新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详

 新闻资讯     |      2022-08-24 08:00

OB欧宝说起混动汽车,大家可能都有所耳闻,虽然当下纯电动车更为火热,不过既能很好的适应城市拥堵、又能不被电池问题局限的混动汽车仍然拥有着属于自己的独特竞争力。

混合动力汽车就是指车上拥有两个以上的动力源——目前一般是指“发动机”和“电动机”。在混动汽车领域,走在领先地位的无疑是丰田和本田两家日系巨头。

不过,有趣的是这两家企业在混动技术领域的思路大相径庭,简单的说,丰田是用一种更为复杂的工作方式实现了发动机和电动机共同作用、实现最佳工况的结果;而本田则是根据实际需要切换发动机和电动机的输出,从而实现稳定和高效的行驶。

OB欧宝双电机动力分流派:顾名思义这个门派的最典型特征是有两个电机一起和发动机配合实现混合动力模式。

那么我们首先说说双电机动力分流派的特点:

1. 由两套电机和行星轮系统组成eCVT,发动机一般工作在高效区,油耗低

OB欧宝2. 省略变速箱,不需要离合器,加速过程平稳

3. 两套电机,系统相对复杂,成本相对较高

4. 发动机部分动力由电传动,降低传动效率

OB欧宝转换行驶采用最为简单的结构,无论电气系统、液压控制系统可得到最简的配置,各种状态在适用范围内发动机、电机分别都能在高效区内工作,动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。

适用于HEV/PHEV/EREV等多种类型混合动力,这是现代车最需要的,髙性能的混合动力总成,是一种比较完美的组合。若增配卫星摩擦环型无级变速器更是如虎添翼。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

OB欧宝通用的混动技术则是集合了两家之所长但又相对复杂。它是由两组电机、两组行星轮和三组离合器组成。这样的多种工作模式、精细控制带来的最直接的好处是,发动机和电池电机各有所长,把发动机尽可能固定在最低燃耗的转速,在额外需要动力的时候善用电池电机的高扭矩输出特性,二者有效结合。当然,对于控制电机的可靠性、功率与运行精度要求也非常高

主要有四种动力输出方式:

纯电动模式(低负荷工况)

混合驱动模式(常规行驶)

混合驱动模式(中高速)

制动发电模式(减速—刹车)

一直都是用的两个行星系齿轮,并辅以三个离合器。听上去很复杂,其实也真的复杂。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

本田的混动就是“串联+发动机直驱”加上离合器,这套机构的原理简单粗暴,仅仅是在传统发动机和传统变速箱之间埋一个电机的做法肯定是不够的。

双行星轮系架构具有减速、多动力耦合、还具有离合器的作用新能源汽车电机驱动系统,用锁止制动器就能达到的作用,只要恰当地使用锁止制动器,整体自动变速混合系统可以得到多个的解决方案。

插电式混合动力汽车可通过电网获取电能,充电具有高效节能、排放低、续航里程长等优点,而成为各大汽车公司研发的热点,被视为目前最具有应用前景的新能源汽车。

1. 纯发动机驱动

与目前常见的混合动力车型上使用的电机控制单元和电机分体式布局不同的是,这套电驱系统将电机控制器集成到了TPIM内部,在这里就已经将电池的高压直流电转换为了驱动两个电机所需的三相交流电。不仅省去了电机控制器之间的连接线路,同时还提高了产品的可靠性和安全性。

让发动机直接驱动,可以一直工作在最佳工作模式,没有功率浪费的问题。制动时根据速度的不同,MG1电机/发电机MG2电机分别或共同回馈发电,并将其暂时贮存起来供加速时再用。在电池组电力不足,为了避免电池组电量过度损耗功率阈值,电池失效的速率而不用电机驱动,在公路上巡航时使用汽油发动机该模式,在时速40KM/H以上手动挡的汽车司机都知道,到达该速度以上,巳是推到最高的挡位。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

电机运转始终处于高效区新能源汽车电机驱动系统,可以节省电池能量,提高续驶里程。

双电机双变速器采用两套不同性能的电机,一个高效区在低速,一个高效区在高速,每个电机同时有两个挡位,随着载荷或者车速变化,两台电机的工作状态灵活调整,保证电机尽可能工作在高效区间。

发动机双电机多挡位混合动力变速驱动该技术避免使用体积大的离合器,采用相对耐用的锁止制动器,有效地减少了零部件的数量和重量,更减少了日后维修的次数与时间。

2. 双电机多挡位变速驱动纯电动模式

这套名为TPIM的电控系统将高压逆变模块集成在了壳体内部新能源汽车电机驱动系统新能源汽车电机驱动系统,与丰田在用的THS混动系统相比集成度更高,安全系数也高一些。

MG1电机/发电机MG2电机的组合可以获得三个挡位,每个都有相对应的传动比,爬坡有力,中高速够劲。两台电机可以一起工作,两者功率加起来具有非常好的起步和加速性能。

在汽车处于加速或者大负荷工况时,在这系统装置中,MG1电机/发电机与第二级行星轮系中星轮架与输出轴的传动比是MG2电机与第二级行星轮系中星轮架与输出轴的传动比大,在不中断动力的情况下,这套自适应系统随外界的负荷变化,让电动机的驱动力与行驶阻力始终保持平衡,从而高效率工作。

熟悉纯电动汽车的消费者会明白,纯电动汽车在中低速下的性能十分优异,安静、经济、性能,但到了高速,纯电动汽车的性价比就会变的很低,阻力的增加让纯电动汽车的电量消耗速度成倍数增加。

可以实现较高的传动效率和更多的挡位及更宽泛的传动比,这样可以降低对MG电机功率及速度等级的要求。爬坡有力,中高速够劲。

MG1电机/发电机与第二级行星轮系中星轮架与输出轴的传动比是MG2电机与第二级行星轮系中星轮架与输出轴的传动比大,MG1电机/发电机MG2电机共同参与起步并根据不同需要,采用不同挡位行驶,四种状态分别为:MG1电机/发电机反转和电MG2机正转、MG1电机/发电机正转、电MG2机正转、MG1电机/发电机和电MG2机正转。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

但是上图工作在发动机驱动模式中,动力从发动机通过机械方式从动力分流装置输送到车轮上,同时发动机的部分动力被用作电机1发电并驱动电机2给出动力输出到车轮上。

动力分流装置还能够在不同的行驶模式下将动能通过机械方式和电子方式输送到需要车轮上或者存储到电池内。

双电机双变速器系统采用两个电机,电机总重量却下降了40%,“双电机双变速器系统可以灵活调整工作状态,不需要大电机,两台小电机就能满足要求。”

3 .増程式发电、MG2电机纯电动驱动模式

电机1和电机2分别连接在行星齿轮1/2的太阳轮上,这套系统输出轴都在行星架上。离合器2一端固定,一端与行星齿轮2连接,通过同时锁止两个离合器可以实现固定齿比的行驶模式。

在增程模式下,没有里程焦虑,而且发动机可以一直控制在最佳转速,油耗低,噪音小,振动小便能使发动机一直保持在最佳工况状态,动力性好,排放量很低。而且电能的来源都是发动机,只需加油即可。

S3是保持锁止状态,即两组行星轮系动力相隔开,MG1电机/发电机发电与MG2电机驱动互不干扰,启动、停止、速度的快慢,整个行驶过程由MG2电机驱动,中高速时使用回馈制动由MG2电机回收,向电池组充电,并将其暂时贮存起来供加速时再用。

按第一项启动发动机后,MG2电机从静止不断提高转速,汽车开始加速。通过控制系统优化,可以让发动机一直工作在最佳转速,即使在充电不便时,市内堵车路况下油耗也比较低,也可以控制发动机噪音到非常小。

是否要将增程技术定位为过渡技术也值得思考。如果将增程式作为独立的发展方向,那么它的发展前景在哪里。这些问题需要技术研发回答,实用的双电机多挡位发动机混合动力变速驱动的增程模式。

对于增程式技术未来的发展命运,现在从学界到业界尚有争议。增程式技术的出现是对新能源汽车行驶里程不足的补充新能源汽车电机驱动系统,争议的关注点聚焦在增程技术是否环保,以及随着动力电池技术的进步,增程技术会否失去存在的价值等。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

双电机双变速器动力总成系统还有一个优势。目前除了CVT(无级变速器)之外,其他都会出现几十毫秒的动力中断,动力输出不平顺会导致操控性能不佳,尤其对于越野SUV,动力中断是一个比较严重的问题。双电机双变速器没有采用CVT,但是两套系统灵活调整工作状态,可以消除动力中断的现象。

4. MG1电机/发电机纯电动驱动模式

发动机、电动机、离合器、行星齿轮组以及电池等部件的连接关系,发动机直接与行星齿轮组1的外齿圈相连,为了获得平顺的动力输出,在它们之间设有一套输入扭矩减振器,与自动变速箱液力变矩器的减振结构类似。

MG1电机/发电机配置功率比MG2电机功率少,特别适合在城市的道路上,在对加速性要求不太高和轻载的场合,车多、人多、速度慢、红绿灯更多频繁启停的道路上行驶。S2、S4放开,锁止S1、S3,由MG1电机/发电机啟动、停止、速度的快慢,制动回馈发电,并将其暂时贮存起来供加速时再用。功率在合理传动比中运行。

具体来说,由一台1.8L自然吸气发动机和两组永磁同步电机以及双排行星齿轮和两个离合器构成,并配以高度集成的TPIM电控模块。电池系统则选用了高性能的三元锂电池组,容量为1.5kWh。

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5. MG1电机/发电机启动发动机与发电模式

动力系统方面,这套电驱系统可以实现电机单独驱动、发动机与电机混合驱动等多种驱动形式。最大综合输出扭矩可达到380N·m,0-100km/h加速时间仅用8.9s,百公里油耗为4.7L/100km,与上一代君越eAssist混合动力车型相比,油耗降低35%。

使得第一级行星轮系中的星轮架与第二级行星轮系中的太阳轮相联接的传动轴固定不转动,开启MG1电机/发电机,放开S1、S4,锁止S2,S3,太阳轮齿轮转动传送行星轮齿轮,行星轮齿轮带动齿圈至发动机启动,发动机转动之后MG1电机/发电机可以发电,对电池组进行充电,发动机可设定在最佳转速、最佳扭矩和最佳油耗状态下工作。

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6.MG1电机/发电机、发动机混合变速驱动模式

君越30H上的这套电驱系统主要有纯电机驱动、汽油发动机驱动以及油电混合驱动三种驱动模式,发动机与两台电动机之间通过两套离合器和两组行星齿轮相连接,并配合ECVT变速箱实现多种驱动模式之间的无缝切换。

MG1电机/发电机从反转速度逐渐降低至零再转化为正转而且不断提高转速,这就是汽车加速的过程。从而更有效地利用发动机高效工况,达到更省油的目的。

在对加速性要求不太高的场合,汽油发动机和电动机耦联工作,提供可与汽油发动机相当的车辆起步性能。在制动时MG1电机/发电机能大部分回收这些能量,并将其暂时贮存起来供加速时再用,又能在高速状态下获得更加出色的加速性能。

按第一项启动发动机后,锁止S3,放开S4,MG1电机/发电机反转速度与发电时的速度相对一致,发动机都参与起步,完全规避了发动机中低速的运转区间,在发动机保持发电恒定的转速下,MG1电机/发电机将反向速度逐渐降低至零随即正向转动,通过与发动机同时驱动或加速通过联轴传至输出轴差速器驱动车轮,汽车就起步了。

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普锐斯最早在1997年开始销售,发展到今天已经开发到了第三代。

并且目前该混合动力技术已经推广至丰田集团几乎所有级别的车型上,包括卡罗拉混动版,凯美瑞混动版,汉兰达混动版(海外),雷克萨斯CT200h,NX300h,RX450h,GS450h,LS600h,HS250h(海外)等等。

7.MG2电机、发动机混合变速驱动模式

与目前市面上主流的混动技术相比,它在燃油经济性和系统最大综合输出功率方面都有不错的表现。在混和动力车型中油耗处于中游水准,与凯美瑞双擎等老牌日系对手相比也毫不逊色(凯迪拉克CT6、宝马530以及沃尔沃S60L的混合动力车型采用插电式混合动力技术,可以在短途使用之后由城市电网进行充电,因此官方公布的综合油耗更低)。

这是高速路况下,双动力直接驱动车辆,可以一直工作在最佳工作状态,在制动时MG2电机能大部分回收这些能量,并将其暂时贮存起来供加速时再用,没有功率浪费的问题。

在发动机保持发电的转速,将MG1电机/发电机反转速度逐渐降低至零即把S4锁止,按第二项启动发动机后,S1、S2、S3、S4全放开,MG1电机/发电机反转速度与发电时的速度一致,此时发动机驱动车辆行进中,在MG1电机/发电机反转速度逐渐降低至零同时,MG2电机也从静止不断提高转速,汽车开始加速。此后,MG2电机、发动机混合变速驱动汽车。

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8.强混模式双电机多挡位发动机混合变速驱动

在整个过程,通过MG1电机和MG2电机分别呈相反方向旋转来驱动车辆起步,双电机与发动机同步急加速的时候,电动机和发动机可以一起驱动车轮,实现最大动力输出。

在MG1电机/发电机反转速度与发电时的速度一致,在发动机保持发电的转速,将MG1电机/发电机反转速度逐渐降低至零随即正向转动,同时,MG2电机也从静止不断提高转速(放开S3),汽车开始加速。

按第一项启动发动机后,S1、S2、S4全放开,继续锁止S3,使得第一级行星轮系中的星轮架与第二级行星轮系中的太阳轮相联接的传动轴固定不转动,切断两级行星轮系的关联,使各自运转。

在此模式中双电机和发动机可共同参与加速、加速度也是最大,加速时间最短,超加速能力最强,同时可达至最高速。

MG1电机/发电机配置功率比MG2电机功率小,而两电各自有合适的传动比,再加上两种耦合的叠加传动比,即可有多个挡位使用,毎个挡位都能功率与速度的对应,各电机在高效区转速范围内使用,物尽其用,能量回收尽可能在高效区,续航里程大幅提高。

随外界的负荷变化,让电动机的驱动力与行驶阻力始终保持平衡,从而在高效率区工作。动力系统更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。

电控系统通过扭矩传感实时探测车辆行驶的工况,来判断发动机是否需要参与驱动,从而决定是采用纯电驱动、混合驱动还是发动机直驱的模式来精细化管理能耗,并且不受车辆行驶速度的限制,又能在高速状态下,对经济性带来更大的提升,同时也能获得更加出色的加速性能。从而更有效地利用发动机高效工况,达到更省油的目的。是一种比较完美的组合。全功能混合动力技术还是目前最新的混动技术,可靠性也更高。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

混联式技术需要精细化的能耗管理,将发动机更长时间维持在高效率区间运转,以及高效、充分的回收减速和制动的能量。

丰田的混动是靠单排行星轮开始,雄霸混合动力汽车十多年,丰田只采用了一个行星齿轮组,弱混系统是将电机与曲轴直接连接(P0),这种系统也意味着无法纯电动行驶,弊端是发动机和电动机无法保证同时在最佳工况时工作。

混合动力的出现就是把发动机低负荷工况下的剩余能量储存在电池里,然后在车辆运行在高负荷工况时通过电机释放出来,从而实现发动机尽可能多的在高效工况下运行,达到降低油耗、节能减排的初衷。混联式装置包含了串联式和并联式的特点。

对于混合动力汽车来说,离合器、变速器、传动轴、差速器都是必不可少的,而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂,同时零部件越多存在故障率高的问题。

根据丰田的官方数据,截止2014年9月丰田集团的混合动力车型累计销量已经突破了700万辆。而这些混合动力车型采用的都是丰田称为混合协同驱动系统的HSD(Hybrid Synergy Drive)系统。丰田HSD系统的核心则是双电机和动力分流装置组成的eCVT电子无极变速箱。大家知道传统的CVT无极变速箱是由连续可变的机械传感装置改变速比实现的。

新能源OB欧宝电动汽车混动新技术:双电机架构详解

OB欧宝大众、通用、本田、宝马以及比亚迪、吉利等纷纷推出混动车型,可以说混动进入了百家争鸣的时代,发展混合动力汽车的动力系统主要趋势。前提是选择性发展的基于这些新能源技术有着高效的能耗管理系统,尤其是代表中小型车新能源发展趋势的混连式技术。