一种特殊的PHEV。怎么个特殊法呢?通用相关SAE论文中给出了更详细的定义。当车载电池组有电的情况下,车辆可以达到完全的性能,附属供能装置(通常是发动机)可仅在电池组低电量的情况下介入。这样的车型定义为EREV。

EREV与传统PHEV车型特性的对比,则可以参考下图。

上半部分为PHEV特性下半部分为EREV特性。同样工作在电量消耗模式,EREV较传统PHEV的纯电行驶里程更长。并且传统PHEV在电池组有电的情况下,要达到全性能工况时需要启动发动机。这些工况可能就包括高速行驶时的全力加速。而对应的EREV在电池组有电的情况下,应对各种工况发动机都不需要启动。

 

新能源汽车的定义和分类插图15

↑PHEV与EREV基于电量消耗模式对比(来自通用MTZ期刊文章)

 

将上述对比图简化成如下图表,EREV最大的特点是相比传统PHEV纯电历程更长,纯电模式驱动系统性能更强。

 

新能源汽车的定义和分类插图17

↑插电式混动PHEV和增程式混动EREV对比表(来自通用SAE论文)

 

如下表格详细对比了HEV,PHEV,EREV和BEV的各个重要参数。可以看到传统的PHEV发展思路更偏向于对HEV车型的强化。加入充电系统和加大电池容量。但其纯电模式还是满足大部分的城市工况。而EREV的发展思路更偏向于EV车型,加入发动机来去除用户的纯电里程焦虑,并且满足长途城际旅行的需要。

 

新能源汽车的定义和分类插图19

↑HEV、PHEV、EREV和EV之间的特性对比(来自通用SAE论文)

 

其实由于国内新能源政策的导向,不难发现很多国内自主车型也开始向更长的纯电行驶里程发展。相关电机也不断强化去满足越来越高的性能要求。但是通用第二代Voltec电子驱动系统有一个非常鲜明的特点。那就是整个系统的平顺性。如下为相关车速与加速度关系图。可见红色部分对应的电子驱动系统由于其连续可变的特性,相较传统自动变速箱能够在全车速范围内提供良好的平顺性。同时不管发动机是否启动,其整车的驾驶舒适度和加速性能是基本相同的。不会出现某些车型感觉很明显的有电时如虎,无电时像猫的感受。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图21

↑别克智能电驱系统与传统自动变速箱比较

 

2. 别克VELITE5 引入3e理念

 

新能源汽车的定义和分类插图23

随着别克VELITE5增程式电动车EREV新能源车型的上市,小星有机会通过试驾感受了其特有的平顺且相当均衡的驾驶体验。具体来说,别克今年提出了3e技术理念,即智能电驱eMotion、智能互联eConnect和智能安全eProtect,拿VELITE 5车型来说很有代表性,让消费者能够真正通过新能源享受科技带来的生活便利。而不用向纯电里程焦虑做出妥协,也不用牺牲安全性能。

 

智能电驱eMotion

如下图所示别克VELITE5的这套混合动力系统的核心包括位于车头部的电驱动模块以及1.5L发动机和位于车身中部延伸至尾部的T形大容量高性能锂电池系统。

 

新能源汽车的定义和分类插图25

↑别克VELITE5 增程式混合动力总成

 

如开头提到的能量流走向。别克VELITE5的电池可由外部电网通过充电器充电,也可以通过电机回收制动能量或者通过发动机发电对电池组充电。车辆行驶可以由纯电驱动或者发动机通过齿轮组和电机配合驱动车轮。其他车内的传统低压负载则由DCDC转换器模块将电池的高压转换成低压供电。

 

新能源汽车的定义和分类插图27

↑别克VELITE5 驱动系统组件(来自通用SAE论文)

 

其电驱动系统的设计采用了通用第二代Voltec的设计理念。如下图所示动力电机功率逆变器驱动模块TPIM和双电机(Motor A和B)集成在一起,这样省却了高压大功率三相交流电缆。来自锂电池系统的高压直流电缆连接器位于模块的上部(High-voltage connection to battery),逆变器与电机的连接被高压连接端子(High-voltage connection to power electronics)所取代并集成在模块内部,这样大幅降低了整体模块的体积。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图29

↑通用全球第二代VOLTEC增程型电驱技术-–-电控智能无极变速箱

 

如下图的电驱动模块剖面图所示,双电机定子绕线采用条状绕线设计Bar Winding。这样的设计降低了电机工作时的噪音,提高了工作效率。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图31

↑电驱动模块剖面图

 

别克VELITE 5配备通用专利的EVT电控智能无级变速箱5ET50包括5种工作模式。其中两种为纯电模式EV Mode(发动机保持关闭)和三种增程模式Extended Range Mode。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图33

↑通用专利的EVT电控智能无级变速箱5ET50包括5种工作模式

 

具体来看的话,下图为第二代Voltec的纯电模式示意图。两组行星齿轮的内齿齿圈分别通过自动锁止单向离合器OWC1和离合器锁止至变速箱体并处于静止状态。电机MGA和MGB可通过行星齿轮组PG1和PG2分别以不同的传动比向车轮输出动力。右边即为对应的两种纯电操作模式及对应的车速扭矩区间:单电机EV模式CD1和双电机EV模式CD2。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图35

↑第二代Voltec的纯电模式示意图

 

相应的下图为第二代Voltec增程模式示意图。增程模式下,发动机工作输出的动力通过不同的离合器C1和B1的连接组合将动力传输至车轮。增程模式包括三种操作模式:低增程模式Low Extended Range(属于输入动力分流Input Split模式),固定比率增程模式Fixed Ratio Extended Range(输出传输比固定,此模式没有动力分流)和高增程模式High Extended Range(属于复合动力分流Compound Split模式)。

 

 

 

新能源汽车的定义和分类插图37

↑第二代Voltec增程模式示意图

 

文首提到的别克VELITE5优越的平顺性,具体来看由如下的多种工作模式进行保证。多个工作模式之间的转移都考虑了相应的过渡同步动作。最终的效果就是不管动力来自纯电电机驱动还是发动机混合动力模式,其加速都随叫随到。

 

开过传统AT变速箱的朋友都知道,当高速上进行超车时,踩下油门后,变速箱需要一个比较明显的反应时间。然后变速箱进行降档操作,发动机转速提升再提速超车。这个AT变速箱反应造成的延迟在涡轮增压的发动机涡轮延迟面前显得尤为明显。而VELITE5由于采用了电子可变驱动系统,其加速不存在降档过程。踩下油门,几乎同时迅猛的加速即爆发了出来。给高速超车提供了更多的信心。同时整个加速过程由于没有挡位的概念,更加的持续和平顺。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图39

↑多模式智能切换关系图(来自GM SAE论文)

 

虽然别克VELITE5大部分时间可以工作在纯电模式下,但基于不算太大的34L容量油箱提供更长的综合续航里程,别克引入了一款高效的小排量汽油直喷发动机。这款1.5L的自然吸气发动机,配合电子可变驱动系统可达到768公里的综合续航里程。

该发动机拥有高达12.5的压缩比,配合集成排气歧管、两级可变机油泵、外部冷却加内部循环EGR系统以及带有LIVC(进气门延迟关闭)的DVVT技术。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图41

↑别克VELITE5 配备的1.5L 第二代Voltec发动机(来自通用SAE论文)

 

如上提到的使得这款发动机具有非常高效率的两大关键技术,来自进排气正时独立可调的DVVT以及外部冷却EGR系统。如下列出了不同发动机负荷和转速区间下DVVT和EGR工作模式对应关系。

当发动机工作在低负荷区Zone1时,DVVT系统会尽量让系统处于LIVC(进气门延迟关闭)状态。即进入米勒循环,提高膨胀比,从而提升发动机效率。当发动机工作在中负荷区Zone2,且发动机转速不高时,外部冷却EGR系统打开工作,提高发动机节气门全开wide-open throttle (WOT)的性能。当发动机转速进一步提升至Zone3时,外部冷却EGR系统停止工作,从而提高发动机的扭矩响应性能。当发动机工作在高负荷区Zone4时,DVVT系统提前正时,配合发动机提升相应的效率和扭矩表现。

 

新能源汽车的定义和分类插图43

↑通用第二代Voltec发动机LIVC和EGR对应发动机工况示意图(来自通用SAE论文)

 

别克VELITE5还提供了多种驾驶模式,可供驾驶者灵活选择。驾驶模式具体包括普通模式、运动模式、山地模式和锁定模式。当选择到运动模式时,车辆对加速的响应会更快,满足较激进的驾驶风格。而山地模式专用于长时间的爬坡工况。锁定模式则用于让驾驶者主动选择发动机开始工作的时间点。比如行驶在路况好的高速上,此时发动机可工作在高效区。此时可以主动选择让发动机开始工作。从而保持更多的电量用于后续进入市区拥堵路段进行纯电行驶。

 

新能源汽车的定义和分类插图45

↑别克VELITE5的多种驾驶模式选择

 

 

智能互联eConnect

说到汽车互联,可能首先想到的就是通用的OnStar安吉星系统。此次别克VELITE5搭载了最新的第10代安吉星系统。支持4G LTE的高速通讯。当然给乘客的最大好处就是可以方便的享受车内WIFI系统了。

 

新能源汽车的定义和分类插图47

↑别克VELITE5 配备的最新的第10代安吉星

 

另一方面车辆的关键信息,比如充电状况和电量信息都能上传至云端。

 

新能源汽车的定义和分类插图49

↑别克VELITE5的车辆能量及充电状态可通过安吉星上传至云端

 

通过手机端OnStar APP可查询从车况、4G、遥控到充电的多种信息。而且更多的功能比如和智能家电的配合正在逐步加入和完善起来。

 

新能源汽车的定义和分类插图51

↑OnStar APP可查询车况、4G、遥控和充电信息

 

在享受智能互联的同时,别克品牌成名的静音控制技术也在VELITE5车型上得到了很好的体现。配合BOSE高端音响,旅途中可以好好享受音乐了。

 

新能源汽车的定义和分类插图53

↑别克VELITE5 配备的BOSE音响

 

同时别克VELITE5还提供了Carplay系统,可USB连接iphone进行导航或其他应用的屏幕投射。

 

新能源汽车的定义和分类插图55

↑别克VELITE5 配备Carplay手机屏幕投射

 

智能安全eProtect

在某些新能源车型上,为了追求能耗采用了低滚阻的轮胎,这无形中降低了车辆的安全性。而别克VELITE5引入了智能安全eProtect的理念,绝不对安全妥协。该车型搭配了215宽度的17寸米其林轮胎,配合硬朗的悬挂支持,让该车具备了良好的安全性和操控性。

被动安全方面别克VELITE5配备了行业领先的10安全气囊。

 

新能源汽车的定义和分类插图57

↑别克VELITE5 配备的10安全气囊

 

于此同时,更多的主动安全帮助VELITE5防范事故于未然。比如其不仅配备自动泊车功能,而且其倒车影像系统还带障碍物识别功能。能够智能提醒驾驶者在倒车时注意后方的障碍物。

 

新能源汽车的定义和分类插图59

↑别克VELITE5 配备集成障碍物识别功能的倒车影像

 

同时别克VELITE5还配备自适应巡航及碰撞预警功能。这点在长途驾驶时非常有用,自适应巡航系统可自动保持与前车的距离。当有碰撞风险时,抬头警示LED还会发出红光照射至挡风玻璃进行视觉警示。当出现车道偏离时,车辆还能识别出车道并主动通过方向盘给出回正力提醒驾驶者注意。

 

 

新能源汽车的定义和分类插图61

↑别克VELITE5 配备自适应巡航及碰撞预警

 

另一个主动安全功能在雨天非常有用,那就是盲点监测功能。可以提醒驾驶者两侧盲区当中的是否存在车辆。如下为别克VELITE5的盲点监测功能相关视频。

 

以上,如果推荐最能满足消费者需求的新能源汽车种类,小星会推荐通用提出的EREV概念。因为它在PHEV的基础上进一步提升了纯电续航里程和驾驶体验。比如别克VELITE5 EREV车型更偏向于EV车型特点,加入发动机来去除用户的纯电里程焦虑,并且满足长途城际旅行的需要。同时能够在全车速范围内提供良好的平顺性。不管发动机是否启动,其整车的驾驶舒适度和加速性能是基本相同的。结合通用的3e理念,即智能电驱eMotion、智能互联eConnect和智能安全eProtect,让消费者能够真正通过新能源享受科技带来的生活便利。

 

 

参考文献和扩展阅读

SAE论文 SAE 2015-01-1272 通用高效增程式Ecotec小型汽油发动机内燃系统的开发Development of the Combustion System for General Motors High-Effciency Range Extender Ecotec Small Gas Engine

SAE论文 SAE 2015-01-1164 雪佛兰Volt电气化单元Chevrolet Volt Electric Utilization

SAE论文 SAE 2015-01-1152 新一代 “Voltec” 增程式电子驱动系统The Next Generation “Voltec” Extended Range EV Propulsion System

SAE论文 SAE 2011-01-0887 通用 “Voltec” 4ET50多模式电子驱动系统The GM “Voltec” 4ET50 Multi-Mode Electric Transaxle

SAE论文 SAE 2005-01-1162 对比分析单模式和多模式混合动力电子可变变速箱工作模式Comparative Analysis of Single and Combined Hybrid Electrically Variable Transmission Operating Modes

SAE行业信息报告 SAE J715 混合动力HEV与纯电动EV术语 Hybrid Electric Vehicle (HEV) and Electric Vehicle (EV) Terminology

MTZ 2011/05期刊文章 “Voltec” –雪佛兰Volt和欧宝Ampera电子驱动系统 Voltec – the Propulsion system for chevrolet Volt and opel ampera by Larry Nitz

原创文章,作者:汽车安心,如若转载,请注明出处:https://www.qicheax.com/8269.html

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