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比亚迪混动平台超强解析DMiDMp

来源:比亚迪 时间:2023/2/25
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比亚迪DM系统技术于年启动研发,年推出第一款DM车型以来,时至今日,比亚迪DM依靠于DM-i和DM-p双平台战略,实现多种动力选择及各种覆盖场景。混合动力系统主要包括发动机、电机和动力耦合装置等部件。不同的混合动力系统构型可能包括不同的电机数量(如单电机、双电机)、不同的电机位置(如P0~P4)以及不同类型的动力耦合装置(如行星排、双离合变速箱等),因此也具备不同的特性。

混合动力系统不同的电机位置

混合动力系统里常见的电机位置及相对应的构型如下:

P0:位于发动机前端,传统发动机启动电机的位置。P0位置的电机常应用于48V轻混系统,通常功率较小,无法纯电驱动。P1:位于离合器前,与发动机直接连接。P1位置的电机同样无法进行纯电驱动,P1是双电机构型中功率较小的电机的常见位置。P2:位于离合器后,动力耦合装置前。P2是双电机构型中功率较小的电机的另一个常见位置,且电机位于P2及之后的位置均可以实现纯电驱动。PS(P2.5):位于动力耦合装置内。P2.5是单电机构型中电机的常见位置,且P2.5的动力耦合装置通常类似于传统车的双离合变速箱。P3:位于动力耦合装置之后,差速器之前。P3是双电机构型中功率较大的电机的位置,且在双电机构型中,P3位置的电机通常为主要驱动电机。P4:位于与发动机不同轴的差速器之前。由于P4与发动机异轴,通常应用于四驱车型。

不同的混动构型按照其工作模式进行分类,目前市面在售的典型构型如下:

串联构型:在串联的结构下,车辆只能以串联模式或纯电模式行驶。即发动机只驱动发电机发电,不直接参与驱动,驱动全部由驱动电机实现。理想ONE和赛力斯SF5所搭载的增程式混动系统是典型的串联构型。

图12:串联构型原理图

并联构型:并联构型通常通过一个P2.5位置的电机实现并联模式或纯电模式行驶。并联构型的发动机可以直接参与驱动车辆,但由于并联构型通常只有一个电机,因此无法串联行驶。吉利的ePro系统,以及上汽的EDUGen2系统,是典型的并联构型。

图13:并联构型原理图

混联(串并联)构型:混联构型同时具备串联模式和并联模式行驶的能力。混联构型同样需要两个电机,目前双电机的混动构型通常均为混联构型,如丰田的THS混动系统和本田的i-MMD混动系统以及长城柠檬DHT混动系统及比亚迪DM-i混动系统等。

图14:混联(串并联)构型原理图

混合动力汽车常见的五种工作模式如下:

串联驱动:发动机将能量传递给电机,电机通过动力耦合传递装置将输出功率传递到车轮端。

并联驱动—发动机驱动+电机驱动:发动机和电机通过动力耦合传递装置将输出的功率共同传递到车轮端,进而驱动车辆行驶。

并联驱动—发动机驱动+电机发电:发动机通过动力耦合传递装置将输出功率传递到车轮端,进而驱动车辆行驶,同时还将功率输出到电机,通过电机发电将能量储存到电池。

纯电驱动:发动机不工作,电机通过动力耦合传递装置,将输出功率传递到车轮端驱动车辆行驶。

制动能量回收:在车辆减速时,车轮通过动力耦合传递装置将车辆减速时的能量传递到电机进行回收,电机发电将能量储存到电池。

混合动力汽车常见的五种工作模式

比亚迪在混动技术方面有着丰富的研究经验,其DM混动技术经历了先后4轮迭代。

DM1:年推出,搭载在年12月15日上市的F3DM上。DM1以节能为技术导向,通过双电机与单速减速器的架构,搭配1.0升自吸三缸发动机,DM1架构实现了纯电、增程、混动的三种驱动模式。在DM1系统中,与发动机直连的P1发电机同时具有驱动电机的功能;通过离合器与P1发电机和主减速器相连的P2驱动电机也同时具有发电机的功能。DM1可实现纯电百公里电耗16kWh/km,综合工况油耗2.7L/km的成绩。

DM2:年推出,搭载在年12月17日上市的秦款上。DM2从节能转向以性能为导向,同样可实现纯电、增程、混动的三种驱动模式。搭配1.5Ti缸内直喷发动机(最大功率kW)、P3位置为峰值功率kW/Nm的电机,以及6速干式双离合变速箱,实现零百加速5.9秒;年DM2升级版,搭配2.0T缸内直喷发动机(最大功率kW)、6速湿式双离合变速箱、P4位置增加一个kW/Nm的后驱动电机,实现零百加速4.9秒。

DM3:年推出,搭载在年上市的全新一代唐上。DM3以性能为技术导向,增加了位于P0位置的BSG电机(最大功率25kW),主要作用是发电\启动发动机和在变速箱换挡的时迅速调整发动机转速,大幅度减少混动行驶时的顿挫感。P4电机提升为kW/Nm,极大的提升了后轴的动力,实现零百加速4.3秒。

DM-p+DM-i(双模DM技术双平台):年6月推出,DM-i主打“超低油耗”,是对DM1的延续;DM-p主打“超强动力”,是对DM3的传承。

比亚迪DM技术发展历程

2.1.DM-i:主打超低油耗

DM-i平台,i即intelligent,指智慧、节能、高效、主打超低油耗,满足“追求极致的行车能耗”的用户。DM-i创造性的定义了以电为主的混动技术,围绕着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。

DM-i平台实现五大核心系统的超越:

第一是全球量产最高热效率43.04%的发动机,

第二是串并联双电机架构的EHS电混系统,

第三是全球首创的功率型刀片电池,

第四是适应全气候条件的电池热管理系统,

第五是与整车同寿命的12V磷酸铁锂小电池。

通过五大核心系统的突破,搭载DM-i超级混动系统的车辆可实现超低油耗、静谧平顺、卓越动力的近乎完美的整车表现。

DM-i的五大核心系统:

(1)全球量产最高热效率43.04%的发动机:DM-i混动系统配备了两款发动机,骁云插混专用1.5升高效发动机和为覆盖C级车的骁云插混专用涡轮增压1.5Ti高效发动机。

比亚迪DM-i技术五大核心超越

骁云插混专用1.5升高效发动机:拥有全球领先的43.04%热效率,运用六大技术分别为:阿特金森循环、15.5超高压缩比、超低摩擦技术、EGR废气再循环技术、分体冷却技术以及无轮系设计,实现热效率43.04%,峰值功率81kW,峰值扭矩Nm。

骁云插混专用1.5升高效发动机6大技术

骁云插混专用涡轮增压1.5Ti高效发动机:运用12.5高压缩比、米勒循环、可变截面涡轮增压器以及超低摩擦等技术,实现热效率超40%,峰值功率kW/rpm,峰值扭矩Nm/0-rpm。

骁云插混专用1.5Ti高效发动机4大技术

(2)EHS电混系统:EHS电混系统高度集成化,由双电机、双电控、直驱离合器、电机油冷系统、单挡减速器组成。其工作原理传承DM1双电机总成,但相比第一代体积减少30%,重量也减轻30%。

EHS电混系统以功率划分为三款,适配A-C级全部车型,分别是:EHS(峰值功率kW,峰值扭矩Nm)、EHS(峰值功率kW,峰值扭矩Nm)和EHS(峰值功率kW,峰值扭矩Nm),最高转速可达00rpm。其中,EHS、EHS采用骁云插混专用1.5升高效发动机,EHS采用骁云插混专用涡轮增压1.5Ti高效发动机。

EHS电混系统构成

EHS电混系统采用扁线电机、油冷技术以及自主IGBT4.0技术:

扁线电机:采用扁线成型绕组技术,大幅提升散热性能,电机最高效率达97.5%,电机效率高效区扩大10%高效区间(效率大于90%)占比90.3%,转速最高达00rpm。

油冷技术:直喷式转子油冷技术,超强散热,提升电机功率密度32%,电机功率密度提升至44.3kW/L。

第四代自主IGBT技术:电控综合效率达98.5%。

图EHS电混系统亮点及核心技术

(3)功率型的刀片电池:

单体数量少、结构简化:刀片电池采用串联式电芯设计,一节刀片电池内串联多节软包卷绕式电芯,提高体积利用率,并且有利于产品标准化。刀片电池的卷芯采用软铝包装、刀片电池采用硬铝外壳包装,形成二次密封,提升安全等级。单节电压高过20V,单节电量1.53kWh。整个电池包内有10-20节刀片电池,远少于传统电池包近节的电芯数量。此外,电池包结构简化,零部件减少35%。

超长里程、超级安全、超长寿命:功率型刀片电池具有“超长里程、超级安全、超长寿命”的特点。根据车型不同,搭载电池的电池电量从8.3kWh-21.5kWh,纯电续航里程从50-km不等;磷酸铁锂更好的稳定性与刀片电池的结构设计保障电池整体的安全性;磷酸铁锂稳定的材料晶体结构搭配先进的热管理系统使刀片电池的寿命提升。

安全、高空间利用率、高强度:在电池包安全性方面,三明治结构的刀片电池成功通过针刺实验;设计方面,无模组设计使电池与包体更好的融为一体,形成稳固的蜂窝状结构,提升电池包的整体强度,体积效率达到65%。

DM-i超级混动专用的功率型刀片电池

(4)电池热管理系统:动力电池搭载脉冲自加热技术和冷媒直冷技术两项技术,可以实现全气候条件适用场景。脉冲自加热技术是指通过电池高频的充放电,使电池内部生热,从而达到电芯自加热效果,相比水加热,加热效率提升10%,电池均温性更好,可适应更加寒冷的气候条件。冷媒直冷技术是指直接将冷媒通入电池包的冷却板上对电芯进行冷却,相比水冷,冷媒直冷技术的热交换率提升20%。

脉冲自加热技术

冷媒直冷技术

(5)无铅化12V磷酸铁锂小电池:比亚迪的12V磷酸铁锂电池是唯一彻底实现无铅化的电池,其技术已经成熟应用五年时间。12V磷酸铁锂小电池拥有独立的BMS系统,可实现充放电智能控制,系统效率相比铅酸电池提升13%。

12V磷酸铁锂小电池

DM-i超级混动系统在不同工况下的驱动模式如下:

纯电模式:当电量充足时,车辆纯电行驶,具有纯电动车静谧、平顺、零油耗的优点。

制动能量回收:减速制动时,能量回收,节能高效。

高速巡航:发动机直驱车辆,效率高。

高速超车:高负载工况时,并联模式,发动机和电机共同工作,更好的加速性能。

DM-i超级混动系统在不同工况下的驱动模式

DM-i超级混动系统在不同亏电工况下的驱动模式如下:

亏电城市工况:18%串联工况,发动机处于高效区间发电,将能量传递给电机驱动车辆,同时为电池充电,发出的电能可以提供81%的纯电行驶占比,大幅降低油耗。1%并联驱动占比,意味着99%的电机驱动占比,无限接近于纯电驾驶。

亏电NEDC工况:NEDC工况需要车辆处于更多的急加速状态,12%并联驱动占比,18%串联驱动占比,发出的电可以提供70%的纯电驾驶占比。

亏电WLTC工况:WLTC工况下,18%并联驱动占比,28%串联驱动占比,发出的电还可以提供54%的纯电驾驶占比。

亏电高速工况:在高速公路亏电工况下,67%并联占比,此时车辆以并联直驱为主,28%串联驱动占比,发出的电可提供4%的纯电驾驶占比。

综上,DM-i超级混动系统是以电为主的混动技术,围绕着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。

DM-i超级混动系统在不同工况下的驱动模式

DM-i的三大整车表现:

(1)超低油耗:大容量大功率刀片电池,EHS电混架构以及高效的动力系统使DM-i超级混动可以实现超低油耗。

大容量大功率刀片电池:其容量最小为8.3度电,SOC智能调节区间从20%-70%,至少可在4度电内进行调度,即使在亏电的情况下,车辆也有更多的机会纯电行驶,缩短发动机工作时间;此外,刀片电池的充电功率是普通混动电池的两倍,内阻更低,充放电效率优于传统混合动力10%,综合实现了30%的能量回收率。

大容量功率的动力电池拥有更大电量调度范围

系统架构:DM-i超级混动的系统架构,发动机与行驶完全解耦,可满足各种工况的驾驶需求。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成线工况,高效区占比高达70%。相比普通混动车,其运行更接近于面工况,高效区占比60%,而燃油车的高效区占比仅为25%。

动力系统:DM-i的动力系统由高效发动机与高效电机组成,全球量产最高热效率的43%发动机,以及最高效率97.5%的高效电机,其90%以上高效区占比多达90.3%,行业领先。

传统燃油车发动机与DM-i超级混动发动机工况对比

DM-i的动力系统构成,高效发动机+高效电机

(2)静谧平顺:有电时纯电驱动,亏电时大部分工况电机驱动,电机驱动综合工况占比超80%,尤其在城市工况下,电机驱动占比近乎%,无限接近EV车型。此外,发动机、EHS电混系统等核心零部件的NVH水平领先也处于行业领先地位。综上DM-i混动系统给驾驶者带了无顿挫的驾驶感受。

发动机、EHS电混系统等核心零部件的NVH水平行业领先

(3)卓越动力:发动机、驱动电机和刀片电池叠加形成了强大的动力,系统总功率分别达到了kW,kW和kW,动力表现超越2.0T增压发动机,并且,电机达到10ms级响应,使车辆可以更快起步。目前搭载DM-i的秦PLUSDM-i百公里加速达到7.3秒,宋PLUSDM-i为7.9秒,唐DM-i为8.5秒,款宋ProDM-i为7.9秒。

DM-i混动系统综合效率(单位:kW)

DM-i超级混动系统实现百公里亏电油耗3.8L的超低油耗、零百加速超过同级燃油车2-3秒、综合续航历程超过0km的成绩。搭载DM-i超级混动的车型可实现超低油耗、静谧平顺、卓越动力的整车表现。

电机响应速度达10ms级

目前搭载DM-i超级混动系统的车型有:款宋ProDM-i、驱逐舰DM-i、汉DM-i、唐DM-i、宋PlusDM-i、秦PlusDM-i等。

2.2.DM-p:主打超强动力

DM-p平台,p即powerful,指动力强劲、极速,主打超强动力,是DM3的延续,满足“追求更好驾驶乐趣”的用户。

相较于DM-i,DM-p更加强调动力的性能优势,追求加速感,定位相对较高。性能方面,DM-p系统可以实现零百加速4秒级,其动力可以碾压大排量燃油车。DM-p平台最大特点在于发动机加入了BSG电机,既可以作为发动机,又可以作为动力的辅助电机。

DM-p混动系统采用双擎四驱的结构,发动机通过双离合变速箱驱动前轴,并通过BSG电机向电池充电,主驱动电机则直接驱动后轴。DM-p系统技术相对成熟,且由于发动机和电机独立驱动两根轴,仅保留前轴发动机部分即可成为传统燃油车,仅保留后轴电机部分即可成为纯电动车,因此DM-p系统非常便于对传统车型、PHEV车型和EV车型进行同平台开发。

比亚迪DM-p双擎四驱原理

比亚迪DM-p双擎四驱工作模式

目前搭载DM-p的车型主要包括:21款唐DM、汉DM、宋ProDM、全新宋MAXDM、秦Pro超能版DM等。

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