第四代DM-DM-i&DM-p混动系统-双平台战略

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比亚迪DM-i & DM-p混动系统:双平台战略

时间来到2020年6月,比亚迪发布了DM混动系统的双平台战略,即「DM-p」和「DM-i」。

· 『p』表示『powerful』,继承了第二代和第三代「DM混动系统」追求动力和极速的结构设计理念,满足追求速度的消费者;

· 『i』表示『intelligent』,继承了第一代「DM混动系统」追求节能和高效的结构设计理念,满足追求用车经济性的消费者。

其中,「比亚迪DM-i混动系统」与第一代的变化较大,我们后文展开,先来看看结构变化相对较小的「比亚迪DM-p混动系统」。

第四代DM-DM-i&DM-p混动系统-双平台战略

首批搭载DM-p的汉DM(2020年6月)

由于上一代已经加入了25kW的「BSG电机」,所以,我个人认为「比亚迪DM-p混动系统」在设计时,将优化『NVH』和『平顺性』作为了升级的核心目标。所以我们可以看到:

1. 7速「双离合变速器」:相比之前的6速「双离合变速器」,缩小了速比差,提升平顺性。同时该「变速器」采用更多的「球轴承」替换原先的「锥轴承」,减小摩擦面积,提升减少噪音;

2. 重新设计的动力总成:「比亚迪DM-p混动系统」所搭载的「发动机」(1.5T或2.0T)和「进排气系统」等部件都进行了优化升级,比如1.5T「发动机」对「轴瓦」进行优化,减小间隙,降低摩擦。同时优化「链条」,减小「发动机」带动「BSG电机」的噪声,又比如将「CRV阀」外置,降低「增压器」泄压发出的噪声。

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比亚迪DM-p混动系统原理(动图)

当然,「比亚迪DM-p混动系统」的工作模式也比较齐全,以『三擎四驱』的架构为例,包括:

· 纯电模式:适用于城市路况上下班通勤,纯电续航高达100km;

· 串联模式:「发动机」与「发电机」串联发电,「驱动电机」驱动;

· 并联模式:「发动机」与「驱动电机」共同驱动,百公里加速4.5秒;

· 巡航模式:「发动机」驱动及发电,高速公路匀速行驶,「发动机」在高效区间进行驱动,既保证动力又实现经济节油;

动能回收模式:「发动机」和前后轴的「电机」同时进行动能回收。

这里还要提一点,我们可以看到搭载「比亚迪DM-p混动系统」的车型,已经可以将纯电续航做到100km(电池容量21.5kWh),这也是『比亚迪DM双平台』战略中的一个亮点,所以,接下来我就来好好研究一下「比亚迪DM-i混动系统」到底带来了多少惊喜。

比亚迪DM-i混动系统:集大成者,贵在自研

如果说「第一代DM混动系统」的设计理念是节能省油,那么「比亚迪DM-i混动系统」则是进行了升华,通过增加大功率「电机」和大容量「电池」,使得「发动机」成为动力的辅助部件,最终达到『多用电,少用油』的效果。

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比亚迪DM-i混动系统拆解示意图

而「比亚迪DM-i混动系统」的最大优势,并非复杂的结构,而是自主研发了「发动机控制系统」、「电机控制系统」和「电池管理系统」等核心控制系统,其中包括但不限于:

·「骁云发动机」:1.5L和1.5Ti两款「插混专用发动机」;

·「EHS系统」:继承「第一代DM混动系统」设计理念的「混动专用变速器」;

·「刀片电池」:高放电倍率、可灵活搭配的『混动专用功率型刀片电池』。

接下来我们就分别来了解一下这些核心组件。

1. 「骁云发动机」:只为高效而生

目前骁云系列的「发动机」主要有两款,分别是主打经济性的「1.5L插混专用发动机」(后简称为「1.5L发动机」)和兼顾高性能、配置在C级「DM-i」车型上的「1.5Ti插混专用发动机」(后简称为「1.5Ti发动机」)。

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骁云1.5Ti插电混专用发动机展示图

「1.5Ti发动机」拥有12.5的「压缩比」,技术亮点在于其「涡轮增压器」采用了『可变截面』的设计,使得「增压器」能在更宽的转速范围内进行增压,即可保证在低转速工况下的增压效果,也不影响高转速工况下的排气压力。

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骁云1.5L插电混专用发动机展示图

而「1.5L发动机」可以说是『集比亚迪在混动发动机领域之大成』,真正做到了『为电而生』,其整体结构相较于传统的「发动机」做了大幅度的调整,最终做到了43.04%的热效率。深究其技术原理,我们可以看到:

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可变气门正时技术示意图

·「阿特金森循环」(「米勒循环」):通过「可变气门正时技术」延后「进气门」的关闭时间,减少「四冲程」中「压缩行程」的能量消耗,在「膨胀行程」保持不变,使得混合气体做功更充分,提高混合气体能量的利用率,减少排气损失。这项技术我们可以在很多「混动发动机」上都可以看到,而且大部分主机厂都会称这种循环为「阿特金森循环」,其中的故事,我们在《不是吧?现在混动汽车的「阿特金森」都是假的?》一文中详解过,这里就不赘述了;

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压缩比概念示意图

· 15.5超高「压缩比」:通常情况下,我们认为「压缩比」越大,「发动机」做功就越多(即压缩比越大,「发动机」的效率就越高)。而「1.5L发动机」被设计为15.5:1超高「压缩比」,也体现了其效率第一的目标。当然,就「压缩比」这一参数,目前比亚迪的「骁云发动机」在行业内绝对是翘楚;

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EGR阀工作原理示意图

· 高效的「EGR」技术:为了提升「发动机」整体的效率,高效的「废气再循环系统」必不可少,比亚迪通过「废气再循环系统」的优化,把「EGR率」提高至25%,减少「发动机」在中低负荷工况下的进气损失,同时也降低了氮氧化物排放。而我们之前提到的吉利「混动专用发动机」(「DHE15」),其『低压水冷「EGR」技术』则是有着同样的技术逻辑;

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进行瘦身后的混动专用发动机

· 取消传统「轮系」,采用『分体冷却技术』:较之传统「发动机」,「1.5L发动机」最大的一个改变便是取消了「发动机」的「轮系」,包括传统「发动机」上的「机械压缩机」、「机械真空泵」、「机械转向助力泵」和「机械水泵」等。而是为效率考虑,将「电动水泵」与「电子双节温器」相结合,实现了「缸体」和「缸盖」的分体冷却。

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两款骁云插电混专用发动机展示图

总体来说,这枚以混动效率为目标的「1.5L发动机」(峰值功率81kW/峰值扭矩135N·m),通过15.5超高「压缩比」、「阿特金森循环」、高效的「EGR」、低摩擦和取消传统「轮系」等多项技术优化,理论上实现了43.04%热效率的目标,并且获得了中国汽车工业科技进步奖和中国机械工业科学技术奖等众多奖项。

2. 「EHS系统」:比亚迪DM-i混动系统的核心

聊完了「骁云发动机」接下来便是整套「比亚迪DM-i混动系统」的另一个核心:「混动专用变速器」,比亚迪称之为「EHS系统」,也可以理解为「E-CVT」。

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「EHS系统」的结构为『串并联双电机』结构,工作原理传承了「第一代DM混动系统」以『电驱动为中心』的设计理念,并进行了全面的优化

1. 与「第一代DM混动系统」不同,「比亚迪DM-i混动系统」将两个能达到16000转的高速「电机」为并列放置,从而将整个「混动专用变速器」的体积减小了约30%,同时减轻了约30%左右的重量;

2. 「发动机」直连「发电机」(P1电机或ISG电机),通过「离合器」与「减速齿轮」相连,最后走向「输出轴」。而「驱动电机」(P3电机)直接通过「减速齿轮」,最终「功率」同样流向「输出轴」,效率更高,更省油。

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EHS系统结构示意图

根据「驱动电机」的「功率」,目前「EHS系统」由三个版本组成:

· 「EHS132」:「发电机」峰值功率75kW,「驱动电机」峰值功率132kW;

· 「EHS145」:「发电机」峰值功率75kW,「驱动电机」峰值功率145kW;

· 「EHS160」:「发电机」峰值功率90kW,「驱动电机」峰值功率160kW。

而将三款「EHS系统」适配到车型上时,也会采用不同的「骁云发动机」:

· 「EHS132」和「EHS145」采用1.5L「骁云发动机」;

· 「EHS160」采用骁云1.5Ti「骁云发动机」。

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比亚迪DM-i混动系统工作原理示意图(动图)

而「比亚迪DM-i混动系统」同样拥有混动系统常见的工作模式:

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· 纯电模式:在起步与低速行驶时,「驱动电机」由「电池」供能驱动车辆;

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· 串联模式:「发动机」带动「发电机」发电,通过「电控」将电能输出给「驱动电机」,直接用于驱动「车轮」。在中低速行驶或者加速时,若「SOC值」较高,则整车控制策略会将驱动切换为纯电模式,「发动机」停机。若「SOC值」较低,则控制策略会使「发动机」工作在油耗最佳效率区,同时将富余能量通过「发电机」转化为电能,暂存到「电池」中,实现全工况使用不易亏电;

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· 并联模式:当整车行车功率需求比较高时(比如高速超车或者超高速行驶),「发动机」会脱离经济功率,此时控制系统会让「电池」在合适的时间介入,提供电能给「驱动电机」,与「发动机」形成并联模式;

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· 动能回收模式:当刹车时,动能通过「驱动电机」进行回收;

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· 发动机直驱模式:在高速巡航的时候,通过「EHS系统」内部的「离合器」模块将「发动机」动力直接作用于车轮,将「发动机」锁定在高效率区,同时,为了避免「发动机」能量的浪费,「发电机」和「驱动电机」随时待命,在「发动机」功率有富余时,及时介入将能量转化为电能,存储在「电池」中,提高整个模式内能量利用率。

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比亚迪扁线电机示意图

正如此前所说,从结构和工作原理的复杂程度上,「EHS系统」或许并不那么惊艳,但在这套系统的背后有着几项比较关键的技术,包括但不限于:

· 「扁线电机」:「EHS系统」中的「电机」采用了扁线成型绕组技术,从官方数据来看,「电机」的最高效率达到了97.5%,额定功率提高32%,高效区间(效率大于90%的区间)占比高达90.3%,质量功率密度达到5.8kW/kg;

· 自研的第四代「IGBT系统」:根据官方数据来看,比亚迪「电控」的综合效率高达98.5%,「电控」高效区(即「电控」效率超过90%的区域)占比高达93%,极大的降低了电控损耗,提高效率。

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比亚迪第四代IGBT制造过程示意图(动图)

总的来说,「EHS系统」核心是让「发动机」专注在最佳效率区间运行,而更多地发挥「电机」的作用。

3. 「刀片电池」:比亚迪任性的资本

从官方放出的消息来看,「比亚迪DM-i混动系统」使用的「刀片电池」应该与纯电车型使用的「刀片电池」略有不同,官方称之为『混动专用功率型刀片电池』,让我不得不感叹,能自己造「电池」的主机厂就是有任性的资格,而其特殊之处大致有以下几点:

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比亚迪刀片电池示意图

· 单节「电池」电压达到20V:每节「电池」内串联了若干节(推测为6节)软包卷绕式「电芯」,使得单节电压达到20V以上,确保「电池」在低电量时,仍能有足够的电压保证「电机」的驱动效率;

· 「电池组」可灵活搭配:单个「电池组」由10片至20片「刀片电池」组成,换言之,电量将在8.3~21.5kWh之间,即理论纯电续航可设定在50~120km之间。故此,比亚迪可以在不同级别的车型上搭配不同容量「电池组」;

· 结构简化,空间利用率高:这其实是比亚迪「刀片电池」的共同特点,比如「电池」采用纵向排列,这样就可以将电芯采样线、电线、数据线等置于一侧,从而降低结构复杂度,同时也提升了「电池组」的单位能量密度。

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纵向排列的混动专用功率型刀片电池

当然啦,其他「刀片电池」的特点解析,比如「电池」的「放电倍率」和二次封装技术等,我们这里就不展开了,有机会单开一篇来详解。总之,「刀片电池」对于整套「比亚迪DM-i混动系统」而言,其重要性与「骁云发动机」和「EHS系统」一样,缺一不可,异常重要。

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搭载比亚迪DM-i混动系统的比亚迪秦PLUS DM-i

若要用一句话概括「比亚迪DM-i混动系统」,我觉得大概可以这样说:一套以电为主的自研混动系统,拥有三大核心混动技术,四种主要的混动模式,打造低油耗、高舒适性的驾驶体验。

混动百科 | 万字长文解读「比亚迪DM混动系统」
来自:电动邦
作者:王元祺

正文完
 
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