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最强混动,底气何在?钜浪混动关键技术解构

作者:Jeff 更新时间:2022-12-31 点击数:

广汽传祺倾力打造油耗系列挑战,“混动钜能省,全路况大挑战”,包括“一箱油极限油耗测试”、“一箱油征服塔克拉玛干无人区”、“钜浪混动城市路况实测”三部曲,不仅全面展现了钜浪混动在全地形、全场景、全路况下的超低油耗水准,还清晰凸显钜浪混动在各种极端环境下的高品质与高性能。

【一箱油极限挑战测试】

6月22日至26日,搭载钜浪混动GMC2.0混动系统的影系列家族车型——影酷与影豹首次携手出征,共同完成了一场看点十足的一箱油极限挑战。此次挑战横跨山西、河北、辽宁三省,并途经大同、张家口、承德、朝阳、锦州、盘锦、鞍山、沈阳等八市,奋战5天,共51个小时,在克服路况地势复杂、昼夜温差大、超高强度行驶等一系列极限挑战后,最终以一箱油最长跑1711km,百公里油耗仅3.2L的优异实测成绩,向消费者展示了钜浪混动GMC 2.0强悍实力。

 测试环境:大同-张家口-承德-朝阳-锦州-盘锦-鞍山-沈阳(国道)

 气温:15-35°C

 车辆状态:冷车胎压2.8bar,ECO模式,负载1人,不使用空调

 加油方式:加油至刚好溢出

 标准油箱容积:影酷(50L)、影豹(40L)

 测试结果:

影酷:1711km超长续航,3.2L/100km超低油耗

影豹:1537km超长续航,3.0L/100km超低油耗


【一箱油征服塔克拉玛干无人区活动】

7月24日-7月26日期间,广汽传祺钜浪混动家族再次集结。由影酷、影豹、全新第二代GS8组成混动挑战团,从乌鲁木齐出发,横跨塔克拉玛干无人区抵达且末县,无惧46℃的超高气温,影酷以平均4.28L/100km的超低油耗,一箱油燃擎1285km的优异成绩,强势证明了钜浪混动在长途险峻路况、极端高温环境中的不凡实力。

 驾驶时间:2022年7月24日-26日

 测试条件:

驾驶路线:乌鲁木齐-库尔勒-且未(市区、高速、山路、沙漠公路)

自然环境:最高气温46℃,海拔800m-1700m

 车辆状态:冷车胎压2.4bar,空调开启24℃,5挡风

 加油方式:92号汽油,加油至刚好溢出

 测试结果:

影酷

油耗表现:续航里程1285公里,平均油耗4.28L/100km

车辆状态:冷车胎压2.4bar,空调开启24℃,5挡风


【钜浪混动城市路况实测】

8月1日-8月5日,钜浪混动城市全路况实测开启。还原真实生活用车场景,在三伏天打卡海心桥、广东美术馆等广州艺术地标;模拟家庭出行,满载行李高速出游;在广州海珠黄浦滩,感受老城区人文风情,品尝地道老广美食等,全程开空调、跑城际高速、走城市晚高峰拥堵路段等,测试各种用户实际用车真实油耗,重新定义省油标准!

 影酷

驾驶时间:2022年8月2日

驾驶路线:广州二沙岛-传祺公园-星海音乐厅-广州图书馆-广州塔(市区路段)

行驶里程:117km

油耗表现:4.4L/100km

自然环境:最高气温37℃

车辆状态:乘坐2人,空调开启24℃,4档风,内循环

加油方式:92号汽油,加油至刚好溢出


 影豹

驾驶时间:2022年8月3日

驾驶路线:广州二沙岛-内环路-沙面-洲头咀等(城市路况&堵车路况)

行驶里程:108km

油耗表现:3.7L/100km

自然环境:最高气温30℃

车辆状态:乘坐3人,空调开启23℃,3档风,内循环

加油方式:92号汽油,加油至刚好溢出


三曲毕,钜浪升,广汽钜浪动力随后喊出了打造最强中国混动系统的口号,底气何在? 


钜浪核心,模块化混动架构—EMB

钜浪混动的模块化架构(EMB, Engine Mechatronic Battery)方案覆盖了面向所有混动技术路线的组合,包括增程、双电机甚至是行星齿轮的THS等等,发动机方面也是覆盖燃料电池、氢气发动机以及各种排量功率范围的汽油发动机。广汽也是提出了面向未来的xEV战略,力求旗下车型产品线全面电气化,模块化、平台化的战略构架可以满足不同需求、不同应用场景的快速产品开发。本文所涉及的最新的自研混动架构就是2.0 ATK混动专用发动机DHE+GMC 2.0双电机双档DHT+冷媒直冷功率型电池的HEV组合路线,代表了这一领域无论是动力、油耗还是驾驶感受的新高度。本文从模块化混动架构E,M,B三个角度进行详细解构,阐述关键技术特点与优势。

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 钜浪动力模块化架构堪称乘用车动力领域的“百科全书”

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Engine: 2.0 ATK 混动专用发动机

混动系统一定就要有混动专用发动机(DHE,EMB-Engine)。钜浪动力这套混动系统,搭载了广汽研究院一直以来专门为混动开发的2.0 ATK 混动专用发动机。在2020年发布时,热效率突破42.1%就引起了不小的轰动,随后国内市场各家主机厂纷纷开始了热效率的疯狂“内卷”,40%以下的机型已经寥寥无几。匹配这台发动机的GMC 2.0系统,今年也将搭载影豹、影酷两款主流车型推向市场,继续刷新车用油耗下限。

44.14%热效率刷新认知,技术路线上的“炼功”成果。实际上,从技术上来讲,这台42%的发动机已经将现有的技术路线榨干到极致。多年前,阿特金森循环/米勒循环搭配高滚流快速燃烧这样的革命性燃烧系统一举将发动机热效率提升到40%关口,靠的是技术路线的胜利。而在40%~45%的动力区间内,再进行每一次热效率的提升,每一滴油都是每个环节的持续“提炼”,都是需要“优中炼优”。这样的开发工程需要大量的设计、实验、修改的迭代过程,相互匹配,相互折磨。所以,能做出来的研究院相信都得下“苦功夫”。即便如此,在全球唱衰内燃机,停止研发内燃机的号角声中,这台全新ATK 2.0基于广汽第四代发动机平台重新刷新了大众的认知,以最高44.14%热效率打造了最新一代的混动专用机型,未来可期。

 

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丰田Dynamic Force 将滚流的意义提升到几乎汽油机“标准”技术路线的高度


技术覆盖深与广,技术不仅仅要全,还要细。这台发动机以阿特金森循环为基础,开发了15.6的机械压缩比,这个数字可以说问鼎了当前点火发动机的极限,带来了热效率的直接提升,效果显著。350bar直喷系统,是目前市面上能用到的最佳的高压直喷技术,可见混动的使用并没有因为成本向PFI妥协,燃烧系统的核心目标就是节能减排。这套系统搭载了特别优化的所谓GCCS高效燃烧控制专利技术,冲程缸径比达到了1.3,搭配超高滚流比气道,可以说这个滚流形成过程“又强又长”。建立强大缸内滚流的同时,隐藏在背后的更多的技术逻辑是对气流涡团真正的“回压”破碎过程,而特殊设计的燃烧室结构可能是真正的专利核心之处,将强烈的气流打碎打散,均匀分布,从而引导油气加速混合,加速放热,快速燃烧,最终转化为高热效率。这里专利的控制技术一定不止一处,因为当强滚流带来了强湍流设定,火花塞引导油气点火过程里“火核生成”就成了关键之处。这就好比狂风大作的台风天,普通打火机打火一定会被狂风吹灭,所以,为了稳定燃烧,不让点火“拖后腿”,这套专利控制技术应用了110mJ的高能点火系统,在各种工况下稳定着火。电控VVT可以随时保证最大效率的进气充量,保证气流,同时也提升了混动快速切换的响应能力。

除此之外,这台发动机还搭载了以DLC涂层技术为代表的摩擦副优化技术,电气化水泵等附件降低油耗提升响应,可变机油泵优化润滑系统负载(机油流量降低25%),缸体分体冷却等智能热管理技术,静音正时链条以及针对高压喷射等噪音的降噪设计,这些原本搭载在奔驰奥迪发动机机型的技术群如今一个不落的围绕核心燃烧系统进行了匹配。同时,冷却EGR技术同样使用在了这一代发动机上。需要指出的是,这里的EGR针对多缸运行也进行了特殊的优化,设计了高精度控制系统,做到低压差下的精准控制,对各缸运行当中的动态稳定性进行了优化,同时在此基础上对爆震倾向进行了进一步优化。这些优化同时说明,在运行过程当中外部冷却EGR的工作区间进一步拓展。EGR率进一步提升,所实现的目的直接的就是降低了高压缩比带来的爆震倾向,使得更广的运行范围内都能匹配EGR技术,同时减少排放。所以,这台混动发动机的关键,不仅仅是搭载技术数量“广度”达到了一流水平,更重要的是在每个技术细节优化的“深度”层次下足了功夫。

 

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混动专用发动机技术解构


Mechatronic-GMC 2.0双电机平行轴串并联混动架构

混动系统的好坏,是要知道怎么混。混的好,才可以发挥好发动机、好电池的作用。混不好,就是油改电,还不如不混。

这套GMC 2.0混动系统不同于与丰田合作的THS行星齿轮架构,而是基于双电机架构开发的自研系统。从官方表述来看,这套混动系统拥有超400项核心专利(发明专利占比57%),740多项延伸专利,其第一代GMC机电耦合系统就在2019年拿下了当时的世界十佳变速器”称号。2.0系统首先在第一代的基础上,基于189372种开发变型进行进一步拓展,确定了第二代平行轴设计方案,首次开发利用双电机控制器与DHT本体的结构集成,实现双电机、双电机控制器、变速机构等多合一集成;可实现多挡多模式驱动和大扭矩输出,系统效率和能量管理最优化。

 

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两代GMC专利方案对比


95.5%,一个更有意义的数字。这里的95.5%指的是WLTC工况混动系统热效利用率≥95.5%。这个热效利用率,即发动机实际工作点的平均热效与最高热效的比值。也就是说,在WLTC的运行工况下(这个标准已经较传统NEDC等循环标准大幅贴近真实生活应用场景),大量的工况点均落在了发动机的高效区间。这使得最高热效率并不是一个空头数字,而十分具有实际指导意义。在传统发动机设计领域中,燃烧系统的技术并不是不支持设计更高热效率的发动机,而是传统变速箱匹配下的发动机不能兼顾所有的运行工况,类似的热效利用率下探到50%甚至更低也是不足为奇的,这就导致了最高热效率成为了一句口号,看似很强,实则很拉。另一方面,我们可以再重新审视这台2.0ATK发动机的设计方法,更多的优化体现在了动态匹配,运行MAP匹配的调校上。无论是电控VVT还是动态标定的EGR系统,发动机与混动控制器可以说是“双向奔赴”,共同去找可以实现的最优解,从而将最佳燃烧运行状态运行在更多的使用区间。虽然没有看到实验室的运行策略点的分布,但这个数字足以体现其控制策略开发的成功。

 

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好的发动机在好的混动系统中作用会被大幅放大,机电双向奔赴的协同设计才是最终解法。混动系统不仅仅是弥补发动机短板运行区间,增加起步速度的装置,好的混动系统需要去围绕发动机思考如何放大燃烧优势,钜浪混动的成功的核心是机电协同设计。首先,这套混动系统搭载了两档DHT模块,提升扭矩输出的同时,能让发动机介入驱动后处于更高效工作区间,使整车的能耗更低,动力更强。根据研究,发动机档位数增加对燃油经济性的贡献比电机挡位数量的增加贡献更大,电机挡位数量的增加比发动机挡位数量的增加对动力性的改善贡献更大,双模的动力性和经济性都优于单模功率分流。所以,多档位的串并联,综合性能考虑是最优的。其次,发动机在混动系统的加持下,特别是一套考虑到发动机运行区间的系统,根据研究,发动机的热效率提升5%,对混动整车能耗的贡献可以降低11%左右的水平,这种热效率放大能力是混动车的先天特性,所以协同设计DHT和DHE,最终才会实现真正的省油。

静、快、顺是混动系统重要的发力点与价值点,也是这套混动系统的特点。混动系统中发动机频繁的启停,如何做到静谧无感成为各大主机厂在设计混动系统一个重要的发力点。这套钜浪动力开发了例如发动机的双液压悬置,DHT的AT换挡等等,变速时通过电机发电,加上驱动电机补扭,采用离合器结合而非同步器等,使得换挡冲击大幅减少,变速更柔顺。发动机中高压喷射静音罩、静音正时链条等设计使得2.0ATK发动机较行业同排量发动机噪声低约3dB(A),纯电模式下噪音低至20分贝,即便是怠速发电车内噪声仅42分贝。更为重要的是,混动策略在考虑油耗点选择的同时,NVH特性也进行了特殊优化,发动机的转速并不会拉升到太高,因此得到了整个系统更好的噪声与冲击优化。此外,GMC 2.0也采用了博世集成式制动控制系统ONEBOX,减轻刹停时因制动点头带来的不舒适感;以搭载该系统的混动版影豹为例,DP-EPS运动转向+独立悬架使得转向精准平顺;更小的传动系间隙使得降低动力模式切换冲击,动力更强劲。

 

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车路协同,全速域全场域智能能量管理策略的混动应用高度拓展了系统的控制维度。这套混动系统颠覆了传统ECU标定模型的固定控制策略,而可以通过车载导航和高精地图的实时路况、交通流等信息对现有动力系统工作状态进行提前干预和优化,尤其是涉及混动系统多动力源的工作模式和能量流分配状态调整,来优化混合动力车辆实际道路下的驾驶性、经济性、舒适性、安全性、使用便利性等性能。比如,拥堵工况车辆可以实时根据拥堵程度实时调整电量规划,以减少拥堵工况发动机介入,提升用户实际拥堵道路驾乘舒适性和经济性。

 

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Battery:高功率强热管的混动专用电池

混动需要怎样的专用电池?如果简单的将纯电EV直接放到混动系统中去匹配,拿一套811之类的能量型电池包进行匹配发动机多次的切换、充电等等任务,显然是非常不负责任的。这套混动系统中,电池的选型、设计可以说很好地明确了针对混动架构,特别是HEV,电池是如何为整个系统所服务的。

 

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高功率,快速充放电的功率型电池。HEV中,电池更多的以非主力驱动方式进行工作,不同于纯EV或者PHEV的能量型电池,续航里程并不是重要的约束维度。HEV混动架构里,电池往往较小,发动机反复向电池充电,电池参与更多的动态放电、充电过程,所以一块强劲耐造的功率型电池是该架构的必需品。这套混动系里的电池可以实现10s峰值放电约70kW,可以配合整车动力系统实现优秀的响应表现,这种表现不仅仅使得综合功率大幅跃升(影酷混动175kW功率),同时也表现在加速性能,特别是启动性能与加速前段的迅速响应感受上。以影豹混动版为例,可以在3.4s内实现0-60km/h的加速,并在0.23s内实现原地起步响应,这种体验更加适合日常用车需求,特别是城市生活里人车合一的“跟随感”。

高效冷媒直冷技术,电池先进热管理系统未来的标配。在电池热管理中,总会面临两个主要的问题,就是电池的加热与冷却,其目的就是为了使得电池可以处于一个较好的工作温度区间,一方面可以稳定放电、充电过程,提高能量管理效率,另一方面也是为了电池的安全与可靠性。目前主流的电池冷却方案淘汰了以往风冷低效的方法,采用集成水冷的方式,无论是安装在电池包下面的整体水冷板,还是设计进电池包的水冷架构。然而虽然水冷的效果不错,但是从全局的能量管理来看,其中换热的“中间商”还是太多了。水冷需要换热器重新利用压缩机对水进行冷却,这就造成了换热损失,冷外在集成管理整个系统热量的过程里,如果搭载热泵空调,需要多套系统的集成。所以,冷媒直冷,简单来说就是将热泵与空调压缩机、电池冷却系统全部集成在一起,将整车热量(包括驾驶舱的空调)进行全局管理。

冷媒直冷的优势有许多,最重要的还是效率以及集成度。从根本的热力学角度来看,冷媒直冷犹如我们日常使用的空调,以及热泵空调或者空气能热水器等等,都是利用媒介(如颇受青睐的二氧化碳)的热力学特性,通过压缩机的工作在相变过程中储存或者释放能量,其效率从热力学角度来看就具有先天优势。而将电池当做人一样,利用一套系统进行控制,又具有系统集成上的先天优势,这种效率与集成度的优势会在极端情况下大大拓展电池的温域可靠性与驾驶舱的舒适性,匹配HEV高功率电池则是先天的优势强强联合。

 

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被动液冷


 

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强制液冷

 

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冷媒直冷

但是,直冷方案对系统设计的要求更高。电池冷媒直冷并不是简单的“吹空调”这么简单,电池包是由多个模组组成的,直冷过程里电池蒸发器均温设计的要求很高。特别是混动控制策略中,原本就复杂的能量管理策略又加入了热管理的匹配需求,整个系统的控制逻辑较为复杂,整车集成的多合一阀体等硬件的设计布置难度也较大,系统气密性要求高,对生产制造工艺提出了更高的要求。

国内首用的HEV混动电池冷媒直冷技术想象空间更大。钜浪动力GMC 2.0这套混动系统是国内首次应用冷媒直冷技术的HEV电池,相比液冷技术,冷却能耗降低了22.5%,冷却效率提升了一倍。值得一提的是,国内比亚迪最新的EV 3.0平台与DMI系统,将围绕热泵的包括冷媒直冷电池技术的全车热管理系统作为未来研发重点以及技术亮点,但纯电平台/PHEV与HEV混动电池的无论是电池的状态、构型,控制策略均完全不同,特别区别于纯电EV,整车热源也拥有发动机这一特殊存在,更高频次的快速充放电以及更大的电池功率均要求HEV电池更加需要冷媒直冷。未来冷媒直冷搭配发动机/热泵供热是否有更新的控制组合,更多的利用尾气能源,全车协同管理,其想象空间巨大。

 

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道路协同,整车协同复杂的热量管理机制

除了冷媒直冷,还有电池的低温自加热技术。电池热管理除了电池冷却,另外一个重点就是电池启动的加热。同样,传统液冷/加热膜的加热过程通过PTC加热工质进行热传导/热对流换热到电池包,无论是效率还是相应都需要一个缓慢升温的过程,这个过程里对于电车就是电量的损耗,而对于HEV,则是功率的不足,油耗上升。这套动力系统使用了电池的快速自加热技术,利用对电池本身的控制释放能量,可以实现超过1℃/分钟的加热速率,在极冷环境下具有更好的功率输出。电池自加热的技术手段有多种,综合来看就是利用电池本身的内阻自我升温。特别是低温情况下,大概每10℃的温差,电池内阻就会上升15%,通过电流震荡产生热量是一种非常“聪明”的设计。例如宁德时代,比亚迪均推出过自家的自加热技术。但是对于HEV混动电池,还是有诸多设计上的不同。纯电的三元锂结构需要考虑电池内部多次震荡产生的“锂枝晶”问题,从而影响短路自燃,要避免自身直流加热的方法。从这个方面考虑例如长安深蓝是使用交流电通过三元锂电池组进行加热,安全性更好。DMI的自脉冲技术对自家磷酸铁锂“刀片电池”是通过电池组之间互相放电(直流电)进行加热。钜浪混动的电池更小,放电功率更高,并且热管理需要更多考虑“发动机”热量的利用,所以其脉冲放热速度可适当降低,更多关注温差性。电池预热的设计总体需要从电池友好性,温升率,温差性,安全性以及成本五个方面进行考量。

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各种电池预热技术性能对比

整体评价:力求自主式创新

从诸多细节可以深挖看到,混动架构纷繁复杂,产品众多。钜浪动力旗下这一套HEV技术路线,无论是在发动机的开发细节,还是混动的控制策略,甚至是电池的选型管理,显然走出了一套自己的道路。我们现在已经有这么多好技术的供应商,完全可以不觊觎他山之石,自主混动这条道路钜浪动力选的对且好,前途无疑是正大光明的。产品的胜利就是自主创新的胜利。自主创新,广义上讲,我们国家越来越多的国产企业在难度最大的混动领域“卷”起来了,是民族的“自主”。从狭义上讲,要从技术上突破,就要深度理解创新的需求,选择适合的别具一格的开发方式,打造不一样的产品,而不是盲目跟风,是产品的“自主”。只有先自主,才能创得好。

另外一方面,自主之后,“硬科技”创新的天地更加广阔:发动机是不是能迈过45%的砍,基础研究中的燃烧模式有没有技术储备,电控方面有没有更先进的能量管理策略与控制模型,热量控制这一基础物理学难题如何突破,集成度与电池有没有更好的设计方法,电池化学基础能不能各项优势兼得等等,这些问题的答案都将会是一个又一个建立在“自主”之上足以颠覆世界的科技成果。作为汽车人,也非常期待更多的企业参与到这些问题的回答中。


Tag: 钜浪混动 广汽传祺