三菱Outlander混動系統(tǒng)特性

1、三菱Outlander的插電混動技術(shù)：混動結(jié)構(gòu)和根據(jù)道路條件設(shè)定的驅(qū)動模式策略Mitsubishi Outlanders Plug-in Hybrid Technologies:Hybrid Structures & Drive Strategies based on RoadConditions發(fā)動機開發(fā)部技術(shù)講座Engine R&D Department Technical Seminar2016-3-16Page 1Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Page 2Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016

2、-3-16引言：怎樣考慮常規(guī)動力拓廣到混合動力時驅(qū)動動力匹配（1） N330基礎(chǔ)車型和PHEV的動力配置 N330基礎(chǔ)車型的動力匹配是G501 1.5L-GTDI發(fā)動機和6速變速器： 發(fā)動機扭矩/功率 = 250Nm/120kW；MT變速器最大/最小速比 = 4.584/0.746。 N330-PHEV的動力匹配是SAME的4A91-1.5L-NA發(fā)動機，CVT和70kW的P3驅(qū)動電機： 發(fā)動機扭矩/功率 = 140Nm/80kW；變速器最大/最小速比 = 2.416/0.443。 P3電機和變速器輸出軸速比 = 1.24，水平扭矩段對應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速1000rpm。P3電機在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500

3、rpm時的最大穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)扭矩 = 64Nm/149Nm，當(dāng)量變速器前增扭 = 33Nm/77Nm。 在發(fā)動機轉(zhuǎn)速1500rpm的當(dāng)量發(fā)動機扭矩為153Nm（穩(wěn)態(tài)）/197Nm（瞬態(tài)），小于1.5L-GTDI的穩(wěn)態(tài)扭矩250Nm；由于電機的扭矩特性，當(dāng)量扭矩隨轉(zhuǎn)速提高而下降。Page 3Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16引言：怎樣考慮常規(guī)動力拓廣到混合動力時驅(qū)動動力匹配（2） N330-PHEV動力配置對整車動力性的影響 N330-PHEV的動力總成采用1.5L自吸發(fā)動機，濕式離合器，CVT最大增扭能力僅為N330變速器的53%，助力電機設(shè)置在

4、變速器后端。這些配置導(dǎo)致了動力總成動力和整車扭矩需求匹配的不合理。 N330-PHEV在增加了電驅(qū)系統(tǒng)后的整備質(zhì)量比基礎(chǔ)車型多了300kg，但所匹配的動力總成的扭矩在發(fā)動機在1000轉(zhuǎn)以上遠(yuǎn)小于N330基礎(chǔ)車型，導(dǎo)致N330-PHEV的加速性和爬坡能力都僅相當(dāng)于N330-MT57%左右，與N330-AT的低速扭矩相差更多（液力變扭器不鎖止時可在變速器前預(yù)增扭）。 動力匹配導(dǎo)致了N330-PHEV由于增加了電驅(qū)系統(tǒng)比常規(guī)版更貴，但動力性能卻比N330非混動版更差。很難想象用戶會花更多的錢買性能更差的車。也不能把PHEV等同EV去思考，因PHEV的電驅(qū)里程比電車短且造價比電車要高得多，且電車的壽命

5、要比常規(guī)動力車短得多。 PHEV產(chǎn)品上市已有10年多了，市場上賣的最好的是日系車。前幾次的培訓(xùn)我們分析了通用，豐田和本田的PHEV理念。本次培訓(xùn)通過對Outlander-PHEV的分析來了解三菱PHEV動力匹配的理念。JMC Engine Research & Development Department發(fā)動機開發(fā)部Page 4Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16三菱Outlander常規(guī)動力和PHEV的動力配置：PHEV動力匹配的理念 Outlander-PHEV的動力配置 Outlander常規(guī)動力低配置版的整備質(zhì)量約為1500kg，配置2

6、.4L的發(fā)動機（4B12/4J12）和CVT：缸徑/沖程 = 88mm/97mm； 功率/扭矩 = 124kW/220Nm；變速器最大/最小速比= 2.631/0.378 Outlander-PHEV的整備質(zhì)量約為1800kg，配置2.0L的發(fā)動機（4B11），兩個60kW的驅(qū)動電機(P3/P4均為定速比)，及一個70kW的發(fā)電機：缸徑/沖程 = 86mm/86mm ，非Atkinson循環(huán)，三菱傳統(tǒng)MIVEC技術(shù)； 功率/扭矩 = 87kW4500rpm /186Nm4500rpm，扭矩和2.4L發(fā)動機僅相差34Nm。P3電機功率/扭矩 = 60kW/137Nm，P4電機功率/扭矩 = 60

7、kW/195Nm。 如Outlander的P3電機和變速器輸出軸的速比按1.25估計，當(dāng)量變速器前增扭 = 65Nm 34Nm。采用前輪驅(qū)動時，變速器前當(dāng)量扭矩不低于常規(guī)動力版的驅(qū)動動力；當(dāng)P4介入實施4輪驅(qū)動時，Outlander-PHEV的驅(qū)動動力遠(yuǎn)大于常規(guī)動力版的驅(qū)動動力。這是和N330-PHEV在理念上的重大區(qū)別，即Outlander-PHEV的動力性能和經(jīng)濟性能優(yōu)于常規(guī)版動力：用戶多花的錢從PHEV優(yōu)越的動力性和經(jīng)濟性得到補償。三菱PHEV的理念是：具有類似于電車的經(jīng)濟性及和傳統(tǒng)車類似或更好的動力性，在低速區(qū)具有優(yōu)良的加速性質(zhì)。PHEV發(fā)動機傳統(tǒng)動力發(fā)動機Page 5Print Da

8、te: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16三菱Outlander-PHEV混動系統(tǒng)參數(shù)（1） Outlander-PHEV動力系統(tǒng)特性參數(shù) 發(fā)動機功率/扭矩：87 kW/ 186Nm（2.0L自吸汽油機，4缸） 變速器：e-Transmission 電驅(qū)系統(tǒng)： 發(fā)電機 = 75kW （串聯(lián)混動時發(fā)電，為驅(qū)動電機提供電能） P3電機 = 60kW/137Nm （前輪驅(qū)動電機，用于低中速驅(qū)動和加速助力） P4電機 = 60kW/195Nm （后輪驅(qū)動電機，主要用于低速高負(fù)荷加速助力和驅(qū)動助力） 電池包： 80個40Ah的矩形三元鋰離子電芯，電芯電壓 = 3.75V（Li

9、thium Energy of Japan， LEJ） 名義電壓 = 300V（= 80 x 3.75V） 名義電能 = 12kWh 動力總成的混動度（前驅(qū)，無傳動軸）：60kW / (60kW + 87kW) = 41% 電氣化后橋?qū)崿F(xiàn)后輪驅(qū)動：由和驅(qū)動軸為定速比的P4電機驅(qū)動 EV模式里程：60km ，以電池SOC變化為80%計的能耗為160Wh/km（N330-PHEV 200Wh/km） 綜合油耗：1.9L/100km （NEDC cycle)Page 6Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16三菱Outlander-PHEV混動系統(tǒng)參數(shù)（

10、2） EV模式和HEV模式的SOC范圍 EV模式：SOC_max = 80%；55%SOC時進(jìn)入節(jié)能模式，并考慮利用發(fā)電機充電的可能性即提前進(jìn)入串聯(lián)混動模式（由電池節(jié)能模式選擇按鈕控制？）。 并聯(lián)混動模式設(shè)定電量： SOC _HEV-nominal = 30% (動態(tài)平衡參考點） SOC _HEV-power-reduction：22%SOC時電加熱和空調(diào)壓縮機關(guān)閉；20%SOC時開始限定大功率放電，17%SOC時整車開始降扭 SOC _HEV-min：電量達(dá)到13%SOC時電池不能再有電流輸出，進(jìn)入電池保護(hù)狀態(tài)Page 7Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2

11、016-3-16Outlander-PHEV混動系統(tǒng)及機電耦合（1） Outlander-PHEV的混動系統(tǒng)及機電耦合 和本田Accord-PHEV混動系統(tǒng)類似，Outlander-PHEV混動系統(tǒng)具有串聯(lián)混動，并聯(lián)混動，純電驅(qū)，和發(fā)動機直驅(qū)的功能。三菱給出的混動系統(tǒng)圖有些誤導(dǎo)，因發(fā)電機可以避開變速器的能量損失，一般有一級減速器即可，空轉(zhuǎn)時無能量傳遞。按下面給出的混動結(jié)構(gòu)框圖理解Outlander-PHEV系統(tǒng)可能更容易些，從它可以很清楚地看出機電耦合方式及各種能流模式。理論上發(fā)電機可以在離合器前，但這樣動力分流就和變速器無關(guān)了。Power only flows to the drivehal

12、f shaft, not the driven one,same as in the front drive.Page 8Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16P3的動力電子控制P3和發(fā)電機的動力電子控制發(fā)電機驅(qū)動發(fā)電機動力輸出端P3電機P3電機Outlander-PHEV混動系統(tǒng)及機電耦合（2） Outlander-PHEV的混動系統(tǒng)及機電耦合 (2015MY) Outlander-PHEV的動力分流和耦合由其多模式的GKN Multi-Mode e-Transmission實現(xiàn)，動力耦合（P3助力）和動力分流（發(fā)電機發(fā)電）的能流路徑控制均在變

13、速器內(nèi)部進(jìn)行。2015MY的變速器集成了發(fā)電機和電動機，實現(xiàn)了動力總成的多模式控制。集成在變速器上的電機應(yīng)屬于是P3電機，這和稍后會分析到的2013MY的電機有區(qū)別。P3電機動力輸入端GKN multi-modee-transmissionPage 9Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV三電一機的布置（1） Outlander-PHEV三電一機的布置 由于后橋是電驅(qū)，前后輪的驅(qū)動系統(tǒng)沒有機械上的聯(lián)系，僅通過HCU控制供給前后驅(qū)動電機的電流來實現(xiàn)電機控制。Page 10Print Date: 3/16/2016Revi

14、se Date: 2016-3-16Outlander-PHEV三電一機的布置（2） Outlander-PHEV三電一機的布置變速器發(fā)動機電池包動力電子控制發(fā)動機Page 11Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV的三電一機布置（3） P4電機及其控制器，12V電池及DC/DC互變器 根據(jù)下面視圖，P4電機的動力輸入在后橋差速器前。12V電池和DC/DC布置在后備箱。12V電池Page 12Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV的電池包（1）

15、 Outlander-PHEV的電池包 電芯總數(shù) = 80， 電池包結(jié)構(gòu)：電芯以80S1P方式連接，集成在10個模組 電池包最大充電功率 = 70kW，最大充電電流 = 233A，相當(dāng)于5.8C的電芯最大充電率 電池包最大放電功率 = 120 kW （P3 + P4），最大放電電流 = 400A，相當(dāng)于10C的電芯最大放電率；對應(yīng)P3/P4電機最大電流為200A。400A的最大電流對電池包的冷卻是一個挑戰(zhàn)。Outlander-PHEV因在US06循環(huán)下的冷卻問題推遲了一年在北美上市，以改善電池包冷卻。電池包冷卻風(fēng)機Page 13Print Date: 3/16/2016Revise Date:

16、 2016-3-16Outlander-PHEV的電池包（2） Outlander-PHEV的電池包的集成 和豐田及本田的PHEV類似，Outlander-PHEV的電池包為風(fēng)冷。由于電池包布置的位置及電池包放熱量，冷卻空氣采用空調(diào)控制其溫度，設(shè)有專門的冷卻用蒸發(fā)器和電加熱器來調(diào)節(jié)電池包入口的溫度。冷卻后的空氣直接排到環(huán)境，不需要像水冷系統(tǒng)一樣需設(shè)計專門的電池失效時放氣保護(hù)裝置（venting system）。Page 14Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV的電池包（3） Outlander-PHEV的電池包的布置

17、 電池包布置在前后排座椅下，距地面距離為8英寸。Page 15Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV的冷卻系統(tǒng)（1） Outlander-PHEV的四個冷卻回路 高溫水冷卻回路為發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)； 低溫水冷卻回路為動力電子控制器和后橋P4電機的冷卻系統(tǒng)； 油冷回路為P3電機和發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，由電機和發(fā)動機集成特性和變速器共享一個油冷系統(tǒng)； 制冷劑冷卻回路為動力電池冷卻系統(tǒng)，電池包為風(fēng)冷，冷卻空氣由蒸發(fā)器調(diào)溫后的空氣冷卻。Page 16Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-1

18、6Outlander-PHEV的冷卻系統(tǒng)（2） 電池包冷卻系統(tǒng) 由于PHEV的電池包太大及位置布置，不能用駕駛艙內(nèi)的空調(diào)空氣冷卻，必須單獨設(shè)計一個增發(fā)器。 風(fēng)冷雖然比水冷的冷卻均勻性差一些，但系統(tǒng)簡單，故障率低，且可以直接控制冷卻介質(zhì)溫度，因而屬于直接冷卻，也不需失效時的通風(fēng)保護(hù)。相比之，N330-PHEV目前采用的系統(tǒng)為間接水冷，即冷卻水冷卻冷卻板，冷卻板通過導(dǎo)熱形式冷卻電芯，且冷卻板和電芯之間有接觸熱阻；電池包也必須做失效時的通風(fēng)保護(hù)。Page 17Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV的冷卻系統(tǒng)（3） Outlander的空調(diào)系統(tǒng)及控制 電池包冷卻增發(fā)器制冷能力 = 1kW（由驅(qū)動模式確定）； 電池包加熱器加熱能力 = 4kW；Page 18Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16Outlander-PHEV的冷卻系統(tǒng)（4） 電池包冷卻系統(tǒng)部件 蒸發(fā)器和加熱器的布置應(yīng)和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相近，即通過控制擋板確定空氣是流過蒸發(fā)器冷卻還是暖風(fēng)換熱器加熱。Page 19Print Date: 3/16/2016Revise Date: 2016-3-16O