本田混動(dòng)系統(tǒng)特性-各種能流模式及功能

本田的混合動(dòng)力技術(shù)：?jiǎn)坞姍C(jī)IMA混動(dòng)技術(shù)和雙電機(jī)

i-MMD插電混動(dòng)技術(shù)

Honda’s

Hybrid

Technologies:

One

Motor

IMA

Hybrid

System

and

Two

Motor

i-MMD

Plug-in

Hybrid

System

發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)部技術(shù)講座

Engine

R&D

Department

Technical

Seminar

2016-3-2JMC

Engine

Research

&

Development

Dept

發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)部Page

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2016-3-2Page

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2016-3-2引言：了解新能源車技術(shù)的重要性

新能源汽車在中國(guó)強(qiáng)國(guó)國(guó)策中的地位

能源，交通和原材料是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的基石。中國(guó)的30年強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略列出10個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域?yàn)閺?qiáng)國(guó)國(guó)策?；?/p>

中國(guó)是世界第一人口大國(guó)和世界上最大的汽車市場(chǎng)這一事實(shí)，新能源汽車領(lǐng)域的重要性遠(yuǎn)大于其它

領(lǐng)域。雖然政策主導(dǎo)的市場(chǎng)為準(zhǔn)市場(chǎng)，但電氣化的方向是由控制碳排放的國(guó)際公約確定的。

任何車企都不應(yīng)該也不可能避開(kāi)國(guó)家的油耗和排放法規(guī)及對(duì)新技術(shù)的戰(zhàn)略引導(dǎo)。隨動(dòng)力總成電氣化

比重的不斷增加，一個(gè)車企是否能夠順利走過(guò)今后30年，很大程度取決于其產(chǎn)品的市場(chǎng)定位。

一個(gè)工程師的價(jià)值取決于他/她從事的產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值。在今后30年里，從事汽車的工程師無(wú)疑會(huì)因

其掌握的新能源汽車的知識(shí)而定位其自身的市場(chǎng)價(jià)值。懂新能源車和先進(jìn)動(dòng)力總成的汽車工程師的

市場(chǎng)價(jià)值無(wú)疑會(huì)因市場(chǎng)對(duì)技術(shù)需求的改變而提升。新能源汽車為今天的年輕人所提供的機(jī)遇如同在

90年代初傳統(tǒng)汽車行業(yè)為當(dāng)時(shí)的年輕人提供的機(jī)遇類似。年輕人需要思考市場(chǎng)變化帶來(lái)的機(jī)遇來(lái)對(duì)

未來(lái)定位，也應(yīng)對(duì)新能源車從準(zhǔn)市場(chǎng)過(guò)渡到真正的市場(chǎng)及合理的技術(shù)定位做出貢獻(xiàn)。Page

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2016-3-2本田的混合動(dòng)力技術(shù)（1）

單電機(jī)的IMA混合動(dòng)力技術(shù)（助力為主的理念）

本田的IMA（Integrated

Motor

Assist

）技術(shù)最早于1999年應(yīng)用于本田的

Insight。

它是一個(gè)單電機(jī)

系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的后端，動(dòng)子和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連接；其作用包括：起動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)軸系

的平衡器，加速助力，及剎車能量回收。其它別稱包括：

ISG：Integrated

Starter

Generator

ISA：Integrated

StarterAlternator

CSA：Crankshaft

StarterAlternator

CISG：Crank-mounted

Integrated

Starter

Generator（這是最貼切的定義）

根據(jù)混動(dòng)技術(shù)定義，它屬于具有P1結(jié)構(gòu)（即在發(fā)動(dòng)機(jī)后但在離合器前）的中混系統(tǒng)。

應(yīng)用IMA技術(shù)的本田產(chǎn)品有：

Honda

Insight

Hybrid

(1999-2006

/

2010–present)

Honda

Civic

Hybrid

(2003–present)

Honda

Accord

Hybrid

(2005-2007)

Honda

CR-Z

Hybrid

(2009–present)

應(yīng)用IMA技術(shù)最具有代表性的產(chǎn)品是Insight，它在混合動(dòng)力市場(chǎng)影響力和知名度僅次于豐田Prius。Page

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2016-3-2本田的混合動(dòng)力技術(shù)（2）

雙電機(jī)的I-MMD混合動(dòng)力技術(shù)（多模式為主的理念）

）

2014年本田推出一種雙電機(jī)混動(dòng)技術(shù)：i-MMD

(intelligent

Multi-Mode

Drive)

混動(dòng)技術(shù)，它是本田針

對(duì)豐田的HSD（Hybrid

Synergy

Drive）提出的新一代混動(dòng)技術(shù)。

如果說(shuō)IMA技術(shù)是針對(duì)混動(dòng)車提出的一種理念，i-MMD技術(shù)則是針對(duì)插電混動(dòng)車提出的一種設(shè)計(jì)。

雖然豐田HSD和本田i-MMD都是雙電機(jī)系統(tǒng)，但兩者的理念區(qū)別是：

城市工況：豐田HSD通過(guò)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)來(lái)降低油耗，而本田i-MMD則是盡可能在

城市工況實(shí)現(xiàn)電驅(qū)。豐田的理念是并聯(lián)混動(dòng)，而本田的基本理念是串聯(lián)混動(dòng)。

高速公路：豐田HSD通過(guò)使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能工作在經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)的理念來(lái)完成驅(qū)動(dòng)；本田i-MMD則

是在高速公路條件通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，串聯(lián)混動(dòng)及并聯(lián)混動(dòng)三種模式使動(dòng)力總成工作在最經(jīng)

濟(jì)工況，驅(qū)動(dòng)模式由道路條件所需的驅(qū)動(dòng)扭矩和功率決定。

本田的i-MMD混動(dòng)技術(shù)采用了以電車為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)理念，在具有良好經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)提供了動(dòng)力性。

經(jīng)過(guò)20多年的實(shí)踐，混動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)“downsize”的概念已為“right

size”的理念所取代。Page

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2016-3-2本田的混合動(dòng)力技術(shù)（3）

I-MMD混合動(dòng)力技術(shù)的理念

在早期的混合動(dòng)力設(shè)計(jì)理念中，經(jīng)濟(jì)性是第一性的。發(fā)動(dòng)機(jī)小型化及減少發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主導(dǎo)了早

期的設(shè)計(jì)。

隨著近20年對(duì)市場(chǎng)數(shù)據(jù)及用戶要求的分析，應(yīng)用混合動(dòng)力的二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)逐步得到共識(shí)：

城市工況由于加速和剎車頻繁，瞬態(tài)加速功率遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率，最適合于電驅(qū)。

高速公路由于道路條件相對(duì)穩(wěn)定，且多在超速檔運(yùn)行，最適合于發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；如果發(fā)動(dòng)機(jī)

合理設(shè)計(jì)，高速公路運(yùn)行工況可在發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)運(yùn)行，減少不必要的機(jī)電轉(zhuǎn)換損失。

根據(jù)上述理念，豐田i-MMD技術(shù)有三個(gè)驅(qū)動(dòng)模式：

電驅(qū)模式：應(yīng)用于車速小于100

km/h

的城市道路工況，可覆蓋美日排放/油耗循環(huán)。

發(fā)動(dòng)機(jī)模式：應(yīng)用于車速可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)的道路驅(qū)動(dòng)條件，如高速公路工況。

混動(dòng)模式：本田的i-MMD系統(tǒng)的混動(dòng)模式和通用Volt類似，按串聯(lián)混動(dòng)工作，即發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)

電機(jī)發(fā)電，向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電驅(qū)所需的驅(qū)動(dòng)能量。電池因而就可以有兩種模式：

CS模式或“HEV或HV”模式，即電池電量維持平衡；

或“HV-charge”模式，混動(dòng)驅(qū)動(dòng)的同時(shí)對(duì)電池充電，提高電池的儲(chǔ)電水平，以有利于電

驅(qū)模式的應(yīng)用。

串聯(lián)混動(dòng)有利于使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)。Page

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2016-3-2本田的混合動(dòng)力技術(shù)（4）

I-MMD混合動(dòng)力技術(shù)的理念

本田的新混動(dòng)設(shè)計(jì)理念可以概括為：綜合考慮節(jié)能，環(huán)保，及良好的動(dòng)力性能。

混合動(dòng)力技術(shù)近20年發(fā)展證明，一個(gè)成功的混動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不在于機(jī)電系統(tǒng)的集成，而在于它的設(shè)

計(jì)理念，而后者是獲取良好的節(jié)能，環(huán)保，及動(dòng)力性的關(guān)鍵。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)

Insight混動(dòng)系統(tǒng)特性參數(shù)

Insight特性參數(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)功率：73

kW

（1.3L汽油機(jī)，4缸）

ISG功率：10

kW

（滿足整車起步及低速巡航驅(qū)動(dòng)要求）

變速器：CVT

電池包：6.5Ah圓柱型鎳氫電池，電池包結(jié)構(gòu)為1P120S，電壓

=

144V（=

1.2V

x

120）

動(dòng)力總成混動(dòng)程度：10

/

(10

+

73)

=

12%，根據(jù)電壓定義為中混（以區(qū)別于48V的弱混系統(tǒng)）

雖然Insight僅屬于中混，其綜合油耗優(yōu)于柴油機(jī)動(dòng)力：小型轎車汽油機(jī)中混的綜合油耗是可以挑戰(zhàn)

柴油機(jī)油耗的，而且造價(jià)相接近；歐6的柴油機(jī)的噴油系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)的總造價(jià)接近

于或超過(guò)中混的電驅(qū)系統(tǒng)。

EPA油耗

（英里/加侖）Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)三電一機(jī)的布置（1）

Insight混動(dòng)系統(tǒng)三電一機(jī)的布置

任何一個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都始于對(duì)三電一機(jī)布置設(shè)計(jì)理念。Insight的發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)布置在前

端，動(dòng)力電子裝置和電池布置在后座和后備箱之間；這是典型的三電系統(tǒng)均采用風(fēng)冷的布置。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)三電一機(jī)的布置（2）

Insight混動(dòng)系統(tǒng)三電一機(jī)的布置

Insight的ISG電機(jī)，動(dòng)力電子裝置和電池均采用風(fēng)冷。ISG電機(jī)的冷卻方式是由Insight的P1混動(dòng)結(jié)構(gòu)

決定的，即它可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的導(dǎo)熱和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)誘導(dǎo)的風(fēng)冷散熱，而不需單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的智能動(dòng)力控制單元

IMA混動(dòng)系統(tǒng)及智能動(dòng)力控制單元（Intelligent

Power

Unit，IPU)

IMA混動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力控制單元是PCU（Power

Control

Unit），其包含：

電機(jī)控制模塊：Motor

Control

Module

(MCM)，控制起動(dòng)，助力，剎車能量回收強(qiáng)度

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：Motor

Drive

Module

(MDM)，控制電池和電機(jī)的能量交換，即電機(jī)工作模式

電池電量控制模塊：Battery

Condition

Module

(BCM)，電池SOC的管理器

電池包：Batter

Module

or

Pack

互變器：144V-12V充電的DC-DC

converterPage

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（1）

Insight發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

缸徑B

=

72

mm

（混動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)希望是長(zhǎng)沖程，有利于縮短動(dòng)力總成的長(zhǎng)度）

沖程S

=

81.5

mm

壓縮比CR

=

10.8:1

排量

=

1.34

L

（2009-present）；

2009年以前為1L-3缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

1999-2008為1L的3缸機(jī)；在2009年豐田Prius的發(fā)動(dòng)機(jī)由1.5L升級(jí)到1.8L時(shí)，本田Insight的發(fā)

動(dòng)機(jī)也由1L升級(jí)到1.34L，由3缸機(jī)變?yōu)?缸機(jī)，從“down

size”到“right

size”。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（1）

Insight發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

Integrated

exhaust

manifold

（IEM，水冷排氣歧管），其有兩個(gè)目的：

起動(dòng)后加快暖機(jī)過(guò)程，減少冷啟動(dòng)時(shí)的油耗和排放，如同Prius的EGR冷卻器功能。

降低大負(fù)荷時(shí)排溫以減少機(jī)艙溫度及有效控制IMA電機(jī)的溫度。

Insight是全球第一個(gè)采用水冷排氣歧管設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。這種設(shè)計(jì)理念也應(yīng)用于本田Fit的具有余熱回

收的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上。

Insight第一代1L的3缸發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷排氣歧管Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（2）

Insight發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)軸系采用了曲軸偏置，減少主推力面上的摩擦力；

發(fā)動(dòng)機(jī)閥系采用了VTEC（Valve

timing

and

lift

electronic

control)

技術(shù)，減少了凸輪的摩擦力。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（3）

Insight發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

3缸的Insight沒(méi)有設(shè)置平衡軸，而是通過(guò)ISG動(dòng)子和曲軸飛輪集成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)軸系的平衡。這避

免了加平衡軸導(dǎo)致的摩擦功的增加。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（4）

Insight發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

為控制3缸發(fā)動(dòng)機(jī)版的振動(dòng)，特別是怠速的振動(dòng)，ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接在曲軸上，通過(guò)轉(zhuǎn)子的電磁儲(chǔ)

能性質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。

在動(dòng)力沖程當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速提高時(shí)，ISG電機(jī)通過(guò)進(jìn)入發(fā)電模式來(lái)吸收曲軸的部分能量，從而穩(wěn)定

了曲軸轉(zhuǎn)速。

在壓縮沖程當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速下降時(shí)，ISG電機(jī)通過(guò)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)模式來(lái)提供穩(wěn)定曲軸轉(zhuǎn)速所需的助力，

避免了曲軸轉(zhuǎn)速下降。

這個(gè)機(jī)理并不是本田首創(chuàng)的，其實(shí)利用飛輪實(shí)現(xiàn)電磁儲(chǔ)能來(lái)穩(wěn)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速早有應(yīng)用。但由

于P1結(jié)構(gòu)的電機(jī)布置在離合器前，不利于回收剎車能量，現(xiàn)代混動(dòng)系統(tǒng)更傾向于4缸機(jī)的P2結(jié)構(gòu)。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（5）

Insight發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

由于混合動(dòng)力的能量來(lái)源仍是油箱的燃油，所以要使混動(dòng)車道路油耗低，必須選用經(jīng)濟(jì)性盡可能好

的發(fā)動(dòng)機(jī)。

和豐田Prius-HEV一樣，本田Insight-HEV良好的道路經(jīng)濟(jì)性奠定在其發(fā)動(dòng)機(jī)良好的油耗特性的基礎(chǔ)

上。本田Insight-HEV的發(fā)動(dòng)機(jī)和豐田Prius-HEV的發(fā)動(dòng)機(jī)同屬于全球最經(jīng)濟(jì)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。

電機(jī)的并聯(lián)所提供的助力特性使其具有比小型柴油機(jī)更好的動(dòng)力特性。Page

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2016-3-2本田Insight的IMA混合動(dòng)力系統(tǒng)的IMA電機(jī)節(jié)能策略（1）

Insight的IMA電機(jī)控制

三電一機(jī)的集成