比亞迪超級混動DM-i今年推出以來,就立刻受到市場熱捧,積攢了大量訂單,銷量也是一路走高。8月份,比亞迪乘用車的總銷量達到67630輛,同比增長90.5%,其中新能源車銷量達到60508輛,同比大漲331.9%,這其中有一半的銷量就來自DM車型的貢獻。從整體市場看,整個中國市場8月份新能源汽車的市占率達到了17.3%,而去年同期僅為5.5%,消費者對于新能源汽車的需求已經從被動(車牌)轉為主動。
比亞迪是從一開始就認定了DM-i技術必然能火?答案是否定的。事實上,比亞迪内部DM和e平台是不同的團隊在做技術開發,前三代DM技術雖然也取得了不俗的成績,但在電動車、零排放等大趨勢下,e平台其實是被高層給予厚望的。對于混動技術,連外行人都知道,它隻是過渡,終究要被淘汰。不過,比亞迪汽車規劃院經過市場調研認為,受制于充電效率的影響,可能在很長一段時間,滿足新能源條件的插電混動依然有廣泛的需求。不過,消費者真正的需求可能并非是4.3秒的0-100km/h加速,而是如何能在虧電狀态下把油耗降低到4.3L/100km甚至更低。
需求明确了,如何實現?DM團隊基于前三代雙模技術的經驗,首次提出了以大功率電機為核心的驅動單元。這是一次重大的突破。在此之前,無論是豐田的THS還是本田IMMD,技術開發的前提都是以發動機為主,所有的工作都圍繞發動機開展,核心的工作是如何利用電機幫助發動機渡過高負荷、低效率的工作區間。一般來說,發動機在車輛起步、低速加速、急加速等幾種狀态時的負荷較高、效率較低,那麼電機隻要在這幾種工況下多出力,就可以對發動機起到很大協助。其餘如中低車速巡航或高速巡航,發動機工作比較輕松,再對系統進行充電。這種系統,電機僅為補充,無需很大功率,動力電池也無需較大能量,避免了電池過重的問題,總體而言效果不錯。在這種技術路徑下,外接充電确實用處不大,因此豐田和本田基本都是HEV車型。
比亞迪從前三代DM技術中汲取了大量經驗,再結合e平台的優勢,首次提出了以大功率電機為主的驅動結構,發動機作為補充,在少數時候起到輔助作用。原理上有些接近增程式REEV,不過在此基礎上增加了發動機直驅模式,因此它其實是完全創新,可以說是集各家所長。
一、 大功率電機和功率型刀片電池
确定了以電為主作為核心驅動方式,電機必須要有較高的功率和扭矩輸出能力,DM-i目前擁有三套模塊化的電機,功率分别為132kW、145kW和160kW,扭矩分别為316Nm、325Nm和325Nm。功率和扭矩的數字都不錯,而且比亞迪的電機是高轉電機,轉速可以輕松達到16000rpm(市面上一般電機最高轉為12000rpm,一般不超過15000rpm)。這裡使用的是扁線電機,大幅度提升了槽滿率,這是提升功率密度的核心優勢之一。再有就是電機使用油冷技術,取代了常規的殼體冷卻液的降溫方式,對于電機的溫度管理會更加精細,即使高轉産生的熱量較多,也可以及時帶走。
為e平台專門開發的磷酸鐵锂刀片電池擁有較高的安全性,能夠順利通過針刺試驗。在DM-i車型上,采用的超級混動專用功率型刀片電池,這與純電動上使用的能量型刀片電池也不同,核心差異是功率型刀片電池的充放電倍率做得比較高,可以做到6C以上。而電池本身的能量相對小些,在8.3—21.5 kWh之間,這樣既滿足了最低50公裡以上的純電裡程,又盡量減輕了車身重量。
三電系統中,還有一個核心單元是電控BMS,比亞迪是車企中唯一可自己研發制造核心原件IGBT的。目前使用的第四代汽車專用IGBT模塊,能效比非汽車專用件提升了很多。比亞迪還有SiC材料的模塊,控制靈敏度更高和發熱率更低,不過目前成本較高,一旦成本可控,同樣可大規模裝車。
二、 發動機輕裝上陣
DM-i雖然以電力驅動為主,但顯然并沒有放棄發動機的意思。相反,發動機對于整個系統将起到畫龍點睛的效果,它不隻是增程器,同樣也可以直驅,但不管它在發電或是驅動,工作的前提是必須保證處于最高效的區域,也就是發動機萬有特性圖中最理想的紅色圓形範圍内,這就是它能做到43.04%這樣高熱效率的原因。
很多朋友在聽說骁雲1.5L混動專用發動機的熱效率達到43.04%,輕松超過了豐田,持有懷疑态度,認為比亞迪的發動機技術不可能超過豐田。這裡有一個理解上的偏差,其實沒有人說是比亞迪的發動機技術超越了豐田,隻是DM-i系統中,發動機一來始終保持在高效區,二來是減負很多,因此它隻是熱效率高。相反,它的功率和扭矩其實比較低。而驅動型的發動機必須兼顧熱效率和功率,因此很難做到極緻而已。
從發動機萬有特性圖中我們知道,每台發動機都有一個最佳的工作區間,轉速在此區間,不僅油耗低輸出功率也相對大。為了讓發動機在不同車速下都盡量保持在此區間,才不得不使用變速器調整轉速。而DM-i系統發動機并不考慮低速狀态下的驅動需求,僅用來發電是很容易控制轉速的。在車輛高速巡航時,其功率請求其實并不大,而且比較恒定,此時才直接驅動。反而是電機在高速時轉速很高,各種損耗加大,低于發動機直驅的效率。
骁雲混動專用發動機取消了前端的皮帶,采用無輪系布局,為發動機大幅度減負。一般發動機皮帶上帶着的啟動機、發電機、氣門正時系統等複雜系統,其實也讓發動機消耗很大,這台發動機直接取消了皮帶,負荷小了很多,效率自然提高。這台發動機在進氣側采用了電控的氣門正時結構,從而實現阿特金森循環。因為它的工作環境相對理想,因此可以實現15.5的超過壓縮比,同時利用EGR和分體冷卻技術來防止爆震,還降低了泵氣損失。另外,發動機還使用了超低摩擦技術,在活塞、氣缸内壁、連杆的軸承軸瓦等處使用了DLC塗層,也能夠讓發動機的效率提升。
三、 i是智能的管理軟件 讓所有硬件運行在高效區間
EHS的硬件中包含了兩台電機,一台以驅動為主,一台以發電為主,一套齒輪機構将系統連接在一起。其實,這套機構從硬件上看,并不複雜,甚至比豐田和本田都更簡單。但在軟件的管理上,則要困難很多。這裡牽扯到閉環控制與開環控制的差異。比亞迪第三代DM技術很多都是閉環控制,例如車速到達33km/h發動機立刻介入驅動、電量剩餘15%時發動機啟動充電等等。可以簡單理解為一些主要程序是工程師編寫好的,隻要符合條件,軟件即執行。而DM-i則是典型的開環控制,發動機工作時機以電腦的判斷為準,可以是在低電量時、也可以在深踩油門時、也可以在高速巡航時,它的判斷基準,就是上面說到的——發動機必須工作在高效區間,所謂的i智能就是由此而來。這套系統必須把動力請求、電池電量、車速、外界環境甚至路況等諸多因素都考慮進來,而且必須有一套高效的算法和執行單元,控制邏輯上據說相當複雜,不過對于駕駛者而言,其實什麼都不管,能感受到的就是一箱油怎麼也燒不完。
另外,由于電機驅動為主,車輛的NVH表現也獲得大幅度提升,發動機不介入時與電動車完全一緻。發動機介入時,因為負荷低,因此也不會出現強振動和噪音,比起燃油車顯得安靜和平順很多。
以下幾個問題是大家比較關心的,由比亞迪DM-i工程師回答。
四、 常見問題答疑
1、 DM-i發動機工作并非時時工作,在低溫環境中是否容易出現機油乳化問題?
答:之前日系著名車企出現機油乳化,包含混動車型的發動機,核心原因是發動機在低溫環境中短時間用車,導緻發動機溫度不夠,曲軸通風系統油氣分離不徹底所緻。DM-i的發動機采用缸蓋和缸體兩級式水套,有利于發動機快速熱機,并且針對曲軸通風系統的油氣分離做了大量優化,機油乳化問題應該不會出現。另外,DM-i的用戶手冊也有明确的保養時間,用戶隻要按照規定的時間保養,基本可以杜絕機油乳化問題。
2、 DM-i系統的磷酸鐵锂刀片電池在超低溫環境下會不會大幅度衰減?
答:首先DM-i車型是做過極寒測試的,冬季在漠河-40度的極低溫中電機和發動機的啟動都沒有問題。電池采用了最新的脈沖自加熱技術,利用弱電流在小範圍内頻繁充放産生的内阻獲得熱量,比起PTC要高效很多。最重要的是,發動機在低溫環境可以作為熱源供熱,比起純電動車的體驗肯定會好很多。
3、 比亞迪今年推出DM-i之後,長城等企業也迅速推出了DHT混動,比亞迪怎麼看待?
答:長城的DHT結構上與DM-i有些相似,但我們認為他們并沒有得到DM-i的精髓,首先他們的電機功率和扭矩都不夠大,對于發動機的依賴相對比較高,為此不得不使用了2擋變速器來輔助。其次,電池容量較小,整套系統并不是以電機為主的驅動,更接近日系的技術,從節能的角度看,沒有DM-i那麼極緻。
侃哥總結:
我們把比亞迪DM-i超級混動看做是對增程式電動車的升級,增程式電動車的發動機熱效率就可以做到比較高,因為它隻是發電,不用來驅動,系統整體效率很高,而且很好地解決了用戶充電焦慮的問題。增程式電動唯一的缺點是高速時電機效率不如發動機,DM-i把這個問題也徹底解決了,進一步優化了系統整體效率,這就是它能夠在各種狀況下都省油節能的原因。
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