马达

丰田集团在打下Hybrid市场的稳固基础

发布时间:2023/11/12 15:57:53   

HEV(HybridElectricVehicle)-Hybrid油电混合车与EV(ElectricVehicle)电动车属于现行GreenCar发展的两大潮流。

如果您深入研究就会发现,依照设计理念与结构上的差异,其实HEV与EV各自还能细分出不同的种类。

油电混合车与电动车属于现行GreenCar发展的两大潮流,丰田集团在打下Hybrid市场的稳固基础后,也开始加强电动车款的研发。

HEV-Hybrid油电混合车的基本架构就是引擎+电动马达两种动力系统,再加上控制模块、电池组等。而单就动力系统的搭配方式,还可分成(1)串联式、(2)并联式、(3)串并联式三种型式。

Hybrid油电动力系统分类方式一:串联式

串联式Hybrid(Serieshybrid)–主要以电动马达驱动车辆,引擎仅作为发电、充电用。

串联式Hybrid设计,主要是以电动马达驱动车辆,而引擎的工率通常比马达还小,因此仅用于带动发电机发电,一边供应马达运转所需电力,一边为电池组充电。这样的设计,其实较接近EV电动车的基础,只是比EV电动车多了随车的发电机组(引擎)。

串联式Hybrid车款,由于仅以马达驱动,因此其马达规格功率较高、较大型。此设计的好处是,控制驱动力的方式比较简单,如同电动车一般只要控制电流大小即可,也不需要如传统引擎车款需配备变速箱。另一个优点则是引擎仅负责稳定运转发电,因此较容易控制其排污程度,而引擎配置位置也较弹性。

串联式Hybrid以电动马达驱动车辆,引擎仅负责带动发电机发电,供应电动马达所需电力,并为电池组充电。

至于串联式Hybrid设计的缺点,则是引擎仅用于发电、充电,能运利用效率较低,对车辆性能没有任何帮助。串联式Hybrid设计目前多用于大型车辆,如Hybrid公交车。

Hybrid油电动力系统分类方式一:并联式

并联式Hybrid(Parallelhybrid)–引擎与电动马达直接连接,引擎为主驱动力,马达为辅。

并联式Hybrid设计特点在于引擎与马达直接链接,动力输出在同一个轴。例如本田Insight与奔驰SHybrid车型皆采此设计。

这样的设计中,引擎为主要驱动车辆的动力系统,电动马达则属于辅助性质。例如奔驰SHybrid车型在引擎与变速箱中间,增加一具碟型马达(薄型马达),在需要时,控制系统才会启动马达提供额外动力,或是利用此马达进行刹车动能回收电力,为电池组充电。

由于马达仅属辅助地位,因此多为小功率、小型化马达,马达兼具发电机。

并联式Hybrid设计是以传统引擎的动力系统为主,优点是仅在引擎与变速箱中间加上碟型马达,机械结构更动不大,也较容易实现。电动马达的加入,可提升一些舒适性(例如宁静度),但是缺点则是,马达并未能提供更多的动力辅助,对提升性能的帮助有限,属于MildHybrid轻度Hybrid的设计。文后会再深入介绍Hybrid的程度之分,并联式Hybrid以传统引擎作为带动车辆的主要动力来源,电动马达则属于辅助性质,这种Hybrid型式仅属于轻度Hybrid,对于车辆性能的提升并无多大帮助。

并联式Hybrid设计是以传统引擎的动力系统为主,优点是仅在引擎与变速箱中间加上碟型马达,机械结构更动不大,也较容易实现。电动马达的加入,可提升一些舒适性(例如宁静度),但是缺点则是,马达并未能提供更多的动力辅助,对提升性能的帮助有限,属于MildHybrid轻度Hybrid的设计。文后会再深入介绍Hybrid的程度之分。

并联式Hybrid设计是以传统引擎的动力系统为主,优点是仅在引擎与变速箱中间加上碟型马达,机械结构更动不大,也较容易实现。电动马达的加入,可提升一些舒适性(例如宁静度),但是缺点则是,马达并未能提供更多的动力辅助,对提升性能的帮助有限,属于MildHybrid轻度Hybrid的设计。文后会再深入介绍Hybrid的程度之分。使用并联式Hybrid设计的Hybrid车款包括本田Insight、奔驰Sh。

Hybrid油电动力系统分类方式一:串并联

串并联式Hybrid(SeriesParallelhybrid)–丰田集团旗下Hybrid车款皆采此一设计。

由于丰田集团Hybrid车型皆为串并联式Hybrid设计,加上它们的Hybrid车型最多、全球销量最大,因此我们如将串并联式Hybrid设计视为市场主流,一点也不为过。

以全球销售量最大的Hybrid车款─丰田普锐斯为例,它所采用的那套THS(丰田HybridSystem)系统,利用行星齿轮机构,连接引擎、一号马达兼发电机(MG1)、二号马达兼发电机(MG2)三个动力系统,并依据精密的PCU控制系统来协调这三个动力来源,更有效率地驱动车辆。

串并联式Hybrid设计为丰田集团Hybrid车款广泛使用,可说是市场最主流、影响力也最大的Hybrid技术。此Hybrid设计较为复杂,但能在节能与性能提升上有明显的帮助。

由于组成此Hybrid系统的动力源多达三个,而且马达还要视情况在驱动车辆的马达或是为电池组充电的发电机这二个角色中频繁切换,因此可想而知,最大的挑战在于其PCU控制系统能否胜任,否则将是个灾难。

在普锐斯车型上,三个动力源都不是只有单一功能。

●引擎:驱动车辆,同时也带动MG1。

●一号马达兼发电机(MG1):引擎启动马达、为电池组充电、提供额外驱动力。

●二号马达兼发电机(MG2):提供纯电动行驶模式驱动力、加速辅助动力、作为剎车动能回收的发电机,可让能量再生。

HS(丰田HybridSystem)运转模式1.起步或低负载行驶时;2.一般行驶状态;3.全油门加速;4.减速或刹车;

串并联式Hybrid设计同时具备串联式和并联式两者的优点,可兼顾节能表现与性能表现。但是由于系统较为复杂,因此技术门槛也高。

这三张图片除了清楚标示THS系统串并联Hybrid型式,以一具引擎搭配两具马达的配置之外,还能看出引擎与前后马达的动力输出状态,视行车状况而随时改变,非常复杂又精妙。

虽然丰田集团旗下Hybrid车型都采用串并联式Hybrid系统,但是工程师要将Hybrid技术运用在不同车款时,仍会依车款特性进行个别开发,以求达到最佳效果,因此结构与复杂度仍有差异。



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