不論是BEV還是FCEV,亦或是HEV、PHEV、REEV、MHEV……怎麼將電集成在汽車之上,毫無疑問已經是眼下汽車工業最重要的課題了,沒錯,最重要,沒有之一。
不論從任何角度來講,單看趨勢,BEV絕對是汽車工業在動力系統上的終極趨勢,只不過現階段的電池還停留在技術突破的階段,裡程焦慮和充電焦慮依然是當前難以逾越的兩座大山;FCEV也不可否認是一個趨近於理想的解決方案,零排放零汙染的成效用完美來形容一點都不為過,但相應的配套設施建設在很長時間內都沒法跟上,也讓FCEV的方案更多情況下只能停留在方案和報告中。
除卻BEV和FCEV,HEV被早已被證明為現階段汽車新能源動力方案的最優解,但由於沒有政策的傾斜和當前掌握HEV技術的主機廠設置了極高的專利壁壘,讓車企們還是更多地向PHEV、REEV以及MHEV上靠攏。
如今歐洲廠商瘋狂布局MHEV,自主車企則在PHEV領域也早早開始大舉進擊,但不論是MHEV還是PHEV,對內燃機本身的技術實力依然有著相對較高的訴求,尤其是MHEV,內燃機依舊是系統核心。即便是PHEV,內燃機參與直驅的狀態也佔到了很大比例的工況,加之其系統和結構的複雜性,讓REEV成為很多車企「觸電」的首選。
寶馬i3 REEV混動構型優勢及不足
寶馬首款混動車型便是i3,其混動結構便是REEV,在車輛的後橋上,有一臺排量0.647L的雙缸引擎作為「充電寶」,它並不會參與驅動,驅動皆由那22kWh電池所提供能量的電機執行。電量充沛的狀態下,電池為電機提供所需的所有電能;在饋電狀態下,增程器便作為「充電寶」將部分的消耗燃油產生的電池轉化為電機所需要的能量,多餘的電量則進入電池為其充電。
電機與電池的加入,使得發動機的控制變得非常靈活。從理論上來講,只要發動機提高的效率大於機械能與電能轉化的效率損失就能夠達到節油的效果。
結合萬有特性圖看,REEV的高效特質一目了然,圖中α點就是這臺發動機的最高燃效點,REEV理論上可以讓發動機一直工作在α點,當需要β點的扭矩時,電機可以補足相應的扭矩;而當扭矩的需求在γ點的時候,發動機輸出的多餘扭矩就可以轉化為電能。
而在實際場景的應用中,REEV往往採用的是功率分流構型(增程器轉速固定運作)或是定點工作構型(萬有特性上增程器高效點固定運作),當然,這兩種方式都能讓車輛的整體效率達到一個較高的水準。
但是,車輛的實際運行情況存在很多不確定性因素,比如當電池電量較低的時候,增程器的介入時機以及增程器介入後的車輛整體工作狀態就會發生改變。還是以寶馬的i3為例子,在非增程模式下,車輛電池的SOC點大概在20%左右,也就是說,不論如何,當電量低於20%的時候,增程器一定會介入,以保證車輛最終不至於因為電池沒電而拋錨。
但通過萬有特性圖可以看到,增程器本身輸出的能量是有高效區間以及是有功率上限的,就像車輛對扭矩的訴求在β點甚至是超過β點的時候,車輛為了補足相應的扭矩,就不得不需要消耗更多的電量來達到高扭矩輸出的訴求,對於REEV車輛而言,饋電狀態下若是需要爬坡等大功率需求的操作,其實是存在駕駛過程中的突發性動力衰減風險的,這也是REEV架構的工程師們至今都不得不面對的一個重要課題。
如何解決這個問題?
一塊足夠大的電池+充電寶?
至少理想ONE給出的方案是這樣的。
40.5kWh的電池真的是蠻大了,這麼大塊的電池甚至超越了小部分的純電車型,當然,理想ONE可不是一臺純電車型。號稱誓要徹底解決純電焦慮的理想品牌,自然要給一個足夠理想的解決思路——如何消除裡程焦慮?用油呀!沒錯,用油用電的思路讓呈現在我們眼前的理想ONE號稱有著綜合800+km(純電180km,增程620km)的超強水準,如若低速巡航,甚至能超1000km行駛裡程。
理想的思路正如其名,十分理想,但實際情況,絕非理想可言。
首先就是REEV架構的搭建,是否讓發動機在一定工況下參與直驅這個話題,想必理想的動力總成工程師們一定爭執過很久,但是當採購部門把一臺來自於東安的1.2T三缸引擎擺在工程師們面前的時候,大家心中一定是五味雜陳的。毫無疑問,轉速範圍1250-4000rpm,峰值發電量為62kW的充電寶,相比理想前後雙電機一共240kW的電機最大功率,怎麼看都是那麼的捉襟見肘。
面對這樣的功率表現,顯然,理想ONE若是要想做發動機直驅,是不可能憑藉這臺1.2T引擎的,因為很多經驗豐富的主機廠在做REEV直驅的時候,往往會以發動機功率大於電機峰值功率的一半作為標準。
因為,在REEV架構中的,如果發動機要承擔直驅的功能的話,發動機本身的功率過低,會導致其在運作的時候,由於實際情況的複雜性,導致其工況的波動就會十分頻繁且非常巨大,發動機一直最終在寬工況的範圍內運行,反而不利於能效的提升,當然,因為發動機本身的功率不足,實質上,就算理想ONE做REEV架構下的直驅,發動機功率有限,車輛行進過程中的能量幾乎主要還是來自於電池,基於這般情況還強行做直驅的話,就顯得意義不大了。
在REEV屆,做直驅能做到登峰造極水準的,那一定有Velite 5一席,當然,其Voltec技術兩套離合器和兩組行星齒輪的結構也為REEV架構提供了十足技術支持,當然,其發動機部分的實力也是不容忽視的,這一臺1.5升的自然吸氣引擎有著很強的技術積澱,不管是中置直噴還是可變氣門正時再或是EGR等,這臺發動機甚至可以直接作為一臺燃油車的核心動力單元而存在。當然,相匹配REEV架構下的直驅傳動機構也意味著研發等的成本技術投入,這也是理想ONE放棄直驅的重要因素之一。
基於發動機先天性的問題,理想ONE只能在電控邏輯上下功夫。發動機不行,但是我性能必須強悍,那怎麼辦?沒事,用大功率電機就能搞定,一臺電機不夠,我兩臺電機!百公裡加速6.5秒的大6座/7座奶爸車夠不夠快?在徵得了產品經理的點頭同意之後,工程師們就開始著手解決下一個問題——讓理想ONE徹底告別「焦慮」。
沒有裡程焦慮的理想,增程器很焦慮
當代都市青年的一大特質便是焦慮,焦慮時代的進步把自己淘汰,焦慮生活的壓迫讓人失去自我,甚至在電動大潮的背景下,還要焦慮車子的電還能跑多遠,附近有沒有充電樁,能不能充上電……
油電混合的思路絕對可以算的上是一個現階段消除甚至降低裡程焦慮的最優解之一。當然,理想ONE也是這麼做的,但是,缺失了直驅功能的大6座/大7座SUV理想ONE,驅動的重擔全壓在電機之上,電耗水準不可能不高,即便用理想的官方數字來計算,其電耗水準也達到了22.5kWh/100km,不過考慮到實際使用中的複雜工況,其實際電耗一定還會更高,官方號稱的純電180km,肯定是要大打折扣的。
沒有直驅,高電耗,再加上企圖達到的「高性能」,導致理想ONE最終不得不背負上一塊40.5kWh的大電池,這便是這塊大電池的設計由來。儘可能的用電,儘可能的保證其電池維持在高電量,儘可能地掩蓋一臺峰值發電功率只有62kW且不能直驅的增程器帶來的尷尬。
掩蓋的方式也是簡單粗暴,理想ONE為其電池電量設置了一個SOC閾值,標準模式下,電量達到30%,就會觸發增程器。理論上的設置是增程器的發電不會直接進入電池,而是直接驅動電機,但實際上,因為增程器功率過小,輸出電力中很大一部分還是需要電池負擔,但為了維持電池的SOC,增程器輸出的電依然在大量的被用來為電池充電。在無可預知的高功率訴求工況下,電池還需要維持SOC,增程器就需要被迫全負荷輸出充電,而即便是增程器全負荷,依舊可能存在功率不足的危險工況,所以真正的實際駕駛中,如果真的等到30%電量再去啟動增程器的話,理想ONE在未知工況下一定會有潛在危險的存在,沒錯,是一定。
參考奧卡姆剃刀(Occam’s Razor)原理——如無必要,勿增實體。理想ONE的結構其實不算複雜,但是電控邏輯其實在這套並不完美的硬體基礎上是很複雜的。但是,系統越複雜,就越容易出問題,需要的Know-How越多,驗證的周期代價也越高。汽車工業本身就是一個極高門檻的行業,研發這事,在沒有諸多參考或者被重重專利壁壘封路的情況下其實就是探索,工程師都是摸索著來,理論解釋不了很多東西,那就只能就靠經驗,經驗也不敢打包票的,那麼就多做實驗驗證。
為什麼一臺車從立項到SOP往往5年之久,因為工程師們就是在不斷地探索、理論結合實踐,還需要無數的驗證最後才有了我們看到的車。當然,5年這個數字還是大眾豐田等大廠的數值,對於小廠而言,這個數字只應該多不應該少。隨著OTA的興起,新勢力都敢於成立3年就量產銷售車型了,OTA確實能解決一部分問題,但也一定不是萬能的。拿著半成品銷售,企圖通過小白鼠用戶來為企業跑測試數據,並最終通過OTA升級來完善車輛的行為,現在比比皆是,理想ONE自然也是其中之一。
回到電池SOC設置的問題,對於理想ONE真正的用戶而言,建議在70%電量就可以打開增程器了,或者說這不是建議,而是必須。車輛極端工況的危險性無需多言,相信每一個購買理想ONE的精英,都對車輛安全性有著足夠的重視。基於此,即便背負了這麼大一塊電池,卻依然要在70%電量變開啟增程,增程器本身實際上已經接近於全工況,但是在REEV架構下採用全工況增程器,要麼電池並不大,要麼增程器參與直驅,這其實都是百年大廠早就給出的參考答案了。
REEV架構的參考答案其實早就有了
寶馬i3的方案上文已經提到過了,REEV架構下直驅的標杆,參考本田i-MMD即可。本田i-MMD的思路十分易於理解,這是一套雙電機非直連式的REEV混動結構。理論上,由發動機產生的機械能驅動MG1進行發電,再由MG1產生的電動帶動MG2的運轉,MG2與驅動橋相連,最終傳遞至驅動輪。在i-MMD的思路下,只是針對控制系統的要求很高,但是由此減少了發動機與兩臺電機之間的無效負載,更利於能量的有效利用。並且在實際體驗上和市場的驗證上,i-MMD不負眾望。
當然,i-MMD的成功依然離不開發動機本身的實力,2.0L自吸發動機有可以採用阿特金森循環,也能駕馭奧託循環,熱效率高達40.6%且高效區間寬泛,作為燃油車的引擎也不存在任何問題。說了一圈,理想ONE問題的源頭已經很明顯了,那就是這臺增程器本身以及新團隊技術、經驗以及磨合的不足。
要是理想沒出問題,那才是大新聞
最後再來說說近期理想ONE的一些「大」新聞。
剎車失靈、天窗漏水,這些顯然是測試驗證不足導致的問題,而且單靠OTA無法解決。至於機艙自燃起火,不論是低速熱管理的問題還是高壓線束布置的問題,同樣反映了理想ONE的研發團隊存在的理論、經驗等不足。
就像在冬季,考慮到為電池預加熱提升電池性能和PTC加熱的高能耗性,理想ONE給出的方案竟然是:無視當前電量,用增程器預熱電池以及用增程器的廢熱加熱……一方面滿電啟動增程器必然意味著燃油的浪費,另一方面1.2T的產熱能力有限,在這個加熱的階段,油耗顯然是慘不忍睹的。
雖然從官方的辭藻中,我們能看出理想ONE堪稱新能源車領域的巔峰傑作,但是介於各方麵條件的制約和本身技術實力的不足,理想ONE更像是各部分單看十分理想,整合後卻遠遠稱不上理想的廢柴大雜燴。
真正理想狀態的增程應該怎麼做?大電池配超小充電寶,亦或是小電池配能夠直驅的發動機。像理想ONE這般,中號電池配中號充電寶,怎麼看都是不理想的方案。
理想,夢碎。