11 年進化之路成就不一樣的比亞迪 DM 3.0技術解析

截至 2019 年 12 月,從銷量統計數據來看,比亞迪汽車成為全球兩大新能源汽車銷量巨頭之一,其中雙模車占比較大,功不可沒。回顧比亞迪的新能源汽車發展之路,雙模車之所以有如此好的戰績少不了 DM (DUAL MODE)技術的加持。其實我們不難發現,每當我們談到比亞迪,哪怕是汽車行業以外的人都會說一句:比亞迪,技術厲害!到底這個厲害的技術煉成,并且它蘊含哪些黑科技和行業優勢,這就是本文要去和大家好好聊聊的一個重點。

雖然 DM 3.0技術已經誕生兩年時間,但是在 2019 年比亞迪技術體驗創享會上我又找到了一些新的點想和大家好好聊聊,尤其是和楊冬生院長(下文簡稱楊院長)的交流中,挖掘到 DM 3.0技術背后故事,很值得分享給各位技術粉。

· 揭秘比亞迪 DM 雙模技術的發展史

截至 2018 年底,比亞迪 DM 技術已經實現累計裝機量突破 350,000, 全球裝機量第一,彰顯了雙模技術比亞迪在插電式混合動力技術中的重要地位。如果不說您可能不知道,中國第一輛插電式混合動力汽車就是由比亞迪生產,并且該車型就是搭載 DM 技術。從 DM 1.0技術 到 DM 3.0技術 ,比亞迪雙模技術已經積累十一年發展經驗,成為最成熟的插混技術,也是插混領域的技術標桿。眾所周知,節能、舒適和性能是很難兼顧的,DM 3.0技術卻能夠全方位提升了這幾個用車體驗最重要的維度,實屬不易。

時間回到十一年前,我們從 DM 1.0技術開始說起……

篤定信念 五年時間創造 DM 1.0技術

2003 年,比亞迪決定涉足汽車行業,新能源動力、傳動系統的研發就被視為戰略重點。在行業新能源行業還在探索期的時候,比亞迪就推出了中國首款插電式混合動力汽車—— F3 DM,要知道此時僅僅是比亞迪進入汽車行業的第五個年頭,足以說明比亞迪的技術研發能力。

一塊接近 15kWh 容量的磷酸鐵鋰動力電池就安裝在一輛緊湊型轎車 F3 DM 上,由于當時的電芯能量密度低和電池組模塊體積大,幾乎被認為不可能的事情,然而比亞迪把它變成了現實。比亞迪把這一套技術命名為:DUAL MODE 雙模技術,從此為新能源汽車技術打開了另一扇大門。

DM 2.0技術時代造就 “542” 性能怪獸

相比于上一代雙模技術,第二代雙模技術具有傳動效率高、動力強、換擋平順性好、燃油模式無動力中斷的優點,是基于 DCT(雙離合自動變速器)打造的并聯結構,屬于 P3 單電機方案。在這個基礎上真正實現了“542”科技。5 代表的是加速時間最快少于 5 秒,4 指的是電四驅技術,2 是 DM 雙模技術車型百公里油耗低于 2 升/百公里。

正是在前軸混動架構的基礎上增加了后軸的 P4 電機,第二代雙模技術才首次實現電四驅。

回歸原點再出發 DM 3.0技術 以用戶體驗為驅動

為了為用戶帶來更好的用車體驗,DM 3.0技術立項時堅持初心,以科技推動人類向更美好生活邁進為研發的宗旨,將用戶需求放在首位。又歷經 5 年探索,DM 3.0技術 創新式的采用三種組合架構:前驅(P0+P3)、雙擎四驅(P0+P4)、三擎四驅(P0+P3+P4),這也是行業中首個具備三種架構形態的插電式混合動力技術。

在保留上一代 雙模技術優勢的同時,加入的高壓高功率的 BSG 電機(P0)是 DM 3.0技術升級的核心亮點,最大功率 25kW。高壓 BSG 電機可實現智能發電,輔助換擋,急加速助力和怠速啟停四大功能。在發動機有富余功率時,可帶動高壓 BSG 電機發電,與此同時高壓 BSG 電機還可以將發動機轉速調整至高效區內,減少了能量的損耗。綜合來看,由于高壓 BSG 電機的加持,第三代雙模技術相比上一代的效率提升 21%。

不僅如此,10 公里/小時的蠕行狀態時,發動機可以與輪端解耦,帶動高壓 BSG 電機發電為電池充電,這就相當于一個增程器,此時驅動力電機負責驅動。如此一來,車輛在驅動的同時可以發電,相較于上一代發電效率提升 45%,從而大幅度減少饋電情況的發生。

· 所有黑科技落地 最大化解決插電式混合動力車三大痛點

1、減少饋電狀況的發生

插電式混合動力車多少存在低電量時候的體驗不佳的痛點,出現這個問題主要由于整車電量不足時,只有發動機負責輸出動力,電驅的愉悅感是內燃發動機很難媲美的,并且當發動機負荷較大時容易出現噪音和抖動,所以體驗較差。但由于插電式混合動力汽車因為動力電池容量比純電動車要小得多,所以電驅的持續時間其實是有限的。當 SOC(State of charge)荷電狀態較低時候,內燃發動機成為主要驅動力的時候,這個差異感就尤其明顯。

要最大化解決這個痛點,唯一可行的辦法就是減少 SOC 長時間處于較低狀態。DM 3.0技術下 ,高壓 BSG 電機您可以理解成它就是一臺發電機,串聯著內燃發動機,相當于一個小型“增程器”。在大部分工況下,BSG 電機盡可能的給動力電池補充電能提升 SOC。

不僅如此,在走走停停的城市工況下,動能回收系統將輪端阻力矩回收通過驅動電機反轉發電給電池輸送電量。結合這兩個核心的技術點,相比 DM 2.0技術能大幅度避免 SOC 處于較低狀態的時間,從而換取更多的電驅時間。除此之外,系統允許用戶通過車內的 SOC 設定最高目標值,使得在怠速的情況下 BSG 電機依然能對動力電池進行回充電量,進一步實現在多工況下對持續性的對動力電池補能。

2、提升 HEV 模式與 EV 模式之間切換的平順性

另一個用戶體驗最明顯的痛點是 HEV 模式和 EV 模式之間的切換存在頓挫感,出現這個問題的核心關鍵在于內燃發動機轉速與驅動電機轉速不匹配,此時再耦合變速器就會出現動力銜接的頓挫感。要解決這個痛點的關鍵需要通過兩個手段,第一個是需要一套更完善的驅動策略軟件,另一個則是需要 BSG 電機。

采用 P0 + N 結構的優勢在于 P0/BSG 電機能持續性的控制內燃發動機工作在最佳轉速區間,在換擋時通過 BSG 電機控制內燃發動機的轉速與檔速進行匹配,就可以使 DCT 雙離合變速器的耦合變得更加平順。 無論是在雙擎四驅還是三擎四驅的車型上,這一套新的驅動策略能很好管理 HEV 模式和 EV 模式之間的切換。

3、改善 NVH

在硬件上改善 NVH 是一個非常難的事情,在傳統車企的做法就是:采用多軸懸置內燃發動機以減少振動、采用隔音棉對驅動電機進行包裹降低工作狀態下的噪音等等。但事實上要改善 NVH 最核心的還是從硬件結構和軟件上著手。

工程師們一方面通過電噴系統的硬件以及控制策略優化,減小單缸燃燒循環變動系數,并提高各缸間的壓力值一致性,從而達到控制發動機的扭振源頭的目的。另一方面通過裝配高隔振率的雙質量飛輪或離心擺飛輪,使發動機輸出的角加速度波動傳遞到變速器端很小,基本在 300rad/s^2 以內。當然,這還不夠,為了進一步消減發動機噪聲,比亞迪工程師對排氣和進氣系統也下了不小的功夫。進氣系統的NVH優化包括優化管路材料、形狀、歧管結構和設計諧振腔,以及匹配低噪聲的渦輪增壓器等,降低進氣系統噪聲。排氣系統的優化則是通過對排氣消音器的傳遞損失優化、殼體結構優化、波紋管設計、排氣吊鉤位置和剛度優化等,來減小排氣系統的噪聲和振動激勵的。

然而,光發動機降噪肯定還是不夠的,電機和變速器也是提升動力總成聲品質的重要一環。比亞迪工程師們通過電磁氣隙、方案、轉子動平衡設計,控制電機的扭矩波動在3%以內,并且使電磁力 8 階、24 階各低于電磁力直流分量的 35%,從而降低電機的嘯叫。而為了降低變速器嚙合噪音,工程師會將變速器齒輪重合度設計成大于 4 以上,傳遞誤差小于 0.5um 等,如此來降低齒輪激勵。通過工程師們兢兢業業的不斷努力,如此便可弱化發動機排氣轟鳴,電機嘯叫等動力總成的噪聲,提升品質。

4、提升充電效率

DM 3.0技術的動力電池容量涵蓋 9.03kW-23.97kWh,純電續航里程從 53 公里至 100 公里。憑借 IGBT4.0 的使用,以搭載 DM 3.0技術的全新一代唐 DM 來看,其百公里能耗較市場主流車型百公里電耗降低約 3%,IGBT4.0 搭載的 V315 封裝膜更是采用 AISiC(鋁碳化硅)有效提高溫度循環能力。不過歸根結底,充電效率依然是新能源汽車中非常重要的一個點。

與 DM 2.0技術相比,DM 3.0技術最大 7kW 的充電功率,裝配在全新一代唐 DM 純電 100 公里配置上,與普通插電式混合動力車型的峰值 3.3kW 充電功率對比,7kW 的充電功率充滿一輛具備 100 公里純電續航的全新一代唐 DM,僅僅需要 3.5 個小時即可。在同等條件下,如果采用 3.3kW 充電功率則需要 8 個小時才能充滿。相比之下,充電效率提升 56%。

· 歷經 11 年進化,比亞迪 DM 3.0 奠定三個第一

截至 2018 年底,DM 雙模技術的裝機量全球第一,使用占比率第一,技術成熟度第一,DM 技術累計裝機量突破 300,000。

DM 3.0技術足夠厲害嗎?足夠。但它足夠完美嗎?我個人認為還有提升的空間:性能還有很大的提升余地、節能性還能優化得更好、饋電狀態的持續時間還能縮減到更短、驅動架構應該還有更多的組合玩法等等,而這一切我們都寄望于下一代 DM 技術能帶給我們更多的驚喜和更好的用戶體驗。

歷經 11 年進化,DM 技術成為行業標桿。歷經 11 年進化,DM 3.0技術成就了比亞迪在新能源汽車領域中的又一份自信。