48V轻混系统设计开发研究

文章来源:EDC电驱未来 发布时间:2020-12-09
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通过仿真分析计算,可用能量大于155Wh的电池箱体均可以满足本车辆使用,并且48V轻混系统可以显著优化发动机工作点,车辆操纵平顺性、稳定性提升,车辆节油效果明显。

48V轻混系统具有系统成熟度高、整车适配性强、节油率提升明显、投入成本低的特点。越野车具有使用地域广、迎风面积大、风阻大、车重高、滚动阻力大等特点,为解决车辆高油耗问题,对动力系统进行重新设计开发,选用2.0T发动机搭载48V轻混P0架构 (图1),选用BSG启动/发电一体电机。



1 48V系统结构设计

48V P0架构是通过皮带连接BSG电机与发动机,电机本身不驱动车辆行驶,而是作为对发动机的补充。当发动机在低转速、低扭矩区域工作时,通过对48V电池充电,拉升发动机转数,使其运行在最佳油耗线附近。当发动机处于高转速、高扭矩工作时,48V电池放电增扭,降低发动机转数,使发动机运行曲线回落到最佳油耗线附近。通过增加48V轻混系统使发动机运行保持在最佳油耗线附近,进而达到降低油耗的目的。不同工况下发动机运行曲线如图2所示。

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图1 48V轻混P0系统架构图

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图2 不同工况下发动机运行曲线




2 发动机与BSG电机的匹配参数

作为48V轻混系统的动力源,发动机与电机的匹配至关重要,通常发动机由于惯量大,瞬时响应速度慢,组合响应较快的电机可以弥补发动机的不足。越野车迎风面积大、车重高,在行驶时需要克服空气阻力、滚动阻力、坡道阻力等。表1为发动机、电机参数表。

表1 发动机、电机参数表

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3 48V电池选取

目前市场上常用的48V电池有3种,分别是磷酸铁锂、三元锂及以钛酸锂为负极材料的钛酸锂电芯。表2为3种电芯产品的性能对照。




4 仿真分析

48V轻混车辆在行驶时,发动机应尽可能工作在高效能区,并且要维持SOC平衡。在WLTC工况下,仿真分析电机运行曲线见图3。




4.1 WLTC工况电机仿真分析



通过分析图3,在48V系统控制策略下,电机运行在高效率区间 (图3黄色区域),电机的运行效率提高。




4.2 48V电池仿真分析



在WLTC工况下,仿真分析48V电池工作情况见图4。图4红色区域为电池的最大持续充放电功率,在电池可用SOC范围内,其功率满足最大持续充放电功率,48V系统可以满足WLTC排放要求,达到预期目标。

表2 3种电芯产品的性能对照

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4.3 48V电池功率计算



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图3 WLTC工况下电机的运行曲线

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图448 V电池的WLTC仿真分析

车辆加速或爬坡电机助力:电机驱动功率为峰值13kW时,48V电池放电;车辆加速或爬坡多在低挡状态下行驶,从燃油经济性方面考虑希望此时BSG电机以大扭矩输出,相应发动机转速不能过多提升,BSG电机转速在2000r/min或以上工作,效率以0.7计算,以一个周期为30s计算电池放电所需:

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车辆制动,电机放电:制动能量回收,BSG电机功率为峰值16kW,48V电池充电;车辆制动能量回收一般在车速较高状态下行驶,由于传动比的关系,BSG转速较高,以7000r/min计算,效率以0.8计算,以一个制动周期为20s计算电池回收能量:

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根据上述公式 (1)、公式 (2)计算所得数值,圆整后电池可用能力为155Wh。




5 结论

通过仿真分析计算,可用能量大于155Wh的电池箱体均可以满足本车辆使用,并且48V轻混系统可以显著优化发动机工作点,车辆操纵平顺性、稳定性提升,车辆节油效果明显。48V轻混系统可实现有限的成本投入,大幅度降低车辆的能耗。


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