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比亞迪 DM-i 超級混動技術深度解析

 宋洋sy 2021-01-28

引子

2021年1月11日晚,深圳,比亞迪在沉寂N久之后終于又一次舉辦了一場外行看不懂,內行直呼爽,NC粉覺得不夠的技術發(fā)布會,此次技術發(fā)布會展露了比亞迪技術池塘中放養(yǎng)多年堪比查干湖冬捕出來的肥美到極致的技術之魚。
既然是要深度剖析技術發(fā)布會,那筆者也廢話少說,直接上干貨。

楊冬生院長作為比亞迪最重要的部門之一的院長,DM技術總設計師,他對比亞迪混動技術的了解應該說無人出其右,而作為比亞迪逆天之作的DM-i的發(fā)布會由他進行講解絕對是技術愛好者的狂歡。
下面,筆者將跟隨發(fā)布會的視頻將本次堪稱泄密的技術解析進行一次深度的剖析,看看比亞迪這次到底做出了什么驚天之作。

DM是啥,走過了哪些路?

在介紹DM系統(tǒng)之前,我覺得先說一下混合動力汽車電機擺放位置以便后面的說明。


混動系統(tǒng)結構

P0:一般稱之為BSG電機,安裝在發(fā)動機前端,通過皮帶與發(fā)動機連接,一般功率較小,不能獨立驅動車輛,通常作為發(fā)電機。
P1:一般稱之為ISG電機,安裝在發(fā)動機后端,與發(fā)動機剛性連接(集成在飛輪上或通過齒輪與飛輪結合)。一般替代起動機并作為發(fā)電機,功率更大。
P2:位于變速箱離合器之后,變速器之前,有些會在電機和變速箱之間放置第二個離合器以斷開電機和變速箱的連接。電機功率可以做的比較大,可以通過變速箱變速直接驅動車輛實現(xiàn)純電行駛。
P3:位于變速箱之后,通常與變速箱輸出軸或主減速器直接連接,功率較大,可以直接驅動車輛純電行駛。
P4:位于后橋上,功率較大,可以驅動車輛純電行駛。
其他還有輪邊電機、輪轂電機等,因技術原因尚未普及。

DM技術

得益于王傳福董事長的高瞻遠矚,比亞迪早在2003年就投入大量的人力物力研發(fā)插電式混動系統(tǒng),并于2008年推出第一代DM技術并搭載在F3DM上并于2008年12月15日正式上市,使其成為世界上第一款量產(chǎn)的插電式混動汽車,而技術理念類似的本田i-MMD則是2012年才上市,其他品牌的插電式混動汽車如雪佛蘭Volt和歐寶Ampera也要等到2011年才上市。

DM1介紹

DM1的設計理念就是完全以節(jié)能為技術導向,通過雙電機與單速減速器的結構搭配1.0升自吸三缸發(fā)動機,實現(xiàn)了純電、增程、混動(包括直驅)、三種驅動方式。DM1系統(tǒng)中,與發(fā)動機直連的M1發(fā)電機(P1)同時具有驅動電機的功能;而通過離合器與M1發(fā)電機相連,同時與主減速器相連的M2驅動電機(P2)也同時具有發(fā)電機的功能。通過對電動機、發(fā)電機、電動機的匹配實現(xiàn)了純電百公里電耗16kWh/100km,綜合工況油耗2.7L/100km的成績。同時,DM1雖然為插電式混動,但是它配有快充接口,可以在10分鐘內充電50%。

從圖中可以看到發(fā)動機(最大功率50kW)直接與發(fā)電機M1(峰值功率25kW)連接,通過離合器與主減速器相連,同時驅動電機M2(峰值功率50kW)也從另一邊與主減速器相連。整個系統(tǒng)的驅動模式有:

  1. 純電模式:發(fā)動機不啟動,離合器分離,M2電機單獨工作驅動車輛。

  2. 增程模式:發(fā)動機啟動,M1發(fā)電,離合器分離,M2驅動車輛。

  3. 混動模式:混動模式又可以細分為幾個狀態(tài)

    1. 巡航模式:發(fā)動機啟動,M1不發(fā)電,離合器結合驅動車輛,M2不做功。

    2. 巡航發(fā)電模式:發(fā)動機啟動,M1發(fā)電給電池充電,離合器結合驅動車輛,M2不做功。

    3. 加速模式:發(fā)動機啟動,離合器結合,M1、M2電機做功,共同驅動車輛。

  4. 回收模式:離合器斷開,M2驅動電機回收動能。

DM2介紹

第二代DM技術于2013年發(fā)布,搭載在2013年12月17日上市的秦2014款上。DM2從DM1的節(jié)能取向變成性能取向,通過1.5Ti缸內直噴發(fā)動機(最大功率113kW),P3位置的峰值功率110kW的電機以及6速干式雙離合變速箱做到了百公里加速5秒9的成績并因此名震天下。隨后比亞迪對DM2進行了改進,搭載在2015年6月上市的唐2015款上。通過發(fā)動機升級為2.0T缸內直噴(最大功率151kW),變速箱改為6速濕式雙離合,增加了110kW的后驅動電機實現(xiàn)了SUV百公里加速4秒9。隨后,比亞迪又適配了1.5Ti發(fā)動機+雙電機的宋DM所用的DM2等動力組合。
這里用DM2里最經(jīng)典的,搭載在唐DM2015款的三擎四驅DM2為例來介紹一下DM2系統(tǒng)。

比亞迪唐2015款所搭載的DM2的兩個電機分別位于P3、P4位置,兩個電機的峰值功率均為110kW,扭矩250N·m。發(fā)動機為比亞迪151kW/320N·m的2.0升渦輪增壓缸內直噴發(fā)動機,配合6速濕式雙離合變速箱,綜合功率接近400kW,綜合扭矩達到800N·m。
基于DM2的架構,整個系統(tǒng)的驅動模式有:
  1. 純電模式:發(fā)動機不工作。P3、P4電機驅動。

  2. 混動模式:混動模式根據(jù)電量及SOC設置,會動態(tài)的在以下工況進行切換

    1. 行駛發(fā)電:發(fā)動機工作,通過變速箱驅動前輪并帶動P3電機發(fā)電,P4電機根據(jù)工況調整輸出功率使整車工作在無比接近全時四驅的適時四驅狀態(tài)。

    2. 行駛不發(fā)電:發(fā)動機工作,通過變速箱驅動前輪,P3、P4電機根據(jù)工況調整輸出功率使整車工作在無比接近全時四驅的適時四驅狀態(tài)。

  3. 駐車發(fā)電:發(fā)動機通過變速箱發(fā)電檔驅動P3電機發(fā)電。

  4. 增程模式:隱藏模式,進入條件極其苛刻(電量下降到5%且車速低于15km/h并保持5秒時觸發(fā)且車速不能超過20),發(fā)動機通過變速箱發(fā)電檔驅動P3電機發(fā)電,后電機驅動車輛,多于電量儲存到動力電池中。

DM3介紹

第三代DM技術發(fā)布于2018年,首先搭載到2018年上市的全新一代唐上。DM3相較DM2最大的特點是增加了位于P0位置的BSG電機,最大功率25kW,主要作用是發(fā)電\啟動發(fā)動機和在變速箱換擋的時候迅速調整發(fā)動機轉速,大幅度減少了混動行駛時的頓挫感。同時,P4電機提升為180kW/380N·m,極大的提升了后軸的動力,讓搭載DM3的全新一代唐擁有了幾乎逆天的動力和脫困額能力。

在車身加大配置提升純電續(xù)航100公里的前提下,百公里加速提升至4.3秒,狂野!之后DM3還出了雙擎四驅(P0+P4)、兩驅(P0+P3)等組合,搭載在宋MAXDM等車型上,有BSG電機的加持駕駛感受比DM2的兩驅強太多了。另外比亞迪也在這時開發(fā)了DiLink系統(tǒng),開放的多媒體車機平臺讓車輛從一個交通工具變成了可以移動的房子。你可以在車里小憩、K歌、刷視頻,享受一個人的快樂時光。

DM3系統(tǒng)不僅僅是電機的升級和BSG電機的引入,電控系統(tǒng)的升級同樣引人注目。新的33111平臺得益于比亞迪強大的研發(fā)能力,通過對電機電控等設備高度整合,創(chuàng)造出高壓3合1和驅動3合1技術,在大幅提高性能的同時將重量減少40公斤,體積也相應大幅縮減。

橫空出世的DM雙平臺戰(zhàn)略

2020年6月,比亞迪發(fā)布了雙模(DM)技術雙平臺戰(zhàn)略,即DM-p平臺和DM-i平臺。DM-p平臺的p即powerful,是指動力強勁、極速,滿足“追求更好駕駛樂趣”的用戶。DM-i的i即intelligent,指智慧、節(jié)能、高效,滿足“追求極致的行車能耗”的用戶。

DM-p是對DM3代強勁動力的延續(xù),而DM-i則是對DM1代的傳承。從2008年的DM1代到2021年,比亞迪用2000名工程師創(chuàng)造出顛覆世界的超級混動。DM-i,不僅是節(jié)能、高效,同時,i也是對1的致敬,DM-i通過對DM1的重新打磨,獲得幾百項新能源方面的專利技術,比亞迪終于在它的技術池塘中培育出DM-i這一條大魚。

DM-i是啥?

DM1的1.0升自然吸氣發(fā)動機+串列連接的兩個電動發(fā)電機升級為DM-i熱效率超過43%的1.5升阿特金森循環(huán)發(fā)動機+兩個功率提升超過200%的電動發(fā)電機。DM-i創(chuàng)造性的定義了以電為主的混動技術,也就是圍繞著大功率電機驅動和大容量動力電池供能為主,發(fā)動機為輔的電混架構。

實現(xiàn)了超低油耗、靜謐平順、卓越動力這樣近乎完美的整車表現(xiàn)。

DM-i超級混動架構做到了動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)100%自主研發(fā),得益于比亞迪的垂直整合體系,通過無數(shù)次高效率的迭代后,比亞迪在短短的十幾年時間走完了傳統(tǒng)車企一百年走過的路。

DM-i都有啥?

DM-i的研發(fā)核心是以電為主的混動技術,以高效為目標。為此,比亞迪研發(fā)了高效的汽油機、高效且高功的電動機、高效的電控以及高效的電池。

驍云-插混專用1.5L高效發(fā)動機

這一款驍云插混專用的1.5升高效發(fā)動機做到了43.04%的熱效率,原因是它完完全全的為了電而服務,對發(fā)動機做減法,專心致力于提高工況熱效率。為了達到43.04%的熱效率,比亞迪做出了哪些改進呢?在這之前,先介紹一下發(fā)動機熱量都損失在哪里了。

普通的發(fā)動機,能量損失主要是不完全燃燒導致的熱損失、冷卻損失、排氣損失、泵氣損失(也可以稱為進氣損失)和機械損失。

為此,這款發(fā)動機做到了15.5的超高壓縮比,采用公認最節(jié)能的阿特金森循環(huán),使用高達25%的低溫廢氣再循環(huán)降低進氣損耗,采用分體冷卻確保發(fā)動機各個部分都工作在自己最佳溫度下以提高效率減少能量損失,超低摩擦和無輪系設計則減少了機械損失,下面來看一下比亞迪這款發(fā)動機的介紹視頻:

我們分別介紹一下這5大技術到底有什么黑科技:

阿特金森循環(huán)

比亞迪的驍云發(fā)動機的結構設計還是傳統(tǒng)的活塞連桿設計,但是通過延后進氣門的關閉時間,讓活塞上升一段距離后再關閉,這個時候氣缸內的氣體又從進氣門排出去一部分,減少了整體進氣量,實際壓縮行程變短,在視頻中可以看到有一部分氣體從進氣門又排了出去。這種設計可以使壓縮比變相的減少,讓真實的壓縮比還保持在正常范圍內,而且能減少壓縮行程的能量消耗。但是膨脹行程保持不變,使得燃氣做功更充分,提高燃氣能量的利用率,減少排氣損失。其實這種工作模式應該稱之為米勒循環(huán),不過大家更熟知阿特金森循環(huán),所以在宣傳上比亞迪就雞賊的稱之為阿特金森循環(huán)了。

超高壓縮比15.5

其實比亞迪的這個視頻有BUG,15.5的壓縮比是做功行程的容積比壓縮上止點燃燒室容積之比是15.5。而因為進氣門遲閉減少的進氣量來計算壓縮比的話應該會在12以內以確保可以使用95號甚至92號的汽油。視頻這里用的是進氣行程來計算壓縮比是不對的,比亞迪審核視頻的人可以扣雞腿了。15.5的壓縮比加上效率導向的氣門正時,可以有效的降低排氣損失和進氣損失,這對于效率大過天的混動專用發(fā)動機上面比扭矩功率都來的重要。

低溫廢氣再循環(huán)高EGR率

廢氣再循環(huán)是有效降低燃氣溫度,提高系統(tǒng)效率,降低進氣損失以及降低氮氧化物排放的手段。這里需要展開說下比亞迪在這里做的努力。
廢氣再循環(huán)是指把發(fā)動機排出的部分廢氣回送到進氣歧管,并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸的技術。首先廢氣中的二氧化碳和水蒸氣等提高了混合氣的比熱容,同時也稀釋了氧氣的濃度,使得燃燒速度變慢,燃燒的最高溫度和平均溫度下降,極大的減少了氮氧化物的生成提高環(huán)保性,也使得發(fā)動機的冷卻負荷略有下降,減少在冷卻上的消耗,這是EGR最初的目的。另外EGR會增加發(fā)動機的進氣量,降低進氣歧管的真空度,高EGR率可以有效減少發(fā)動機在中低負荷工況下的進氣損失。另外發(fā)動機在高負荷工況下缸內溫度過高的時候會通過多噴油的方式來降低缸內溫度,而利用EGR降低發(fā)動機燃燒室溫度來替代多噴油可以大大降低燃油消耗,同時降低缸內溫度也可以嘗試更高的缸壓來進一步提高壓縮比,而越高的壓縮比熱效率也越高。
因此,比亞迪把EGR率提高到業(yè)內領先的25%可以從多個方面極大的提高熱效率。

分體冷卻技術

缸蓋和缸體分成兩個獨立的冷卻回路,配合電動水泵、電子雙節(jié)溫器,實現(xiàn)了缸體和缸蓋的分體冷卻技術。電動水泵功耗更低,電子節(jié)溫器控制更精確,分體冷卻可以讓發(fā)動機更快的進入工作溫度,并精確保持在最佳工作溫度。

無輪系設計

得益于這款驍云混動專用發(fā)動機的設計理念,比亞迪取消了這款發(fā)動機的輪系,不再需要傳統(tǒng)發(fā)動機的機械壓縮機、機械真空泵、機械轉向助力泵、機械水泵等,這些設備在比亞迪的車里面已經(jīng)全面電動化。

驍云-插混專用渦輪增壓1.5Ti高效發(fā)動機

比亞迪為了能讓DM-i能夠覆蓋C級車,還專門設計了增壓1.5Ti高效發(fā)動機,40%的熱效率也達到了全球領先水平。

這款1.5Ti發(fā)動機與之前1.5L發(fā)動機的區(qū)別是12.5的高壓縮比(自吸發(fā)動機的壓縮比和增壓發(fā)動機的壓縮比不能簡單比較高低,這涉及到發(fā)動機的進氣效率和壓力的問題。一般來說,同排量的增壓發(fā)動機實際進氣量要大于自吸發(fā)動機,這就導致發(fā)動機壓縮上止點時增壓發(fā)動機的實際壓力要比自吸機大,所以在實際標注壓縮比時增壓機要低于自吸機。),相同的米勒循環(huán)。增壓器方面使用了可變截面渦輪增壓器,這種增壓器可以在更寬的轉速范圍內提供增壓,特別是可以在保證低轉速的增壓效果的時候不會影響高轉速的排氣壓力。正是因為這些技術的應用,才使得這款增壓發(fā)動機的熱效率如此之高。

DM-i系統(tǒng)的核心——EHS電混系統(tǒng)

DM-i超級混動的核心系統(tǒng)比亞迪稱之為EHS電混系統(tǒng),是串并聯(lián)架構的雙電機結構,工作原理傳承自DM1代(DM1的工作原理可以參考上面所述),以電驅動為中心重新設計并進行了全面的優(yōu)化,并根據(jù)驅動電機的功率分為EHS132,EHS145和EHS160三款,適配A級到C級的全部車型,其中EHS132和EHS145采用驍云1.5L高效發(fā)動機,EHS160采用驍云1.5Ti高效發(fā)動機。
為了說明比亞迪的EHS做了哪些改進,這里先介紹一下現(xiàn)在新能源汽車所采用的兩種電機繞線方式(都可以用在勵磁電機和永磁電機上)

這是采用傳統(tǒng)的銅線繞組,因為銅線為圓形截面,多股線并行纏繞,所以槽滿率(就是固定銅線的開槽中銅線的比例)比較低,空間浪費多。另外,因為纏繞結構的問題,散熱較難,發(fā)熱量較大,功率密度很難進一步提升。

這是扁線電機,也叫發(fā)卡電機,這次比亞迪DM-i的電機就采用了這種技術。扁線電機相較于傳統(tǒng)的電機,制造加工難度較大,加工精度要求高,必須采用自動化設備進行生產(chǎn),發(fā)卡繞組幾乎不可能用手工打造。扁線電機的優(yōu)點是槽滿率高,比傳統(tǒng)電機高50%以上,可以達到70%甚至更高。散熱性能好,一方面是表面積加大,散熱面積大;另一方面是繞組之間接觸面積大,空隙小,導熱能力更好。繞組端部短,也就是繞組兩頭接線所需要的空間更小,節(jié)省更多的空間。體積更小,可以有效減小電機的體積,提升功率密度。另外就是NVH更好,因為開槽形狀不一樣,電磁噪音更低。
扁線電機的技術一直是被國外電機廠所把控著,雖然早已可以自動化生產(chǎn),但是一直到最近才有幾家國內電機廠商宣稱要量產(chǎn)扁線電機,比亞迪在不聲不響之間就直接推出了高性能量產(chǎn)產(chǎn)品。根據(jù)網(wǎng)上可以查到的資料,19年中旬就有人提到比亞迪正在量產(chǎn)扁線電機。

這是一張傳統(tǒng)的扁線電機的結構,比亞迪在這個基礎上又進行了優(yōu)化和改進,下面我們來仔細看一下。

這里展示了EHS系統(tǒng)的主要特點:比亞迪EHS電混系統(tǒng)的驅動電機有三種不同的峰值功率,分別是132kW、145kW和160kW。根據(jù)內部消息,132kW和145kW版本所搭載的發(fā)電機的峰值功率是75kW,160kW版本所搭載的發(fā)電機的峰值功率是90kW。三款電機轉速都高達1萬6千轉,扭矩都超過了300N·m,單純從數(shù)據(jù)上來說至少是秦ProEV的級別。另外它繼承了雙電機雙電控,沒有外部線路,降低線路損耗提高了可靠性。與第一代DM相同的串并聯(lián)結構,單檔直驅,大大提升了傳動效率。
我們一起來看EHS系統(tǒng)的介紹視頻。

EHS系統(tǒng)的兩個超高轉速電機為并列式設計,發(fā)電機直連發(fā)動機,通過離合器與減速器通過減速齒輪相連。驅動電機直接通過減速齒輪與減速器相連。

簡單的單速減速器架構極大的提高了傳動效率,濕式離合器確保了離合器的壽命和穩(wěn)定性,而且可以在急加速時傳遞更高的扭矩,進一步提高系統(tǒng)性能降低能量損失。

雙電機控制器高度集成,并且采用電動與電機三相直連技術,極大的減少了連接線纜帶來的能量損耗。同時,采用比亞迪現(xiàn)階段最成熟的第四代IGBT技術,電控的綜合效率高達98.5%,并且使得電控高效區(qū)(即電控效率超過90%的區(qū)域)占比高達93%,極大的降低了電控損耗,提高效率。

比亞迪最新的扁線成型繞組技術,讓電機的最高效率達到了97.5%,通過技術優(yōu)化,電機的額定功率提高32%,高效區(qū)間(效率大于90%的區(qū)間)占比高達90.3%,質量功率密度達到了驚人的5.8kW/kg,升功率密度提升至44.3kW/L。

直噴式轉子油冷技術相較以往電機通過在外殼上設計水道降溫這種間接降溫方式,直噴油冷技術能縮短傳遞路徑,通過冷卻油直接均勻的冷卻扁線繞組,散熱能力大大加強。相比傳統(tǒng)冷卻方式,電機額定性能大幅提升32%。另外,以往的散熱方式無法對轉子進行冷卻,而轉子的永磁鐵是十分懼怕高溫的,比亞迪的直噴式轉子油冷技術可以直接冷卻轉子,使得電機在極端工況下可以堅持更長的時間,提供更高的性能。

以上的一切,造就了比亞迪THS電混系統(tǒng)無與倫比的性能。

這張圖清晰地展示了EHS系統(tǒng)的結構,區(qū)區(qū)幾個齒輪就完成了整個車輛的驅動、發(fā)電、回收等所有功能。相比之前的結構,體積減小了30%,重量降低了30%。比亞迪就是通過這一寸寸,一克克的精打細算讓DM-i的能耗降到了驚人的地步。

通過這幾個圖,左一可以看出比亞迪的扁線電機扭矩更高,恒功率區(qū)間更廣,加速性能更好,后備功率更充足。左二的電機效率MAP可以看到扁線電機的高效區(qū)間覆蓋范圍大大超出了普通電機,高功區(qū)間可以覆蓋更多的工況,這為DM-i優(yōu)異的能耗表現(xiàn)打下了堅實的基礎。左三是直噴式轉子油冷技術的示意圖,變速箱油進入轉子后,從正反兩面甩出,直接作用到扁線繞組上進行降溫,同時保證轉子本身也可以直接降溫,大大提高極端工況下的可靠性,延長電機的使用壽命。

DM-i超級混動專用功率型刀片電池

比亞迪在開創(chuàng)性的使用刀片電池之后,又針對混動平臺開發(fā)出混動專用的功率型刀片電池。根據(jù)研判,通過內部串聯(lián)電芯的設計,在一節(jié)刀片電池內串聯(lián)了6節(jié)軟包卷繞式電芯,通過改造老的生產(chǎn)設備可以快速上馬功率型刀片電池的生產(chǎn)。單節(jié)20V的設計也保證了低電池容量的混動電池包可以有足夠的電壓來保證驅動效率。

按照楊院長說的電池包電量從8.3kWh到21.5kWh不等,功率型刀片電池單節(jié)容量最高可達1.53kWh,單節(jié)電壓20伏這三個數(shù)據(jù)可以看出,功率型刀片電池的電芯容量可能會根據(jù)車型的不同而不同。上圖所示的電池包的刀片電池是縱向排列,這樣做最大的好處是比橫向排列更進一步的節(jié)省電池包的空間,提高電池包的功率密度。而且可以大幅降低結構復雜度,電芯采樣線、電線、數(shù)據(jù)線等只需要布置在車頭這一側即可。根據(jù)車型的不同,電池包的主要變化是在長度上,也就是電芯長度會有變化,為了保證單節(jié)20V的設計,電芯的容量會有變化,考慮到比亞迪傳統(tǒng)的鋰電池電芯容量有很多,串聯(lián)型刀片電池生產(chǎn)難度提高有限,不會對生產(chǎn)產(chǎn)生太大的影響。

磷酸鐵鋰的穩(wěn)定性就不用多說了,刀片電池穿刺試驗已經(jīng)屬于小孩子過家家,高溫灼燒都可以保證電池不起火不失控。而磷酸鐵鋰穩(wěn)定的材料晶體結構配合先進的熱管理系統(tǒng),可以讓刀片電池的壽命更長,經(jīng)過這么多年的改進,筆者相信DM-i的超級混動專用功率型刀片電池的壽命可以與整車同步。另外,比亞迪的磷酸鐵鋰技術一直都比較先進,電池放電倍率可以輕松超過15C,就算最低電量版的8.3千瓦時電量的電池組也可以輕松支持EHS132的132kW功率需求。而磷酸鐵鋰充電倍率也可以輕松做到5C以上,配合峰值功率75kW/90kW的發(fā)電機完全沒有問題,也可以應對瞬時大功率回收,讓系統(tǒng)的能源利用率進一步提升。

眾所周知,針刺試驗是對電池最苛刻的挑戰(zhàn),連國標都因為幾乎沒有電池可以通過針刺試驗而取消了相關的要求。針刺試驗主要目的不是為了測試電池包破損外物入侵的情況,而是測試當電芯內部極板上因為質量問題或者充電不當引起結晶鋰枝刺破隔膜引發(fā)因內部短路,或者制造時有雜質混入引發(fā)內部短路導致的熱失控。比亞迪刀片電池完全可以在內部短路的情況下保持穩(wěn)定,保證電池的安全。另外電池包采用無模組設計,刀片電池和包體設計融為一體,形成穩(wěn)固的蜂窩狀結構,大大的提升了電池包的強度,也讓空間利用率高達65%提升了電池包的能量密度。

刀片電池采用了最新的脈沖自加熱和冷媒直冷的技術。脈沖自加熱更是全球首款搭載這個技術的動力電池。電池控制器通過控制電池高頻大功率充放電,讓電池內部發(fā)熱,達到了加熱電池的效果,同時也滿足高安全的要求。因為是自體加熱,加熱均勻性更好,而且發(fā)出的熱量全部用于提高電池溫度,比傳統(tǒng)的加熱冷卻液再加熱電池包的方式,加熱效率提升10%以上。

而冷媒直冷技術在筆者看來類似冰柜,冷媒直接通入位于電池包上層的冷卻板上,冷卻板直接冷卻電芯,比以前通通過水冷系統(tǒng)這個中間商賺一圈差價的方式,換熱效率更高,而且制冷技術的換熱能力也更高。

在充電方面,比亞迪的DM-i不僅搭載了3.3kW和6.6kW的交流充電,DM-i超級混動長里程版還搭載了大功率直流充電,30分鐘充電80%。同時,通過設置預約充電可實現(xiàn)峰谷用電。比亞迪在未來還將推出云服務一鍵電池加熱預約出行的功能,確保出行時電池處于最佳狀,讓充電更智能,讓出行更便捷。

DM-i是如何工作的

首先,我們看一段DM-i超級混動的工況視頻。

EV模式下,車輛純電行駛。

減速制動時,通過能量回收,節(jié)能高效。

城市工況,道路擁堵時而電池饋電時,HEV串聯(lián)模式,也就是增程模式可以獲得更高的燃油效率,還能享受純電的駕駛感受。

高速巡航時,發(fā)動機通過高效的單級變速器直接驅動車輛,效率高。

遇到高負載工況時,發(fā)動機和電機共同發(fā)力,獲得更好的加速性能。

當電量充足時,DM-I超級混動可以當做一輛純電動車,具有靜謐、平順、零油耗等純電動車所有的一切優(yōu)點。而在電量耗盡的時候,DM-i則化身為一輛具有超低油耗的混合動力車。根據(jù)比亞迪的測試,在饋電時的城市工況下,得益于高發(fā)電功率和高功率的刀片電池,只需要18%的串聯(lián)工況讓發(fā)動機處于高效區(qū)發(fā)電,就可以在保證電機驅動車輛的同時對電池進行充電。而這些電能可以在城市工況下提供81%的純電行駛占比,大大地降低了油耗。同時,99%的電機驅動占比提供了無限接近純電的駕乘體驗。
在NEDC工況下,由于需要更多的急加速狀態(tài),車輛有12%的占比為并聯(lián)混動狀態(tài),電機串聯(lián)驅動占比為18%,發(fā)出的電還能支撐70%的純電行駛占比;
在我國下一步要適時地WLTC工況測試中,更激進的測試方法使得并聯(lián)占比提高到18%,串聯(lián)占比也增長至28%,但是仍能提供54%的純電行駛占比;
在高速工況下,發(fā)動機能工作在高效區(qū)間,系統(tǒng)以并聯(lián)直驅為主,加減速時切換為串聯(lián)驅動來保證發(fā)動機一直處于高效工作區(qū)間;
綜合以上工況可以看出,DM-i超級混動的系統(tǒng)設定完全圍繞著盡量用電,發(fā)動機只工作在高效區(qū)間的理念下,讓駕駛感受無限接近于純電的同時,近乎變態(tài)的去降低油耗。

DM-i能做到超低油耗的第一個原因就是它的大容量大功率動力電池。傳統(tǒng)的混合動力電池容量在1度上下,可以調整的SOC區(qū)間不超過50%,能調動的電量只有0.5度以內。而DM-i的大容量動力電池,最小的電池容量也有8.3度電,SOC智能調節(jié)區(qū)間為20%到70%,至少可以在4度電內進行調度。這使得車輛可以發(fā)動機啟動一次發(fā)更多的電,讓車輛可以長時間純電行駛。而刀片電池的充電功率是普通混動電池的兩倍,內阻更低,充放電效率優(yōu)于傳統(tǒng)混合動力的10%。

DM-i低油耗的秘密

DM-i超級混動的系統(tǒng)架構讓發(fā)動機和行駛完全解耦,發(fā)動機只需要專心工作在最佳效率區(qū)間即可。我們可以看,傳統(tǒng)的燃油車因為要應對不同的工況,如怠速、急加速、帶擋滑行等,使得發(fā)動機的工況遍布各個點位上,大部分工況都處于十分低的燃油效率下,形成了一個“面”。而DM-i超級混動在大功率大容量的刀片電池以及大功率的發(fā)電機和電動機的支撐下,發(fā)動機可以只專注于一個事情,就是工作在最佳的轉速和負載下,多出來的功率由發(fā)電機和大功率電池消化吸收,這使得發(fā)動機的工況成了近乎一條線,發(fā)動機高效區(qū)占比高達70%。

整場發(fā)布會中,最重要的就是這兩張圖。

首先看左邊的發(fā)動機效率圖。這個圖展示的是發(fā)動機在各轉速/扭矩下的熱效率,通過大概計算可得知在最高熱效率43.04%處大概為28kW的輸出功率。而整個發(fā)動機在1400轉~3300轉之間,扭矩在85N·m~135N·m之間,可以有超過40%的熱效率,大致覆蓋了15~40kW的輸出功率。得益于綜合30%的能量回收率,秦PLUSDM-i的城市平均能耗預計在12kW上下,宋PLUSDM-i的城市平均能耗預計在14kW上下,混動狀態(tài)下發(fā)動機可在40%熱效率范圍內可以做到40kW的輸出,25kW+的充電能力。而根據(jù)之前的工況覆蓋圖的點位分布來看,DM-i更多的將發(fā)動機工況控制在43%的左下角一片,大概是20多kW的功率,那么長期10kW的充電功率對于電池來說也是很舒服的,可見比亞迪對發(fā)電功率的優(yōu)化還是傾向于壽命。
右邊這個電機功率圖就厲害了,90%以上效率覆蓋了絕大部分面積,95%以上也占據(jù)了6成,基本上可以說除了靜止狀態(tài)一腳油門悶到底之外,絕大部分時刻想怎么踩就怎么踩,電機一直都工作在高效區(qū)間。這也說明了之前媒體試駕的時候為什么很多媒體人沒有刻意的采用節(jié)油的方式去駕駛但是油耗出乎意料的低的原因。

另外,比亞迪從14年的第一代秦開始,就在新能源車上面全面使用12V磷酸鐵鋰電池,它具有獨立的電池管理系統(tǒng),實現(xiàn)了智能的充放電控制。這么多年來電瓶虧電這個事情幾乎跟它絕緣。而得益于電池的優(yōu)異性能和智能的電池管理,磷酸鐵鋰小電池相比鉛酸電池綜合效率提升了13%。

DM-i的出色表現(xiàn)

超低油耗

工信部針對插電式混合動力汽車有兩個油耗指標,分別是基于純電里程的算法油耗和最低荷電狀態(tài)下的虧電油耗。

秦PLUSDM-i做到了百公里3.8升,宋PLUSDM-i做到了百公里4.4升,而唐DM-i由于搭載的是熱效率40%的1.5Ti發(fā)動機,油耗相比秦宋兩兄弟略微有點高,但是也僅僅是5.3L/100km的油耗。均遠低于同級別的燃油車和混動車。

靜謐平順

超級混動架構決定了虧電時的電機驅動占比超過80%,特別是城市工況下,電機驅動的占比接近100%,實現(xiàn)了如同純電般的駕駛感受和靜音體驗。在核心的EHS電混系統(tǒng)和發(fā)動機上,NVH表現(xiàn)均達到了行業(yè)領先水平。另外,通過系統(tǒng)的優(yōu)化控制,讓發(fā)動機盡可能的工作在NVH舒適區(qū),極大的減少了發(fā)動機的噪音和震動。這一切,使得整車的NVH表現(xiàn)堪稱完美。

卓越動力

系統(tǒng)總功率這里,發(fā)動機附加功率在EHS132和EHS145上面只提供了28kW的功率,個人猜測一是為了盡量讓電機和發(fā)動機工作在最佳工況下,二是為了直驅時發(fā)動機能工作在最高熱效率范圍內,齒比設計的特別偏向于高速行駛,這直接導致發(fā)動機在正常車速范圍內發(fā)動機功率最高也就是20kW到30kW(如果100公里時速時直驅的轉速點落在最高熱效率上,那轉速要2300到2400轉,那么車速在50公里時發(fā)動機的有效功率也就15kW上下了)。因此發(fā)動機和電機的最大功率電很有可能不能重合,所以導致發(fā)動機只能提供28kW的額外功率。EHS160則是因為1.5TI發(fā)動機有無論增壓,扭矩平臺大功率也比較大,可以在更廣的車速范圍內提供更多的動力。不過就算如此,DM-i的加速能力也達到了同級別合資車的優(yōu)秀水平,動力家用完全足夠了。

而且,由于DM-i電機更廣的功率平原,更快的扭矩響應,使得車輛在駕駛的時候比燃油車更加得心應手。

DM-i也經(jīng)過了嚴苛的高溫、高原、高寒的三高實驗,整體的可靠性還是有保證的。

總結

比亞迪在深耕多年后拿出了DM-i這張答卷,不僅革了燃油車的命,還革了傳新能源汽車的命。不充電也能做到超低油耗,還不似兩田的孱弱的動力,這一切好像是那么的夢幻,但是又如此的真實。當老王當年吹過的牛逼一個個實現(xiàn)的時候,整個汽車行業(yè)將會發(fā)生如何翻天覆地的變化?讓我們拭目以待吧。


—END—

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