電池研究院: 比亞迪第三代DM技術如何節油?

2018-09-05 00:00:00 作者:黃恒樂

皆電GeekNEV此前在《蓄電池裝車100周年 新A8L做了道精妙算術》一文中解讀過奧迪48V弱混與BSG電機如何實現低油耗。這一回,比亞迪新出品的新一代唐DM(點擊:新車首試 / [打榜]評測)攜第三代DM插混技術而來,其節油技術之細節也足夠讓我們解讀一番。

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近乎瘋狂的駕駛體驗

先說感性(駕駛體驗),再聊理性(工程學技術)。全新一代比亞迪唐DM的混動系統構造比前作更加高階,常用的駕駛模式則簡單分為“Eco節能”與“Sport運動”兩種,讓駕駛者更容易理解和使用。兩種駕駛模式的駕駛體驗都近乎瘋狂,運動模式尤甚。

一旦激活運動模式,全新一代唐DM的“暴脾氣”全部上身,950N·m最強扭矩輸出命令隨時到埠 —— 官方百公里加速時間4.5秒(普通版)/4.3秒(智聯創世版),皆電在普通版之上實測也達到了4.65秒。

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漢斯在比亞迪全新一代唐DM的底盤上下足了輕量化的工夫,前下擺臂、轉向節、后下控制臂縱臂、副車架均為鋁合金材質,輕巧材質換得更短的破百時間與更長的純電續航。

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本文重點是電池部分,而給皆電深刻影響的恰恰也是第三代DM技術的用電策略:只要電池組有電,電機都會毫不客氣地把你推出去,因此有電的唐DM可以輕松做到既猛又省(總是優先用電)。

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全新一代唐DM將16% SOC余量作為最后的臨界值,饋電模式下發動機基本會常態化工作,處于一種“充一點電、再用一點電”的狀態 —— 簡單來說,比亞迪第三代DM實現動力與節油雙馨的技術核心,永遠圍繞著“電量”來執行。

各司其職的四大動力源

接下來就是綻放本文主題的工程學部分了。比亞迪第三代DM插電式混合動力技術把“P0+P3+P4”混動架構帶到唐DM之上,相比前作多了BSG皮帶啟動/發電機。

那么,我們平常所說的Px混動構架是何方神圣呢?筆者畫了一張解析圖,方便各位理解:

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按照“電機位置”分類,唐DM的“P0+P3+P4”混動架構擁有三臺電機,分工更加明晰;從“電機介入程度”來說,這是一套實打實的“強混”系統;按照“動力聯合方式”分類,這是一套高階的混聯式混合動力系統。

全新一代比亞迪唐DM 動力系統
動力名稱動力位置動力作用/優勢動力數據
P0電機發動機前端皮帶上BSG,實現自啟停、能量回收、扭矩輔助25kW
內燃機變速箱輸入端前2.0TI汽油機(奧托循環)151kW320N·m
P3電機變速箱輸出端純電驅動強,動能回收強110kW250N·m
P4電機非內燃機驅動的軸上實現“全時電四驅”,加速與越野性能增強180kW380N·m
綜合最大輸出441kW950N·m


“P0+P3+P4”混動架構能讓每一個位置上的電機/內燃機都在最恰當的時刻、發最恰當的力,因而可以同時實現:

1、智聯創世版0-100公里加速最快4.3秒,普通版也能觸達4.5秒;

2、工況油耗1.6L/100km(本文論述重點);

3、響應速度僅有20ms的全時電四驅系統;

4、純電續航80km-100km。

五大工作模式

既猛又省的駕駛體驗,需要“P0+P3+P4”的詳細分工,P0電機負責自啟停、能量回收、扭矩輔助;P3電機和P4電機分別驅動前后輪,實現電四驅,兼顧動力與經濟。同時,系統也需要在不同工況下使用不同工作模式,來調配動力與節油需求,因此第三代DM技術衍生出以下五種工作模式:

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Gif圖跳得太快?

那我們一個個來理解:

純電驅動模式:

這是一個僅僅使用電池組電量的純電消耗模式,也是唐DM節油的最重要模式,更是插電式混合動力系統與生俱來的優勢(通過充電樁補電,比燒油便宜很多)。

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唐DM裝備了20kWh(普通版)/24kWh(智聯創世版)的大容量電池組,純電續航里程分別為80km與100km。更值得用戶欣喜的是,純電模式下的唐DM依然擁有迅猛的動力輸出,畢竟前后電機的輸出極值分別高達110kW/250N·m與180kW/380N·m。

皆電此前使用唐DM普通版(亦可稱為“唐DM80”)做了一次以高速路況為主的純電續航測試,成績為81.6km。跑到剩余電量為16%時,內燃機介入發電。此時若是長按EV按鍵,還是可以繼續使用純電模式至6%電量,以此看來唐DM普通版的純電續航極限應當在90km左右。

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如果放到現實使用場景上面來,在城市里使用,擁有80-90km純電續航的唐DM可以不必天天找充電樁,2-3天充一次即可一直用純電通勤,周末則用混動模式跑長途。

并聯四驅模式:

并聯四驅模式是唐DM最狂暴的模式。請看筆者畫的下圖,前驅動輪有來自內燃機(紅色)與P3電機(藍色)的動力輸出,后驅動輪有來自P4電機(橙色)的動力輸出,此時唐DM就迸發出441kW(600PS)最大功率,峰值扭矩直指950N·m。

別以為這個模式除了“傾盡全力消耗能量獲取駕駛快感”之外就沒了勤儉持家的品性。即使在全力加速階段,BSG電機依然可以反轉發電(上圖最下方的綠色能量流),為電池組補充電量。

引擎直驅模式:

唐DM的“引擎直驅”(這四字是筆者自己編的)模式也是一個非常重要的模式,用于高速路的巡航工況中,此時電動機的效率非常低,但汽油機的效率非常高,因此不能繼續用混動模式,否則燃耗將非常難看。

如上圖,汽油機的動力直接經過雙離合變速箱到達前輪,P3電機不再工作,而BSG電機依然是發電狀態,一直為唐DM儲備更多電能,為更節能的純電動行駛或更狂暴的并聯四驅極限加速做準備。

串聯驅動模式:

串聯式混動經常被用于制造增程式混合動力車型(REEV)。把REEV歸類在PHEV之下,是國家現行的分類規則,畢竟REEV依然需要內燃機工作;把REEV歸類在BEV之下,是部分西方的規則,畢竟只有電動機直接驅動車輪(前輪藍色、后輪橙色),稱之為“純電動”亦無過錯。

唐DM串聯驅動模式的節能方法是提升“Well-to-Wheel”油井到車輪效率,讓效率在40%以下的汽油機發電給電池組儲備,當需要能量時,由轉換效率高于90%的P3與P4驅動電機發揮到前后車輪之上。

更重要的是,汽油機不僅可以讓P3電機反轉發電,還能讓P0電機同時反轉發電。

能量回收模式:

能量回收模式下,前后兩組車輪都沒了電機顏色(藍/橙),此時唐DM進入滑行狀態,內燃機關閉,“P0+P3+P4”三臺同時反轉發電,最大化回收能量。

綜上所述,比亞迪第三代DM技術的五大工作模式幾乎覆蓋了日常用車的全部狀態,做到經濟性最優。相比第二代DM技術,第三代DM技術的發電效率提升25%,節油效率提升15%,這也是其工信部工況油耗1.6L/100km的來源。

BSG電機的奧妙

比亞迪第三代DM技術的微油耗口碑證明,混合動力的省油,不局限在使用阿特金森循環發動機這種放棄動力性的技術。相比之下,使用阿特金森的豐田普銳斯插混版本,百公里加速時間長達11.1秒,做不到動力性能與節油性能同框出現。

關于節油的細節,筆者還想多為BSG電機說幾段。其實,筆者在本文首段的奧迪BSG電機解讀文章中已重點提到過BSG的節油妙用,但奧迪BSG的戲路非常窄,其回收的電能只能儲存在獨立設置小容量的48V鋰電池組之中,且不能通過電機發力到車輪之上。

誠然,比亞迪唐DM的BSG電機也不能直接驅動車輪,但由于比亞迪BSG電機反轉發電所得的電能是直接充給20kWh動力電池組的,因此這些回收電能可以通過P3/P4電機再回車輪之上。這便是第三代DM技術的另一項節油秘技。

另一方面,比亞迪非常罕見地使用了功率高達25kW的BSG電機(平常的BSG只有10-15kW),這讓內燃機自啟停的流暢度有了提升,也能讓BSG電機將汽油機拉升至任意轉速以避免動力系統反拖的沖擊與噪音。

更重要的是,這臺大功率BSG電機擁有最高94%的動能回收發電效率,換算一下便是23.5kW的發電功率,也就是說唐DM的BSG輔助電機發電功率比一臺知豆滿載荷加速的驅動電機最大功率還要高……

因此,即使在某些高載荷工況下(比如高速巡航),唐DM依然能處于“發電量>用電量”的充電狀態,并能在接下來的低速巡航/低速蠕行工況下盡可能使用純電驅動,繼續刷油耗下限。

編輯結語

比亞迪第三代DM技術的節油秘技其實就藏在“P0+P3+P4”構型之中,高階的構型顯然更容易實現“動力/節能雙馨”的美話,當然這也需要非常豐富與合理的混動工作模式才能實現,因此比亞迪唐DM開發出了整整五種混聯模式,覆蓋日常駕車的種種工況。 

小結一句:“P0+P3+P4”構型的分工細致、工作模式豐富,讓每一個位置上的電機都找到最優化的輸出方案,因此才能在提供迅猛動力與四驅性能的同時兼顧節能環保。

(圖/文:黃恒樂)

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