APP下载

混动开局者,DM-i超级混动系统(五)

2021-11-25

汽车与运动 2021年7期
关键词:混动比亚迪刀片

2021年作为混动的开局之年,总体来看具备三大要素:《节能与新能源汽车技术路线图(2.0版)》的政策推动,多家主机厂的深度混动平台,以及现象级混动产品DM-i。比亚迪DM-i超级混动系统真正让市场开始“跑步”迎接混动车,同时让所有汽车人意识到混动车的潜力以及市场巨大。

从2003年一路走来,比亚迪始终致力于推动全球新能源发展,“用技术创新满足人们对美好生活的向往”。众所周知,DM双模技术是比亚迪插电混动技术的专属名称,DualMode兼顾纯电和混动,插电混动是燃油和纯电技术的综合体,其技术难度一直被誉为汽车技术的珠穆朗玛峰。2008年,比亚迪推出了全球第一款插电式混合动力汽车F3DM,第一代DM技术采用双电机串并联架构,开创了插电式混动汽车的先河;2013年,比亚迪推出DM第二代,系统采用了发动机+DCT耦合P3+P4的三擎四驱架构,实现了百公里加速5秒以内、智能电四驱,树立了比亚迪在混动领域的性能标杆;2018年,第三代DM技术持续创新,在第二代架构的基础上,引入全新PO电机,使双模车的动力性、经济性和平顺性全面提升,给用户带来极致的用车体验。

为了满足更多消费者的需求,2020年6月,比亚迪发布了双模技术双平台战略:DM-p和DM-i。DM-p,“p”即powerful,指动力强劲、极速,满足“追求更好驾驶乐趣”的用户;DM-i:“i”即intellige nt,智慧、节能、高效,以电为主,满足“追求极致行车能耗”的用户。

DM-p是对DM三代强劲动力的延续,DM-i则是对DM

代的传承。从2008年到2021年,十三年的沉淀积累,突破性的技术创新,比亚迪投入了超2000名工程师,精心打磨。截止到2020年,比亚迪DM销量已突破42万辆,中国市场占比超过44.2%;插混销量全球第一;累计获得专利408项,并多次获得中国专利金奖和优秀奖。

何谓“超级混动”?简单来讲就是以电为主的混动技术,准确来讲是围绕大功率电机驱动和大容量动力电池供能为主,发动机为辅的电混架构,颠覆了传统混动技术以油为主的设计架构。

超级混动的出现,实现了超低油耗、静谧平顺、卓越动力这样近乎完美的整车表现。100%的自主研发的专用高效发动机、双电机EHS电混系统、刀片电池、交直流充电器等核心部件;同时也涵盖了整车、发动机、电机、电池等相应的控制系统,“全自主可控”是比亚迪可以激进设计开发DM-i高效发动机,并以电为主的核心优势。

DM-i超级混动专用高效发动机有两款,1.5升自然吸气发动机和1.5Ti增压直喷发动机。

1.5升自吸发动机自2020年11月发布后成為明星产品,中国汽车技术研究中心认证的全球量产最高热效率43 .04%的发动机,是实现突破百公里3.8L亏电油耗极限的关键所在。确实正如比亚迪所讲,在下一个十年,发动机将被重新定义,而这台骁云插混专用1.5L高效发动机将会作为开局者载入史册。

以电为主的架构,不再过多依靠发动机,可以让发动机做减法;按照工况区域来设计发动机,不需要全面兼顾发动机的高低转速性能。高度电气化,颠覆性的采用了15.5高压缩比,阿特金森循环、25%的高EGR率、分体冷却、超低摩擦等前沿技术;取消轮系,不再需要传统发动机的机械压缩机、机械真空泵、机械水泵,同时自主开发了电喷系统。

同时为了能够覆盖C级车,DM-i超级混动系统也搭载了增压1 .5Ti高效发动机,这款发动机热效率做到了40.12%,也达到了全球领先水平。因为采用了12.5高压缩比、米勒循环、VGT可变截面涡轮增压器、低摩擦设计等前沿技术。米勒循环加大压缩比的设计,使得增压机的爆震倾向得以控制,VGT的加入进一步提升经济性和动力性,使其更好地适应这一目标体系。

串并联架构的双电机EHS电混系统,这套系统传承了DM-代的架构理念,并进行了全面的优化。按功率划分为三款总成:EHS132、EHS145和EHS160,适配A级到C级全部车型。EHS电混系统由双电机、双电控、直驱离合器、电机油冷系统、单档减速器组成,高度的集成化,相比第一代体积减少了30%,重量也减少了30%。

动力电机采用了扁线设计,最高转速高达1 6000转,峰值扭矩达到了325Nm,峰值功率最高达到160kW;减速器采用极简设计,提升了传递效率;并且电机采用了先进的油冷技术,大幅提高了散热效率,从而使电机的功率密度提升至44.3kW/L;同时,电控系统也搭载了比亚迪自主研发的第四代IGBT技术,电控综合效率高达98. 5%。在电控的参数上,无论集成度还是传递效率,可以说都走在了所有车企前列,并且完全自主可控,这点非常难能可贵。

DM-i超级混动专用功率型刀片电池,这款刀片电池属全球首创,单节电压超过20V,单节电量最大1.53度,传统电池包有近100节电芯,而内串刀片电池的整个电池包,也只有十几节电芯;大大减少了电池间连接,零部件个数减少了35%。因车型不同,配备的电池包电量在8.3度到21.5度,实现了纯电里程50到120公里;磷酸铁锂热稳定性和刀片结构设计,让刀片电池通过了各类严苛的安全测试;同时,磷酸铁锂稳定的材料晶体结构和热管理系统,保证了刀片电池长久的寿命,打造了超级安全和超长寿命的动力电池。同时超级混动专用刀片电池,符合针刺标准。电池包采用无模组化设计,空间利用率高达65%,电池与包体设计融为一体,形成类似蜂窝铝板结构,大大提升了电池包的结构强度。

刀片电池采用脉冲自加热,和冷媒直冷的全球领先热管理技术,可以实现全气候条件下的使用场景,脉冲自加热属全球首创,通过电池高频充放电,达到提升电池温度的目的;电芯自身发热,均温性更好,在寒冷的东北地区也可使用,同时脉冲自加热效率比水加热提升了10%。冷煤直冷技术,可直接将冷媒通入电池包进行冷却,相比水冷,换热效率提升了20%。

充电方面,不仅搭载了3.3KW和6.6KW交流充电,DM-i超级混动长里程版还搭载了大功率直流快充,30分钟充电至80%。同时通过设置预约充电,可实现峰谷用电。未来我们还将推出云服务一键电池加热、预约出行等功能,确保出行时电池处于最佳状态,让充电更智能,出行更便捷。

DM-i技术架构核心

其实这里涉及到一个问题,同是混动架构,同样是串并联,为什么比亚迪可以做到如此优异的性能呢?总的来看,从技术配置上米勒/阿特金森循环+EGR的核心主线也没有变,但是区别于其他混动架构是控制策略的变化。这台发动机“以电为主”的策略整体上看更像是一台优化后的“增程”系统。在大部分工况以增程使用策略为先,而双电机弥补了其增程在高速工况的不足。这与其他串并联混动平台在策略上是有很大不同的。例如:当车辆亏电时,城市路况下,有18%的工况发动机处于高效区发电,发出的电,一部分用于电机串联驱动;另一部分,给电池充电,这部分电能可保证在整个城市路况下,仍有81%的EV行驶占比,这样大大降低了油耗;同时,近100%的电机驱动占比,提供了无限接近纯电般的驾乘体验。

在当前实施的NEDC工况下,亏电时,如同城市工况,电机串联驱动占比有18%,同时发动机发出的电,仍可支撑70%的EV行驶占比;在下一步国家要实施的WLTC工况下,亏电时,串联占比28%,发动机发出的电,也可实现54%的EV行驶占比。

在亏电高速稳态工况下,发动机处于高效区以并联直驱为主;加减速时,系统切换为串联驱动,从而保证了发动机更多的处于高效区工作。综合以上工况可以看出,近乎全程电驱的策略使得发动机的大多数角色是为电池充电,同样这也必须依托于功率型电池的优点以及电控技术的成熟自主。角色的转变使得发动机开发的“工况限制”同样被减少,不用超大负荷,不用过热也不用过多考虑爆震,热效率在电控的加持下可以进一步提升。

以这个概念去继续理解DM-i的技术架构,压力从发动机燃烧系统开发转移到如何保证发动机持续扮演“充电宝”角色。在电池方面,传统混合动力电池容量仅有1度电左右,可调SOC区间为50%,只能在0.5度电的范围内做调度,而DM-i超级混动配备大容量动力电池,电池容量最小也有8 3度电,SOC智能调节区间在20%-70%,至少可在4度电的范围內做调度,即使亏电情况下,车辆也有更多机会纯电动行驶,大大缩短了发动机的工作时长。

此外,刀片电池的充电功率,是普通混动电池的两倍;同时内阻更低,充放电效率优于传统混合动力10%,这样综合实现了30%的能量回收率。而12V磷酸铁锂小电池也实现了智能化升级,相比于燃油车和普通混动车,唯一实现了彻底的无铅化,比亚迪全球首创搭载了此项技术,并已成熟应用了五年的时间。小电池有独立的BMS,实现了充放电智能控制,工况综合效率相比铅酸电池提高了13%。

在大容量大功率刀片电池的支撑下,发动机运行由面工况变为线工况,并且还是少高转速的“短粗线”,高效区占比高达70%,普通混动车更接近于面工况,或者说“长线”工况,高效区占比为60%,而燃油车的高效区占比仅有25%。这是以辅助电池高效功率为主的发动机的设计特点。有电时,纯电驱动;亏电时,大部分工况电机驱动,占比超过80%,尤其在城市工况下电机驱动占比近乎100%。

主要驱动器,DM-i系统所配备的大功率驱动电机,功率平原更宽,后备功率更充足;此外,电机响应时间更快,十毫秒级的电机响应,远超百毫秒级的发动机响应,使得起步加速更快,百公里加速更优。

这样,电动车的优点可以毫无保留地在这台混动车上体现,发动机的角色也同样可以发挥到极致,一旦燃烧系统进行升级,可以不用改动整体架构直接降低油耗。另一方面燃烧系统的开发难度也会降低。可以说这套动力系统所欠缺的就是超高效燃烧系统的开发,也就是说比亚迪未来的开发方向一定会再次回到高效燃烧系统上来,从而最大发挥架构的优势。

总结:超级混动系统DM-i的车型表现毋庸置疑,这里也不再赘述了。作为混动开局者,DM-i的出现可以很好地证明油电混合既是对纯电驱动的补充,也是解放发动机枷锁的“利刃”。以电为主的控制策略很好地为比亚迪打开了深混上半场的局面,以电补充发动机的设计也使得发动机的技术能力大幅提升。开局过后,有着非常好的电控基础、电池基础及高效发动机基础的DM-i一定会在超高效燃烧系统上持续投入,可以想象当50%热效率的发动机搭载到这套DM-i系统上时,其油耗表现会多么夸张。

猜你喜欢

混动比亚迪刀片
比亚迪元PLUS
比亚迪“出海”
15.38万元起售,哈弗神兽混动DHT正式上市
挑出一堆毛病也是最爱 梅赛德斯-奔驰E350eL插电混动
No.3 五菱进军新能源混动汽车市场
12.8万元起售,影豹混动版正式上市
圆盘剪高速剪切时的刀片温度分析
圆刀片切削力计算方法
比亚迪宋
谈硬质合金可转位刀片厂房设计