奔驰S400蓝色混合动力HYBRID技术详解.doc

奔驰S400 HYBRID技术详解 10年超长寿命
梅塞德斯奔驰的第一款混合动力豪华轿车也是世界上第一款批量生产的配备锂离子电池组的混合动力轿车S400 Blue HYBRID在上海车展亮相后,近期将正式上市销售。
 
基于S350开发而来低功率电机辅助奔驰S400 Blue HYBRID基于奔驰S350开发而来,使用了一套并联轻度混合动力系统,也就是俗称的弱混合动力技术,(e-motor),还有用于能量储存的锂离子电池组,用于电能变换的电力电子系统以及一些辅助装置。
同时,这套系统还提供了Start/Stop自动启停功能,以及对制动能量回收和电传控制的支持。。电动机可以输出20马力(15KW)的最大功率和160牛米的最大扭矩,因此总的最大输出功率可以达到299马力,最大扭矩达到385牛米,,二氧化碳排放量达到了同一级别最低的190g/km。
最大扭矩160牛米的15KW三相永磁电动机
虽然从输出功率来看这台电动机的功率有点小,但是奔驰的Wiedemann博士表示“对于这款S400所使用的动力系统来说,油耗最小的时候出现在电动机功率在 15-16KW的时候,所以这就是为什么我们选择这款电动机的原因"。这台紧凑型的电动机除了可以提供额外的功率外,还担当了起动机和发电机的工作。另外这种碟形电动机还能有效降低发动机曲轴产生的扭转振动,进一步减少噪音和振动,给车内的乘客带来更舒适的驾乘感受。”
V6发动机
S400 BlueHYBRID所使用的发动机是一台基于Atkinson循环原理的发动机,这种有着特殊机械结构的发动机相比于目前普遍使用的发动机有着高效,油耗低的突出优点,但缺点是相同排量下Atkinson循环发动机的输出功率比较低,动力性不好,这就是为什么Atkinson循环发动机没有被广泛使用的原因。
但是在混合动力车型上,Atkinson循环发动机的低输出功率特点可以用电动机的输出功率来弥补,这样的组合可以实现在低油耗下提供大功率的效果,因而目前这种发动机已经逐渐被混合动力车型所采用,丰田的普锐斯,福特的Fusion混合动力等都是使用的这种发动机。
S400混合动力系统的动力特性图
上图中纵轴是扭矩,横轴是发动机转速。红色虚线表示的是发动机输出的扭矩,灰色部分是电动机提供的扭矩,绿色线表示的是电动机+发动机的总输出扭矩。从图可以看出,电动机的扭矩很好的弥补了发动机扭力不足的缺点,而且电动机+发动机的组合可以在不同发动机转速下提供近似恒定的输出扭矩。同时在低转速下,电动机提供的额外功率可以有效弥补发动机扭力不足的缺点,特别适合城市工况行驶。
电子系统:S400 BlueHYBRID所使用的电子系统由德国大陆(Continental)提供,整套系统包括一个主控制单元,一个电传系统(E-drive System)和一个用于将电池输出的交直流电转换装置。这套电子系统可以承受150A的直流电,短时内最高可以承受310A的电流。电力通过总线汇流条(Busbar)传递给电动机(e-motor)。锂离子电池组:锂离子电池相比于镍金属电池有着能量密度大,效率更高的优点。为了不影响S级轿车空间大、舒适的特点,这套由德国大陆(Continental)和JCS Saft一同研发紧凑型的锂离子电池结构非常的紧凑,直接就可以装在发动机舱内,它一共由35个电池单元组成,可以提供19KW的动力,容量为 。这个电池组还同整车的空调冷却循环系统连接,因此它可以独立的进行降温冷却(锂离子电池有严格的工作温度,温度太高太低都会影响电池的寿命),而不受发动机的影响。另外这套系统还整合了一个特殊截止阀门,在空调关闭的时候也不会影响电池的冷却。当发动机不工作时,空调压缩机不仅带动空调,还能够保证电池在理想的温度下工作。
S400所使用的锂离子电池组
全新的控制策略:S400混合动力的控制策略是围绕start/stop自动启停、制动能量回收、电动机和负荷点转变展开的。负荷点转变通俗地说就是将发动机的工作工况集中到燃油消耗低的转速范围,同时依靠电动机(e-motor)来弥补扭矩小的缺点。
在通常情况下,控制系统只允许锂离子电池的放电循环保持在较低工况模式下,只有在装在油门踏板上的传感器探测到司机需要大功率输出的情况下,才会让锂离子电池的放电工况加大。
电池充放电的指示大部分时间只在5%的范围内浮动,幅度达到10%的机会稍少,而超过10%将会非常的少。这意味着这套混合动力系统日常情况只使用锂离子电池组总电量的10%左右