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全电、重混、轻混还是内燃机:哪个才是我们“需要”的 ?(中)

2019-03-22 09:01:21来源:无尽的探索作者: 大白熊\蒋波

回忆朝鲜战场上无数死去的美军士兵时,梅毒司令麦克阿瑟说:“开始的时候,我们以为我们什么都知道;但后来发现,事实是我们什么都不知道。”

这像极了今天新能源汽车市场上那些持币待购但又满心彷徨的消费者。

舆论说我们正处于21世纪最大的能源危机中;汽车污染在一步步毁灭着人类赖以生存的家园;于是各大主机厂纷纷拿出各种混合式新能源技术 -- 甚至是纯电动汽车,以试图堵住那些舆论家们的嘴。

在技术的催生下,大量诸如串/并联式混动、重混、轻混、增程混乃至纯电车型纷至沓来,犹如乱花般迷了人们的眼还勾引着你的钱包,伴随着各大主机厂未来5~10年内停止内燃机业务的迷雾消息,一个关于新能源的霾逐步笼罩着中国汽车消费市场。

内燃机之锺:地球到底被什么污染了 ?

混动技术的出现确实能够解决部分环保诉求,但更多的更现实的,还是为了应对日益严苛的排放标准以及咖啡法则。至于近几年舆论者一再强调汽车尾气已经成为大气污染的最大源头一事,我们应该表示理解,毕竟不歪曲事实、不带偏节奏、不贴热点 -- 这些所谓的专家也就没饭吃了。

大气污染本身这个命题很复杂:引起光化烟雾是污染、固体颗粒是污染、温室效应全球变暖更算是污染。所以在不明确污染方向之前,一味的将大气污染归罪于汽车尾气显然有失偏颇,就好比站马路上骂街你得先知道骂谁一样。

世界卫生组织的数据报告显示,引起光化烟雾、固体颗粒污染的含硫-含氮氧化物最大污染源为工业冶炼污染,达到这类污染源的47%;而汽车排放污染比重则为29%;温室效应污染方面,碳氢、碳氧化合物的最大污染源依旧是工业冶炼排放,而第二大污染源来自畜牧业,第三污染源才是尾气排放。

全球有大约500亿头养殖牲畜,这些牲畜每天都会打嗝放屁,它们排放出的气体中含有大量甲烷、氮气及碳氧化合物,而这些化合物是导致温室效应的重要来源。但是工厂停产或减产会造成严重的社会问题和经济问题,法律也不能禁止牲畜放屁,所以扼制汽车尾气排放就理所当然 -- 柿子要捡软的捏,有车族要为牲畜的屁埋单。

也正因此诞生了日益严苛到有点过分的排放法规以及《咖啡法则》,这也催生了诸如重混、轻混等各种混合动力技术。虽然同为混合动力技术,但很显然大多数人并不太明白各种混合动力间的区别与效率。

重混VS轻混:到底什么是区分标准

重混与轻混虽然都是混合动力技术,但在本质、结构及效果上,二者却有着天壤之别。区分重混与轻混在国际上其实是有规则可循的,一般来说,混合度越低的系统称之为轻混,而混合度高的车型,则被定义为重混车型。

如何来理解、定义“混合度”是关键。国际标准中的混合度概念为驱动电机与“驱动电机和发动机”功率之和的比值,也就是当发动机功率额定时,驱动电机功率越小,混合度越小,当比值低于10%时,混动性质被定义为轻混车型。而在国内,混合度的概念被理解为混合动力油耗与传统燃油版车型油耗的比值,比值低于20%则被定义为轻混车型。

而主机厂在区分轻混与重混时则更多在意硬件方面的区别。他们根据发动机起/停、制动力回收、发动机管理系统、电机功率以及混动效果来辨别轻混与重混。

当然,以上这些标准理解起来会非常的复杂,在混动技术飞速发展的今天,上述标准的界限也愈来愈模糊。

举一个例子;过去我们区分轻混与重混的区别可以浅显的理解为“能够依靠纯电系统维持车辆前行的称之为重混车型,而不能依靠纯电系统维持驱动的则称之为轻混车型”。但在今天看,这种说法已经不成立了,因为已经有更多的48V轻混车型允许车辆在起步时短暂依靠电机驱动,虽然仅有短短的百米有余,但这足以改变定义。

混合动力发展至今天,客观、准确的区分不同属性的标准其实很简单,就是“两种动力相互介入的程度”。而这句话,也是我们这篇文章核心需要解决且明确的问题。

打个比方,丰田的THS技术作为传统的重混技术,其“油与电”二者间的依托 关系非常深;纯电系统会及时的出现在内燃机效率最低的区间内,而内燃机同时也会在 电池没电时,及时为其充电。这种相辅相成、相互依附的状态,就是我们所谓的“两种 动力相互介入的程度”。

之所以定义48V锂电系统与插电混动为轻混系统,完全因为这两种技术“油与 电”的混合程度极低导致的。48V锂电轻混系统的作用更多的是辅助,自身在大多数情 况并不能成为一个恒定有效的驱动源,混动效果是极其有限。

而插电混动技术的“油与电”相互介入程度几乎为0。也就是说,电池里的电用光了只能依靠外接电源充电,这种无法有效依靠内燃机充电的状态也使插电混动车型直接告别了油与电相互依附的重混本质。

48V轻混系统:高排放引擎的续命神药

48V轻混系统并不算什么新技术 -- 反而是相对边缘化的产物,之所以被奔驰奥迪等品牌重新拿出来,完全是对高排放发动机的强行续命。

与普通电动车200V-360V高电压不同,48V轻混系统所采用的电池组仅仅是将4块12V锂电池串联得来的恒定电压系统,电能密度与电能释放十分有限,所以也无法匹配太大功率的电机系统。因此48V轻混系统的混合度是极低的。

48V轻混系统的最大意义在于辅助车辆起步,也就是在内燃机效率最低且负载最大的情况下为发动机助力而已。

除此之外,这类车型的全车用电器电压也会换为48V,这使得发动机处于休眠(启停)状态时,电池可以更多的接管大功率用电器以及空调压缩机系统,最大程度避免发动机因电压负载过大而被迫启动充电的问题,从而达到降低怠速状态下的油耗损失,也就是主机厂所谓的“电怠速”概念。

48V轻混系统的“油、电”相互介入程度极低,这也符合我们上述对混动概念的标准。也正因此,48V轻混系统是名副其实的轻混技术。

相比其他类型混动技术,48V轻混系统虽然对于节油的帮助非常有限,但其优势在于电池、电机占用空间较小,但也仅限如此。

当然也有诸如凯迪拉克这样的创新选手,将48V轻混系统改进成了90V系统。与48V系统最大的区别在于90V电池组与更大功率的电机系统允许车辆在一定条件下以纯电模式多行驶一段距离,但更大体积的电池组、更大功率的轮边电机,90V轻混系统的不伦不类也将我们的问题升级到另一个阶段:重混。

电池问题的解决:丰田的混动之道

插电混动也好纯电也罢,本质上他们都是受技术瓶颈所掣肘而来的发展,这并无大错。

但最原则的问题是这类车型有没有解决安全隐患问题才是重中之重。

目前市面上的混动车型及新能源车型电池主要以镍钴锰酸锂钾电池为主,也就是我们常说的三元锂(锂离子)电池;也有诸如丰田这样的厂家依旧在部分市场坚持使用镍氢电池。虽然在目前技术瓶颈下使用锂电池是最佳之举,但这也无法规避锂电池特性不稳定的事实。

三元锂电池的最大优势在于体积轻、性价比高,且充电时没有电流损耗问题,所以可以大量布局且无需铺太多电缆。而弊端则是对使用环境要求过高,太热太冷会直接影响电池寿命与性能。

三元锂电池无法过充、过放、且无法形成完整的充放电周期,最致命的是这种电池不耐冲击,一旦出现过充过放或受外力冲击时,电池就会出现外短路、内短路、鼓包甚至泄漏;短路引起的高温并不是什么大问题,但不耐冲击却一直没有解决;一旦泄漏起火,那么如何扑救是个大难题。

锂离子电池鼓包或受冲击后因其自身性质会产生氧气与氢气,这是绝佳的神补刀,普通的水源灭火方法或是靠干粉灭火器阻隔空气的方法对它是不起作用的。因为它能够从自身泄露气体中获得助燃条件,所以我们在看到锂电池起火时,从内向外喷出的火柱非常吓人,短时间内扑灭非常困难。

丰田在电池选择方面很多变;在北美市场它全部采用锂电池组,东南亚市场则是锂电池与镍氢电池可选,而在中国市场则仅提供镍氢电池配置。看上去丰田像是在国内市场上阉割配置偷奸耍滑,是不是降低成本我们姑且不谈,但从技术角度上讲,镍氢电池相比锂电池是互有优劣的。

如今的镍氢电池完全可以做到随意充放;相比锂电池,镍氢电池的最大优势也是唯一优势就是稳定。

镍氢电池的最大弊端在于如何解决满电后的过充问题,满电后过大的充电电流对于镍氢电池本身是毁灭性的,但丰田在更换了更大功率的电机后依旧匹配了镍氢电池,这证明过充问题已经被解决。其次,镍氢电池存在电流损耗问题,所以在充电时必须一根电线充一块电池以解决电流由近到远的损耗问题。

因此从原则上讲,镍氢电池是不利于大面积布局的,毕竟满底盘铺电缆绝不是丰田这种精打会算的厂商愿意做的。此外,相同电容、相同能量密度下,镍氢电池的体积比锂电池更大也是不能忽视的问题之一。

当我们认识到电池系统的利弊后回头再看插电混动车型与纯电车型的电池布局时,你会发现插电混动车型的电池组就在后备箱下面,任何一次严重的追尾都可能造成电池组因冲击而产生泄漏问题;而电动车的底盘上则横七竖八的铺满了电池组,无论哪侧的冲击都可能引发大问题。

而基于真正混动平台打造而来的传统油电混动车型呢?

很明显它的工程师们非常清楚电池的不稳定性,所以他们将电池体积缩小,只保留刚需的电容尺寸,并置于全车最安全的油箱位附近,这才是极其缜密的思考。

或许有人会说,今天的电池管理系统已经很成熟了,电池的控温以及应急断电控制可以解决足够多的问题,更会将危险扼杀在摇篮中;的确今天的电池管理技术已经很成熟了,但显然还不够做到安全的“成熟”。

我们今天仅仅能做到不制造危险,但还远远做不到规避危险;当锂电池泄漏时,我们的电控技术可以做到不产生明火引燃,但却无法改变锂电池的化学特性。换句话说,汽车的安全性除了主动避让危险外,还要具有被动承受危险的冗余度。

文章关键词:

全电 内燃机 重混

责任编辑:沈林骏青
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