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比亚迪DM-i系统再解析 核心是以电为主 精髓在i
送交者: 浩瀚宇宙[★★★★✦★★★★] 于 2021-10-02 11:05 已读 611 次  

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比亚迪超级混动DM-i今年推出以来,就立刻受到市场热捧,积攒了大量订单,销量也是一路走高。8月份,比亚迪乘用车的总销量达到67630辆,同比增长90.5%,其中新能源车销量达到60508辆,同比大涨331.9%,这其中有一半的销量就来自DM车型的贡献。从整体市场看,整个中国市场8月份新能源汽车的市占率达到了17.3%,而去年同期仅为5.5%,消费者对于新能源汽车的需求已经从被动(车牌)转为主动。 6park.com

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比亚迪是从一开始就认定了DM-i技术必然能火?答案是否定的。事实上,比亚迪内部DM和e平台是不同的团队在做技术开发,前三代DM技术虽然也取得了不俗的成绩,但在电动车、零排放等大趋势下,e平台其实是被高层给予厚望的。对于混动技术,连外行人都知道,它只是过渡,终究要被淘汰。不过,比亚迪汽车规划院经过市场调研认为,受制于充电效率的影响,可能在很长一段时间,满足新能源条件的插电混动依然有广泛的需求。不过,消费者真正的需求可能并非是4.3秒的0-100km/h加速,而是如何能在亏电状态下把油耗降低到4.3L/100km甚至更低。 6park.com

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需求明确了,如何实现?DM团队基于前三代双模技术的经验,首次提出了以大功率电机为核心的驱动单元。这是一次重大的突破。在此之前,无论是丰田的THS还是本田IMMD,技术开发的前提都是以发动机为主,所有的工作都围绕发动机开展,核心的工作是如何利用电机帮助发动机渡过高负荷、低效率的工作区间。一般来说,发动机在车辆起步、低速加速、急加速等几种状态时的负荷较高、效率较低,那么电机只要在这几种工况下多出力,就可以对发动机起到很大协助。其余如中低车速巡航或高速巡航,发动机工作比较轻松,再对系统进行充电。这种系统,电机仅为补充,无需很大功率,动力电池也无需较大能量,避免了电池过重的问题,总体而言效果不错。在这种技术路径下,外接充电确实用处不大,因此丰田和本田基本都是HEV车型。 6park.com

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比亚迪从前三代DM技术中汲取了大量经验,再结合e平台的优势,首次提出了以大功率电机为主的驱动结构,发动机作为补充,在少数时候起到辅助作用。原理上有些接近增程式REEV,不过在此基础上增加了发动机直驱模式,因此它其实是完全创新,可以说是集各家所长。

一、 大功率电机和功率型刀片电池 6park.com

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确定了以电为主作为核心驱动方式,电机必须要有较高的功率和扭矩输出能力,DM-i目前拥有三套模块化的电机,功率分别为132kW、145kW和160kW,扭矩分别为316Nm、325Nm和325Nm。功率和扭矩的数字都不错,而且比亚迪的电机是高转电机,转速可以轻松达到16000rpm(市面上一般电机最高转为12000rpm,一般不超过15000rpm)。这里使用的是扁线电机,大幅度提升了槽满率,这是提升功率密度的核心优势之一。再有就是电机使用油冷技术,取代了常规的壳体冷却液的降温方式,对于电机的温度管理会更加精细,即使高转产生的热量较多,也可以及时带走。 6park.com

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为e平台专门开发的磷酸铁锂刀片电池拥有较高的安全性,能够顺利通过针刺试验。在DM-i车型上,采用的超级混动专用功率型刀片电池,这与纯电动上使用的能量型刀片电池也不同,核心差异是功率型刀片电池的充放电倍率做得比较高,可以做到6C以上。而电池本身的能量相对小些,在8.3—21.5 kWh之间,这样既满足了最低50公里以上的纯电里程,又尽量减轻了车身重量。



三电系统中,还有一个核心单元是电控BMS,比亚迪是车企中唯一可自己研发制造核心原件IGBT的。目前使用的第四代汽车专用IGBT模块,能效比非汽车专用件提升了很多。比亚迪还有SiC材料的模块,控制灵敏度更高和发热率更低,不过目前成本较高,一旦成本可控,同样可大规模装车。

二、 发动机轻装上阵 6park.com

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DM-i虽然以电力驱动为主,但显然并没有放弃发动机的意思。相反,发动机对于整个系统将起到画龙点睛的效果,它不只是增程器,同样也可以直驱,但不管它在发电或是驱动,工作的前提是必须保证处于最高效的区域,也就是发动机万有特性图中最理想的红色圆形范围内,这就是它能做到43.04%这样高热效率的原因。 6park.com

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很多朋友在听说骁云1.5L混动专用发动机的热效率达到43.04%,轻松超过了丰田,持有怀疑态度,认为比亚迪的发动机技术不可能超过丰田。这里有一个理解上的偏差,其实没有人说是比亚迪的发动机技术超越了丰田,只是DM-i系统中,发动机一来始终保持在高效区,二来是减负很多,因此它只是热效率高。相反,它的功率和扭矩其实比较低。而驱动型的发动机必须兼顾热效率和功率,因此很难做到极致而已。 6park.com

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从发动机万有特性图中我们知道,每台发动机都有一个最佳的工作区间,转速在此区间,不仅油耗低输出功率也相对大。为了让发动机在不同车速下都尽量保持在此区间,才不得不使用变速器调整转速。而DM-i系统发动机并不考虑低速状态下的驱动需求,仅用来发电是很容易控制转速的。在车辆高速巡航时,其功率请求其实并不大,而且比较恒定,此时才直接驱动。反而是电机在高速时转速很高,各种损耗加大,低于发动机直驱的效率。

骁云混动专用发动机取消了前端的皮带,采用无轮系布局,为发动机大幅度减负。一般发动机皮带上带着的启动机、发电机、气门正时系统等复杂系统,其实也让发动机消耗很大,这台发动机直接取消了皮带,负荷小了很多,效率自然提高。这台发动机在进气侧采用了电控的气门正时结构,从而实现阿特金森循环。因为它的工作环境相对理想,因此可以实现15.5的超过压缩比,同时利用EGR和分体冷却技术来防止爆震,还降低了泵气损失。另外,发动机还使用了超低摩擦技术,在活塞、气缸内壁、连杆的轴承轴瓦等处使用了DLC涂层,也能够让发动机的效率提升。

三、 i是智能的管理软件 让所有硬件运行在高效区间 6park.com

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EHS的硬件中包含了两台电机,一台以驱动为主,一台以发电为主,一套齿轮机构将系统连接在一起。其实,这套机构从硬件上看,并不复杂,甚至比丰田和本田都更简单。但在软件的管理上,则要困难很多。这里牵扯到闭环控制与开环控制的差异。比亚迪第三代DM技术很多都是闭环控制,例如车速到达33km/h发动机立刻介入驱动、电量剩余15%时发动机启动充电等等。可以简单理解为一些主要程序是工程师编写好的,只要符合条件,软件即执行。而DM-i则是典型的开环控制,发动机工作时机以电脑的判断为准,可以是在低电量时、也可以在深踩油门时、也可以在高速巡航时,它的判断基准,就是上面说到的——发动机必须工作在高效区间,所谓的i智能就是由此而来。这套系统必须把动力请求、电池电量、车速、外界环境甚至路况等诸多因素都考虑进来,而且必须有一套高效的算法和执行单元,控制逻辑上据说相当复杂,不过对于驾驶者而言,其实什么都不管,能感受到的就是一箱油怎么也烧不完。

另外,由于电机驱动为主,车辆的NVH表现也获得大幅度提升,发动机不介入时与电动车完全一致。发动机介入时,因为负荷低,因此也不会出现强振动和噪音,比起燃油车显得安静和平顺很多。

以下几个问题是大家比较关心的,由比亚迪DM-i工程师回答。

四、 常见问题答疑

1、 DM-i发动机工作并非时时工作,在低温环境中是否容易出现机油乳化问题?

答:之前日系著名车企出现机油乳化,包含混动车型的发动机,核心原因是发动机在低温环境中短时间用车,导致发动机温度不够,曲轴通风系统油气分离不彻底所致。DM-i的发动机采用缸盖和缸体两级式水套,有利于发动机快速热机,并且针对曲轴通风系统的油气分离做了大量优化,机油乳化问题应该不会出现。另外,DM-i的用户手册也有明确的保养时间,用户只要按照规定的时间保养,基本可以杜绝机油乳化问题。

2、 DM-i系统的磷酸铁锂刀片电池在超低温环境下会不会大幅度衰减?

答:首先DM-i车型是做过极寒测试的,冬季在漠河-40度的极低温中电机和发动机的启动都没有问题。电池采用了最新的脉冲自加热技术,利用弱电流在小范围内频繁充放产生的内阻获得热量,比起PTC要高效很多。最重要的是,发动机在低温环境可以作为热源供热,比起纯电动车的体验肯定会好很多。

3、 比亚迪今年推出DM-i之后,长城等企业也迅速推出了DHT混动,比亚迪怎么看待?

答:长城的DHT结构上与DM-i有些相似,但我们认为他们并没有得到DM-i的精髓,首先他们的电机功率和扭矩都不够大,对于发动机的依赖相对比较高,为此不得不使用了2挡变速器来辅助。其次,电池容量较小,整套系统并不是以电机为主的驱动,更接近日系的技术,从节能的角度看,没有DM-i那么极致。

侃哥总结:

我们把比亚迪DM-i超级混动看做是对增程式电动车的升级,增程式电动车的发动机热效率就可以做到比较高,因为它只是发电,不用来驱动,系统整体效率很高,而且很好地解决了用户充电焦虑的问题。增程式电动唯一的缺点是高速时电机效率不如发动机,DM-i把这个问题也彻底解决了,进一步优化了系统整体效率,这就是它能够在各种状况下都省油节能的原因。 6park.com



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