[藍海黑石 · 深度] | 深度剖析通用新混動系統 看他是如何超越豐田的

新書搶先購｜《電動汽車動力電池系統設計與製造技術》火熱預購中

頂級峰會｜大咖雲集，盡在2017國際電動汽車動力電池產業發展與技術創新峰會

從2015年開始，品牌和合資品牌車企開始加快發布或推出混合動力車型的步伐。在市場，目前佔市場份額最大的是豐田旗下的多款採用THS（Toyota Hybrid System，下稱「THS系統」）混合動力系統的車型，包括凱美瑞雙擎、雷凌雙擎、卡羅拉雙擎以及雷克薩斯CT200h、ES300h等車型。但隨著通用旗下的別克新君越混動版、雪佛蘭邁銳寶XL混動版以及凱迪拉克CT6插電混動版車型在年底前陸續上市，豐田混動車軍團將迎來通用全新混動車型強而有力的挑戰。究竟通用的混合動力系統與豐田混合動力系統有何不同？通用又是如何在混動技術上超越豐田的呢？下面的技術解析將為你揭示個中秘密。

上表中，凱迪拉克CT6插電混動版、寶馬530Le、沃爾沃S60L T6混動版為插電式混合動力車型，其餘的為混合動力車型。插電式混合動力車型相比混合動力車型，採用了容量更大的電池組，能夠通過車身上的介面對電池組充電，擁有更長的純電動續航里程和更低的綜合油耗。

通過數據的對比我們可以看到，搭載通用最新混合動力系統的別克新君越混動版、雪佛蘭邁銳寶XL混動版相比豐田同級別的凱美瑞雙擎，在系統動力輸出參數上有所不及，但綜合油耗上有一定的優勢。

而凱迪拉克CT6插電混動版不論是在發動機輸出功率還是混合動力系統綜合功率數據上都秒殺列表中的所有車型，足見其搭載的這套全新插電式混合動力系統的強悍。

截止至2014年9月末，豐田混合動力車型在全球的累計銷量已經超過700萬輛。這些車上搭載的都是豐田THS系統。銷量也證明了豐田THS系統的可靠性、燃油經濟性以及動力性能是經得起考驗的。

那麼這套沿用了將近20年的豐田THS系統（1997年12月豐田普銳斯正式推出）就真的那麼神嗎？答案顯然是否定的。只採用一組行星齒輪進行動力分配的豐田THS系統的傳動比範圍受到了限制，使得車輛只能在日常使用比例較高的車速範圍內實現燃油經濟性的最優化，而在一些不常見的車速範圍（如超過120km/h的高車速範圍）做了妥協。

■ 別克新君越混動版/雪佛蘭邁銳寶XL混動版系統解析

通用全新的混合動力系統採用了兩（別克新君越混動版和雪佛蘭邁銳寶XL混動版）/三（凱迪拉克CT6插電混動版）組行星齒輪進行發動機和雙電機的動力分配，從而可以實現更大的傳動比範圍和更多的工作模式來應對不同的工況，最終實現動力性能和燃油經濟性的提升。

雪佛蘭邁銳寶XL混動版和別克新君越混動版配置了兩個電機、兩組行星齒輪和三個離合器（其中一個為單向離合器，無需電控），除了具備兩種純電動模式（單電機EV和雙電機EV）外，還具備了低速混動模式（大傳動比）、中速混動模式（固定傳動比）以及高速混動模式（小傳動比）三種模式。從機械上來看，通用這套混合動力系統相當於一個三擋AT自動變速箱，根據不同的車速和負載實現了不同傳動比的三個擋位。此外，通過切換兩個電機的「角色」（發電/輸出動力）來配合上述相應模式工作。

上圖中的單向離合器是為了避免發動機和行星齒輪組反轉而設置的。上面提到了同步電機，和同步電機相對的是非同步電機。這兩種電機最大的區別是轉子速度是否與定子旋轉的磁場速度一致，一致的就是同步電機，不一致的就是非同步電機。一般而言，同步電機在約4000-10000rpm轉速區間有較好的動力輸出特性，為車輛起步加速提供有力的支持；非同步電機在約12000-20000rpm轉速區間有較好的動力輸出特性，可為車輛高速巡航提供輔助。別克新君越/雪佛蘭邁銳寶XL混合動力系統上所採用的是兩個同步電機。下面我們將介紹的凱迪拉克CT6插電式混合動力系統上的兩個電機一個為同步電機，另一個為非同步電機。

■ 凱迪拉克CT6插電混動版系統解析

凱迪拉克CT6插電混動版配置了兩個電機、三組行星齒輪和五個離合器，實現了四個純電動模式、三個固定傳動比模式以及四個可變傳動比模式。更多的工作模式能夠提升車輛在各種工況下的運行效率，從而進一步滿足高端消費者對動力性能與燃油經濟性的較高需求，也是凱迪拉克CT6插電混動版強調「Fun to Drive」駕駛樂趣的體現。

從上面的介紹我們也可以看到，通過增加行星齒輪組的數量來實現更多不同傳動比的擋位，配合雙電機的輔助實現了比豐田THS系統更精細的動力分配以實現動力性能和燃油經濟性的全面提升。這就是通用全新的混合動力系統在與豐田對比中的顯著優勢。更大的傳動比範圍也使得通用的混合動力系統能夠在更高的車速下實現純電動行駛來進一步提升燃油經濟性。雖然通用和豐田一樣，利用行星齒輪機構實施動力分配，但通用混合動力系統更複雜的結構和完全不同動力分配方式使其擺脫了模仿的嫌疑，完全避免了法律上的專利糾紛。

別克新君越混動版、雪佛蘭邁銳寶XL混動版以及凱迪拉克CT6插電混動版均採用了鋰離子電池組，電芯由韓國LG公司提供。別克新君越混動版、雪佛蘭邁銳寶XL混動版的鋰電池組容量為1.5kWh，由80個電芯組成；凱迪拉克CT6插電混動版的鋰電池容量為18.4kWh，由192個電芯組成，純電動續航里程約為80km。

數量龐大的電芯對於電池管理系統、製造工藝（主要是電芯的焊接）、冷卻、防護等方面都提出了非常高的要求。此外，如何保持數量如此龐大的電芯在車輛使用周期中的一致性（電壓、內阻、容量等）也是一個具有挑戰性的課題。

混合動力版車型的電池組除了用於存儲發動機驅動發電機產生的電能以及制動能量回收的電能外，更重要的是在急加速時為電動機提供瞬間較大的驅動電流，與發動機共同為車輛提供儘可能大的加速性能。所以混合動力車型採用的電池單體需要具備較大的電流輸出能力，能量密度處於次要地位。

對於插電式混合動力車型的電池組來說，它的作用除了存儲發動機驅動發電機產生的電能以及制動能量回收的電能外，更重要的是用來存儲來自充電介面的電能以及提供儘可能長的續航里程。所以插電式混合動力車型採用的電池單體需要儘可能大的容量和較高的能量密度，電流輸出能力處於次要地位。

對於一般的混合動力車型，由於鋰電池組容量較小、電芯數量較小、電芯能量密度相對較低、發熱量較低，通用採用了主動式風冷對電池組進行冷卻。

通用GRE混合動力系統最新一代的電機被用在旗下全新混合動力/插電式混合動力車型之上。新一代的電機的定子和轉子都經過了優化，減少稀土磁性材料的使用以及降低電機運轉時的噪音。

在不降低使用性能的同時降低稀土使用量是目前工業發展的一個重要方向。凱迪拉克CT6插電混動版上的永磁同步電機，其轉子的稀土使用量相比上一代電機降低了40%，稀土材料主要用於對高溫退磁敏感的邊界部分。而非同步電機不需要採用稀土磁性材料也能較好地工作。

此外，採用條形繞線的電機噪音（電機轉動時那種「滋滋」的聲音）更小。這是因為大電流流經定子條形繞線時造成繞線的高頻振動更小，從而降低了噪音。

如果大家注意觀察混合動力車型的發動機艙內部，會發現目前主流混合動力車型（橫置發動機前驅車型）的發動機艙右側會有一個長方形的盒子，這個盒子是電機控制器，它可以把電池組的高壓直流電轉換成驅動電機三相交流電。

相對於發動機艙，車身底部中央通道的空間更為狹窄。對於內部集成雙電機、三組行星齒輪、五個離合器的動力分配單元來說，再集成電機控制器是不現實的。而相比凱迪拉克CT6普通版的8AT變速箱，凱迪拉克CT6插電混動版的動力分配單元在長度上是相似的，只在徑向尺寸上更大一些（簡單地說就是更粗），但對於車內空間並沒有太大的影響。

全文總結：

通用最新的混合動力系統以及插電式混合動力系統採用了多於一組的行星齒輪進行電機和發動機之間的動力分配。相比國內現款在售的豐田混合動力車型只採用一組行星齒輪進行動力分配，通用的系統擁有更大的變速範圍、更多的驅動模式，能夠根據實際工況選擇最優的驅動模式以在最大動力輸出和最佳的燃油經濟性之間取得更好的平衡。

此外，通用最新的混合動力系統的集成化程度更高。新君越混動版和邁銳寶XL混動版已經把電機、電機控制器、離合器控制電磁閥等部件集成為一體，體積上更為小巧。而凱迪拉克CT6插電式混動版在集成5個離合器、3組行星齒輪、2個電機的情況下，在長度上保持與普通8AT自動變速箱相當，僅在徑向尺寸上有所增加。

通用最新的混合動力系統採用特製的鋰離子電池以及特別的電池溫控系統。在保證電池組容量的前提下，減少電芯的數量，減少焊接節點數，提升電池組工作的穩定性。

綜上所述，通用全新混合動力系統在結構和性能表現上都要比目前國內在售的豐田混合動力系統更優秀。更多別克新君越混動版、雪佛蘭邁銳寶XL混動版以及凱迪拉克CT6插電混動版的實際駕駛感受，請繼續關注我們即將上線的評測試駕文章。（來源：汽車之家）

- 熱門文章閱讀 -

• [揭秘] | 華為推出的新電池並不是「石墨烯基鋰電池」，更不是「石墨烯電池」？（附視頻）

• [重磅] | 世界佔地面積最大的特斯拉超級電池工廠揭幕，現場大量細節首次曝光

• [乾貨] | 鋰電池公司如何構建一流的質量體系

• [解析] | 活捉「汽車48V系統」

• [微課] | 回顧：鋰硫電池——一個可能挖出鑽石的坑.PPT

• [觀點] | 光說幾分鐘充滿，其它性能都不說的快充技術，都是耍流氓

另外，新能源汽車全產業鏈通訊錄歡迎您的加入，微信掃以下二維碼，填入公司、職位、電話、郵箱等信息即可加入。