11 年进化之路成就不一样的比亚迪 DM 3.0技术解析

截至 2019 年 12 月,从销量统计数据来看,比亚迪汽车成为全球两大新能源汽车销量巨头之一,其中双模车占比较大,功不可没。回顾比亚迪的新能源汽车发展之路,双模车之所以有如此好的战绩少不了 DM (DUAL MODE)技术的加持。其实我们不难发现,每当我们谈到比亚迪,哪怕是汽车行业以外的人都会说一句:比亚迪,技术厉害!到底这个厉害的技术炼成,并且它蕴含哪些黑科技和行业优势,这就是本文要去和大家好好聊聊的一个重点。

虽然 DM 3.0技术已经诞生两年时间,但是在 2019 年比亚迪技术体验创享会上我又找到了一些新的点想和大家好好聊聊,尤其是和杨冬生院长(下文简称杨院长)的交流中,挖掘到 DM 3.0技术背后故事,很值得分享给各位技术粉。

· 揭秘比亚迪 DM 双模技术的发展史

截至 2018 年底,比亚迪 DM 技术已经实现累计装机量突破 350,000, 全球装机量第一,彰显了双模技术比亚迪在插电式混合动力技术中的重要地位。如果不说您可能不知道,中国第一辆插电式混合动力汽车就是由比亚迪生产,并且该车型就是搭载 DM 技术。从 DM 1.0技术 到 DM 3.0技术 ,比亚迪双模技术已经积累十一年发展经验,成为最成熟的插混技术,也是插混领域的技术标杆。众所周知,节能、舒适和性能是很难兼顾的,DM 3.0技术却能够全方位提升了这几个用车体验最重要的维度,实属不易。

时间回到十一年前,我们从 DM 1.0技术开始说起……

笃定信念 五年时间创造 DM 1.0技术

2003 年,比亚迪决定涉足汽车行业,新能源动力、传动系统的研发就被视为战略重点。在行业新能源行业还在探索期的时候,比亚迪就推出了中国首款插电式混合动力汽车—— F3 DM,要知道此时仅仅是比亚迪进入汽车行业的第五个年头,足以说明比亚迪的技术研发能力。

一块接近 15kWh 容量的磷酸铁锂动力电池就安装在一辆紧凑型轿车 F3 DM 上,由于当时的电芯能量密度低和电池组模块体积大,几乎被认为不可能的事情,然而比亚迪把它变成了现实。比亚迪把这一套技术命名为:DUAL MODE 双模技术,从此为新能源汽车技术打开了另一扇大门。

DM 2.0技术时代造就 “542” 性能怪兽

相比于上一代双模技术,第二代双模技术具有传动效率高、动力强、换挡平顺性好、燃油模式无动力中断的优点,是基于 DCT(双离合自动变速器)打造的并联结构,属于 P3 单电机方案。在这个基础上真正实现了“542”科技。5 代表的是加速时间最快少于 5 秒,4 指的是电四驱技术,2 是 DM 双模技术车型百公里油耗低于 2 升/百公里。

正是在前轴混动架构的基础上增加了后轴的 P4 电机,第二代双模技术才首次实现电四驱。

回归原点再出发 DM 3.0技术 以用户体验为驱动

为了为用户带来更好的用车体验,DM 3.0技术立项时坚持初心,以科技推动人类向更美好生活迈进为研发的宗旨,将用户需求放在首位。又历经 5 年探索,DM 3.0技术 创新式的采用三种组合架构:前驱(P0+P3)、双擎四驱(P0+P4)、三擎四驱(P0+P3+P4),这也是行业中首个具备三种架构形态的插电式混合动力技术。

在保留上一代 双模技术优势的同时,加入的高压高功率的 BSG 电机(P0)是 DM 3.0技术升级的核心亮点,最大功率 25kW。高压 BSG 电机可实现智能发电,辅助换挡,急加速助力和怠速启停四大功能。在发动机有富余功率时,可带动高压 BSG 电机发电,与此同时高压 BSG 电机还可以将发动机转速调整至高效区内,减少了能量的损耗。综合来看,由于高压 BSG 电机的加持,第三代双模技术相比上一代的效率提升 21%。

不仅如此,10 公里/小时的蠕行状态时,发动机可以与轮端解耦,带动高压 BSG 电机发电为电池充电,这就相当于一个增程器,此时驱动力电机负责驱动。如此一来,车辆在驱动的同时可以发电,相较于上一代发电效率提升 45%,从而大幅度减少馈电情况的发生。

· 所有黑科技落地 最大化解决插电式混合动力车三大痛点

1、减少馈电状况的发生

插电式混合动力车多少存在低电量时候的体验不佳的痛点,出现这个问题主要由于整车电量不足时,只有发动机负责输出动力,电驱的愉悦感是内燃发动机很难媲美的,并且当发动机负荷较大时容易出现噪音和抖动,所以体验较差。但由于插电式混合动力汽车因为动力电池容量比纯电动车要小得多,所以电驱的持续时间其实是有限的。当 SOC(State of charge)荷电状态较低时候,内燃发动机成为主要驱动力的时候,这个差异感就尤其明显。

要最大化解决这个痛点,唯一可行的办法就是减少 SOC 长时间处于较低状态。DM 3.0技术下 ,高压 BSG 电机您可以理解成它就是一台发电机,串联着内燃发动机,相当于一个小型“增程器”。在大部分工况下,BSG 电机尽可能的给动力电池补充电能提升 SOC。

不仅如此,在走走停停的城市工况下,动能回收系统将轮端阻力矩回收通过驱动电机反转发电给电池输送电量。结合这两个核心的技术点,相比 DM 2.0技术能大幅度避免 SOC 处于较低状态的时间,从而换取更多的电驱时间。除此之外,系统允许用户通过车内的 SOC 设定最高目标值,使得在怠速的情况下 BSG 电机依然能对动力电池进行回充电量,进一步实现在多工况下对持续性的对动力电池补能。

2、提升 HEV 模式与 EV 模式之间切换的平顺性

另一个用户体验最明显的痛点是 HEV 模式和 EV 模式之间的切换存在顿挫感,出现这个问题的核心关键在于内燃发动机转速与驱动电机转速不匹配,此时再耦合变速器就会出现动力衔接的顿挫感。要解决这个痛点的关键需要通过两个手段,第一个是需要一套更完善的驱动策略软件,另一个则是需要 BSG 电机。

采用 P0 + N 结构的优势在于 P0/BSG 电机能持续性的控制内燃发动机工作在最佳转速区间,在换挡时通过 BSG 电机控制内燃发动机的转速与档速进行匹配,就可以使 DCT 双离合变速器的耦合变得更加平顺。 无论是在双擎四驱还是三擎四驱的车型上,这一套新的驱动策略能很好管理 HEV 模式和 EV 模式之间的切换。

3、改善 NVH

在硬件上改善 NVH 是一个非常难的事情,在传统车企的做法就是:采用多轴悬置内燃发动机以减少振动、采用隔音棉对驱动电机进行包裹降低工作状态下的噪音等等。但事实上要改善 NVH 最核心的还是从硬件结构和软件上着手。

工程师们一方面通过电喷系统的硬件以及控制策略优化,减小单缸燃烧循环变动系数,并提高各缸间的压力值一致性,从而达到控制发动机的扭振源头的目的。另一方面通过装配高隔振率的双质量飞轮或离心摆飞轮,使发动机输出的角加速度波动传递到变速器端很小,基本在 300rad/s^2 以内。当然,这还不够,为了进一步消减发动机噪声,比亚迪工程师对排气和进气系统也下了不小的功夫。进气系统的NVH优化包括优化管路材料、形状、歧管结构和设计谐振腔,以及匹配低噪声的涡轮增压器等,降低进气系统噪声。排气系统的优化则是通过对排气消音器的传递损失优化、壳体结构优化、波纹管设计、排气吊钩位置和刚度优化等,来减小排气系统的噪声和振动激励的。

然而,光发动机降噪肯定还是不够的,电机和变速器也是提升动力总成声品质的重要一环。比亚迪工程师们通过电磁气隙、方案、转子动平衡设计,控制电机的扭矩波动在3%以内,并且使电磁力 8 阶、24 阶各低于电磁力直流分量的 35%,从而降低电机的啸叫。而为了降低变速器啮合噪音,工程师会将变速器齿轮重合度设计成大于 4 以上,传递误差小于 0.5um 等,如此来降低齿轮激励。通过工程师们兢兢业业的不断努力,如此便可弱化发动机排气轰鸣,电机啸叫等动力总成的噪声,提升品质。

4、提升充电效率

DM 3.0技术的动力电池容量涵盖 9.03kW-23.97kWh,纯电续航里程从 53 公里至 100 公里。凭借 IGBT4.0 的使用,以搭载 DM 3.0技术的全新一代唐 DM 来看,其百公里能耗较市场主流车型百公里电耗降低约 3%,IGBT4.0 搭载的 V315 封装膜更是采用 AISiC(铝碳化硅)有效提高温度循环能力。不过归根结底,充电效率依然是新能源汽车中非常重要的一个点。

与 DM 2.0技术相比,DM 3.0技术最大 7kW 的充电功率,装配在全新一代唐 DM 纯电 100 公里配置上,与普通插电式混合动力车型的峰值 3.3kW 充电功率对比,7kW 的充电功率充满一辆具备 100 公里纯电续航的全新一代唐 DM,仅仅需要 3.5 个小时即可。在同等条件下,如果采用 3.3kW 充电功率则需要 8 个小时才能充满。相比之下,充电效率提升 56%。

· 历经 11 年进化,比亚迪 DM 3.0 奠定三个第一

截至 2018 年底,DM 双模技术的装机量全球第一,使用占比率第一,技术成熟度第一,DM 技术累计装机量突破 300,000。

DM 3.0技术足够厉害吗?足够。但它足够完美吗?我个人认为还有提升的空间:性能还有很大的提升余地、节能性还能优化得更好、馈电状态的持续时间还能缩减到更短、驱动架构应该还有更多的组合玩法等等,而这一切我们都寄望于下一代 DM 技术能带给我们更多的惊喜和更好的用户体验。

历经 11 年进化,DM 技术成为行业标杆。历经 11 年进化,DM 3.0技术成就了比亚迪在新能源汽车领域中的又一份自信。

 

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