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基于48V电机的P2.5混动系统

2019-09-15 22:53:57·  来源：汽车技术研究所  
　
新能源汽车主要包括：燃料电池、纯电动及混合动力汽车。其中，混合动力汽车又分为串联式混动汽车和并联式混动汽车。在串联式混动汽车中，电机作为主要驱动源；在
新能源汽车主要包括：燃料电池、纯电动及混合动力汽车。其中，混合动力汽车又分为串联式混动汽车和并联式混动汽车。在串联式混动汽车中，电机作为主要驱动源；在并联式混动汽车中，电机作为辅助驱动源 。文章将着重介绍一种基于48V电机的并联式中混系统P2.5。
 
新能源汽车混动构型介绍

对于混合动力而言，根据电机的位置可以将混动方案分为P0，P1，P2，P2.5，P3，P4。混动构型，如图1所示，其中P 代表电机的位置（Position）。
 
图1 新能源汽车的混动构型示意图
 
P0电机BSG（皮带传动启动/发电一体化电机）位于发动机前端皮带上，通过皮带和发动机曲轴相连。当发动机运转时，可由曲轴带动BSG 发电，一般适用于自动启停、微混和48V 弱混电机。
 
P1电机ISG（盘式启动/发电一体化电机）固定在发动机上，发动机的曲轴作为ISG 的转子，可以实现启停、制动能量回收发电等作用。由于P1 和发动机曲轴直接相连，无法实现纯电驱动车轮，且在能量回收的同时也需要带动曲轴空转，造成动能的损失。

P2电机位于发动机与变速箱之间，可以采用减速齿轮、带传动等多种方式与变速箱输入轴连接。P2的动力传输路径为：发动机—离合器—P2 电机—离合器—变速箱—差速器—车轮。通过控制2 个离合器的开闭，P2 系统可以实现纯电驱动。
 
P3电机位于变速箱末端，与车轴相连，可以实现纯电驱动和能量回收的功能。

P4电机的布局和P3 类似，将电机放在了驱动桥上，一般直接用来驱动后车轮，适用于插电混动系统。

所谓的P2.5 就是介于P2 和P3 之间的一种模式：电机可以布置在变速箱内部，一般将电机集成到偶数挡位上，这样的布置方式对变速箱结构的改动较大；电机也可以布置在变速箱上，通过链轮、齿轮组将电机与变速箱偶数挡位连接在一起，这样的布置对变速箱改动较小。相对于P2 而言，因有离合器控制发动机和变速器之间的动力传递，在进行混动驱动、动力融合时，会变得比较顺畅。

基于48V电机的P2.5混动系统

系统概述

基于48V电机的P2.5混动系统架构，如图2所示。该系统可实现：起动功能、高效发电功能、能量制动回收功能、电机辅助发动机驱动功能以及纯电驱动功能等。
图2 基于48V电机的P2.5混动系统架构
 
48V混动电机的优势

48V 电机为双三相永磁同步电机，且逆变器与电机本体集成在一起。相对于高压混动系统（电池电压大于100 V）而言，48V 系统低于60 V 安全电压，不需要采用额外的高压防护措施，因此成本更低。此外，相对于12 V 系统，在功率相同的情况下，电流较小，损耗也随之降低。

永磁同步电机相对于电励磁电机具有效率高、结构简单、运行可靠性好、体积小及质量轻等优势。相对于感应电机而言，不仅提高了效率，而且在较大程度上提高了功率因数。所以，目前新能源汽车普遍采用永磁同步电机。

此外，双三相电机相对于传统的三相电机具有以下优势：

1）在输入电压受限时，可以通过增加相数来提高系统总的输出功率，因此降低了对输入电压的要求，且降低了对功率器件的要求，适合在新能源汽车上应用；

2）电机相数越多，输出的电磁转矩脉动频率越高，转矩的波动就越小，因此降低了电机在低速运行过程中的振动及噪声；

3）多相电机存在冗余的自由度，可以利用这些冗余的自由度，选取合适的控制算法，实现电机的容错控制，进而提高了系统的可靠性。

48V混动电机在变速箱上的布置

文章简单介绍48V 电机在7 速湿式双离合变速箱上的搭载情况。48V 电机通过三联齿（如图3所示）与变速箱的偶数挡输入轴连接：首先，电机轴通过花键的形式与电机轴齿轮连接，然后传递到惰轮，最后通过中间轴将动力传输到偶数挡位。
 
图3 三联齿示意图

图4示出48V电机在变速箱上的接口图。48V电机通过2个定位销及4个紧固螺栓与变速箱本体连接。通过左侧的2 个定位销及平面可以将电机完全约束。为了提高安装的强度及模态，电机本体上的2个支架又与右侧的2个安装凸台通过2个紧固螺栓连接。采用电机外置的方案，不用改动变速箱内部的结构就可以实现P2.5 的功能，可以沿用变速箱基础机型的内部传动结构，在一定程度上节省了研发成本，缩短了零部件的开发周期。 
 
图4 48V 电机在变速箱上的接口图

结论

因国内外目前在48V 电机P2.5 混动系统布置的方案上均无量产项目，所以该混动方案处于初期研究阶段。通过前期动力性与经济性计算，搭载P0+P2.5 混动系统的整车综合工况油耗为5.4～5.8 L/100 km。
48V 电机采用永磁同步电机和双三相的设计，在效率、可靠性、输出功率等方面均有很大优势。另外，基于48V电机的混动系统在安全电压下和对变速箱改动小的前提下，实现了P2.5 功能。综合成本及油耗的考虑，该系统是未来新能源混动汽车发展的一个重要方向。
 
 
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