比亚迪的DM-i超级混动系统是一项重要的混动技术。该系统搭载超级电混系统,是以电为主的混动技术,具备快、省、静、顺、绿等多重优势。亏电油耗低至3.8L/百公里,可油可电综合续航里程突破km,百公里加速时间比同级别燃油车快2~3秒;在提供接近纯电动车驾驶体验的同时,减少了里程焦虑。
比亚迪集团董事长兼总裁王传福对于DM-i技术信心满满,他认为,“(DM-i)将扮演燃油汽车颠覆者的角色”,并且是汽车市场的一次“供给侧改革”。对于市场态势,他进而表示,“我们要让DM-i超级混动进入传统燃油车占绝对主导地位的细分市场,在红海中杀出一片蓝海。”
抛开这些豪言壮语,目前在混合动力汽车的市场细分中,不管是比亚迪的PHEV车型还是欧洲品牌的PHEV车型,它们的超低油耗(百公里不到2L)通常只停留在NEDC工况的数据上,在实际驾驶中亏电状态的节油效果并不显著。而在中国,在意油耗的消费者肯定要远远多过追求动力的消费者。所以,比亚迪要想进一步增加PHEV车型的销量,面临的最大挑战就是降低油耗。
因此,在解析DM-i之前,我们先要了解一下比亚迪DM-p技术。“p”指代Powerful,是插电式混合动力(PHEV)解决方案。其特点是动力强劲,但是油耗表现还有进一步降低的空间。因此DM-i应运而生。“i”是Intelligence的首字母,代表智慧,也就是聪明地在动力和油耗之间取舍。设计取向明显有别于DM-p技术。
解构DM-i技术,它有1台高效率的发动机、由两台电机组成的EHS电混系统和1组混动专用刀片电池组成。在综合作用下,DM-i系统可以实现纯电动驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和发动机直接驱动模式。下面详细介绍。
纯电模式:发动机不启动,由电机单独驱动车辆纯电行驶,纯电模式的续航里程依据车型、配置不同而有所区别,约为50~km;
串联模式:发动机带动发电机工作,电能将直接驱动电机行驶。当发电机发电功率大于驱动电机耗电功率时,会将多余的发电量存到动力蓄电池中;
并联模式:当需要强劲的动力输出或者更高速行驶时,此时行车功率需求较高,单电机驱动不能满足动力需求,发动机将会与驱动电机共同驱动车辆;
发动机直驱模式:当车辆位于中高速匀速巡航行驶时,发动机的工作效率最高。利用这一特点,此时车辆只由发动机驱动车辆,从而提高燃油经济性,降低油耗。
得益于这种巧妙的设计,DM-i实现了更大的纯电驱动范围。在城市工况下,即便车辆亏电低至达25%(比亚迪官方定义达到缺电的百分比),DM-i超级混动依旧可以实现纯电行驶为主。由于80%以上的行驶时间都会采用纯电驱动,发动机熄火待机是常态。18%的工况下,串联模式行驶,发动机不直接驱动车轮。此时,保持在高效舒适区间带动发电机发电的同时由电机驱动车轮。只有车辆在中高速匀速前进时,发动机才会直驱车轮。总体来看,绝大部分工况下都是由电机驱动车轮,实现近乎纯电般的乘驾体验。
发动机
一言以蔽之,汽油发动机的主要功能是在高效转速区发电,择时直驱车轮。这种方式改变了传统混动技术主要依赖发动机、以油为主的设计架构,从而大幅降低了油耗。应用于DM-i技术的内燃机目前主要是骁云1.5L阿特金森循环发动机。
这台1.5L发动机的热效率达到了43%,再次创造世界纪录。此前,丰田创造的41%的全球汽油发动机热效率最高的纪录一直无人打破。热效率高并不意味着装备了先进且昂贵的技术。比亚迪在这台发动机上应用了歧管喷射,而非流行的缸内直喷技术。歧管喷射虽然不及缸内直喷来得更直接且喷油雾化效果好,但对于这台不以追求高功率输出为目标的发动机来说非常合适。另外,省去直喷系统和涡轮增压系统两个大部分,既减轻了发动机重量,又降低了成本。
这还不算完,这台发动机采用了15.5:1的超高压缩比的同时,又保证在加油站享受92号汽油的低价。与丰田相同的是,这台发动机采用阿特金森循环。它使用了EGR废气再循环技术,将一部分燃烧后排出的气体再次引入到气缸内,进行二次燃烧。水冷系统对高温废气进行降温,防止爆震、不正常燃烧等问题。最后,比亚迪自主开发并生产的ECU进一步降低了发动机整体成本,而且,规避了国际品牌的供应链安全威胁。
电机及EHS电混系统
在混合动力汽车中按照电机位置不同,可以分为P0、P1、P2、P3和P4,一共5种形式。
DM-i混动系统则是通过在P1和P2位置增加两台电动发电机,两台电机的峰值功率分别为25kW和50kW。在两台电动机、电池组与发动机的配合下,能够实现上文提到的各种驱动型式。
其中,当电量充足时,DM-i超级混动可以当做一辆纯电动车。车辆行驶的动力完全来自于电驱系统。P2电机由电池组独立供电,为车辆提供驱动力,发动机不启动。此外,在车辆减速制动时,进行能量回收。
城市工况,道路拥堵而电池馈电时,串联模式启动,也就是增程模式。此时,发动机启动,P1电机进行发电并将电量储存在电池组中,而P2电机则直接依靠电池组中的电能驱动车辆行驶。
高速巡航时,发动机通过高效的单级变速器直接驱动车辆,发动机工作在高效区间,系统以并联直驱为主,此时的P1和P2均处于停机状态。
巡航发电模式中,发动机直接驱动车辆,P1电机进行发电并将电量储存在电池组中,P2电机不工作。
加速模式时,发动机、P1、P2均处于动力输出状态,为车辆提供满额的功率输出。综合以上工况可以看出,DM-i技术驱动的前提是电能优先,发动机为辅的驱动逻辑。这样一来,这套系统可以在解决里程焦虑的同时,尽可能地提高燃油利用率。
说到这里EHS电混系统已经解释了一大半。它的主要作用就是集成电机,提高效率。这套系统的亮点除了上述所说的双电机以外,特别值得一提的还有双电控、单挡加速器、电机油冷系统、直驱离合器和完全自主知识产权的自主IGBT等。
根据车型配置不同,比亚迪准备了三种梯次的EHS电混系统。EHS峰值功率kW,峰值扭矩N·m,最高转速rpm;EHS峰值功率kW,峰值扭矩N·m,最高转速rpm;EHS峰值功率kW,峰值扭矩N·m,最高转速也同样是rpm。
DM-i专用功率型刀片电池
从整个新能源汽车行业看,动力蓄电池发展迅猛。目前从产品形态看,一共有三种形式的动力蓄电池。第一种是能量型蓄电池,也就是我们纯电动汽车(BEV)上使用的电池品种。第二种是功率型蓄电池,专为混合动力车型设计。最后便是能量与功率兼顾的蓄电池,也就是插电式混合动力车型所使用的电池品种。
DM-i技术使用的是功率型刀片电池。每个电池模组包含10~20节刀片电池。为了适应中国宽泛的气温及地理差异,刀片电池模组采用了脉冲自加热、冷媒直冷技术,可将加热或是散热效率提升10~20%,直流快充30分钟可达到80%的电量。
从刀片电池的特性看,DM-i超级混动可配备8.3到21.5度电量的电池包,折算成距离,可提供51~公里的纯电续航里程。比亚迪的工程师把电池的安全性排在首位。DM-i超级混动专用刀片电池采用具有先天安全优势的磷酸铁锂正极材料。我们知道,磷酸铁锂良好的热稳定性和稳健的刀片结构设计,让其顺利通过了针刺测试等各类严苛的安全测试。
由内及外,DM-i超级混动专用刀片电池通过两次密封,让整体安全更进一步。专用刀片电池采用串联式电芯技术,即一节刀片电池内有多节卷绕电芯串联而成。卷绕电芯采用软铝包装形成一次密封。此外,刀片电池采用硬铝外壳包装形成二次密封,安全等级大幅提升。
最后,专用刀片电池的充电功率是普通混动电池的2倍。并具有内阻更低的特点,充放电效率优于传统混合动力10%,并可综合提升30%的制动能量回收率。
很多PHEV不具备直流快充方式,无法在直流充电桩充电。DM-i超级混动提供交流慢充和直流快充两种补电方式,大功率直流快充适配全国公共充电桩,能够让用户更主动地使用纯电模式。
量产面世车型
目前,比亚迪一共有3款车型装备了DM-i系统。它们是秦PLUSDM-i和宋PLUSDM-i。前者有两个版本分别为55KM和KM型,综合续行里程分别达到km和km。后者同样也分为两款:51KM和KM,综合续行里程分别达到km和km。还有一款唐DM-i,分别为52KM车型和KM车型,两款车型综合续航里程达到km和km不等。后续比亚迪还将推出一系列装备DM-i技术的混动车型。