基于DM-i技術的EHS電混系統(tǒng)研究

史成君

摘 要：傳統(tǒng)燃油車對于環(huán)境的污染問題日益凸顯，新能源汽車的發(fā)展還遠遠未達到普及，續(xù)航里程不足的問題一直飽受詬病?；旌蟿恿ζ嚰婢邇烧邇?yōu)勢，在動力性和燃油經濟性的平衡方面有其特有的優(yōu)勢，比亞迪在2020年發(fā)布了DM-i“智慧雙模超級混動技術”，在發(fā)展至第三代后更是引入了EHS電混系統(tǒng)，這標志著全車電力驅動時代的到來。本文主要介紹了比亞迪EHS電混系統(tǒng)的原理、優(yōu)勢以及對傳統(tǒng)機構的影響。

關鍵詞：汽車 混合動力 燃油經濟性 電力驅動

1 前言

隨著我國全面進入十四五時期，國家在碳達峰和碳中和進程方面都做出了具體方案，并且已經向國際社會公布。在這樣的背景下，交通運輸行業(yè)的碳排放問題必然會引起人們的高度重視，傳統(tǒng)燃油汽車的減排存在瓶頸，發(fā)展新能源汽車技術的必要性日益凸顯。但是，純電動汽車目前最大的問題在于電池技術不夠先進，仍存在充電樁普及度低、續(xù)航里程焦慮、整車成本較高等問題，這仍然阻礙著純電動汽車的推廣。而混合動力汽車同時具備傳統(tǒng)燃油車和純電動汽車的一些優(yōu)點，綜合性價比突出，具有輸出扭矩大、續(xù)駛里程長，動力響應好等優(yōu)點[1]。鑒于此，各車企對于混合動力汽車技術的研究也從未停止，比亞迪在2020年發(fā)布了DM（Dual Mode）雙模混動技術，后來又在此基礎上延伸出了DM-i，智慧雙?；靹蛹夹g，極大推動了混合動力汽車技術的發(fā)展。本文將淺析比亞迪的DM-i技術，并研究其最新的EHS電混系統(tǒng)。

2 混合動力汽車的分類

2.1 串聯式混動汽車

串聯式混合動力系統(tǒng)主要由發(fā)電機、發(fā)動機、電機串聯組成。發(fā)動機工作之后產生機械能，傳遞給發(fā)電機，從而產生電能，電流通過整流器給電池充電，電池給驅動電機提供電能之后，電機將驅動力傳遞給車輪[2]。這種結構最大的優(yōu)勢在于結構簡單，并且整個系統(tǒng)沒有機械連接，使得發(fā)動機轉速可以保持在高效區(qū)間。但是串聯式的主要部件的能量轉換損失較大。

2.2 并聯式混動汽車

并聯式系統(tǒng)可以同時提供兩套動力輸出，燃油和電池分別可能將能量轉化為機械能，都可以傳遞到機械耦合裝置，之后通過變速器和主減速器傳遞給車輪[3]。這種布置形式可以有效減少能量損失，但是相應的由于系統(tǒng)存在機械連接，在換擋時很難保證發(fā)動機全程工作在最優(yōu)區(qū)間。

2.3 混聯式混動汽車

混聯式相當于把串聯和并聯結合起來，多加了一個發(fā)電機，系統(tǒng)可以依據能量控制策略來運行串聯系統(tǒng)或者并聯系統(tǒng)，從而盡可能長時間的使發(fā)動機保持在最優(yōu)區(qū)域[4]。但是該系統(tǒng)零部件較多，結構相對復雜，價格更貴，并且對于控制策略和能量分配的管理邏輯要求比較高，對汽車工程師提出了更高的要求。

3 DM-i技術

3.1 DM-i技術的基本架構和工作模式

3.1.1 基本架構

該系統(tǒng)的基本架構如下圖4所示：

工作邏輯主要有三種情況：

①車輛處于低速緩行工況下，發(fā)動機直接帶動發(fā)電機工作，產生電能，驅動電機得到電能之后驅動車輪，此時車輛狀態(tài)類似于純電動汽車，發(fā)動機不需要高負荷運轉，只需要提供發(fā)電的動力即可。

②高速穩(wěn)定工況下，發(fā)動機本身可以工作在高效區(qū)間，而此時電動機動力性不足的問題就會體現，所以在此工況下離合器結合，讓發(fā)動機直接向車輪提供動力。

③加速、超車工況下，可以進一步將驅動電機和發(fā)動機并聯，共同參與驅動。

3.1.2 工作模式

DM系統(tǒng)的工作模式有三種，包括純電模式、混動模式、增程模式?；靹幽Ｊ接挚梢约毞譃楦咚傺残心Ｊ健⒓铀倌Ｊ胶湍芰炕厥漳Ｊ絒5]。初代DM系統(tǒng)主要由兩個發(fā)電機、一個發(fā)動機和減速器、差速器共同構成。當發(fā)動機不啟動，電機單獨工作時，則處于純電模式下;當發(fā)動機啟動，1號發(fā)電機發(fā)電，2號發(fā)電機驅動車輪，此時處于增程模式;當發(fā)動機啟動，發(fā)電機不工作，離合器結合，此時處于發(fā)動機直接驅動的高速巡行模式;當發(fā)動機啟動，兩個發(fā)電機都參與工作，離合器接合，共同驅動車輛行駛，此時處于加速模式。當離合器斷開，2號電動機可以回收動能，此時處于能量回收模式。

3.2 DM-i技術的特點

比亞迪的DM-i技術最新一代把原來的1.0L的50KW的自吸發(fā)動機升級到了1.5L的驍云發(fā)動機，該發(fā)動機綜合素質優(yōu)秀，最大輸出功率81KW，最大扭矩135N.M，壓縮比15.5：1，并且熱效率高達43%，而且發(fā)動機采用的是米勒循環(huán)，確實比傳統(tǒng)奧托循環(huán)技術的熱效率有了長足進步。比亞迪重新設計了該平臺的冷卻系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，使用了分體式冷卻，為了提高發(fā)動機熱效率，新平臺取消了輪系設計，轉而把電動機裝配進去，從而有效促使發(fā)動機更多的工作在高效區(qū)間。DM-i技術的意義在于提供了一種汽車從傳統(tǒng)燃油動力過渡到純電動動力的良好解決方案，并且這也是對消費者用車習慣的一種培養(yǎng)，消費者將會在混動車上熟悉充電的概念，對于以后使用純電動汽車有很大的幫助。

4 基于DM-i技術的EHS電混系統(tǒng)

4.1 EHS電混系統(tǒng)的概念

EHS電混系統(tǒng)是比亞迪最新一代DM-i技術的核心構成部分之一。它包含了兩個電動機，兩個電控系統(tǒng)，以及離合器和單檔減速器。

可以支持三種數值的功率輸出，包括160/173/254kW。在架構方面，EHS電混系統(tǒng)最顯著的特點在于采用了雙電機串并聯結合的架構，這就使得驅動電機和發(fā)動機可以互不影響的工作。

4.2 EHS電混系統(tǒng)的優(yōu)勢

EHS最大的優(yōu)勢在于集成度高，離合器+單檔減速器+雙電機+雙電控+液冷系統(tǒng)，這些總體的體積比第一代DM平臺減少了30%，同時重量也減少了30%[6]。

由于換了功率更大的電機，整體轉速有了很大提高，EHS電混系統(tǒng)使用了扁線電機，使得繞組的散熱性能得到大幅提升，油冷技術也能夠直接對發(fā)熱源頭進行降溫冷卻，兩者相輔相成，一方面提高了熱效率，另一方面還確保溫度在可控范圍內。同時，最重要的電控系統(tǒng)方面，這套系統(tǒng)采用了全新的IGBT4.0，加強了電路集成度，加之雙電控的控制策略，使得整機電控效率高達98.5%。

該技術從架構上決定了混動汽車將完全進入以電為主的供能模式，作為一個應用在插電混動平臺上的系統(tǒng)，EHS的控制策略就是以電為主，從而保證了超高的燃油經濟性。而在高速、加速工況下，EHS系統(tǒng)可以采用并聯驅動，同時調用發(fā)動機和電動機參與供能，這將帶來純電動汽車無法做到的動力響應。

5 結論

比亞迪對于市場定位非常準確，通過深度自研插電式混合動力技術，把自家的DM技術深化到了DM-i，并且在最新這套架構中加入了EHS電混系統(tǒng)，既沒有完全摒棄傳統(tǒng)車的機械結構，又給消費者提供了駕駛純電動汽車的優(yōu)越體驗。

EHS電混系統(tǒng)是一種架構的革新，該技術意義重大，這種兼具傳統(tǒng)車動力性和純電動車經濟性的插電式混合動力技術，可以完美的填補市場空白，對于大批習慣于駕駛燃油車的車主來說，這是一種駕駛習慣的迭代，在之后國家逐步淘汰汽油車之后，駕駛員也可以更加從容的過渡到新能源車上面去。

參考文獻：

[1]趙偉. 基于CVT的插電式混合動力汽車控制策略和構型優(yōu)化研究[D].重慶大學，2019.

[2]朱可寧.混合動力汽車原理及發(fā)展趨勢研究[J].內燃機與配件，2020（20）：47-48

[3]李澤琛.并聯式混合動力汽車研究現狀[J].內燃機與配件，2021（11）：64-65.

[4]紀承乾.淺談混合動力汽車發(fā)展現狀[J].汽車文摘，2021（08）：27-33.

[5]Shubham Patil，Ganguly Aritra. Modelling and Simulation of Series Parallel Hybrid Electric Vehicle[J]. IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2021，1080（1）：

[6]楊俊.比亞迪DM-i超級混動系統(tǒng)技術解析[J].汽車維護與修理，2021（07）：71-74.