【原创】增程混动杰作-日产e-POWER增程系统详解(一)性能及系统介绍

增程混动杰作-日产e-POWER

增程系统详解(一)

前言：

e-POWER是日产公司旗下的增程产品，匹配日产NOTE和SERANA多款车型，增程式电动车产品也是日产旗下的核心产品。在新能源产品迅猛发展的前提下，日产公司也提出了自身未来发展方向，主要锁定在智能化和电动化两个主力方向，其中新能源电动化技术产品线中e-POWER作为日产旗下未来主导的混动增程技术，如下图1所示。

图1 日产技术发展规划

日产把新能源的终端设定为纯电技术，在未来纯电之前e-POWER增程是必要的过渡，但e-POWER的增程技术必须具备如下优势：

1.具备线性平稳的加速性能；

2.具有优秀的驾驶性；

3.具备较大的节能减排优势；

4.优秀的NVH性能。

1.

图2 日产NOTE

图3 日产SERANA

表1 整车及系统参数

备注：油耗数值为采用日本工况JC08测试结果。

图4 NOTE起步加速性

起步加速阶段e-POWER增程匹配NOTE车型，最大加速度接近了0.45g高加速水平。主要依靠254Nm峰值扭矩输出的电机，可以提供（0-3008）rpm持续转速下持续大扭矩输出，持续时间可以达到30s。

（2）超越加速性能

与一般的混动车型相比，搭载e-POWER车型超越加速性在1.5s前表现突出，实现更好的快速超越性能。如下图5所示。

图5 NOTE超越加速性

对日产NOTE加速度水平评估，e-POWER增程加速性能可以超越2.0L传统自然吸气动力系统。

2．NOTE整车经济性

NOTE增程式电动车是HEV车型，增程系统主要的工作点未2500rpm@（60-80）Nm，该点范围下为发动机MAP最佳油耗经济区，NOTE搭载的发动机最高热效率为40%，即实现了三缸发动机最低燃油热效率210g/kWh。如图6所示为e-POWER增程系统主要运行工况示意。

图6 NOTE经济性运行区域

3．NOTE整车舒适性

NOTE增程式电动车舒适性主要体现在两个方面，分别为发动机启动过程和地板振动效果。

（1）发动机启动对比

一个方面就是发动机启动过程，由静止或者电状态转化为发动机运行状态，这一状态最能影响到驾驶感受，传统动力与e-POWER在发动机启动过程中进行测试对比，如下图7所示。

图7 发动机启动过程对比

传统发动机启动时间较长，长时间运行于共振带，增程系统发电机快速拉升发动机过共振带，启动时间较短。另外，传统发动机工作点火位置与共振带重合，舒适性感受变差，而e-POWER增程系统点火转速远离共振转速，舒适性感受无影响。

以上对比显示，相对传统增程启动发动机过程NVH表现非常优秀。

（2）地板振动对比

    地板的振动传递是车内舒适性能主要的体现方式。通过隔振、降低振动能量，希望传递到乘员处的振动不被感受到，给乘员最好的舒适性体验。如下图8对比所示。

图8 地板振动对比

相对于传统动力系统，e-POWER增程系统地板振动表现较佳，尤其在传递后期振动负值下降较大，体现了更好的整车驾乘感受。

图9 增程e-POWER总成

（2）系统总成示参数

以上e-POWER主要的驱动、发电、电池三个系统的参数如下表2所示。

表2 增程e-POWER各系统参数

（3）发动机性能参数

发动机的主要规格参数如表3所示。如以上说明的，增程e-POWER发动机可以始终在其最佳效率点工作运行，与传统车、并联混合动力车不同。因此，该款增程高效发动机的开发获得了更好的燃油经济性，并获得平坦持续的扭矩特性。

表3 发动机参数

该款发动机基于传统动力HR12DE进行高效率开发，主要的目的是降低发动机燃油消耗，主要的措施如下：

1）提高热效率: 更高的压缩比，缸孔喷涂的汽缸壁、双油喷射器等。

2）减少泵损失: 冷却EGR (增加有效压缩比) 和米勒循环。

3）降摩擦: 电动水泵，前端无皮带、降摩擦涂层等。

增程高效发动机开发在实际搭车使用中更体现了油耗极致应用，增程与车辆完全解耦，与传统发动机使用相比，增程e-POWER发动机可以实现更低的油耗区域使用，如下图10所示。

图10 油耗对比

由上图可见，传统发动机匹配整车使用区域为绿色面积，油耗较高；e-POWER发动机匹配增程整车使用区域为红色面积，油耗具有很大优势。

（4）电机性能参数

如下表4列出了NOTE车型匹配的驱动电机、发电机以及逆变器（MCU）的主要参数。

表4 电机及逆变参数

驱动电机采用了日本LEAF电动平台电机最新的技术，为提升性能和耐热，采用了低铁耗铁芯、低频永磁体。

电力模块和外围电路优化降低电感，获得更高的驱动系统总效率，如下图11所示。

图11 驱动系统总效率

该款e-POWER驱动系统总效率较高，达到了最大总效率97%的先进水平。

（5）传动性能参数

增程e-POWER动力传动系统有两大系统组成，分别为发电系统和电动系统，整体结构由六个轴组成: 三个驱动轴加上差速器和用于发电的三个轴，如下图12所示。

图12 传动系统结构

根据布置空间要求，通过优化齿轮设计以满足机舱布置需求，实现扁平的变速驱动桥输出需求。传统总成润滑系统的结构也经过相关优化，以实现低润滑摩擦。

传动系统主要参数列表如下表5所示。

表5 传动参数

（6）电池性能参数

该款NOTE整车是采用了1.47度小电池的HEV车型，可以实现能量回收功能，同时适合后续平台衍生PHEV车型，提供客户更多的纯电驾乘感。电池参数如下表6所示。

表6 电池参数

电池类型为三元锂电，形成电池包模块，搭载装配于座椅下方，如下图13所示。

图13 电池组

电池采用风冷方式，安装用于引风冷却的鼓风系统。电池冷却风通过前排座椅下方的两侧进气口，冷却电池后冷却空气通过行李区域前面的出口管道排出，优化和抑制了对车辆乘员的任何影响，同时电池冷却得到了很大改善，如下图14所示。

图14 电池冷却系统

图15 动力系统架构

（2）控制架构

增程e-POWER系统是从LEAF纯电动车衍生的概念，它与LEAF具有相同的控制系统架构,如下图16所示。

纯电动LEAF电池供电，控制核心为VCM；而增程e-POWER电是电池和增程电的叠加，增加了GC发电机控制和ECM发动机控制。

图16 控制系统架构

（3）能量平衡管理

满足整车驱动需求，电子电力的基本系统必须要在动力平衡的基础上设计的。首先预计车辆需要开发的平均能耗和平均发电量，如下图17所示展示了各个循环工况能量平衡需求。

图17 能量平衡

日本市场和测试模式驾驶，上图显示了JC08典型的驾驶情况下消耗的能量和产生的功率之间的差异。

因为平均能耗根据车辆规格而有所不同，这是一个重要的考虑因素。

检查一个动力总成系统是否可实现满足车型动力需求的范围。在JC08日本工况下电池的输出覆盖了蓝色和绿色的区域，意味着该工况下典型场景可以由电池电源驱动。

引擎e-POWER增程系统使用涵盖了大部分场景，包括重型和连续驾驶模式，如上坡、加速需求输出较大道路。

此外，对于快速和强劲的加速需求，两种能源它们结合在一起，提供更大的牵引力，直至达到电机的最大功率。

（5）发动机转速管理

通常理解来看，运行发动机来产生电力往往会破坏EV的独特感觉。为了增强发动机动力系统的静谧性，需要控制发动机转速。

发动机转速管理对于NVH至关重要，基本的设计方法是通过提高低车速范围内的车速，发动机转速用背景驾驶噪音来掩盖，如图18所示。

图18 发动机转速管理

左图虚线表示一个传统车辆引擎的转速与整车行驶所需要的加速度G。

右图蓝线表示从噪音角度来看发动机转速的初始设定目标，但是1000rpm低速区域的效率水平不高，e-POWER增程系统需要追踪获取最高效的点。另一方面，车速低于30km/h时，发动机停止使用，可有效改善NVH，获得电动汽车运行的感受。

该发动机运行目标从蓝色变为红色，以满足发动机高效使用的同时。整车获取动力所需的更高加速度G。

由于采取了这种控制方式，在车速低于30km/h的情况下，超过90%的时间发动机处于停机状态，在日产汽车上评估获得了较好的燃油经济性。

日产尼桑汽车开发了一款新型的e-POWER增程式电动车系统，该系统具备以下几点特征。

（1）线性和平稳的加速性。

（2）驾驶性能与燃油经济性之间更好的兼容性。

（3）媲美电动车的NVH感受。

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