助力国家碳中和 浅析长城柠檬DHT混动平台

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原创 众所周知,2020年9月份我国对世界做了“30年碳达峰”、“60年碳中和”的承诺。同时,汽车行业里2.0版节能路线图也为汽车行业将于2028年先一步达峰给出指导意见。作为自主品牌的佼佼者,长城汽车率先制定了一个清晰的碳中和目标,作为向远大目标迈出的一小步,在现阶段大力推动混动路线,于去年年底推出了柠檬DHT平台。

时间回到2020年12月15日,长城发布了由双电机多挡串并联组成的柠檬混动DHT平台,这也是自主研发的全球首款智能两挡多模混动构型。那么看似复杂的DHT到底为何物?DHT是由Dedicated Hybrid Transmission的首字母缩写而来,直译为“专用混合动力变速箱”,与汽车业内知名的比亚迪DM-i、本田i-MMD等混动系统一样。

从结构来说,柠檬混动DHT平台由混动发动机+多模混动变速箱+高容量电池(PHEV车型配置)+三合一两速电驱动桥(PHEV性能车型配置)组成,同时长城也为旗下不同定位的车型推出了三种不同的动力配置,已满足不同车型的动力需求:主要用于A级车型的1.5L自吸发动机+DHT100变速箱;主要用于B级车型的1.5L增压发动机+DHT130变速箱以及主要用于C级车型的1.5L增压发动机+DHT130+P4电桥。

介绍完平台总体架构,下面来介绍下该平台的发动机部分,柠檬混动DHT平台使用的1.5L自吸发动机是型号为E15GH的汽油发动机,专门为混动系统开发,采用4缸设计,13:1的高压缩比设计,采用进气门晚关的阿特金森循环工况,提高了发动机的效率。最大功率为75kW/6000rpm,最大扭矩达为135N.m/4800rpm。另一种动力总成使用的1.5增压发动机是代号为E15BD的发动机,不同的是采用了进气门早关的米勒循环设计,还匹配了VGT可变截面涡轮增压器、缸盖集成排气歧管等技术,最大功率为115kW,最大扭矩为235N·m,专门为混动系统开发,同样拥有高效率。

介绍完发动机来看一下该系统最核心的部件——DHT总成,总成分为两个模块,分别是双电机控制器和DHT模块。作为柠檬混动DHT平台的“智能大脑”,采用第二代IEMS2.0智能化控制技术智能能量管理系统的双电机控制器,搭载了全新一代高算力英飞凌TC38系列处理器芯片,不仅算力强、还添加水冷模块为控制器功率模块散热,增加了可靠性,高度集成化,体积小,通过长城汽车自主研发的控制算法,可对整车系统的能量流动实现科学高效的控制。

IEMS2.0智能电控系统可以通过雷达、摄像头、导航等信息进行路况预测,智能调整能量控制策略:在驶入弯道前,提前降档,实现能量最佳利用;驶入红灯路口前,自动调高能量回收力度,充分利用电制动,既节省机械刹车又能将动能储存,提高整车能源利用效率;驶入绿灯路口前,禁止发动机停机,从而保证动力随叫随到,让车辆拥有极佳的驾驶体验。

作为DHT平台另一重要的硬件基础,在DHT模块内集成了采用高磁阻转矩设计理念的电机。与传统永磁电机不同的是,采用高磁阻转矩设计理念的电机在材料和设计方面都有所改进:较普通永磁电机设计降低20%以上磁钢用量,达到轻量化目的,并降低了成本;使用了发卡式扁线设计,满槽率比传统电机高50%以上,可以达到70%甚至更高,如此一来,其散热面积大,散热更好、绕组之间接触面积更大,空隙更小,导热能力也自然有所提升,而高度集成也带来了最重要的优势——有效减小电机的体积,进而提升了整个系统的功率密度,而且可以将电机集成入DHT模块。

接下来讲的就是这个集成了双电机的DHT模块了,这个模块就比较像是传统燃油车上的变速器了,模块主要由减速器、离合器以及换挡机构所组成,在设计理念上,与本田i-MMD有类似之处,但是长城汽车创新地采用了两挡变速结构和采用定轴齿轮传动,从而提高了传动效率,还使得驾驶感受更为平顺。换挡机构采用了双电子泵设计,能够基于整车需求调节电子泵启停,控制更加精细与高效;使用单离合设计相比双离合设计润滑冷却需求更低,使它体积更小,相比传统DCT的体积降低了50%以上;而且采用了无液压模块的设计,使得油路与壳体集成,降低油路复杂度。这些设计使得DHT平台的这套变速器工况效率和体积都达到了业内的一流水平。

有性能优良的电机、高效的变速器,还得有容量大,安全性高的电池提供充足的能量来源。高规格动力电池作为柠檬混动DHT的核心零部件,承担着整个平台电力存储的主要工作,与绝大多数厂家直接采买方式不同的是,DHT所使用的电芯来自宁德时代,而电池包则由长城自家的蜂巢能源组装提供。得益于CTP(Cell to Pack)电池无模组化技术,其电池包能量密度超过160Wh/kg,这使得PHEV车型的电池组在同级车型中有着绝对的优势。

而在电池容量方面,HEV(油电混动)动力总成中,电池包的电池容量为1.8kWh;PHEV(插电式混动)动力总成中,电池容量可以达到13kWh~45kWh。不仅如此,该动力电池还少见的在PHEV车型中加入了11kW的直流快充,30分钟即可充电至80%,大大提升了车辆的充电效率。

说完了高密度电池、高效的充电效率外,一个好的电池管理系统也会大大提升整个动力系统的效率。DHT平台的电池包搭载了ITMS2.0智能热管理系统,该系统加入了主动加热、插枪保温、插枪保凉、预约加热等热管理技术。在冬季通过主动加热技术,确保用车时动力电池温度在合理的范围内,而夏天则通过插枪保凉等热管理技术,确保用车时动力电池温度在合理的范围内,时刻保证电池性能处在最优状态。

同时,控温元件也会按需进行散热,充分保证不同工作环境的温度一致,让性能更稳定,既防止了电池过热引发的安全隐患,又防止了因电池温度降低而造成的充放电能力减弱,可支持动力系统长时间高负载运行。

追求更低的能耗表现和更高效的动力是时下所有混动系统的初心。为此,柠檬混动DHT平台采用发动机两档直驱的设定,使得这套系统在不论是在城市工况、高速工况、市郊工况、还是高速爬坡等全速域工况都有着极好的效率。从官方数据来看,柠檬混动DHT平台相比单档串并联架构的(i-MMD)系统在市区工况,系统综合效率提升了3%;并且在高速匀速工况下表现相当,当遇到高速爬坡或大负荷工况时,系统综合效率可以提升多达8.5%。而相比功率分流架构(THS)的系统在市区工况,系统综合效率提升0.5%,高速匀速工况提升2%。

而在高效动力方面,柠檬混动DHT平台的驱动电机在车辆起步时采用了单挡直驱模式,这使得电动机扭转输出不需要拉高转速,即可在车辆起步阶段相比传统发动机的扭矩响应更加迅速,起步动力响应可以媲美绝大部分纯电动车,而在我们的实测中,玛奇朵DHT版本的0-60公里每小时加速成绩可以达到4.1秒。而当面临在中高车速需要超车时,系统可以进入并联模式,发动机和电动机一起出力,活动更大的扭矩,让超车变得更从容。