平時談到混合動力系統時,經常聽到Px這些讓我們不知所云的簡稱,今天就跟大家聊聊混合動力系統的不同構型及優缺點,P其實是Position的簡稱,根據電機在動力系統中的位置,PHEV主要有P0、P1、P2、P3和P4這五種構型。
P0構型:
用帶式起動/發電一體電機(Belt-Driven Starter/Generator-BSG)代替傳統車發動機前端發電機位置,可實現相比傳統車更舒適的怠速啟停及高端的Coasting滑行啟停(該類啟停需要變速箱的支持),同時還具備制動能量回收和加速助力功能,P0構型是通過皮帶傳動的,雖比普通皮帶要求更高,但軟性連接部件畢竟效率有限,因此不管是加力還是能量回收的功率都是有限的,此外受限於皮帶傳動,P0也不支持純電行駛模式。
目前P0構型大都應用在48V微混系統中,通過對傳統汽車的小幅改動,加上BSG、DC/DC和48V電池三大部件即可實現在NEDC工況下10%的節油率,這對於成本控制壓力大的OEM來說無疑是划算的買賣,48V P0微混會保留12V傳統起動機,因48V電池基本採用鋰電池,其在低溫下大電流能力差,因此保留12V傳統電機起動機用於低溫下發動機的起動。
最近這段時間明顯感覺國內很多OEM都開始上48V系統,自己手上也突然增加了兩個48V項目,除了政策上一些原因和可觀的節油率,很多OEM似乎不玩玩48V都有點沒臉混下去。國外很多供應商,如法雷奧、大陸和博世也都有48V系統的解決方案:
P1構型:
即電機位於變速箱離合器前,安裝在發動機曲軸上,其用盤式一體化起動/發電機(ISG)固連在發動機上,取代傳統飛輪,發動機曲軸充當了ISG的轉子。
P1構型依然可採用傳統變速箱(AT、CVT、DCT),其和P0一樣可實現高級起停、電動助力及能量回收等功能,由於不像P0一樣採用皮帶傳動而直接套在曲軸上,因此兩者轉速必須相等,所以P1電機相比P0電機要有更大的扭矩,其次還要降低體積才能放在飛輪處,因此成本相比P0電機要高。
由於P1電機直接放在發動機飛輪端因此驅動力可直接作用在曲軸輸出端從而獲得較高的驅動力使起步和急加速工況駕駛性更加。但另一方面由於電機旋轉會連帶發動機轉,因此P1也不具備純電行駛模式,其次在動能回收及滑行模式下,因會帶動曲軸空轉而浪費動能並增加噪聲和振動。
P1構型代表車型是-Honda Insight Hybrid 2009(with Integrated Motor Assist technology):
電機性能
最大扭矩可達34N.m
最大功率:10kW
效率高達94%
混動系統工作模式
怠速起停
扭矩輔助
加速助力
滑行起停
能量回收等
優勢
相比P0更高的效率
可移除12V起動機
劣勢
由於電機尺寸的限制因此扭矩輸出有限
因發動機倒拖扭矩的存在,因此能量回收有限
部件成本增加:因電機緊湊型性更高、性能更高且電機的散熱不能採用常規空冷
P2構型:
P2構型是叫的比較火的一種混動系統,想必大家一提P2都會不由自主想起舍弗勒的P2電機,畢竟在P2這塊舍弗勒是做的很不錯的,在太倉也對P2混合動力模塊進行了投產。
P2構型採用同軸式電機(IMG),在發動機和電機間有一個C0離合器,在電機和變速箱間也有一個C1離合器。
P2構型中關鍵零部件就是P2模塊,舍弗勒的P2模塊主要由雙質量飛輪、永磁同步電機、乾式離合器和電子離合器控制單元等部件組成。
該P2模塊可集成最大功率25~80kw的電機,通過單向離合器向變速箱可傳遞的扭矩最大可達到800N.m,而整個P2模塊的軸向長度最小可達到約135mm(真牛逼),因此該模塊集成度非常高,在整車空間緊張的今天,該模塊無疑具有很強的靈活性,不管發動機橫置還是縱置都可在發動機和變速箱之間塞入這玩意(發動機採用橫置方案時由於橫向尺寸非常有限,因此一般都採用三缸機),另外該模塊也不挑變速箱,AT、CVT和DCT都可與之搭配。
P2工作模式主要有如下幾種:
1、純發動機模式
此時發動機單獨輸出動力,電機不參與控制,K0和K1離合器閉合
2、純電動模式
P2相比P0和P1構型,支持純電動模式,此時電機單獨輸出扭矩,K0脫開,K1閉合
3、能量回收模式
整車制動減速,K1閉合,K0脫開,電機為負扭矩模式,從而實現能量回收
4、加速助力模式
此時,發動機和電機都輸出扭矩,K0和K1離合器閉合
還有怠速及停機充電模式和行進間快速同步啟動等模式。
同樣P2也有劣勢,它只有在變速箱切換到空擋的時候,才能切斷與車輪的連接,從而啟動發動機。但如果變速箱不能很快的切到空擋(基於行星齒輪的AT可以),就需要一個額外的啟動電機來滿足自動啟停系統頻繁快速啟停電機的要求—或者是一個在P1位置的中低壓啟動電機,或者是一個在P0位置的48V以上的中高壓BSG電機。另外在純電模式行駛時,若要啟動發動機快速同步當前車速保證從純電模式到混動模式平順的切換也很難控制。
P2方面大眾的Jetta Hybrid、Audi的A3 etron都是這種構型,某聯做的長安P2也已經批產了,樓主也有一個P2高壓混動項目在運行,HCU採用某卡多的系統方案,前期的系統聯調當時折騰樓主很長時間,這一套下來成本著實增加不少,好不好賣就是另外一回事了。
P3構型:
與P2相比,電機被挪到了變速箱輸出端,其電機一般與變速箱輸出軸有一定距離,並採用齒輪或鏈條傳動與變速箱輸出軸進行耦合,模式是:發動機—離合器—變速箱—電機—減速器—車輪。
P3構型在純電模式下起步時,電機可直接驅動減速器,減速器驅動傳動軸,因此純電驅動更為直接高效;在車輛制動或減速時,能量回收也更為直接,由於P3是分體設計(因不與發動機和變速箱進行整合),零部件的集成度相比P2要求要低很多,但需要佔用額外的體積。
P3純電模式驅動下需克服前面被拖變速箱的加速阻力,因此與P2相比需要更大的功率扭矩,此外由於電機必須與車軸相連,因此電機無法用於啟動發動機,所以不具備自動啟停功能,若有自動啟停的需求,需要增加P1位置的中低壓啟動電機。
P4構型:
P4是電機放在後橋上,另外輪邊驅動也叫P4,因此文章開頭所展示的圖中的P5可以看做是P4構型。P4布局的電機既可以通過鏈條或齒輪驅動前軸/後軸,也可以直接用兩個輪轂電機直接驅動車輪(但輪轂電機的控制要求目前還不算成熟因此控制要求極高)。
通過上面的闡述最後以一張圖做個P0~P4的總結:
說完上面的P0~P4,捎帶聊個P2.5, P2.5是將電機直接集成在變速箱內,因此在安裝長度上沒有變化,變速箱與發動機之間也不需要額外的離合器,吉利P2.5混動系統核心部件是7DCT雙離合變速箱,發動機與變速箱像傳統車一樣正常耦合,而啟動/發電一體電機則通過齒輪與雙離合的偶數檔耦合。
C1和C2即DCT上的兩離合器,同一時刻發動機只會與其一進行嚙合,該類構型也可實現純電動、純發動機及混合驅動三種模式。
1、純電動驅動時,兩離合器脫開,電機通過偶數檔驅動汽車。
2、純發動機驅動模式,就是傳統車DCT工作模式,此時電機會被反拖發電。
3、混合驅動模式:如果C1結合C2斷開,發動機驅動奇數檔,電機驅動偶數檔最終在末端進行動力合成驅動車輪,當C2結合C2斷開,發動機和電機同時驅動偶數檔再經檔位選擇驅動車輪。
Ps是一種混聯式混合動力拓撲,其使用行星齒輪機構和雙電機,無離合器,機械配置少,工作類似於E-CVT,豐田Prius就是Ps的典型車型。上述的構型就不詳細說明了,感興趣的可自行查閱資料,文章有謬誤之處,請大家指正。