两档深度混合动力系统

前言：本文以上一篇混动油耗的介绍为铺垫，再进一步与诸君共同讨论一下深混系统。文中若有涉及到技术观点仅表个人，诸君可自行判断可取性。

随着各种政策的推行以及市场对纯电动汽车的接受度不断提升，纯电动车辆作为未来唯一的主流再次被认可。往大了讲，各国家层面陆续出台禁售燃油车计划，往小了看，车企开始放弃内燃机了。因此就有不少小伙伴在讨论：未来内燃机该何去何从？

我的观点则是，当动力电池还无法做到应对市场上所有的应用场景时，内燃机就会一直存在。而要想让一款产品应对所有的应用场景，这显然是不太可能的。在前段时间写过一篇关于各地发布的新能源汽车发展规划上我们其实也能看出些眉目，各地的发展重点是需要因地制宜的，绝非是照单全收，这也就是说明了产品具有其地域性，不存在‘以一应万’的情况。

本篇我们将结合实例，分四部分来讨论深混系统，如下：

第一部分：典型结构欣赏；

第二部分：混动设计探讨；

第三部分：两档方案讨论；

第四部分：两档深混驱动平台设计。

由于篇幅原因，本文暂先介绍前两部分，在开始之前，先附上电机在车上的位置图，以便小伙伴们理解P0/P1…等名词。

图1 电机位置图

一、典型结构欣赏

了解并承认一下别人的优秀作品是自己进步的途径之一。

1.1 THS系统

1.1.1 系统结构

图2 THS系统结构

1.1.2 相关参数

表1 整车参数

THS系统采用节能发动机+双电机，使用典型的行星轮系转速耦合结构，在全球混动车型中独树一帜！

优点：

1、无级变速，三个动力源随意启停，为控制策略的设计实施提供了坚实的硬件基础；

2、阿特金森发动机提供了基本的低能耗保障；

3、双电机的配合，完全抵消了阿特金森发动机的缺点，使系统的整体性能达到最优。

缺点：行星轮系结构本身是转速耦合系统，系统的扭矩被相互制约。内部损耗是天生的缺陷。

1.2 i-MMD系统

1.2.1 系统结构

图3 i-MMD系统结构

1.2.2 相关参数

表2 整车参数

i-MMD系统采用节能发动机+双电机，使用简单的单离合结构，是混动家族的另一个典范。

优点：

1、结构简单，策略简单，性能稳定；

2、阿特金森发动机提供了基本的低能耗保障；

3、离合器的配合，兼顾了高低速的系统需求，使系统的整体性能达到最优。

缺点：

1、即便是高速情况下，驱动电机也要随动；

2、要求P3驱动电机同时具备大扭矩、大功率和高转速。

1.3 PDU系统

1.3.1 系统结构

图4 PDU系统结构

1.3.2 相关参数

表3 整车参数

PDU系统采用普通发动机+双电机，使用简单的双离合结构，是自主品牌的一杆大旗。

优点：

1、从传统的AMT升级而来，结构简洁；双电机结构，策略清晰；

2、两档变比，兼顾了高低速的系统需求，使系统的整体性能达到比较好的水平。

缺点：

1、共用两个变比，使驱动电机的设计受到较大的制约；

2、普通自吸发动机，使燃油经济性的提升较为困难。

注：

混合动力汽车其重要的指标之一是油耗，而油耗直接与发动机相关，想要将系统的油耗降低，永远也摆脱不了发动机自身的效率，因此在深混开发中高效率的发动机是必备的条件，从而阿特金森/米勒循环发动机的开发就成了大家讨论的重点。

而传动的距离等因素同样是影响性能的一大关键，在新开发的系统之中，高集成度亦是不可忽视的一点。

在上述列举的三款车型中，P1+P3结构都被应用，这是巧合吗？

第二部分：混动设计探讨

2.1 开发目标

汽车行驶在城市/高速时其各组件的损耗如下：

图5 中型轿车城市/公路工况的能量平衡

为此我们计划开发一款大众化的车型，目标如下：

整车目标：

1、城市工况油耗低于4.5L/100Km（NEDC馈电油耗）；

2、其他指标（爬坡度、加速性）不低于原型车；

3、价格控制在用户可接收范围内（10W左右）；

发动机系统目标：

1、使用节能循环；

2、始终工作在高效区，提高系统经济性；

电池系统：

1、深充浅放以保证电池寿命；

2、采用小容量动力电池方案，以降低整车成本；

耦合机构：

1、实现控制策略；

2、传递路径短，减少能力损耗；

2.2 发动机系统

在预定的目标之下，选款发动机参数如下：

表4 选款发动机参数

对发动机的优化主要有：

2.3 动力电池系统

动力电池的寿命与其放电深度（Depth Of Discharge/DOD）紧密相关，放电深度越深（剩余的电量越少），其寿命将越短。简单说就是电池电量低到0%再充电与电量到20%再充电其电池的寿命是不同的，其关系见下图（此图不代表所以型号，只为说明关系趋势）。

图6 放电深度于电池寿命的关系

由上图可以看出，如果每次充电前，电池的放电深度都大于70%，即剩余电量不足30%，那么该电池的循环寿命将低于1000次。所以大家现在应该清楚为什么会有‘锁电’这么一说了吧，就是为了防止有用户将动力电池的电量放的过低而造成电池的寿命缩短。因此动力电池的浅放原则在混动汽车的策略中不可忽视。

2.4 耦合机构

前面我们提到过P1+P3的结构是巧合吗？下面或可找到答案。

设计优秀的混动车型的第一步是找到一款能够满足需求的混动耦合机构。传统汽车利用离合器和换挡来匹配发动机转速和车速的矛盾，混合动力的设计也要首先解决这个矛盾。同时更高的要求是回避掉怠速和低效区，发动机应该随时启停。THS使用行星轮机构的三自由度来完成，而i-MMD和PDU则保留了离合器。又因为发动机的高效区最低转速点在约1000~1500rpm、合理扭矩为80~100Nm处，所以发电机的功率宜在15~20kW的范围内，这种要求下，P0自然被淘汰了，所以启停电机唯有P1。

低速行车时，一般的做法是发动机只负责发电，根据电池SOC随时启停。汽车靠驱动电机完成行驶功能，若仅仅完成这个任务，P2、P3、P4都是可以的。

当发动机参与驱动时，扭矩耦合系统中（如i-MMD、PDU）一般通过驱动电机和发动机交叉驱动来进行无动力中断的换挡；转速耦合系统中（如THS、通用）一般通过驱动电机调整扭矩，不管哪种系统P2电机都不可能完成这个任务，同时模式切换所带来的平顺性等问题一直困扰着国内的整车厂，因此P2不被采用。

P4电机由于处于后桥，其扭矩是通过车身的悬架系统和前面的发动机系统进行匹配，所以标定难度极大！另外，从集成的角度来看，需要两套独立的电控、水路和壳体，成本高出很多。事实是，没有合适的理由在深混开发中使用P4。

如此一来，P1+P3就是深混系统很合理的选择了！

未完待续。。。

两档深度混合动力系统