汽車混動解析:混動系統三分天下?淺談通用混動系統

哈嘍,又到了智車派為大家解析汽車混動系統的時間。在之前的文章中,我們曾提到一件事情,那就是在1995年,通用率先註冊了其混動專利US 5558595。專利當中表述了雙電機和行星齒輪組組成的EVT變速結構。從1995年到2019年,通用家的混動系統都有哪些進步和變化呢?

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混動專利

上文中我們提到通用擁有雙電機和行星齒輪組組成的EVT變速結構的專利,那麼通用家的系統自然也是以行星齒輪和雙電機為主。在這可能會有同學會提問,那通用的混動系統不就跟豐田的混動系統一樣了嗎?這兩家不會互相起訴對方抄襲嗎?從理論上來說,二者擁有相似的理論基礎,但當產品落地後,還是有許多不同。

豐田最開始採用單排行星齒輪做動力分流,當然現在已經進化到了第四代,在第三代就將一組行星齒輪所取代,兩套行星齒輪共用一個齒圈,到了第四代將減速結構改為平行軸齒輪。而通用一開始就選擇使用雙排行星齒輪組,從而起到規避專利的目的,並在凱迪拉克CT6插電混動版上採用了三組行星齒輪。

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別克VELITE 5採用EREV增程型電驅技術

我們拿別克VELITE 5為例,其採用了EREV增程型電驅技術,將以往傳統的油電混合,轉變為更高效、更環保的純電駕駛體驗,同時又解除了純電動車的里程焦慮。在VELITE 5上通用為其配備了為適應混合動力而改良的1.5L SIDI直噴直列四缸發動機。該發動機最大功率78kW/5800RPM;峰值扭矩138N·m/4400RPM。在繼承原系列發動機諸多優點的同時,又為適應混合動力匹配,具有更加優秀的能耗表現。

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EVT電控智能無級變速箱

採用通用專利技術的EVT電控智能無級變速箱採用雙電機+雙行星齒輪組的獨特設計,具有更高的自由度,兩個電機可同時參與驅動或單獨發電,在內部集成的TPIM模塊的控制下,發動機與電機可同時100%參與驅動,變速範圍更加寬泛,動力輸出充沛。

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別克VELITE 5額定電量18千瓦時的動力電池組

並擁有性能優秀的三元鋰電芯,具備小體積、高穩定、長壽命等多種優勢,能夠確保在整車壽命區間內電池性能無衰減。電池採用了業界領先的單片式液冷專利技術,工作溫度範圍寬達零下30至60攝氏度,結合IP67級外殼封裝,能夠完美確保整車的行駛安全性。

通用在這套系統中獨有的片層式冷卻技術,做到了精確控制每一片電芯的溫度,為其提供更長久的壽命, 更加穩定的性能。至今搭載該種電池的車輛累積行駛里程已達到20億公里,無一例性能衰減案例。我們拿別克 VELITE 5為例,使用的電池組在設計之初歷經了嚴苛的破壞性試驗,大大降低了電池帶來的安全問題。

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別克VELITE 5充電口

再加上原廠贈送的充電樁或便攜式充電器,最快僅需4.7小時即可完成充電(低電量至完全充滿)。根據用戶的生活習慣和充電費用,用戶可以使用多種充電模式進行操作,以節省充電費用、降低電路負荷或快速完成充電。

其中發動機直接與行星齒輪組的外齒相連接,兩組電機分別連接在兩組行星齒輪的太陽輪上。通用將這套系統的輸出都放置行星架上,離合器2一端固定,另一端與行星齒輪連接,通過同時鎖定兩個離合器實現固定齒比。

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1.5L SIDI直噴直列四缸發動機

目前掌握雙模技術的汽車廠商只有通用、豐田和比亞迪3家企業。雙模技術由純電動+混合動力(EV+HEV)結合,將控制發電機和電動機兩種混合力量,實現了既可充電又可加油的多種能力補充方式。

通用智能電驅系統在雙模驅動下可以分為以下幾個模式,在起步和倒車時,車輛將由主電機驅動,電池組提供的充足電能令電機在低速下即可輸出最大扭矩,起步安靜不吵人。在加速情況下,全混動系統會主動針對低速、中速、高速不同速區的加速需求,控制雙驅動電機輔助發動機驅動車輛,並自動選擇合適的檔位。

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當車輛進入巡航狀態時,全混動系統將以發動機作為主要動力驅動車輛,同時適時調整雙電機進行輔助驅動或能量回收,以保證車輛始終處在高效的運營狀態之下。當車輛滑行或剎車時,電機自動回收能量為電池組充電,併為下一次發力積蓄充足能量。

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如何實現上述功能呢?通用為這一系統加入了新一代TPIM電控模塊,TPIM電控模塊包括:電機及逆變器控制、制動能量回收、被動式絕緣監測、車輛啟動、發動機啟動及自動啟停、變速箱控制及執行換擋、扭矩安全控制、高壓電放電控制、高壓電安全控制、電池熱管理功率限制等。

其中包括三個獨立的逆變模塊(逆變器A、逆變器B和電子泵逆變器)、變速箱控制器、混動動力系統控控制器等零部件。其中逆變器負責控制電機,變速器負責控制換擋及扭矩請求,混合動力控制器負責汽車扭矩分配和能量管理。

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擁有集成式構造的TPIM電控模塊好處在於減少整個智能電驅系統的體積,並擁有更短的數據傳輸路徑控制整個電驅系統。並且TPIM電控模塊集成在箱體中。這樣一來使電池直流電轉化為交流電的工作在箱體內完成,克服了直接在發動機艙佈置高壓電線的問題,從而大幅的提高耐久性和安全性。從零部件、子系統、到整車,TPIM電控模塊好確保系統的耐用與可靠。

寫在最後:

毫無疑問,通用在混動技術上還是有相當強悍的實力,工程師通過使用雙排行星齒輪和雙電機使得這套混動系統具有了更細緻的動力分配方案。並且通用混動系統集成化程度很高,電機、電機控制器等元件都集成在了一起,不僅體積更小,而且對元器件尤其是電機控制器的保護更好,因此通用集團混動汽車上市後,也得到了良好的口碑。

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