随着排放法规的不断升级以及能源未来状况的担忧,越来越多的新能源类型的汽车不断涌现,有大家熟知的纯电动汽车,也有各种混动车型,在各种混动车型中有涌现的很多的概念,48V、HEV、PHEV等,那么这么多的车型到底是什么样的呢?今天小编就来和大家从概念层面简单梳理一下。

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传统燃油车的电气架构

想要深入的理解各种新能源车辆相比于传统的燃油车的区别,首先我们需要了解现有的传统燃油车的电气架构是什么样的?这里我找了一个传统燃油车的电气原理图

在这个图中大家可以看到,整车所有的电气元件或者系统的供电都是来自于红色圈出的12V蓄电池,需要特别强调,这里的蓄电池是12V的,我们通常开的家用车基本全部都是12V的蓄电池。从工作原理上来说,在车子发动机没有启动之前,需要这个蓄电池给所有的电子元件供电,而且需要使用这个蓄电池供电给启动机,通过启动机的工作将发动机启动,一旦发动机启动之后,由发动机带动的发电机就可以不断发电,进而可以给整车以及蓄电池进行供电。

在传统的燃油车中蓄电池只有这一个。

02

48V

48V是什么

那么,48V又是一个什么概念呢?在前面的一小节中我们简单的提了一下传统燃油车的电气结构,其目的就是为了让大家更容易的理解48V的概念,下面先来一张48V的电气架构图

通过这张架构图我们可以很明显的看到区别在哪里,除了原有的12V蓄电池以外,又增加了一个48V的蓄电池,我们且不管这个48V蓄电池是用来做什么呢,最起码这就是最明显的差别,而所谓的48V的概念也就是因为这个48V的蓄电池而得名。

48V的工作原理

那么接下来我们就要看一下这个48V蓄电池起到什么作用,这里我们以Audi A8的48V系统为例进行说明,在Audi A8中这个系统被称之为MHEV

英文全称为:Mild Hybrid Electric Vehicle.

所以呢,我们一般称之为轻混或者微混。

在这一款Audi A8中,整车的架构如下

在车辆的后方有一个12V的蓄电池和一个48V的蓄电池,还有一个DC/DC转换器,这个是用来升压和降压使用的,可以使48V的蓄电池供电给12V蓄电池,也可以使12V的蓄电池供电给48V的蓄电池。在车辆的前端布置有一个BSG电机,通过这个BSG的英文全称:Belt driver starter generater,可以猜想出它是一个启动发电一体机,同时与发动机之间通过皮带进行传动。

第一个场景:制动过程

当车辆行驶的过程中遇到红灯,就需要对车辆进行制动,在传统的车辆中,制动过程是轮毂与制动卡盘的摩擦消耗掉了车辆的动能,转化成了热,那么这部分能量没有起到任何作用,都被白白的浪费掉了,在48V混动车辆上,这种工况就会进行能量的回收,把车辆的动能回收到48V的蓄电池当中,减少了能量的浪费。

如下图所示:

在制动过程中进行能量回收时,主要的是前轮能量的回收。

第二个场景:车辆起动过程

在遇到红灯的时候,车辆需要进行制动,以等待红灯;当红灯变绿时,车辆就需要从静止状态起动,对传统的燃油车来说,起动就只能靠发动机的动力输出,但是在48V混动的车辆中,起动过程依赖的是48V的蓄电池,48V蓄电池给BSG电机供电,让BSG电机传递动能给发动机。

如下图所示:

这样的起动过程既保证了起动的平顺性又减少了发动机的能量消耗,进而可以节省燃油的消耗量。

第三个场景:巡航过程

在车辆以巡航模式运行时,车辆可以进行能量的回收,将能量转化为电能存储到48V蓄电池中

48V是唯一解吗

至于为什么是48V,一般的说法是欧盟规定的安全电压为60V,超过这一电压值则需要在电路中添加额外的绝缘装置,48V系统的充电电压最高为56V,已经非常接近60V的上限,这是在安全电压范围内比较高的电压了。

那么,接下来可能衍生出另外一个问题,虽然48V是安全电压范围内比较高的值,就一定要选48V吗?36V,24V不可以吗?

大家都应该知道,在同样的电流范围内,电压越高所带来的电功率就越高,电功率越高能带来的混动效果肯定会越好,所以选择48V是无可厚非的,但是正如问题所说,48V不是唯一解,也有其它的选择方案,比如Audi A4中就使用了12V锂电池的轻混。

下面这个就是Audi A4混动车型的布置图:

我们看到在这一款车型中,车辆的后方就布置了两个12V的蓄电池,一个是和传统的车辆相同的12V蓄电池,还有一个12V的锂离子蓄电池,而后者就是和前面提到的48V蓄电池起相同作用的。

我们来看一下Audi A4这一款车型各个工作条件下的情况

能量回收过程

驱动系统会根据情况确定是进行巡航还是能量回收,而且在能量回收的过程中还可以区分是仅仅回收前轮能量还是全部的车轮能量。

发动机停机状态

发动机在停机状态时,车辆依然可以在55-160km/h的车速下最多巡航10s钟,在这个阶段车辆的很多附件的供电就来自于12V的锂电池

预见性的停机和起动

在车辆上布置有很多的传感器,通过这些传感器车辆可以判断前方是否有静止车辆,从这个动图我们可以看出,当车辆判断前方有停止的车辆时,发动机则提前关闭,从左上角的转速表盘可以清楚的看到,而当前方的车辆起动离开时,后方的车辆可以预见性的启动。

根据驾驶员意图启停

注意观察左上角和右上角的小窗,当驾驶员踩下刹车的时候,只要车速低于设定的阈值,这里应该是22km/h,车辆的发动机就会自动熄火,从左上角的转速仪表盘可以看出这一点,而当驾驶员释放刹车,踩下加速踏板时,发动机就会自动启动。

通过这些大家可以看出,在这种混动当中的起停和我们现在所使用的传统车辆中的起停还是有很大的区别的,而可以带来的节油效果理论上来说应该会更好,没有做过实际数据的对比,也没有靠谱的结论,只是从理论上看应该会更好,希望有实际经验的朋友也可以分享分享。

03

HEV

HEV是什么

HEV的英文全称为:Hybrid Electric Vehicle。看起来和前面提到的48V好像是类似的,但是这里提到的混动和前面48V最大的一个区别就是蓄电池,前面48V混动的蓄电池就是48V的蓄电池,而这里的混动所使用的蓄电池就突破了48V的限制,而使用的可以是高压蓄电池。

这里我们以丰田的混动系统为例来介绍这种混动车辆的工作原理

首先来看一下丰田混动车辆的主要部件有哪些

从这个结构图中可以清晰的看到,车辆的后边布置有一块蓄电池,而这个电池明显的是远大于48V蓄电池的,这就是我们说的明显差异,这里的电池容量更大,电压更高,能够提供的电能自然也更高,这也是为什么在车辆的前方,发动机的侧面还有一个“motor”存在,因为有足够的电能可以驱动电机了,在发动机和电机中还有一个动力分离装置,而这个装置就是为了对车辆的动力进行切换的,根据车辆的行驶工况去确定是需要电机驱动还是发动机驱动,那么接下来我们就具体的看一下车辆的工作过程。

HEV的工作原理


车辆处于停车状态时

发动机和电机都处于停止状态,最低限度的能量消耗

车辆需要起动时

车辆起动时,电机在电池的驱动下开始工作,而发动机仍然是处于停机的状态。

车辆低速行驶时

这个时候仍然是只有电机在工作,而发动机仍然处于停止工作状态。

车辆加速时

随着车辆的加速,发动机开始启动,以最佳的工作状态介入到车辆的驱动中

正常行驶时

发动机以最佳的运行状态工作,同时也会给蓄电池进行充电,让蓄电池可以存储更多的电能

车辆制动减速时

发动机停止工作,同时蓄电池对能量进行回收,以便后续的使用

以上就是一般的混动车型的大体的工作原理,那么接下来我们看一下HEV车型的电池规格一般是什么样的

HEV电池规格

现在市场是HEV的车型还是蛮多的,比如丰田卡罗拉双擎E+,看一下动力系统的参数配置

锂离子蓄电池,纯电续航里程可以达到55km

再比如比亚迪的秦PRO

也是采用三元锂电池,电能9kwh,纯电续航里程53km

名爵6混动款

采用的是磷酸铁锂电池,电池电能11.1kwh,纯电续航里程可以达到70km

从这几款车型来看,电池的容量一般不大,续航里程也很有限,更多的是起到辅助作用。

04

PHEV

PHEV是什么

从名字上我们就可以看出来,PHEV和HEV很相似,没错,我们先来看一下PHEV的英文全称是啥,Plug-in hybrid electric vehicle,很明显,多了一个Plug-in,而它所代表的含义是什么呢?在前面介绍HEV的时候我们提到,HEV相比于48V一个很大的差异是较大的蓄电池,在HEV车型中,蓄电池的电能是来自于发动机,而不是外部,那么在PHEV车型中,同样有这么一个蓄电池,而区别在于,这个蓄电池的电可以来自于外部,也就是通过充电设备对蓄电池进行充电,这就是为什么称之为PHEV。

PHEV的工作原理

PHEV和HEV在整车结构上很类似,工作模式上也有很多相似之处,但也有一些明显的差异,这里我们重点说明一下PHEV相比与HEV的重点差异,还是以丰田的系统为例

充电过程

通过充电桩给PHEV车型的蓄电池进行充电,这是PHEV有别HEV的非常重要的一点。

加速过程

在加速过程中,可以不启动发动机,而是使用电机的驱动来完成,这一点也是有别于HEV车型的

高速运行时

在PHEV车型中,高速运行时依然可以只使用电机进行驱动,而不使用发动机驱动

当出现高速高负载的工况时,可以使发动机开始介入工作

除了这里特殊提到的几点之外,其他的工作过程就和HEV基本一样了,在停车的时候,发动机和电机都是停止工作的,在起动过程中和低速行驶的时候都是只有电机进行驱动的,在制动减速的过程中,会对能量进行回收,将能量存储到蓄电池,以便后续使用。

PHEV电池规格

从工作原理上来说,PHEV的车型电池需要工作的工况仿佛要多一些,那么它的电池规格是不是应该会更大一些呢?我们来找几个PHEV的车型简单看一下,这里不一定有足够的统计数量去得出什么定量的结论,只是为了有一个感性的认识。

皓影

配备锂离子电池,16.3kwh,纯电续航里程可以达到85km

领克05

三元锂电池,17.7kwh,纯电续航里程81km

比亚迪汉

配备磷酸铁锂电池,18.3kwh的电池,续航里程可以达到100km以上。

从这几个随机挑选的车型数据来看,PHEV的电池容量确实普遍高于HEV车型。

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结束语

本文主要从基本的概念和工作原理的角度给大家简单的梳理了一下48V、HEV、PHEV车型的差异和相同之处,各种车型的不断出现目的都是为了降低燃油消耗,降低排放,节约能源,而各个主机厂所选择的路线也会有差异,现在就是一个百花齐放的时候,到底哪一个是最好的解决方案,相信现在没有谁能给的了确切的答案,还有很多其它的新能源车型并没有涉及,比如纯电动(EV)这个概念大家应该都比较熟,还有增程式,还有氢能源等等,在以后的文章中再逐渐的完善吧。

END


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李大人在路上

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