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保时捷911同时电池放电倍率满足电机最大功率的情况下

保时捷911同时电池放电倍率满足电机最大功率的情况下

摘要来自:《它就是混动性能车的标准答案?》

【易车摘要频道】下列精选内容摘自于《它就是混动性能车的标准答案?》的片段:

众所周知,P1+P3结构的混动本质上是属于E-CVT范畴的,除了让发动机在高速区间巡航时所用的直驱挡位外,并没有其他的物理挡位可供选择,基本都是由电机驱动。所以相较于P2混动结构来说,使用P1+P3结构的既不能换挡,同时加速声浪也很单调。当然,也有P1+P3结构匹配变速箱的,但即使是吉利的EM-P系统,也不过3个挡位,显然不太能满足大家对于换挡声浪的需求。

另外,P1+P3还有一个问题是P2形式混动所不具备的。通常来说,P1+P3混动结构中基本是大功率驱动电机配小功率发动机,整套系统以电为主、发动机为辅,这也是为何P1+P3开起来更像纯电动车的原因。P2结构刚好相反,基本是大发动机配合一台被安装在变速箱前端,起辅助作用的小电机,所以P2结构的混动开起来会更像燃油车。在高负载工况下,P1+P3结构由于发动机功率通常小于驱动电机功率,一旦电池电量不足,发动机就不能发出足够多的电量保证驱动电机全功率输出,最终就会出现“失速”等动力受限的情况。而P2结构即使电量不足以让电机全力输出,但由于电机只是辅助,更大功率的发动机也可以随时待命驱动车辆,所以P2结构面对高负载工况几乎不会出现动力受限的情况。

更关键的是,P1+P3只会在某个速度区间,同时电池放电倍率满足电机最大功率的情况下,才可以拥有发动机+P3驱动电机总和的最大功率。大部分情况下,P1+P3的最大的马力就和增程车一样,都只能爆发出P3电机最大功率。发动机此时都是充当发电机,弥补电池放电倍率不够,“喂不饱”P3驱动电机的问题。P2结构则不同,由于电机本身功率较小,所以对于电池的放电倍率不会有太高要求。再加上驱动电机被安放在变速箱前,所以在各个速度区间都可以和发动机共同出力,帮助车辆加速,带来远比P1+P3结构更高的极速。

综上所述就能够发现,作为终极跑车代名词的保时捷911必然不会选择更偏向家用、省油和电驱动的P1+P3结构。所以在8速PDK变速箱前端,保时捷安装了一台拥有41kW,150N·m的永磁同步电机来提供额外动力,并可以取代启动机,直接启动发动机。同时,这台电机还能短暂“超频”10秒钟,将功率提升至48kW。

在内燃机部分,去992.2 GTS采用了全新研发的3.6T水平对置六缸发动机,可以输出357kW、570N·m,再加上P2电机的功率,整套系统综合输出达到了398kW,也就是541马力,峰值扭矩为610N·m。不过需要注意的是,混动911的P2电机并不能单独驱动车辆行驶,车辆本身也不支持外接充电,所以新款911混动是HEV,而非大家熟悉的PHEV。

至于电池部分,保时捷选择了一套拥有400V电压,总能量为1.9kWh的液冷三元锂电池。算上外壳,整个电池包的重量仅为27kg。看到这里,数学好的同学们已经可以通过计算得出:(1.9kWh ÷ 41kW)x 60=2.78min。意味着这块小电池仅能满足电机全功率输出不到3分钟的时间,之后P2电机就会沦为摆设。

作为德国斯图加特唯二的骄傲,保时捷的工程师怎么可能没有想过如此尴尬的问题?毕竟与比它便宜的性能车相比,保时捷最大的优势就是可以长时间、持续地在赛道上刷圈,而不会出现动力和刹车系统的衰退,所以它们自然有办法让911 GTS的混动系统在赛道中持续工作。最核心的解决方案,就藏在3.6T水平对置发动机的涡轮增压器中。

虽然汽油发动机的热效率并不高,普遍也就在40%左右,但这样的缺点也缔造了内燃机的一大特色--排出的废气拥有非常高的能量。得益于此,才使发动机可以通过在排气侧“捆绑”涡轮增压器的方式,带来少说1Bar,最多2Bar左右的额外进气压力提供更多的动力。不过随着发动机转速增加,单位时间内排出的废气量增加,涡轮提供的废气也逐渐增加,直至超过额定的最大压力。面对这种情况,大部分涡轮通过打开一部分废气旁通阀,来控制涡轮转速,避免废气太多超过涡轮设计转速,造成损坏。可这样一来,一部分拥有极高动能的废气就被白白浪费掉了。

那么有没有什么办法能够利用上这些额外的废气呢?最简单粗暴的方式就是加大涡轮的尺寸,这样不仅可以更多的利用废气,还能进一步提升动力。不过更大号的涡轮会带来更明显的涡轮迟滞,日常开可能还好,但在激烈驾驶时,动力迟滞就会实打实地影响到驾驶感受,在赛道中慢一拍可太难受了。这时,聪明的工程师们又想到了一个方法,就是像动能回收一样,利用电机回收废气的能量。

在新款保时捷911 GTS的全新3.6T发动机的涡轮内部,保时捷为其安装了一台最高转速可达13万转,拥有10kW功率的电机。看到在涡轮里放电机,大家有没有感觉到很熟悉?没错,就是目前F1赛车中的MGU-H热能涡轮技术,量产车中的AMG ONE和全新AMG C63也搭载此项技术。至于没有参加F1的保时捷为何会有此技术,主要还是因为当年保时捷跑WEC时,其919 Hybrid也是搭载此项技术的。

这项技术的核心就是在涡轮面临超速时,可以让电机反拖涡轮叶片,就像电动车的动能回收一样,不仅可以避免涡轮超速,还能通过涡轮带动电机发电,产生额外的电能。这样一来,原本需要打开旁通阀浪费掉的高能量废气就被电机回收利用了,而产生的电力除了可以给1.9kWh锂电池充电外,还可以全部应用在41kW的P2电机上,辅助发动机输出。在实际使用中,以赛道中低速弯出弯为例,车辆并不需要太大的功率输出,热能涡轮就可以在此时利用废气来回收电能,为之后高速区间加速提供额外的电量。

在刹车制动时,P2电机也可以进行动能回收,所以即使新款911 GTS的电池只有1.9kWh,在热能涡轮的帮助下,也完全可以满足长时间的极限赛道驾驶,不会出现电池亏电的情况。而且从真实场景来说,能够让911 GTS满功率输出接近3分钟的“赛道”,恐怕也只有德国的不限速高速公路了,在正常的赛道里,是没有这么长的直线的。

并且涡轮内的电机除了可以充电外,它还有另外一个功能,就是降低涡轮迟滞。因此相比起“普卡”上的3.0T双涡轮增压来说,992.2 GTS的3.6T发动机只使用了一个涡轮。在驾驶员需要动力时,涡轮内的电动机可以和废气共同给涡轮加速,以此来降低涡轮的响应时间,带来更快的动力响应速度。

并且由于3.6T发动机从原本的双涡轮变成了单涡轮,整体的高度相比原来的3.0T降低了110mm,重心也更低,反而提升了操控表现。不过由于新款911 GTS的排量从3.0L增加到了3.6L,相对应消费税也会有一定增加,再加上成本更高的混动系统,新款涨价是必然的了。

通过P2电机和热能涡轮可以发现,新款保时捷911 GTS的混动并不是以节油作为设计取向的,更多还是为了性能服务。41kW的P2电机配合3.6T发动机合并爆发出541马力,最终使它拥有了3秒的0-100km/h加速成绩。而热能涡轮的存在,更是使1.9kWh的400V三元锂电池几乎不会出现电量亏空的情况。在这一系列的加持下,新款911 GTS在纽博格林北环更是跑出了7:16.93的成绩,不仅比991.2的GTS快了8.7秒,也比991.2的Turbo S快了0.17秒。

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