DM-i 超级混动系统及其专用高效发动机方案

DM-i 超级混动系统及其

专用高效发动机方案

----------------

红旗混合动力变速器技术研究

与产品实践

比亚迪“强电混”插电式混合动力系统（DM-i 超级混动系统）的动力系统及控制系统

100%自主研发，实现插电混动系统的高效率和核心部件专用化，架构上包括：专用高效发动机、高效 EHS 电混系统、专用功率型刀片电池、交直流充电器等核心部件；同时也涵盖了整车、发动机、电机、电池等相应的控制系统。

DM-i 超级混动系统采用以大电机驱动、大电池供能为主，发动机发电为主、驱动为辅的“强电混”动力总成系统架构，实现了发动机与轮端的机械解耦，发动机运行工况更聚焦于高效。动力电池可调度电量达到 8kWh，具有较大的电驱动系统供能功率，带来的优势是：

对于较小的驾驶员需求及瞬间增大的驾驶员需求，均交给电驱系统供能，减少了发动机启动次数并保证了其启动后可以稳定运行，发动机有 70%的时候聚焦在高效区工作。动力电机采用了扁线设计，最高转速高达16000转，峰值功率最高达到160kW，峰值扭矩达到了325Nm；电机最高效率达 97.5%，效率>90%区域占比 90.3%；减速器采用极简设计，提升了传递效率；并且电机采用了先进的油冷技术，大幅提高了散热效率，从而使电机的功率密度提升至44.3kW/L；同时，电控系统也搭载了比亚迪自主研发的第四代 IGBT 技术，电控综合效率高达 98.9%。通过对发动机、发电机和驱动电机的智能功率分配，共同保障 DM-i 超级混动系统更多的处于高效区内工作。

柠檬混动DHT技术解析

与此同时，比亚迪开发了全新的专用功率型刀片电池，磷酸铁锂热稳定性和刀片结构设计，让刀片电池通过了各类严苛的安全测试。同时，磷酸铁锂稳定的材料晶体结构和热管理系统，保证了刀片电池长久寿命，打造了超级安全和超长寿命的动力电池。电池包采用无模组化设计，空间利用率高达 65%，电池与包体设计融为一体，形成类似蜂窝铝板结构，大幅提升了电池包的结构强度。

此外，比亚迪还创建“强电混”系统全工况智能控制策略及系统，提出基于经济线最优控制原则的智能控制方法。在低速工况，EV 和串联智能切换，油耗低；在中高速巡航工况，发动机并联直驱，驱动电机智能补偿，能量传递路径短，效率高。实现了精准的能量流管理，确保了各个工况下动力性和经济性的兼顾。

搭载 DM-i 超级混动系统的车型，在电量充足的情况下，可以当作一辆纯电动车，具有静谧、平顺、零油耗等纯电动车的特点。而在充电电量耗尽的情况下，就是一辆超低油耗的混合动力车。如图 2 所示：当车辆亏电时，在城市路况下，有 18%的工况发动机处于高效区，发出的电一部分用于电机串联驱动；另一部分给电池充电，这部分电能可保证在整个城市路况下，仍有 81%的 EV 占比，这样大大降低了油耗。在 NEDC 工况下，亏电时，如同城市工况，电机串联驱动占比有 18%，同时发动机发出的电，仍可支撑 70%的 EV 占比；在 WLTC 工况下，亏电时，串联占比 28%，发动机发出的电也可实现 54%的 EV 占比。在亏电高速稳态工况下，发动机处于高效区以并联直驱为主；加减速时，系统切换为串联驱动，从而保证了发动机更多的处于高效区工作。综合以上工况可以看出，DM-i 超级混动真正做到了“强电混”，兼顾充电和亏电双工况，减少发动机工作，降低油耗。最终，DM-i 超级混动实现了超低油耗、静谧平顺、卓越动力这样近乎完美的整车表现。

节能混动乘用车的法规挑战

及应对实践

插混专用发动机的设计开发区别于传统燃油车发动机。具体来说，在燃烧理论方面，比亚迪团队自主研发准维双驱燃烧模型。该模型创新性地把化学动力学和发动机设计结合。更精确地模拟燃烧过程，指导设计。围绕这一套理论，建立了一系列的燃烧过程，包括流动，混合，喷雾，燃烧等的精确建模仿真，指导发动机设计。同时，建立了一套先进的可视化燃烧开发系统，可以实现微观现象的可视化观测与定量测试，比如缸内流动，喷雾，燃烧过程等。通过微观的可视化观测，可以指导早燃爆震理论创新，同时迅速地发现问题，优化设计。

作为发动机专用化的成果，比亚迪 1.5 升插混专用自吸发动机，自 2020 年 11 月发布后成为明星产品，实现 43.04%热效率。

在发动机热效率的提升过程中，比亚迪充分利用了强电混架构下电气化的优势（见图3）。选取了效率取向、同时兼顾功率的 1.27 高缸径冲程比，结合 15.5 的超高压缩比提升理论热效率，深度阿特金森循环实现膨胀比大于压缩比，冷却 EGR 降低排温同时抑制爆震， 大幅提高了发动机的循环热效率。同时通过全附件电动化，以及一系列先进的降摩擦和轻量化技术，降低了发动机的摩擦及寄生损失。其中降摩擦很重要的一环是 0W-20 低黏度机油的应用，对比传统的 5W-30 机油，0W-20 机油经测试可以降低 10%的倒拖摩擦功。

最终搭配上完全自主研发的发动机控制系统，最终突破性地实现了 43.04%热效率发动机。

爆震控制一直是阻碍汽油发动机热效率提升的一个最主要的难题。比亚迪通过深度阿特金森循环降低有效压缩比，搭配高比例冷却 EGR 稀释可燃气体，有效降低了可燃气压缩终点温度、抑制爆震倾向。同时结合智能分体冷却热管理系统实现缸体缸盖的精确冷却控制，自主研发控制器精准调控燃烧边界，有效的解决了发动机工作过程中的早然爆震倾向。同时分体冷却系统搭配先进智能热管理策略，大幅加快了发动机暖机过程和停机状态下的保温能力，解决了混动发动机频繁启停工作特点下的热管理问题。

对于插混专用高效发动机来讲，使用工况由面工况变为线工况，聚焦高效区，并且发动机启停频次增加，机油温度降低，由于整车有 EV 模式，发动机使用频次降低。因此对机油提出了新的特殊的要求，首先发动机追求工况下的燃油经济性，要求机油有较好的低黏度抗磨性能；其次，频繁启停使得水分更容易混入机油中，要求机油有更好的抗腐蚀和乳化稳定性能；此外，由于发动机使用频次降低，在 EV 模式油膜未建立易造成磨损，要求机油提高长期停机状态下的抗磨性。目前，比亚迪 PHEV 车型均使用 SP 0W-20，且均已通过发动机台架耐久及整车相关试验。同时正在开发适用于 PHEV 的低黏度低摩擦、低温性能、抗腐蚀/锈蚀性能、乳化稳定性、微动抗磨损性能好的专用机油。

混动开发的重点和难点

部分典型的插混专用机油指标如下：

(1) 动黏度降低，降低摩擦，提高燃油经济性；

(2) 粘度指数增高，是一个综合指标，提高粘度指数，有助于提高机油的寿命，增加用户的保养里程；

(3) NOACK（诺雅克）值降低：插电混动聚焦高效区、大负荷工况，需要减少机油蒸发损失，降低机油消耗量。

(4) Mo（钼）含量增高，作为减摩剂，降低摩擦系数，提高燃油经济性；

(5) Cl（氯）含量降低，机油中含氯化合物，极易腐蚀 EGR 阀等精密运动件，需要极低的 Cl 含量；

(6) Ca（钙）含量降低，极低的 Ca 含量降低早燃风险。

三一混动开发剖析

发现“分享”和“赞”了吗，戳我看看吧