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开聊电动汽车-电控篇
三德子 | 2022-08-09 16:10:31    阅读:717   发布文章

各行各业都有一些角色,他们默默付出,从不显山露水,却发挥着中流砥柱的作用。 

不知道大家有没有注意过一个问题,在电动汽车的三电技术里面,电池、电机都受到了人们很大的关注,汽车厂商在标注车辆参数时也会把电池包多少度电、能量密度是多少、前后电机的峰值功率、峰值扭矩、额定功率这些指标给标出来,但是很少提及电控技术。 

为啥在电动汽车里,电池和电机风头出尽,而电控却像是中年男人那般,默默扛下了所有,却几乎未有闻焉? 

其实原因很简单,电池、电机都是普通人能感受得到日常生活中体察得到的东西,而电控往往只有专业人员才知晓 

“专业”,往往意味着只能隐身幕后,不能身居台前,也意味着不需面向群众,只需面向技术人员。 

今天,作为汽车行业的一名从业人员,洒家跟大家讲一讲电控技术的一些概念、一些有趣的知识点。


电控的概念澄清

任何一种概念,都有广义和狭义之分,在不同的语境或者说上下文背景下,同样的词汇可能会有不同的解读。 

在进一步跟大家唠电控之前,先给大家澄清两个概念:整车电控和电机控制。 

也许是在比亚迪e平台3.0、华为DriveOne的带动下,三合一、七合一、八合一电驱的概念日益深入人心,尤其是比亚迪的八合一,将电机控制器和整车控制器整合在了一起,导致很多自媒体朋友把电机控制混淆成了整车电控。 

其实,这是一种误解。 

在这里引用一张图,整车电控对应的是图中的整车控制器VCU,它跟旁边的逆变器Inverter-电机控制器完全是两个部件,当然,从功能上来看是俩东西,并不妨碍把它们集成到一起,成了单个部件。

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还可以借用一句老话区分两者-“劳心者治人,劳力者治于人。”在汽车里面,整车电控便是那个劳心者,电机控制器就是个干活的劳力者。 

从下面这张图,可以更明显地看出整车电控跟电机控制在地位上的差别。

图片2.png

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这张图来自一篇博士论文,明明白白地写清楚了增程式动力总成的控制系统的拓扑,其中,整车电控对应顶层决策控制跟中间动态控制层,电机控制属于底层控制层,主要是根据顶层和中间层的控制指令,对电机这个部件进行单独控制。 

今天跟大家讲的便是整车电控这个位于最顶层的东东。


整车电控

讲什么说明白了,怎么讲又成了另一个问题。

因为,跟“一时读一时爽,一直读一直爽”的网文相比,技术类的文章干巴巴的,容易拒人以千里之外,而知乎上的作者们又偏偏喜欢直接照搬专业词汇,以概念解释概念,以专业彰显专业,好像什么都说了,又好像什么也没说。搞得云山雾罩,面目可憎!

为了避免造成听君一席话,如听一席话”的不良体验,洒家决定蹭一蹭全球新能源汽车销冠比亚迪的热点,将一讲它的电控专利。

比亚迪在其关于DMi的专利中,旗帜鲜明地道出了混合动力汽车整车电控的逻辑。

通过大容量动力电池,使整车EV模式行驶时间增多且能够使得发动机一直工作在高效区,通过大功率发电机可实现对动力电池的快速补电,并且发电机与发动机的最大工作功率相差不大,使得发电机能够充分利用发动机的有效功率,即通过发动机、发电机和动力电池的参数进行配合,能够实现能量的高效和合理利用,从而有效提高整车的经济性。 

这里有很多需要深挖细抠的地方,且听洒家声声慢,慢慢谈。


延长纯电模式

最值得注意的第一条:要降低整车能耗,最关键的策略是让汽车行驶在EV模式(纯电模式)下的时间尽量长。 

通过懂车帝最近的一次夏测结果,就能清楚直观地意识到纯电模式对整车行驶经济性(百公里能耗)的影响。 图片3.png3

 这个对比结果是不是让人大跌眼镜? 

从理论上来说,问界M5采用的动力构型是落后增程式,而比亚迪唐DMi则是带有发动机直驱模式的“先进”串并联混动,按照科学规律,即便华为电控算法逆天,比亚迪稍稍逊色,也该是最近频频起火的唐DMi比问界更经济才对。 

可是,客观公正的懂车帝给出的最终的百公里能耗成本结果却表明,“落后”技术居然打败了“先进”技术。 

问题出在哪里呢? 

细心的小伙伴可能发现了,比亚迪这款车的纯电续航只有112KM,而问界M5的纯电续航足足有200公里多,再对照一下这两款车搭载的电池包容量,2021DMi 112尊荣型电池包为21.5度电,问界M5电池包40度电。 

没错,正是由于电池包大,纯电模式下的行驶里程长,才使得落后的增程式“打败了”先进的串并联混动。 

所以,无论是增程式还是串并联,电控的第一要务,便是尽量提高纯电模式行驶时间占比。 

今年的电动汽车百人会上,李想分享了理想one的纯电行驶时间占比和纯电行驶里程占比,分别为80%70%,比亚迪则在前述那个只花了三个月时间就获得了授权的发明专利里,披露了其DMi车型在纯电行驶占比为81% 

要不说比亚迪也是个营销高手呐,这个81%的占比到底是时间占比还是里程占比,虚虚实实,让人摸不着头脑~~

图片4.png 

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电池的保电和补电

决定电动车是否行驶在纯电模式的,除了车速这个参数,电池电量SOC是另一个关键因素,电池包的保电和补电,便成了电控算法的第二个关键任务。 

当电池电量过低时,无论车速如何、轮边扭矩需求怎样,混动汽车都会退出纯电模式,进入保电模式。这时,增程式混动会进入串联充电模式,发动机工作在经济区,带着发电机发电,一部分功率驱动电机,一部分功率给电池补电。串并联则会根据车速计算轮边扭矩,根据扭矩需求的大小,或者进入跟增程式一样的串联充电模式,或者进入并联充电模式,即发动机一方面直接驱动车轮,一方面带动发电机发电,给电池补电。 

保电主要有两个目的。其一,保护电池寿命,避免电池过放对电池的伤害;其二,为了带来更好的充电体验。当电池电量用到过低后再充电时,需要长时间的涓流充电,才能进入可以大电流充电的舒服区间,这会严重违背各大车企当前宣传的“充电5/10分钟,续航200公里”的昂扬精神。


各种模式的切换

经过长城旗下魏牌CEO跟余大嘴的几次论战,大家都知道了混合动力汽车的几种动力模式-纯电(EV)、串联和并联。模式的切换,可谓能量管理的核心,也是电控算法的第三个关键任务。 

其实,EV、串并联,只是非常粗略的分类。在这些大分类之下,还要根据发动机功率、电机功率、功率需求、扭矩需求、SOC、当前车速,划分一些小类。 

比如,在并联模式下,如果轮端扭矩需求大于发动机工作在经济线时的输出扭矩,动力电池便要加进来给电机供电,这时的模式叫做“并联助力模式”;如果轮端需求扭矩小于发动机工作在经济线时的输出扭矩,则发动机一方面响应轮端需求扭矩,另一方面通过电机发电,将多余能量给动力电池充电,这时的模式叫做“并联充电模式”;如果轮端需求扭矩等于发动机工作在经济线时的输出扭矩(发动机有若干经济线,并非单点工况),则发动机独自响应轮端需求扭矩,这时的模式叫做“并联直驱模式”。 

类似地,在串联模式下,也分为串联助力模式、串联充电模式和串联直驱模式。 

各种模式的切换,首先看当前车速,其次看电池SOC,最后看轮端扭矩需求和功率需求。 

具体而言,中低速时(比亚迪专利以65km/h为临界点),进入串联模式或EV模式,中高速时,进入串联模式或并联模式或EV模式。 

在这两种车速区间里,根据SOC和车速,得到各个子模式切换的轮端扭矩阈值,和根据当前行车参数计算出来的轮端需求扭矩进行比较,根据比较结果,选择进入相应的模式。


写在最后

虽说蹭了蹭比亚迪的热点,电控算法里的很多细节还是没有讲完。 

本文参考的专利全称《混合动力系统、混合动力车辆及其控制方法、整车控制器》,基本上讲清楚了DMi的技术细节,有兴趣的小伙伴,可以上知网下载,非常值得研究一番。

 

文:兰陵笑笑生


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