且说这一阵各大车企和零部件公司都在全力推广48V轻混系统,纷纷宣传48V如何如何好。笔者这里决定将48V以及其背景做一个介绍,给大家交流一下48V为什么产生以及48V的基本原理,还有48V可能达到的效果。
本篇是48V系列的第二篇,主要讲我们为什么要48V轻混技术主要实现方案。
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在目前业界,48V主要有两种实现方案,一种是成本更低的BSG(belt starter generator)方案,这种方案也叫P0方案,也就是电机连接在发动机曲轴的另外一端(远离变速箱)。另外一种则是成本更高的48V P2方案。
我们先从P0方案说起。
这种方案的原理结构图为如下所示。
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图中的绿色部分,就是这个BSG的48V方案相对普通内燃机汽车增加的的设备。
我们先看一下这些设备大概是什么样子的。
在48V系统中,最关键的要数下面这个48V电机了。
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❂Integrated Inverter
我们看这个图的上方是电机组合起来的样子,下面则是电机的细节。这里说一下,电机这个东西机械结构是相对简单的,一个定子(Stator)一个转子(Rotor),外加中间的转动轴和对外输出动力的滚筒(Plley)以及外面的封装壳(housing),总共也才5个部件,而这其中需要转动的部件只有转子,转动轴和输出滚筒。相比普通的发动机和变速箱零部件少了两个数量级。当然这个电机还集成了逆变器,也就是做交直流转换的。原因在于电池输出是直流电,而48V电机往往是交流电机。
这个电机的作用主要有如下几点
1. Start/Stop 做功率更大的起动机和发电机,实现怠速启停
2. Boosting 在加速的时候电机出力,帮忙推动发动机一起出力。
3. Sailing 在车辆减速的时候关闭发动机滑行,帮助车辆提早进入启停状态
4. Coasting 长距离关机滑行(类似sailing,减速更慢)
5. Recuperating 能量回收
接下来我们再介绍48V系统里面一个非常重要的部件,DC/DC converter。也就是直流变换器。它起的作用就是把48V电压转为12V电压。毕竟现在48V混动系统仍然保留了传统的12V系统。常规的12V主要是车辆启动的自检,发动机ECU供电,转向助力等等。
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最后就是48V系统的电池了。
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这个电池一般都是锂离子电池,这里的例子里面容量为500WH,由14个电池单元组成。由于有了电池单元,所以就需要BMS系统。下面就是一个BMS的电路实物图。
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上面就介绍了P0结构的48V的构架和实物。
接下来我们来介绍P2的48V。
依旧和介绍P0一样,先从结构说起。
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这个结构简单明了,就是在发动机和变速箱之间塞入了一台电机,然后用两个离合器隔开。
然后对于这个P2 48V混动的详细结构,则可以参考下面这个图
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图中很明显的体现了48V电池外加逆变器和电机,以及仍然保留了12V的起动机,这一点和P0结构不同,P0结构中起动机已经被48V电机取代。
结合上面两个图,大致就有了一下P2 48V混动的思路
1. 保留了12V起动机
2. 在发动机和变速箱之间增加离合器和电机
3. 48V的介入,可以使用电动空调压缩机,可以使用电子水泵。
介绍完了结构原理,那么照例再来介绍一下P2 48V的实际硬件。
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比如说,这就是一个P2 48V的电机。
这里要解释一下,为什么48V的P2没有像高压电机的P2结构一样,把电机集成到变速箱里面。这样做主要是为了最大限度的减少变速箱的改动。同时满足48V电机带动空调压缩机的要求。而图中的驱动滑轮,就是用来和变速箱连接的部件。也就是说,这个P2的实现结构是如下图所示。
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介绍了48V的P0和P2两种结构,下面我们来介绍一下这两种结构的功能有何差异。
国际知名的零部件供应商麦格纳对此做了个对比,如下图所示。
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可以看出在二氧化碳排放,纯电行驶,排放控制,电机助力和动态助力,以及发动机启动NVH控制方面,P2的要比P0都存在优势。
实际上笔者还可以透露个数字,根据一些机构的宣传,48V P0最大可能节省13%的油耗,而48V P2的潜力则在20%。
除了P0和P2的48V,主流供应商还研究了P1,P3和P4以及他们的组合形式的48V,并做了功能和性能的对比。
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笔者针对这个表做一下解释。
首先是高级自动启停,停车状态充电,形式状态充电,发动机助力,长距离滑行,发动机停机保护这6个功能对各种48V混动结构都是可行的。
而制动能量回收方面,P0和P1都受到影响,原因就是P0和P1的电机和发动机曲轴连接,在制动回收的时候会带着发动机一起运转,导致部分回收能量被浪费。
在关机短距离滑行方面,P0和P1也是因为电机和曲轴无法分开而受到影响。
而低速纯电蠕行和纯电行驶也是不合适。
所以目前业界普遍认为P2的48V应该潜力更大一些。
好了,到这里就基本完成了48V混动的结构和功能方面的介绍。笔者会在最后一篇介绍48V的前景。