混合動力汽車不同類型 P0-P4電機架構解讀

  糾錯  2020/9/3 15:46:00  糾錯 推薦指數: ★★★   加入收藏

在發燒友和技術控眼中,新能源車更像一件藝術品,每一個核心部件都是其精髓所在。聊到純電動車,他們會問你電池廠商或是電芯的供應商,這可以視作車輛的第二品牌;聊到混合動力汽車,他們會問你是“P幾”,這些黑話究竟代表什么意思呢?今天就跟大家科普下混合動力汽車不同類型的電機架構。

目前行業內對于電機架構的應用方式各有不同,對于不同架構下的具體應用和解釋也略有不同,本文的出發點是梳理p0-p4架構的基本原理以及應用方式,以及不同組合方案的目的。

●P0-P4電機的定義與解析

在混合動力汽車中,按電機位置的不同可分為P0-P4和Ps架構,其中P代表電機位置(Position),不同位置的電機扮演著不同的角色,發揮的作用與車輛能耗、動力性有直接關系,到底哪款混合動力車型更適合你呢?

◆P0架構:結構簡單、成名早 

P0架構的電機安裝在發動機前端,其通過皮帶與發動機曲軸相連,搭載P0電機的車型可以做到在等紅綠燈發動機停機的時候帶動空調的機械壓縮機運轉,實現發動機啟停、制動能量回收發電,以及輔助動力輸出。

『博世48V MHEV系統』

P0架構的技術和結構比較簡單,應用也相對廣泛,許多司機朋友上車就關閉的自動啟停系統就是典型的P0架構,而自動啟停的歷史可以追溯到上世紀70年代。與配備自動啟停功能的車型相比,P0架構采用較大功率的BSG(Belt-driven Starter/Generator;皮帶傳動啟動/發電一體化電機)電機,并配備了一塊容量更大的電池,能夠勝任帶動壓縮機與輔助發動機運轉的工作。

在發動機停機時,P0電機能夠單獨帶動空調壓縮機工作,減少發動機的怠速時間;車輛起步或加速時,P0電機能夠輔助發動機運轉,幫助發動機快速擺脫低效工作區間,節油的同時能有效提升駕乘質感。因為P0電機通過串聯的方式將動力傳遞給車輪,所以電機沒法撇開發動機單獨驅動車輪,也就沒有純電行駛模式。另外,由于P0電機通過皮帶與曲軸柔性連接,所以給發動機加力、回收動能功率的天花板較低。

『2020款改款馬自達CX-5 2.5L 自動四驅智尊型』

奧迪SQ7 TDI和馬自達i-Eloop弱混系統屬于P0架構,由于P0架構傳遞效率較低、電機無法直驅車輪,在新能源車領域P0電機通常以輔助的身份出現,后文會有相應的解析和案例。

◆P1架構:單獨開發/高度集成

P1架構的電機位于發動機曲軸后端,它取代了傳統的飛輪,在繼承飛輪儲存發動機做功沖程外的能量和慣性的功能外,P1電機與P0電機功能相似,同樣支持發動機啟停、制動能量回收發電、輔助動力輸出。

『本田IMA混動系統』

與P0架構相比,P1架構更加緊湊,其電機被整合在發動機外殼內,在設計時需要考慮到發動機的體積、機艙內的布局,因變速箱不同需要有相應的設計方案,所以P1電機的研發和制造成本相對較高。存在即合理,往往高投入對應高回報,發動機曲軸充當了P1電機的轉子,動力傳遞效率更高,節油效果好,對駕駛性能提升也更加明顯。另外,在下坡路段P1電機可通過電磁場調節施加輔助制動力矩,以此提升安全性。

雖然所處位置不同,但P0架構和P1架構同病相連,只要電機旋轉,發動機曲軸就必須旋轉,這樣電機沒辦法單獨驅動車輪,也就沒有純電行駛模式。在動能回收和滑行模式下,也因為必須帶動曲軸空轉而浪費動能,因內燃機隨動還徒增了噪音和振動。

『奔馳M254發動機』

『2020款改款奔馳E級(進口)』

日前,奔馳在海外推出的E350車型采用了代號為M254的2.0T 4缸發動機,并在電氣化改造過程中加入了48V輕混技術,其搭載的ISG電機最大功率為12kW,峰值扭矩為180N·m,在車輪起步、加速時緩解了渦輪遲滯的表現。這套系統是典型的P1架構,官方將電動機命名為“ FAME”(模塊化發動機),有外媒猜測這套電動機將會在其他PHEV車型上出現。

◆P2架構:模塊化設計/節油性強,應用廣泛 

P2架構的電機位于發動機與變速箱之間,因為不必像P1電機一樣整合在發動機外殼中,所以布置的形式可以更靈活。該架構可在發動機與變速箱之間配備1-2個離合器,具體可分為三種布局方式:①電機布置在離合器前的單離合結構,電機起到助力、駐車發電和啟動發動機的作用,與P1架構相似;②電機布置在離合器后的單離合結構,電機可實現單獨驅動車輛,制動能量回收發電以及助力;③電機布置在雙離合結構中間,電機即可單獨驅動車輛,還可啟動發動機或進行駐車發電。

P2架構的兼容性比較強,能與所有變速箱匹配(包括手動變速箱),是目前混合動力車型應用較為廣泛的架構,許多零部件供應商都有成熟的解決方案。以博格華納的P2電機模塊為例,它集成雙質量飛輪和發動機分離離合器,可斷開離合器、電機直驅車輛,它可在不改變發動機和變速箱的情況下將內燃機動力車輛轉換成混合動力車型,這意味著車企能夠以更少的投資、更短的時間以及更大的靈活性來擴展車輛的動力組合,豐富混合動力車型的產品線。

『奧迪A3 e-tron動力系統』

『2017款奧迪A3新能源(進口)Sportback e-tron舒適型』

奧迪A3 e-tron是采用P2架構的代表車型,該車搭載1.4T發動機,同時搭載了一臺最大功率75kW的永磁同步電機。該車動力電池容量為8.8kWh,NEDC工況下純電續航里程為50km。

◆P3架構:動力傳遞高效,占用空間大 

P3架構的電機位于變速箱輸出端,其純電驅動和動能回收的效率高,急加速的效果非常直接。功能方面,P3電機可實現制動能量回收、純電驅動車輛。因為電機無法與變速箱或發動機進行整合,需要占用額外的體積,所以P3架構比較適合后驅車,有充足的空間予以布置。

與P0、P1和P2架構相比,P3架構的動力傳遞路徑不經過變速箱,純電驅動和制動能量回收的效率更高,同時還降低變速箱的工作時長,有助于延長其使用壽命。但問題同樣明顯,P3電機沒法實現駐車充電,在戶外露營等使用場景缺點就暴露無遺了。

代表車型為比亞迪秦PHEV車型,該車是以P3電機為核心的并聯混動,在配合原先的大容量電池設定,既滿足中國對于PHEV車型50km的純電續航能力,又能夠將發動機和電機性能疊加起來,實現更強的動力輸出。

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