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NEV混动百科丨15张图带你看懂「P2电机」,收藏了!

来源:新能车之家时间:2021-09-02 14:35:00编辑:新能车之家人气值:

我们接着上一期的内容,继续来聊聊混动汽车中的「电机」,今天我们来详解一下「P2电机」。

「P2电机」的3种基本结构

通常情况下,「P2电机」的位置被定义在「变速器」与「发动机」之间,且位于「离合器」后,这个位置有以下几个特点:

P2电机示意图

  1. 不被整合在「发动机」的外壳中:由于「P2电机」和「发动机」之间有「离合器」,故此,「P2电机」可以单独驱动「车轮」,实现纯电行驶模式。此外,在动能回收时也可以切断与「发动机」的连接,这是与「P1电机」显而易见的区别;

 

情况1:P2电机直接套在变速器输入轴上 (正面)

情况2:P2电机通过传动带或齿轮传动与变速器输入轴连接(正面)

情况3:P2电机连接减速齿轮,配合P1电机(简图)

 

  1. 基础结构简单、布置形式灵活:「P2电机」不仅可以直接套在「变速器」的「输入轴」上,也可以通过「传动带」或「传动齿轮」与「变速器」的「输入轴」连接,甚至可以使用「减速齿轮」进行链接(见上图)。

 

情况1:P2电机直接套在变速器输入轴上(俯视)

我们以『「P2电机」直接套在「变速器」的「输入轴」上』为举例,最常见的就是我们此前文章中提到的大众集团的『「P2电机」+「双离合变速箱」』方案,代表车型为奥迪Q5 Hybrid、奥迪A3 Sportback e-tron和大众途锐Hybrid等。

奥迪A3 Sportback e-tron(2017),德味十足的P2电机架构

比如奥迪A3 Sportback e-tron的「P2电机架构」,德味十足,将一颗峰值功率75kW(峰值扭矩330N·m)的「P2电机」套在了6速的「e-S troinc变速箱」输入轴上,通过「双离合器」分配动力,属于经典的『单电机双离合派』。其工作原理比较简单,大致如下:

当你开启汽车,「电池」与「高压系统」就已经准备好唤醒「P2电机」,时刻准备向它供电。

起步后,「电池」为「P2电机」供电,「P2电机」带动「变速箱」中的「齿轮」转动输出动力,通过传动机构最终带动「车轮」。

当需要大扭矩或是急加速时,「发动机」强势介入,此时「离合器」中的「离合片」相互耦合,「发动机」与「P2电机」串联在一起,共同输出动力,同时「电池」也为「P2电机」,释放整套动力总成所有动力。

在滑行时,或是踩下刹车后,动能回收系统便开始发挥作用,「离合器」松开,断开「发动机」的连接,「车轮」反向带动「P2电机」发电,为「电池」充电。

image010.gif

奥迪「P2电机架构」原理(动图)

这套『单电机双离合』方案的优点是结构相对简单,相比传统燃油汽车结构调整较少,但是这种『独苗』的「单电机」架构有一个小小的缺点——保电(或叫馈电)能力较弱,因为「P2电机」长时间用于驱动车辆,其发电效率自然要下降一些。

『充电小能手』——「P0电机」已有些安奈不住了

所以,总有一个嗷嗷待哺「电池」在系统中呼唤「发动机」和「P2电机」,特别在馈电时和堵车工况下,「发动机」在驱动和带动「P2电机」发电两种模式下来回切换,用过平顺性及NVH(Noise、Vibration、Harshness噪声、振动与声振粗糙度)都会有一定的影响。有缺点?于是乎,各种「P2电机」的变种架构孕育而生。

变种一:「P0P2电机架构」

九代索纳塔混动版(2016)搭载的TMED混合动力系统

我们知道「P0电机」最大的作用之一便是用于为「动力电池」充电,故此,在P0位置安排上一个中高压的「P0电机」便可有效的解决「单电机」馈电能力弱的结构缺点。而让我印象比较深刻的「P0P2电机架构」的车型是九代索纳塔混动版,其搭载的是现代汽车的『TMED混合动力系统』(Transmission-Mounted Electrical Device)。

TMED混合动力系统工作原理

该「P0P2电机架构」由一颗Nu 2.0 GDi发动机、一枚「P0电机」(此处又称「HSG电机」启动/发电一体式电机)、一台永磁交流「P2电机」(此处又名「TM电机」即Traction Motor 驱动电机)以及传统的6挡手自一体「变速器」组成。可实现纯电驱动、发动机直驱、混动驱动多种模式。

变种二:「P1P2电机架构」

『双电机双离合』方案(P1P2电机架构),同样是P2电机架构

如果嫌「P0电机」传动效率低,那可以换成与「发动机」刚性连接的「P1电机」(ISG电机)组成『加强版双双组合』(即「P1P2电机架构」、双电机双离合),其架构特点是:

「C1离合器」常态为分离,而「C2离合器」常态为咬合。这就意味着「P2电机」长期处于工作状态,故此,这套「P1P2电机架构」也是倾向于电力驱动的;

当「C1离合器」分离时,就意味着「发动机」不参与驱动汽车,而是带动「P1电机」(ISG电机)发电,「电池」表示十分满意。此时,「P2电机」直接驱动「车轮」;

「C2离合器」长期处于咬合状态,若「C1离合器」同样处于咬合状态,那么「P2电机」(TM电机)将与「发动机」共同驱动「车轮」。

EDU混动系统爆炸图(注释)

这套「P1P2电机架构」的代表就是上汽的二代『EDU混动系统』,其早期搭载在荣威550混动车型上,随着『EDU混动系统』不断优化,现在已经有越来越多的上汽旗下的车型在用这套系统。比如荣威eRX5、荣威ei6、名爵6混动版等。

EDU混动系统工作原理

汇总了一张工作原理表,希望能帮助大家去理解『EDU混动系统』。当然,在网上有文章将『EDU混动系统』归入「P2.5(PS)电机架构」,我个人觉得『EDU混动系统』中的「P2电机」虽然也起到了「变速器」的作用,但并未完全整合在传统的「变速箱」中,故此,我将其划分在了「P2电机」的变种架构中,若大家有异议,欢迎在评论中吐槽。

解决问题的方法有很多种

看到这里大家会发现,上文仅从「P2电机」一个小小的『保电能力弱』问题切入,展开讨论了其中的一种解决方案——再增加1个强力的「发电机」(P0或P1电机),由此衍生出变种的「PxP2电机架构」。其实,解决『保电能力弱』的方法还有很多种,比如:

宝马530e iPerformance(2018)采用2.0T双涡管发动机,大力!

使用高功率的「发动机」:大力出奇迹,高功率「发动机」可使「P2电机」在单位时间内多发一点电,只是「电池」满足了,「油箱」又不乐意了,有违了混动『省油』的初衷……

增加「P2电机」发电的时长:延长「发动机」串联驱动汽车的时长,从而让「发动机」大哥多带带「P2电机」这个小弟,不过好像又违背了『「P2电机」为驱动汽车』的设计初衷……

貌似我提了一些自相矛盾的建议,但聪明的读者已经明白了我的意思:

引子

最后,我们再提一个衍生问题,由于「P2电机架构」是在「发动机」和「变速器」中间硬生生地加入了「离合器」和「电机」,这样就增加整套动力总成的轴向尺寸。为了解决这个硬件问题,混动工程师们又掉了大把头发,想出了几套解决方法:

一体化设计的P2电机架构

减少「发动机」的「气缸」:六缸变四缸、四缸变三缸、三缸变……

架构调整布局:将增加的「离合器」和「电机」等部件进行横向或纵向的布局调整;

一体化设计:比如将「P2电机」的壳体进行优化整合;或将「离合器」整合入「P2电机」内部等(如上图),将「离合器系统」集成至「P2电机」的「定子」中,采用了「电动中心式执行」机构(ECA),在减少执行机构体积的同时,提高了「离合器」的控制精度。

将P2电机整合在/成了变速器,丰田THS正在路上

但!若是我们将「P2电机」进一步往后端的「变速器」整合又会怎么样呢?这便是此后要谈的「P2.5(PS)电机」,或许也是你们最期待的一期,因为丰田THS系统(Toyota Hybrid System)正在路上。

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