寶馬X1插電式混合動(dòng)力汽車深度測(cè)試與評(píng)價(jià)

中國(guó)新能源汽車評(píng)價(jià)規(guī)程 2021-10-25 17:01

寶馬在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的混動(dòng)車型有X1、5系，基于原有橫置前驅(qū)UKL平臺(tái)與縱置后驅(qū)CLAR平臺(tái)升級(jí)而來，分別為P0+P4和P2構(gòu)型的PHEV車型。這里介紹更為簡(jiǎn)單的X1 PHEV，此方案不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱的布置方式進(jìn)行大范圍調(diào)整，混動(dòng)控制邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，前驅(qū)、后驅(qū)由發(fā)動(dòng)機(jī)+AT變速箱與P4驅(qū)動(dòng)電機(jī)獨(dú)立承擔(dān)，沒有復(fù)雜的扭矩協(xié)調(diào)控制，是一種在原有燃油動(dòng)力總成上進(jìn)行電氣化升級(jí)為一種低成本的改造方案，簡(jiǎn)單易行。除了X1以外，寶馬和捷豹路虎還分別在i8和攬勝極光上對(duì)這一構(gòu)型進(jìn)行了量產(chǎn)。

2018款寶馬X1 PHEV 搭載22kWh高壓電池包，純電續(xù)駛里程為60km（NEDC），動(dòng)力構(gòu)型如圖1，各項(xiàng)參數(shù)如表1。下面在NEDC/WLTC工況下對(duì)該車的能量管理、充電、熱管理策略進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

圖1 寶馬X1動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)

表1 車型關(guān)鍵參數(shù)表

能量管理策略

車輛工作模式包括純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)、混合驅(qū)動(dòng)、混合充電：

①純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)：車輛僅由驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)（后輪驅(qū)動(dòng)），動(dòng)力電池作為能量源；主要分布于高SOC或低SOC且需求功率低的情況。

②發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)：車輛僅由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（前輪驅(qū)動(dòng)），主要分布在高SOC、車速達(dá)到閾值引起發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)情況；

③混合驅(qū)動(dòng)：發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)主要分布于發(fā)電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過程，或發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)過程；

④混動(dòng)充電：主要分布于低SOC下，由于SOC和需求功率達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)閾值，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)車輛，多余能量通過發(fā)電機(jī)給電池充電。

圖2 寶馬X1 WLTC工況SOC與發(fā)動(dòng)機(jī)起停

電量維持階段電池SOC的維持主要依靠純電模式與混動(dòng)充電模式切換?；靹?dòng)充電模式下，發(fā)電機(jī)功率與整車需求功率呈線性關(guān)系，如圖3所示。寶馬 X1主要通過變速器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)，同時(shí)通過與純電模式切換，減少發(fā)動(dòng)機(jī)在低速工況低效率工作情況。

圖3 寶馬X1 發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)

由于整車動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)NEDC工況進(jìn)行匹配，所以存在P4電機(jī)轉(zhuǎn)速與速比限制，產(chǎn)生在高SOC車速達(dá)到閾值發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)情況。

圖4 寶馬X1 純電動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式切換

電池慢充充電策略

圖5（a）為電池慢充充電過程表顯SOC與電池電流關(guān)系，整個(gè)慢充充電過程電池基本保持恒定電流充電，直至車輛充滿電；原因是電池高電量和低電量均進(jìn)行了電池電量隱藏，如圖5（b）為電池表顯SOC與真實(shí)SOC關(guān)系。

（a）慢充充電電流（b）慢充充電表顯SOC與真實(shí)SOC

圖5 寶馬X1 慢充充電電流、表顯SOC與真實(shí)SOC關(guān)系

熱管理策略

圖6為整車熱管理架構(gòu)，這里針對(duì)電池?zé)峁芾聿呗浴⒉膳枨髸r(shí)PTC與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制進(jìn)行分析。

圖6 寶馬X1 整車熱管理架構(gòu)

電池?zé)峁芾?/p>

①根據(jù)熱管理架構(gòu)，電池?zé)o單獨(dú)PTC加熱。電芯溫度較低時(shí)，電池?zé)o法提供最大電動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率，此時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛；至電芯最低溫度達(dá)到閾值后，電池正常功率輸出。

圖7 寶馬X1 電池低溫動(dòng)力系統(tǒng)響應(yīng)

②試驗(yàn)車輛動(dòng)力電池包水冷板通過冷卻液進(jìn)行冷卻，電池包冷卻循環(huán)與制冷劑循環(huán)通過chiller換熱實(shí)現(xiàn)協(xié)同冷卻。當(dāng)電芯最高溫度達(dá)到閾值時(shí)，電池冷卻回路水泵開始工作；當(dāng)電芯溫度和溫升速率達(dá)到閾值時(shí)，EXV閥開啟，電池冷卻循環(huán)與制冷劑循環(huán)換熱。

圖8 寶馬X1 電池高溫冷卻策略

PTC與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度達(dá)到閾值或車內(nèi)溫度高于閾值，空調(diào)PTC停止工作，通過發(fā)動(dòng)機(jī)余熱進(jìn)行制熱，同時(shí)三通閥開啟；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度低于閾值或車內(nèi)溫度低于閾值，空調(diào)PTC重新開始工作，彌補(bǔ)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)余熱不足情況。