位置决定性能 P0-P4电机系统架构解析

2020-09-03 00:38:13来源:作者: 网络阅读量:

  [汽车网 新能源]  在发烧友和技术控眼中,新能源车更像一件艺术品,每一个核心部件都是其精髓所在。聊到纯电动车,他们会问你电池厂商或是电芯的供应商,这可以视作车辆的第二品牌;聊到混合动力汽车,他们会问你是“P几”,这些黑话究竟代表什么意思呢?今天就跟大家科普下混合动力汽车不同类型的电机架构。


  目前行业内对于电机架构的应用方式各有不同,对于不同架构下的具体应用和解释也略有不同,本文的出发点是梳理p0-p4架构的基本原理以及应用方式,以及不同组合方案的目的。

●P0-P4电机的定义与解析

  在混合动力汽车中,按电机位置的不同可分为P0-P4和Ps架构,其中P代表电机位置(Position),不同位置的电机扮演着不同的角色,发挥的作用与车辆能耗、动力性有直接关系,到底哪款混合动力车型更适合你呢?

◆P0架构:结构简单、成名早 

  P0架构的电机安装在发动机前端,其通过皮带与发动机曲轴相连,搭载P0电机的车型可以做到在等红绿灯发动机停机的时候带动空调的机械压缩机运转,实现发动机启停、制动能量回收发电,以及辅助动力输出。


『博世48V MHEV系统』

  P0架构的技术和结构比较简单,应用也相对广泛,许多司机朋友上车就关闭的自动启停系统就是典型的P0架构,而自动启停的历史可以追溯到上世纪70年代。与配备自动启停功能的车型相比,P0架构采用较大功率的BSG(Belt-driven Starter/Generator;皮带传动启动/发电一体化电机)电机,并配备了一块容量更大的电池,能够胜任带动压缩机与辅助发动机运转的工作。


  在发动机停机时,P0电机能够单独带动空调压缩机工作,减少发动机的怠速时间;车辆起步或加速时,P0电机能够辅助发动机运转,帮助发动机快速摆脱低效工作区间,节油的同时能有效提升驾乘质感。因为P0电机通过串联的方式将动力传递给车轮,所以电机没法撇开发动机单独驱动车轮,也就没有纯电行驶模式。另外,由于P0电机通过皮带与曲轴柔性连接,所以给发动机加力、回收动能功率的天花板较低。



『2020款改款马自达CX-5 2.5L 自动四驱智尊型』

  奥迪SQ7 TDI和马自达i-Eloop弱混系统属于P0架构,由于P0架构传递效率较低、电机无法直驱车轮,在新能源车领域P0电机通常以辅助的身份出现,后文会有相应的解析和案例。

◆P1架构:单独开发/高度集成

  P1架构的电机位于发动机曲轴后端,它取代了传统的飞轮,在继承飞轮储存发动机做功冲程外的能量和惯性的功能外,P1电机与P0电机功能相似,同样支持发动机启停、制动能量回收发电、辅助动力输出。


『本田IMA混动系统』

  与P0架构相比,P1架构更加紧凑,其电机被整合在发动机外壳内,在设计时需要考虑到发动机的体积、机舱内的布局,因变速箱不同需要有相应的设计方案,所以P1电机的研发和制造成本相对较高。存在即合理,往往高投入对应高回报,发动机曲轴充当了P1电机的转子,动力传递效率更高,节油效果好,对驾驶性能提升也更加明显。另外,在下坡路段P1电机可通过电磁场调节施加辅助制动力矩,以此提升安全性。


  虽然所处位置不同,但P0架构和P1架构同病相连,只要电机旋转,发动机曲轴就必须旋转,这样电机没办法单独驱动车轮,也就没有纯电行驶模式。在动能回收和滑行模式下,也因为必须带动曲轴空转而浪费动能,因内燃机随动还徒增了噪音和振动。


『奔驰M254发动机』


『2020款改款奔驰E级(进口)』

  日前,奔驰在海外推出的E350车型采用了代号为M254的2.0T 4缸发动机,并在电气化改造过程中加入了48V轻混技术,其搭载的ISG电机最大功率为12kW,峰值扭矩为180N・m,在车轮起步、加速时缓解了涡轮迟滞的表现。这套系统是典型的P1架构,官方将电动机命名为“ FAME”(模块化发动机),有外媒猜测这套电动机将会在其他PHEV车型上出现。

◆P2架构:模块化设计/节油性强,应用广泛 

  P2架构的电机位于发动机与变速箱之间,因为不必像P1电机一样整合在发动机外壳中,所以布置的形式可以更灵活。该架构可在发动机与变速箱之间配备1-2个离合器,具体可分为三种布局方式:①电机布置在离合器前的单离合结构,电机起到助力、驻车发电和启动发动机的作用,与P1架构相似;②电机布置在离合器后的单离合结构,电机可实现单独驱动车辆,制动能量回收发电以及助力;③电机布置在双离合结构中间,电机即可单独驱动车辆,还可启动发动机或进行驻车发电。


  P2架构的兼容性比较强,能与所有变速箱匹配(包括手动变速箱),是目前混合动力车型应用较为广泛的架构,许多零部件供应商都有成熟的解决方案。以博格华纳的P2电机模块为例,它集成双质量飞轮和发动机分离离合器,可断开离合器、电机直驱车辆,它可在不改变发动机和变速箱的情况下将内燃机动力车辆转换成混合动力车型,这意味着车企能够以更少的投资、更短的时间以及更大的灵活性来扩展车辆的动力组合,丰富混合动力车型的产品线。


『奥迪A3 e-tron动力系统』


『2017款奥迪A3新能源(进口)Sportback e-tron舒适型』

  奥迪A3 e-tron是采用P2架构的代表车型,该车搭载1.4T发动机,同时搭载了一台最大功率75kW的永磁同步电机。该车动力电池容量为8.8kWh,NEDC工况下纯电续航里程为50km。

◆P3架构:动力传递高效,占用空间大 

  P3架构的电机位于变速箱输出端,其纯电驱动和动能回收的效率高,急加速的效果非常直接。功能方面,P3电机可实现制动能量回收、纯电驱动车辆。因为电机无法与变速箱或发动机进行整合,需要占用额外的体积,所以P3架构比较适合后驱车,有充足的空间予以布置。


  与P0、P1和P2架构相比,P3架构的动力传递路径不经过变速箱,纯电驱动和制动能量回收的效率更高,同时还降低变速箱的工作时长,有助于延长其使用寿命。但问题同样明显,P3电机没法实现驻车充电,在户外露营等使用场景缺点就暴露无遗了。


  代表车型为比亚迪秦(参数|询价)PHEV车型,该车是以P3电机为核心的并联混动,在配合原先的大容量电池设定,既满足中国对于PHEV车型50km的纯电续航能力,又能够将发动机和电机性能叠加起来,实现更强的动力输出。

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