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混动百科 | 4000字浅谈长安「原力」技术细节
来自:电动邦
作者:邦老师
2022-12-23 14:43:36
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大概在3-4年前我便转向了新能源话题的创作,去年则开启了混动技术的专栏,我发现读者们的评论也渐渐地从对新能源汽车的宏观质疑,渐渐转向了更务实的咨询,让人倍感欣慰。

不过不少私信我的油车老车主,目前依然在纠结『纯电汽车的续航』问题。的确,目前的电池技术仍有待『质』的突破,而与纯电出行所匹配的能源补给体系仍在普及中。

这是两个客观存在的问题,所以,我一直将混动汽车技术看做『目前最好的汽车动力技术解决方案』。而在混动技术的分支中,HEV、PHEV、REEV等分支有衍射出了不同的讨论,若是展开去分析,那就要回顾一下这篇汇总《混动百科 | 如何判别一套混动系统的好坏?一篇长文带你看懂》。

image-1.jpeg

按混合动力系统结构形式的分类

不过今儿个,我们换一个实用的角度来看问题,在我的读者中存在着这样一批人群:

1. 喜欢全程纯电驱动的驾驶体验;

2. 不想被充电的繁琐,不被限制出行的距离,可以加油;

3. 虽然也用油,但比所有油车都要省。

而以上这几点需求,则恰恰能被「增程式电驱技术」而满足。在这个领域,最近让我眼前一亮的则是长安发布的「原力」技术,虽说比起理想、岚图等一众品牌推出的晚了一些,但「原力」技术发布会上,却发现了不少新的亮点!

■「原力」不扭捏,目标很明确

首先,在我听完整场技术发布会后,最大的感受就是两个字——直爽,不带一丝的扭捏。「原力」所有的技术就是朝着『开起来是电车,但不用担心续航里程』目标去设计。

故此,其核心组件「原力智能增程(系统)」和「原力超集电驱」的技术逻辑,便集中在解决以下3个方向的问题:

  1. 如何提升增程器(ICE)的发电效率(注:不只是热效率单项),以及由于提升了效率而带来的副作用,比如整体结构布局、NVH等问题;

  2. 如何提升纯电驱动的体验,也就是提升电机功率、效率,以及由于功率和效率提升带来的副作用,比如电机高转速啸叫抑制等问题;

  3. 如何保证电驱和电池在极端情况下能安全且高效地发挥作用,比如在极寒环境中,电池大功率放电、电机难快速到达最佳工况点等问题。

当然,3个方面的问题下面又会有成千上万的细节问题,为了方便大家理解,我从其两个核心部件的技术特点来分析,看看长安是怎么来解决的。

GB/T 19596-2017《电动汽车术语》对增程器的定义

首先来看「原力智能增程(系统)」,我认为长安为做的硬件(主要指增程发动机)优化,主要集中在以下4点:

全工况低扭振结构设计:增程器发动机和发电机之间增加扭转减震结构,减少扭矩波动对增程器振动影响;

低流阻水道设计:降低发电机冷却水道流阻,降低发电机冷却功率;

高压缩比深度阿特金森循环:以深蓝为例SL03增程器采用12.5高压缩比,凸轮轴型线加宽,延长进气门开启持续期,利用进气回流降低有效压缩比(阿特金森循环),降低油耗;

无损传动构型:增程器发动机与发电机实现花键直连设计,取消中间传动机构,避免传动系统效率损失,同时降低重量。

增程器系统的定义示意图

「原力智能增程(系统)」的系统优化则主要集中在以下3点:

动力系统协同设计与控制:增程器通过产品设计及控制策略,实现发动机与发电机高效工作区重合,同时发挥两者的最高效率;

发电控制策略:增程器运行转速和功率与整车完全解耦,可不受车辆行驶速度限制,增程器发电功率和增程器转速选择要考虑两方面,首先控制增程器始终处于最高效、最经济区域工作,降低油耗,同时结合NVH需求设置转速上限,保证好的NVH体验。

NVH平衡策略:即双层软件架构平衡算法设计及全工况精细标定:双层软件指一方面通过整车软件控制增程器运行工况,保证增程器工作状态最优,降低NVH;另一方面在选定的工况下通过优化增程器发动机和发电机软件,保证增程器本体NVH最优。

通过这两方面的优化,整套「原力智能增程(系统)」的理论参数非常亮眼,增程器热效率达到96%,CLTC标准下的百公里馈电油耗小于4.5L,关键其每升油发电效率极高,大约可达到1升油发3.3kWh的电。在深蓝SL03增程版上综合续航可达1200km。

而在电驱方面,长安通过「原力超集电驱」进行了多项的创新优化,主要集中在以下个方面:

电驱总成集成技术:集成电机、电机控制器、减速器、充电机、DCDC、DCAC、高压分线盒。较“三合一”重量降低10%、体积降低5%、效率提升4.9%、功率密度提升37%;

8层扁线绕组技术:通过采用8层扁线绕组技术,提升电机槽满率由45%提升至70%,电阻和铜损耗对应降低约25%,系统效率提高0.9%;

转子双V拓扑构型:转子构型的最优解,通过采用转子双V拓扑结构,相对普通构型转子,可以充分利用磁阻不对称带来的磁阻转距,降低电机电流,进而电机铜损耗降低10%,系统效率提高0.4%;

低阻导线技术:通过三相超导低阻铜排替代分体式的长线束,降低线束损耗,系统效率提升0.1%;

低阻力拓扑结构优化:即是对电驱系统中,减速器润滑系统进行结构优化,既有效地保证了齿轮和轴承的润滑可靠性,又能够以最小的脚油损失带来最小的效率的损失;

自适应控制算法:针对电驱常用工况点,采用自适应的控制频率(5-10k)、多种调制方式(DPWM、SVPWM),系统效率提高1.2%。

通过这些优化,我们同样可以看到在目前已经搭载在深蓝SL03增程版上的这套「原力超集电驱」同样拥有这个很强的理论参数表现。

不过说到这里,其实还没有完全分析完「原力」的全部技术点,因为最初提到的3个方向中,第3条还没回答,也就是极限工况(主要是极寒)的问题,而这恰恰是一个系统性问题,并不是单一地通过增程器或电驱系统来解决。故此,「原力」提供一套名为『微核高频脉冲加热』的解决方案,主要涉及到电池预加热和电驱激励两项技术,这里简单介绍一下其原理:

电池升温原理:利用电池在低温下内阻远大于常温内阻的电化学特性,通过脉冲加热控制策略,产生脉冲电流,当高频交变的大电流通过电池时,由内阻产生焦耳热,从而实现电池加热。如果大家觉得看不懂,我打个不怎么恰当的比方:这类似于在给四驱车里的干电池做可控的短路,干电池短路后就会产生热,是不是就好理解了一些;

电驱激励原理:利用电机定子的电感特性,在电机定子有电流通过时,关断IGBT,从而让续流回路实现电流的回馈,IGBT将工作在1个周期的PWM模式及1个周期的关管状态,进而在电机控制器高压输入端形成脉冲电流波形。这个就更复杂一点,如果你对IGBT的原理不太了解,可能就要自行补习一下了,我也只能再打个不怎么恰当的比方:在一根很细的水管两头,各装一个可开闭的开关,然后让水管里的水在水管中反复摩擦水管,摩擦生热,加热水温(感觉真的不知道该如何比喻了,大家看个意思,这个比喻比上一个更离谱~~哈哈哈)

之所以对『微核高频脉冲加热』做了那么长的解释,原因有二:

效果是真不错:就以深蓝车型为例,长安给到的数据是『在-30℃极端环境下,每分钟时间电池温度提升可达4℃,车辆动力性提升50%,充电时间缩短15%』,北方车主是不是嘴角已经有幸福的微笑了;

的确是个好技术:我所说的『好』,一个是指这条技术树并不是我第一次看到,在其他车企的资料中,我已经见到过好几次,说明这是一项行业认同的技术路线,当然就能称得上『好』;此外,之前都是在技术介绍的PPT中看到,而长安量产装车了,的确是把这份『好』带给了消费者。

嗨,一聊技术我就容易走火入魔,不知不觉写了那么多,而且越来越晦涩。不过以上对于「原力」分析并不是「原力」的全部,而是技术会上,让我记得最清楚的内容。还是那句话,「原力」一点都不扭捏,一切技术的逻辑源自『开起来是电车,但不用担心续航里程』的核心,不会像部分车企那样,要么对增程技术遮遮掩掩,要么过度吹嘘。

而这份『直爽』,我真的很认同,因为和明白人聊技术,才能有『海内存知己,天涯若比邻』的亲切、『酒逢知己千杯少』的豪爽……嗯……好像又要跑偏了!

「原力」有源可循,并非一日之寒

其实对于长安的混动技术,大家可能更熟悉的是搭载在UNI系列上的「长安蓝鲸iDD混动系统」,所以,对大部分人而言「原力」的出现好似是一个比较突兀的技术。

蓝鲸iDD三离合电驱变速器构型示意图

但熟悉长安技术『装备库』的人应该知道,长安在新能源汽车的技术已有了超过11年的积累(2011-2012年开始),「原力」则是早在2017年时就纳入了动力总成的战略规划。

而在2022年的今天,随着彼时长安的新能源战略『香格里拉计划』、以及智能化战略『北斗天枢计划』等计划的陆续落地,我们终于迎来了长安的『摊牌』——四大新能源平台架构(个人归纳,仅供参考):

MPA架构:兼容内燃机(ICE)及其电气化产品,是集成多元形态、多元能源、多元场景的智慧架构,已随UNI-V首发;

EPA架构:面向主流电动车市场的平台架构,已上市产品有长安深蓝SL03;

CHN平台:长安与华为、宁德时代携手共创的全球领先的智能电动汽车技术平台,基于该平台打造的阿维塔11已上市;

SDA架构:基于中央计算和区域控制的电子电气架构,也是长安汽车全力推进『软件定义汽车』的具体实践方案,基于该平台打造的『新汽车』CD701原型车,在2022智博会首次亮相。

所以,我觉得长安汽车已取得系列阶段性成果,并正在加速向汽车『新四化』转型,而且每一步走的都非常扎实,也很坚定。故此,我们在「原力」的「原力智能增程(系统)」上,可以看到长安将几十年在内燃机技术的积淀再次创新,转向混动。而「原力超集电驱」更是长安厚积薄发地在电驱领域再次走在了行业的前沿,成为长安在新能源时代的中流砥柱。

冰冻三尺非一日之寒,在技术发布会上,长安新能源汽车科技有限公司CEO邓承浩先生有一段话挺打动我的:『我们的增程系统,源自于长安几十年发动机的积淀,与蓝鲸动力技术同根同源,各有侧重。我们会持续深耕增程技术路线,我们绝不是来蹭热度的,不是来玩票的,我们是来踏踏实实做产品和技术的,我们希望给消费者提供一个,更加符合中国国情的最优解。』

还是那句话:我就很喜欢这份直爽!

■ 根源与根本

《道德经》有云『道生一,一生二,二生三,三生万物』,这是长安取名「原力」的原因,作为一名认同道家学说的汽车从业者,已经从长安在新能源技术的战略布局和技术细节中感受到了其中的奥妙:

根源——靠谱使用的技术!

根本——为的是用户!

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