比亞迪DM-i插電式混合動力由于超低的油耗表現,在市面上一舉形成爆款,供不應求。基于此,比亞迪旗下的弗迪動力也在此基礎上推出了一套高效率、高可靠性、低成本為一體的輕卡混合動力系統。這套輕卡混合動力系統不僅可以滿足國6b的排放法規要求,同時在城市運營中擁有新能源路權通行和減免購置稅的優惠政策,極大地提升了輕卡的燃油經濟性和動力性,并且沒有純電動輕卡的裡程焦慮,真正達到了節能減排的作用。這套輕卡混合動力系統适合4.5噸以下的輕卡車型。
一、
比亞迪輕卡混合動力系統組成
比亞迪輕卡混合動力系統是一套增程式方案,沒有并聯模式,發動機僅作為增程器給電池和電機發電,不參與驅動。主要部件由發動機、雙電機控制器、DC配電二合一、電池組、減速器、發電機和集成式驅動橋等組成,可選充電和不充電方案。整套系統均由比亞迪自主研發,比亞迪擁有15年混動系統開發經驗,在技術處于國際領先水平。
該輕卡混合動力系統主要有EV純電驅動模式和HEV串聯模式:
(1)在EV純電驅動模式,起步或中低速時,發動機不啟動,由驅動電機單獨驅動車輛純電行駛,充分發揮驅動電機大扭矩、高效率、低噪音的優勢。
(2)在HEV串聯模式下,中高速行駛時,發動機工作在最佳經濟區間,帶動發電機進行發電,電能驅動驅動電機,維持電量平衡。當發電機供電不足時由電池向驅動電機補充電能,當發電機供電充足時,額外電能向電池充電。
二、
發動機
輕卡混合動力系統發動機采用的就是乘用車是一樣的骁雲發動機,目前骁雲系列的發動機主要有兩款,分别是主打經濟性的1.5L插混專用發動機和兼顧高性能、配置在C級DM-i車型上的1.5Ti插混專用發動機。
1、1.5Ti插混專用發動機
1.5Ti插混專用發動機擁有12.5的壓縮比,技術亮點在于其渦輪增壓器采用了可變截面的設計,使得增壓器能在更寬的轉速範圍内進行增壓,既可保證在低轉速工況下的增壓效果,也不影響高轉速工況下的排氣壓力。
1.5Ti插混專用發動機的最大功率為96kW,最大功率轉速為5200r/min,最高扭矩239Nm,最大扭矩轉速1350-4000r/min,怠速轉速750r/min,最高熱效率可達42%,重量90kg。
2、1.5L插混專用發動機
如果使用場景主要在市區,基本不上高速,也可以選擇1.5L插混專用發動機作為增程器,發動機成本更低,效率高。
1.5L插混專用發動機可以說是集比亞迪在混動發動機領域之大成,真正做到了為電而生,其整體結構相較于傳統的發動機做了大幅度的調整,采用了15.5超高壓縮比、米勒循環、高效的EGR技術、低摩擦設計和取消傳統輪系等前沿技術,最終做到了43.04%的熱效率。壓縮比越大,發動機的效率就越高。
米勒循環通過可變氣門正時技術延後進氣門的關閉時間,減少四沖程中壓縮行程的能量消耗,在膨脹行程保持不變,使得混合氣體做功更充分,提高混合氣體能量的利用率,減少排氣損失。
1.5L插混專用發動機的最大功率81kW,最大功率轉速為6000r/min,最高扭矩130Nm,最大扭矩轉速4500r/min,怠速轉速1200r/min,最高熱效率可達43.04%,重量80kg。
DM-i超級混動系統的工作原理其實極其簡單,它說白了就是充分規避了發動機的劣勢,讓其始終保持在高效的工作環境下運轉。發動機的劣勢在于起步或者低速工況下的轉速較低,在這樣的工況下,發動機由于燃油燃燒不充分,會導緻其油耗高、效率低;而它的優勢在于中高轉速工況時的高效運轉。相比起發動機,電機有着更高的能量轉化效率,并且比亞迪的電機轉速可以在0~16000/分鐘之間自由調節,省去了變速箱換擋的操作,在大幅提升動力系統工作效率的同時還能夠讓整車運行得更加靜谧平順。
三、
電機
電機采用的是先進技術的扁線電機,具有高效率、高轉速、低成本和高性能等特點。扁線電機相較于傳統的電機,制造加工難度較大,加工精度要求高,必須采用自動化設備進行生産,發卡繞組幾乎不可能用手工打造。
扁線電機的優點是,
1、槽滿率高,比傳統電機高50%以上,可以達到70%甚至更高;
2、散熱性能好,一方面是表面積加大,散熱面積大;
3、是繞組之間接觸面積大,空隙小,導熱能力更好;
4、繞組端部短,也就是繞組兩頭接線所需要的空間更小,節省更多的空間。
5、體積更小,可以有效減小電機的體積,提升功率密度。另外就是NVH更好,因為開槽形狀不一樣,電磁噪音更低。
最高效率達97%,CHTC-LT綜合效率達95.5%;高轉速達16000rpm,低成本;電機重量下降25%,電機成本下降17%;功率密度提高30%,扭矩密度提高30%。
四、
高壓控制器
高壓控制器系統主要由雙電機控制器和DC配電二合一組成。
雙電機控制器有驅動電機控制器和發電機控制器功能。具有高集成度、高可靠性、高功率密度、高效率和低成本等特點。雙電機控制器高度集成,并且采用電動與電機三相直連技術,極大地減少了連接線纜帶來的能量損耗。同時,采用比亞迪現階段最成熟的第四代IGBT技術,電控的綜合效率高達98.5%,并且使得電控高效區(即電控效率超過90%的區域)占比高達93%,極大地降低了電控損耗,提高效率。
驅動電機控制器的電壓範圍為220-450V,滿功率電壓範圍350-450V,持續電量220A,30S峰值電流540A,額定功率70kW,峰值功率150kW,最高效率98%。發電機控制器的電壓範圍為220-450V,滿功率電壓範圍350-450V,持續電量165A,30S峰值電流260A,額定功率65kW,峰值功率90kW,最高效率98%。
除雙電機控制器外,高壓控制器方面還需要配備DC配電二合一,該DC配電二合一采用模塊化設計,配電和DC-DC集成,重量輕、高功率密度、低成本、與整車配套的适用性強。其中,DC-DC模塊的輸入電壓範圍為200-510V,額定輸出電流160A(180A持續15ms,250A持續10ms),額定輸出電壓13.8±0.1V;直流充電模塊的直流充電額定電流152A(預留200A方案空間)。整個DC配電二合一的冷卻方式為水冷,噪聲≤35dB,質量≤7.6dB。
五、
性能指标方面
搭載1.5TI高效率發動機,增程器最佳油電轉化率3.36kWh/L,增程器高效率可以覆蓋65kW。搭載1.5L高效率發動機,增程器最佳油電轉化率3.41kWh/L,增程器高效率可以覆蓋30kW。以4.5T輕卡為例,
在性能指标方面:
(1)搭載1.5Ti插混專用發動機。CHTC-LT工況電耗為32kWh,CHTC-LT工況油耗為9.6L/100km,瞬時最高車速110km/h,持續最高車速104.1km/h,0-50km/h加速時間5.7s,0-100km/h加速時間17.2s,50-80km/h加速時間5.4s,60-100km/h加速時間10s,4%坡道爬坡車速72.2km/h(持續),12%坡道爬坡車速0km/h(持續),最大爬坡度11%(持續),4%坡道爬坡車速102.3km/h(瞬時),12%坡道爬坡車速64.6km/h(瞬時),最大爬坡度27%(瞬時)。
(2)搭載1.5L插混專用發動機。CHTC-LT工況電耗為32kWh,CHTC-LT工況油耗為9.5L/100km,瞬時最高車速110km/h,持續最高車速87.5km/h,0-50km/h加速時間5.7s,0-100km/h加速時間17.2s,50-80km/h加速時間5.4s,60-100km/h加速時間10s,4%坡道爬坡車速72.2km/h(持續),12%坡道爬坡車速0km/h(持續),最大爬坡度11%(持續),4%坡道爬坡車速102.3km/h(瞬時),12%坡道爬坡車速64.6km/h(瞬時),最大爬坡度27%(瞬時)。
節油效果方面,借助于弗迪動力的高效發動機和電機,與目前市場在售4.5t柴油輕卡平均百公裡油耗12.8L相比,比亞迪輕卡混動系統可節能26%(平均百公裡油耗9.5L)。
經濟性方面:
(1)如果車輛可以充電,油電裡程比例為70%:30%,比亞迪輕卡混動系統可節省0.336元/km,按5萬公裡每年計算,每年可節省約1.715萬元。
(2)如果車輛完全不充電,全靠燃料行駛,比亞迪輕卡混動系統可節省0.211元/km,按5萬公裡每年計算,每年可節省約1.056萬元。
六、
結語
從使用經濟性和油耗來看,比亞迪輕卡的混合動力系統具備一定的優勢。當然這套輕卡混合動力系統能否成為用戶接受的爆款,就要看實際整車匹配是否能真正實現這個能耗以及整車價格是否具備真正的優勢。
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