苏州绿控轻卡车型混动系统技术方案解析

文章来源:汽车动力总成 发布时间:2021-12-24
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苏州绿控轻卡车型混动系统有双输入混动系统、插电式混动系统和增程式动力系统三种方案。

随着国标对轻卡油耗限值的要求越来越高,根据GB 30510的要求,2018年版的油耗限值相比2014年版的油耗限值由13L/100km降到11.5L/100km,降幅达11.5%。因此,现有技术很难进一步大幅度降低油耗,因此采用混合动力方案既能降低油耗又没有里程焦虑,是除纯电动技术方案外的另一种有效的技术方案。苏州绿控轻卡车型混动系统有双输入混动系统插电式混动系统增程式动力系统三种方案。


1.双输入混动系统

双输入混合动力系统,采用空心嵌套轴结构,在离合器和变速器之间布置了ISG电机和TM电机,主要由发动机、离合器、ISG电机、TM电机、双输入轴AMT变速器和动力电池组成。在低速时,离合分离,TM电机驱动车辆;达到一定车速或油门开度较大时,离合结合,发动机切入,之后以发动机为主要动力源驱动车辆,ISG电机调节发动机的负荷率并维持SOC平衡;减速时,离合分离,ISG和TM电机制动回收。苏州绿控的双输入混合动力系统有柴油版和汽油版之分。


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柴油版采用2.0T柴油发动机,扭矩350N.m,变速箱速比为4.5/2.4/1.8/1.4/1/0.7,ISG可点击的功率为25/50kW,ISG电机的扭矩为130/250Nm,TM电机的功率为60/100kW,TM电机的扭矩为180/350Nm。

汽油版采用1.5T汽油发动机,变速箱速比为4.5/2.4/1.8/1.4/1/0.7,ISG电机的功率为25/50kW,ISG电机的扭矩为130/250Nm,TM电机的功率为60/100kW,TM电机的扭矩为180/350Nm。


苏州绿控双输入混合动力系统具备以下基本工作模式:

(1)TM主驱电机与变速箱一档和三档连接,速比分别为4.5和1.8主要用于起步及低速行驶阶段;

(2)发动机与ISG电机用离合器耦合,分别于变速箱的二、四、五、六档连接,速比分别为2.4/1.4/1/0.7;

(3)正常平路起步过程为 :TM挂一档起步,速度较高时发动机ISG挂入四档参与驱动,速度继续升高,TM换到挂入三档;车速再升高,发动机ISG继续升档;

(4)坡道行驶过程为 :TM挂一档起步,功率需求较大时发动机ISG挂入二档参与驱动,速度继续升高,TM换到挂入三档;车速再升高,发动机ISG继续升档;

(5)减速制动过程:离合分离,TM电机输出负扭矩进行制动能量回收,ISG电机根据需求也可以同时参与回收。


经济性和动力性仿真计算结果,常规车百公里油耗13.08L,而汽油版的双输入混合动力系统百公里油耗10.6L,节油率达19%。动力性方面,汽油版的双输入混合动力系统最高车速>130km/h,满载最大爬坡度>55%0-100km/h加速时间20.3s


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2.插电式混动系统

插电式混合动力系统,采用P2同轴并联构型,由发动机、自动离合器、ISG电机、AMT和动力电池组成。低速时,离合分离,ISG电机驱动车辆;达到一定车速或油门开度较大时,离合结合,发动机切入,之后以发动机为主要动力源驱动车辆,ISG电机调节发动机的负荷率并维持SOC平衡;减速时,离合分离,ISG电机制动回收。


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高压混动系统六档箱最大输入扭矩539N.m,变速箱速比6.091/3.65/2.274/1.478/1/0.774/R:5.645。系统最大输出扭矩3280N.m。ISG电机额定/峰值功率为34/72kW,额定/峰值转矩134Nm/370Nm,额定母线电压350V。


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经济性和动力性仿真计算结果,常规车百公里油耗13.08L,而汽油版的双输入混合动力系统百公里油耗9.54L,节油率达24.3%。动力性方面,汽油版的双输入混合动力系统最高车速>120km/h,满载最大爬坡度>60%,0-100km/h加速时间32.2s。


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3.增程式动力系统

增程式动力系统,由1.5L增程器、直驱电机和电池组成。主要采用纯电模式进行驱动;由于增程器串联发电模式经济性较差,增程式再匹配电池时应根据运行需求保证电池电量基本满足每天的运行要求;增程器在一般情况下不工作,仅为特殊较长的线路电池电量不足或者功率需求较大时启动。


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驱动电机采用苏州绿控DM1000电机总成,额定/峰值功率70/130kW,额定/峰值转矩400Nm/1000Nm,最高转速4500rpm。


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经济性和动力性仿真计算结果,常规车百公里油耗13.08L,而汽油版的双输入混合动力系统百公里油耗40kWh。动力性方面,汽油版的双输入混合动力系统最高车速>130km/h,满载最大爬坡度>22.5%,爬坡度稍微差些,0-100km/h加速时间24.8s。


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4.电池方案选型

对于双输入系统和插电式P2系统,按照等速40km/h续驶里程>50km计算电池电量不应低于11.21kWh;建议选用350.4V,43Ah电池方案,标称容量15.06kWh;

增程式系统考虑串联发电模式经济性差等不足,假设每天运营里程A箱为80km,电池放电深度为90%,电耗按照40kWh/100km计算,电池电量不得小于36kWh,可选525.6V,80Ah,42kWh方案。


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5.总结

(1)增程式系统运行平顺性及舒适性最优;

(2)双输入轴系统换挡过程可进行动力补偿,平顺性与增程式系统相比略差;汽油版双输入轴系统优于柴油版双输入系统;

(3)插电式P2系统存在换挡过程的动力中断及发动机切入的冲击,平顺性较其他两种混动构型较差。



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