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基于48V電機(jī)的P2.5混動(dòng)系統(tǒng)
2019-09-15 22:53:57· 來源：汽車技術(shù)研究所
新能源汽車主要包括：燃料電池、純電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車。其中，混合動(dòng)力汽車又分為串聯(lián)式混動(dòng)汽車和并聯(lián)式混動(dòng)汽車。在串聯(lián)式混動(dòng)汽車中，電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)源；在
新能源汽車主要包括：燃料電池、純電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車。其中，混合動(dòng)力汽車又分為串聯(lián)式混動(dòng)汽車和并聯(lián)式混動(dòng)汽車。在串聯(lián)式混動(dòng)汽車中，電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)源；在并聯(lián)式混動(dòng)汽車中，電機(jī)作為輔助驅(qū)動(dòng)源 。文章將著重介紹一種基于48V電機(jī)的并聯(lián)式中混系統(tǒng)P2.5。
新能源汽車混動(dòng)構(gòu)型介紹
對(duì)于混合動(dòng)力而言，根據(jù)電機(jī)的位置可以將混動(dòng)方案分為P0，P1，P2，P2.5，P3，P4?；靹?dòng)構(gòu)型，如圖1所示，其中P 代表電機(jī)的位置（Position）。
圖1 新能源汽車的混動(dòng)構(gòu)型示意圖
P0電機(jī)BSG（皮帶傳動(dòng)啟動(dòng)/發(fā)電一體化電機(jī)）位于發(fā)動(dòng)機(jī)前端皮帶上，通過皮帶和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可由曲軸帶動(dòng)BSG 發(fā)電，一般適用于自動(dòng)啟停、微混和48V 弱混電機(jī)。
P1電機(jī)ISG（盤式啟動(dòng)/發(fā)電一體化電機(jī)）固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸作為ISG 的轉(zhuǎn)子，可以實(shí)現(xiàn)啟停、制動(dòng)能量回收發(fā)電等作用。由于P1 和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接相連，無法實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)車輪，且在能量回收的同時(shí)也需要帶動(dòng)曲軸空轉(zhuǎn)，造成動(dòng)能的損失。
P2電機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間，可以采用減速齒輪、帶傳動(dòng)等多種方式與變速箱輸入軸連接。P2的動(dòng)力傳輸路徑為：發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—P2 電機(jī)—離合器—變速箱—差速器—車輪。通過控制2 個(gè)離合器的開閉，P2 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)。
P3電機(jī)位于變速箱末端，與車軸相連，可以實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)和能量回收的功能。
P4電機(jī)的布局和P3 類似，將電機(jī)放在了驅(qū)動(dòng)橋上，一般直接用來驅(qū)動(dòng)后車輪，適用于插電混動(dòng)系統(tǒng)。
所謂的P2.5 就是介于P2 和P3 之間的一種模式：電機(jī)可以布置在變速箱內(nèi)部，一般將電機(jī)集成到偶數(shù)擋位上，這樣的布置方式對(duì)變速箱結(jié)構(gòu)的改動(dòng)較大；電機(jī)也可以布置在變速箱上，通過鏈輪、齒輪組將電機(jī)與變速箱偶數(shù)擋位連接在一起，這樣的布置對(duì)變速箱改動(dòng)較小。相對(duì)于P2 而言，因有離合器控制發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的動(dòng)力傳遞，在進(jìn)行混動(dòng)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力融合時(shí)，會(huì)變得比較順暢。
基于48V電機(jī)的P2.5混動(dòng)系統(tǒng)
系統(tǒng)概述
基于48V電機(jī)的P2.5混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：起動(dòng)功能、高效發(fā)電功能、能量制動(dòng)回收功能、電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功能以及純電驅(qū)動(dòng)功能等。
圖2 基于48V電機(jī)的P2.5混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)
48V混動(dòng)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)
48V 電機(jī)為雙三相永磁同步電機(jī)，且逆變器與電機(jī)本體集成在一起。相對(duì)于高壓混動(dòng)系統(tǒng)（電池電壓大于100 V）而言，48V 系統(tǒng)低于60 V 安全電壓，不需要采用額外的高壓防護(hù)措施，因此成本更低。此外，相對(duì)于12 V 系統(tǒng)，在功率相同的情況下，電流較小，損耗也隨之降低。
永磁同步電機(jī)相對(duì)于電勵(lì)磁電機(jī)具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性好、體積小及質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于感應(yīng)電機(jī)而言，不僅提高了效率，而且在較大程度上提高了功率因數(shù)。所以，目前新能源汽車普遍采用永磁同步電機(jī)。
此外，雙三相電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的三相電機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：
1）在輸入電壓受限時(shí)，可以通過增加相數(shù)來提高系統(tǒng)總的輸出功率，因此降低了對(duì)輸入電壓的要求，且降低了對(duì)功率器件的要求，適合在新能源汽車上應(yīng)用；
2）電機(jī)相數(shù)越多，輸出的電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率越高，轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)就越小，因此降低了電機(jī)在低速運(yùn)行過程中的振動(dòng)及噪聲；
3）多相電機(jī)存在冗余的自由度，可以利用這些冗余的自由度，選取合適的控制算法，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的容錯(cuò)控制，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的可靠性。
48V混動(dòng)電機(jī)在變速箱上的布置
文章簡(jiǎn)單介紹48V 電機(jī)在7 速濕式雙離合變速箱上的搭載情況。48V 電機(jī)通過三聯(lián)齒（如圖3所示）與變速箱的偶數(shù)擋輸入軸連接：首先，電機(jī)軸通過花鍵的形式與電機(jī)軸齒輪連接，然后傳遞到惰輪，最后通過中間軸將動(dòng)力傳輸?shù)脚紨?shù)擋位。
圖3 三聯(lián)齒示意圖
圖4示出48V電機(jī)在變速箱上的接口圖。48V電機(jī)通過2個(gè)定位銷及4個(gè)緊固螺栓與變速箱本體連接。通過左側(cè)的2 個(gè)定位銷及平面可以將電機(jī)完全約束。為了提高安裝的強(qiáng)度及模態(tài)，電機(jī)本體上的2個(gè)支架又與右側(cè)的2個(gè)安裝凸臺(tái)通過2個(gè)緊固螺栓連接。采用電機(jī)外置的方案，不用改動(dòng)變速箱內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)P2.5 的功能，可以沿用變速箱基礎(chǔ)機(jī)型的內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，在一定程度上節(jié)省了研發(fā)成本，縮短了零部件的開發(fā)周期。
圖4 48V 電機(jī)在變速箱上的接口圖
結(jié)論
因國(guó)內(nèi)外目前在48V 電機(jī)P2.5 混動(dòng)系統(tǒng)布置的方案上均無量產(chǎn)項(xiàng)目，所以該混動(dòng)方案處于初期研究階段。通過前期動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，搭載P0+P2.5 混動(dòng)系統(tǒng)的整車綜合工況油耗為5.4～5.8 L/100 km。
48V 電機(jī)采用永磁同步電機(jī)和雙三相的設(shè)計(jì)，在效率、可靠性、輸出功率等方面均有很大優(yōu)勢(shì)。另外，基于48V電機(jī)的混動(dòng)系統(tǒng)在安全電壓下和對(duì)變速箱改動(dòng)小的前提下，實(shí)現(xiàn)了P2.5 功能。綜合成本及油耗的考慮，該系統(tǒng)是未來新能源混動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。
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