比亞迪DM-i技術如何實現虧電狀態下低油耗?實際體驗又如何?

說到汽車的混動技術,有句話流傳比較廣:汽車行業有兩種混動,一種是豐田,一種是其他。作為很早涉足混動技術的品牌,豐田設計出以行星齒輪在核心的動力分配結構,利用行星齒輪的三個自由度分別嚙合發動機、發電機和電動機,實現瞭一套高效的混動機構。目前豐田的混動THS已經發展到第二代,在國內銷售的車型已經普遍使用,用戶的反饋是油耗低、行駛平順。豐田的混動確實很好,但也有著明顯的時代印記,那就是在二十多年前電池、電控都不發達的時代中,實現以發動機為主、電機輔助的動力分流式結構,電機僅在起步、加速等少數時間介入,輔助發動機渡過高負荷區,大部分表演的舞臺依然是發動機。而且發動機、發電機和電動機三者是不能完全解耦的,並不能將各自潛力發揮到最大。

豐田THS特點:動力分流,發動機為主,電機為輔助。電氣化程度較低。

在電機、電池和電控飛速發展的過程中,本田的i-MMD技術也得到快速發展,目前也發展到瞭第三代。由於豐田對於行星齒輪結構很早申請瞭專利保護,因此本田隻能另辟蹊徑,利用雙電機的結構和離合器控制發動機介入,讓電機與發動機達到完全平等的地位,實現瞭大功率電機驅動,並可以單獨驅動車輛到高速的行駛狀態。驅動電機的工作區間大為增加,但因為系統的三元鋰電池能量較小,發動機在低電量時直接帶動發電機發電並直接輸出到驅動電機,變成瞭一臺增程式的混動系統。在高速行駛,負荷較低時,發動機動力直接驅動車輪,驅動電機休息。整個過程,發動機始終處於低負荷狀態,可以達到40.6%的高熱效率。因此,本田i-MMD的車輛體驗是加速更強勁、油耗同樣較低。

本田i-MMD特點:發動機與電機地位平等,各負其職。電池能量較小,不支持插電是最大缺點。

我們再來看以理想ONE為代表的增程式混動,它的特點是隻能以電機驅動,發動機僅做發電機的動力源。雖然實現瞭純電動,但並沒有完全零排放,而且在高速低負荷時,明明發動機的效率更高,卻還要通過發電來中轉,此時的能量使用效率反而不高。

增程式混動特點:電機驅動,大部分工況系統的效率都很高,但高速勻速行駛電機效率不如發動機高。

以上每種混動技術都有可取之處,但也都有明顯的缺點。那麼能否取眾傢所長,避他人之短呢?答案是肯定的。比亞迪於1月11日隆重推出的DM-i插電混動技術,可以說是完全避開瞭以上所有的短處,形成瞭自己的特色。

我們先來看整體結構,DM-i核心部件包括雙電機的EHS系統,驍雲插混專用發動機,混動專用功率型刀片電池。還有四大控制系統,包括整車控制、發動機控制、電機控制和電池管理。控制系統因為主要涉及的電路和軟件,我們也沒有太多資料,隻需要知道核心部件和關鍵技術是完全由比亞迪自主研發的,還使用瞭比亞迪自研的IGBT就可以瞭。重點看幾大硬件:

1、雙電機的EHS系統:

比亞迪之前的DM很大程度上要依賴變速器,可以看到這套系統並沒有傳統的多擋位變速器。EHS系統以並聯的雙電機為主要部件,其特點是:1、發電機與發動機利用齒輪處於常嚙合狀態,意味著發動機隻要在輸出時就處於發電狀態。2、發動機輸出端是濕式離合器,一般情況處於分離狀態,僅在高速勻速續航時才結合,直接驅動車輛,因此大部分時間負荷很低,效率尤其高。3、電機是主要驅動來源,與中間齒輪常嚙合,再輸出到主減速齒輪,再帶動差速器輸出。

DM-i的驅動電機體積和功率都做得比較大,具備更多的適應性。根據電機功率大小不同,分為EHS132、EHS145和EHS160三種,對應電機功率就是132 kW、145 kW和160 kW,三者的扭矩分別是316Nm、325Nm和325Nm。

我們認真觀察瞭EHS系統的結構和工作原理,認為它的工作原理與本田的i-MMD有異曲同工之妙,但兩者的結構完全不同,後者采用的雙電機同軸佈局。

2、驍雲插混專用發動機:

比亞迪針對DM-i推出瞭兩款專用發動機,1.5Ti渦輪增壓和1.5L自吸發動機。其中前者的峰值功率為105kW,峰值扭矩231Nm,擁有12.5的高壓縮比,采用瞭可變截面渦輪增壓器和智能熱管理系統,實現瞭40%的熱效率,主要與EHS160系統匹配,用在唐DM-i上。而後者峰值功率為81kW,峰值扭矩135Nm,擁有15.5的超高壓縮比,采用分體冷卻技術、EGR廢氣再循環,實現阿特金森循環,成為目前全球量產發動機中熱效率的新頂峰為43.04%,這款發動機主要與EHS132和EHS145系統配合,用在秦PLUS DM-i和宋PLUS DM-i上。

有心的朋友可能註意到瞭,這兩款發動機的功率和扭矩比起同排量的驅動型發動機都要小,而在壓縮比和熱效率上卻高很多,這正是混動系統的微妙所在,因為發動機僅在部分負荷和低負荷運轉,不需要考慮太多扭矩和功率的需求,工程師可以把主要精力都用在提高壓縮比、降低摩擦、提升熱效率上。

3、混動專用功率型刀片電池:

我們認為DM-i核心優勢就是搭載瞭比亞迪為混動系統開發的專用功率型刀片電池。電池采用串聯式電芯,一節刀片電池內有多節卷繞電芯串聯而成,電池的體積利用率得到進一步提升。卷芯采用軟鋁包裝,形成一次密封,刀片電池采用硬鋁外殼包裝,形成二次密封。單節電壓超過20V,單節電量最大1.53度。電池包電量在8.3—21.5kWh,可實現瞭純電裡程50—120公裡。

電池為磷酸鐵鋰型,除瞭先天安全系數很高,還擁有先進的熱管理系統,推出瞭脈沖自加熱技術,利用電池內部高頻充放電生熱,速度更快。另外,它還實現瞭PHEV車型的直流快充,30分鐘即可充滿80%,交流充電功率也高達6.6kW。

4、以電機為絕對主力的驅動方式:

我們來看一下混動系統的工作策略:1、在電量充足時,很簡單,電機驅動,相當於純電動車。2、在電量不足時,市區中低行駛,99%的工況下用電機驅動,發動機啟動發電直接輸出給電動機,相當於一臺增程式車輛;僅在少量急加速或爬坡等高負荷時,發動機才會輸出動力到車輪;3、高速行駛,並聯直驅為主,發動機直接驅動。

有瞭以上驅動策略,可以實現在NEDC和WLTC工況下,電機驅動占比分別高達88%和82%,發動機參與驅動的時間很少,更多時候啟動是給電池充電。因此,像秦PLUS EHS132系統,在虧電狀態下的百公裡油耗也可以低至3.8L,宋PLUS EHS145和唐EHS160虧電狀態下百公裡油耗也僅為4.4L和5.3L。

因為采用電機驅動,車輛的加速性能也不弱,秦PLUS EHS132系統的0-100km/h加速時間為7.9秒,宋PLUS EHS145為8.5秒,唐EHS145為8.7秒,與一臺2.0T發動機的加速成績相當,足夠日常動力所需。

秦PLUS DM-i版微試車:

在發佈會當天下午,我們參與比亞迪組織的試駕,對即將上市的秦PLUS DM-i進行瞭簡單的試駕。EHS132的電機推動這臺車加速比較充沛,而且加速過程中靜謐度很高。由於電量充裕,我們把油門踩到3/4深度,發動機都沒有啟動,顯得尤其安靜,最讓我們驚喜的是這臺車的方向盤的轉向順滑度提升很多,而且底盤的濾振顯得幹凈很多,過彎時也有一定的支撐性,看來在漢斯的調校下,底盤的表現也有的顯著提升。

隻有把油門踩到底,發動機才會介入驅動,發動機在啟動時的振動能夠清晰感知到,但並不擾人,整體的NVH依然是值得肯定的。地板油的全加速信號能夠讓發動機參與到驅動中來,動力會有一定的提升,對於日常的加速、變線超車是完全足夠的,而且加速感覺更加線性,不會出現局部爆發性的增加,讓乘坐的舒適性也大為提升。

秦PLUS內飾也進行瞭升級,顯得更精致

侃哥點評:

如果說DM-p技術路線代表瞭比亞迪的技術高度,那麼DM-i就是真正能夠走進千傢萬戶的實用性產品。DM-i的動力分配策略上與本田有些相似,但發動機參與驅動的分配比例更少,對於電機的依賴性更高,整套系統的電池容量和充放電的效率都更高,不僅實現瞭PHEV可以享受到政策優勢,更可以支持快充,縮短瞭充電時間。從混動技術的角度看,它確實將眾傢所短都避開,很有可能是目前綜合效率最高的混動系統,而且實車體驗也相當不錯。還有一個重要因素是降低瞭成本,讓車身價格下探。我們預測搭載DM-i的三款車型會迎來銷量的快速增長。