三菱outlander混动系统特性

1、,三菱Outlander的插电混动技术：混动结 构和根据道路条件设定的驱动 模式策略 Mitsubishi Outlanders Plug-in Hybrid Technologies: Hybrid Structures & Drive Strategies based on Road Conditions 发动 机开发部技术讲 座 Engine R&D Department Technical Seminar 2016-3-16,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 1,引言：怎样考虑常规动 力拓广到混合动力时驱动动 力匹配（1

2、） N330基础车 型和PHEV的动力配置 N330基础车 型的动力匹配是G501 1.5L-GTDI发动 机和6速变速器： 发动 机扭矩/功率 = 250Nm/120kW；MT变速器最大/最小速比 = 4.584/0.746。 N330-PHEV的动力匹配是SAME的4A91-1.5L-NA发动 机，CVT和70kW的P3驱动电 机： 发动 机扭矩/功率 = 140Nm/80kW；变速器最大/最小速比 = 2.416/0.443。 P3电机和变速器输出轴速比 = 1.24，水平扭矩段对应发动 机转速1000rpm。P3电机在发动 机转速为1500rpm时的最大稳态 和瞬态扭矩 = 64Nm/

3、149Nm，当量变速器前增扭 = 33Nm/77Nm。 在发动 机转速1500rpm的当量发动 机扭矩为153Nm（稳态 ）/197Nm（瞬态），小于1.5L- GTDI的稳态 扭矩250Nm；由于电机的扭矩特性，当量扭矩随转速提高而下降。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 2,引言：怎样考虑常规动 力拓广到混合动力时驱动动 力匹配（2） N330-PHEV动力配置对整车动 力性的影响 N330-PHEV的动力总成采用1.5L自吸发动 机，湿式离合器，CVT最大增扭能力仅为 N330变速器的 53%，助力电机设置在变速器后端。这

4、些配置导致了动力总成动力和整车扭矩需求匹配的不合理。 N330-PHEV在增加了电驱 系统后的整备质 量比基础车 型多了300kg，但所匹配的动力总成的扭矩在发动 机在1000转以上远小于N330基础车 型，导致N330-PHEV的加速性和爬坡能力都仅相当于N330-MT57%左右，与N330-AT的低速扭矩相差更多（液力变扭器不锁止时可在变速器前预增扭）。 动力匹配导致了N330-PHEV由于增加了电驱 系统比常规版更贵，但动力性能却比N330非混动版更差。很难想象用户会花更多的钱买 性能更差的车。也不能把PHEV等同EV去思考，因PHEV的电驱里程比电车 短且造价比电车 要高得多，且电车

5、的寿命要比常规动 力车短得多。 PHEV产品上市已有10年多了，市场上卖的最好的是日系车。前几次的培训我们分析了通用，丰田和本田的PHEV理念。本次培训通过对 Outlander-PHEV的分析来了解三菱PHEV动力匹配的理念。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 3,三菱Outlander常规动 力和PHEV的动力配置：PHEV动力匹配的理念 Outlander-PHEV的动力配置 Outlander常规动 力低配置版的整备质 量约为 1500kg，配置2.4L的发动 机（4B12/4J12）和CVT： 缸径/冲程 = 88mm

6、/97mm； 功率/扭矩 = 124kW/220Nm；变 速器最大/最小速比= 2.631/0.378 Outlander-PHEV的整备质 量约为 1800kg，配置2.0L的发动 机（4B11），两个60kW的驱动电 机 (P3/P4均为定速比)，及一个70kW的发电 机：, ,缸径/冲程 = 86mm/86mm ，非Atkinson循环 ，三菱传统 MIVEC技术 ； 功率/扭矩 = 87kW4500rpm / 186Nm4500rpm，扭矩和2.4L发动 机仅 相差34Nm。 P3电 机功率/扭矩 = 60kW/137Nm，P4电 机功率/扭矩 = 60kW/195Nm。, 如Outl

7、ander的P3电机和变速器输出轴的速比按1.25估计，当量变速器前增扭 = 65Nm 34Nm。采用前轮驱动时 ，变速器前当量扭矩不低于常规动 力版的驱动动 力；当P4介入实施4轮驱动时 ，Outlander-PHEV的驱动动 力远大于常规动 力版的驱动动 力。这是和N330-PHEV在理念上的重大区别，即Outlander-PHEV的动力性能和经济 性能优于常规版动力：用户多花的钱从PHEV优越的动力 性和经济 性得到补偿 。三菱PHEV的理念是：具有类似于电车 的经济 性及和传统车类 似或更好的动力性，在低速区具有优良的加速性质。 PHEV发动 机传统动 力发动 机,Print Date

8、: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,JMC Engine Research & Development Department 发动 机开发部,Page 4,三菱Outlander-PHEV混动 系统 参数（1） Outlander-PHEV动力系统特性参数 发动 机功率/扭矩：87 kW/ 186Nm（2.0L自吸汽油机，4缸） 变速器：e-Transmission 电驱 系统： 发电 机 = 75kW （串联混动时发电 ，为驱动电 机提供电能） P3电机 = 60kW/137Nm （前轮驱动电 机，用于低中速驱动 和加速助力） P4电机 = 60kW/195

9、Nm （后轮驱动电 机，主要用于低速高负荷加速助力和驱动 助力） 电池包： 80个40Ah的矩形三元锂离子电芯，电芯电压 = 3.75V（Lithium Energy of Japan， LEJ） 名义电压 = 300V（= 80 x 3.75V） 名义电 能 = 12kWh 动力总成的混动度（前驱，无传动轴 ）：60kW / (60kW + 87kW) = 41% 电气化后桥实现 后轮驱动 ：由和驱动轴为 定速比的P4电机驱动 EV模式里程：60km ，以电池SOC变化为80%计的能耗为160Wh/km（N330-PHEV 200Wh/km） 综合油耗：1.9L/100km （NEDC cy

10、cle),Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 5,三菱Outlander-PHEV混动 系统 参数（2） EV模式和HEV模式的SOC范围 EV模式：SOC_max = 80%；55%SOC时进 入节能模式，并考虑利用发电 机充电的可能性即提前进入串联混动模式（由电池节能模式选择 按钮控制？）。 并联混动模式设定电量： SOC _HEV-nominal = 30% (动态 平衡参考点） SOC _HEV-power-reduction：22%SOC时电 加热和空调压缩 机关闭；20%SOC时开始限定大功率放电，17%SOC时整车开

11、始降扭 SOC _HEV-min：电量达到13%SOC时电 池不能再有电流输出，进入电池保护状态,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 6,Outlander-PHEV混动系统及机电耦合（1） Outlander-PHEV的混动系统及机电耦合 和本田Accord-PHEV混动系统类 似，Outlander-PHEV混动系统具有串联混动，并联混动，纯电驱 ，和发动 机直驱的功能。三菱给出的混动系统图 有些误导 ，因发电 机可以避开变速器的能量损失，一般有一级减速器即可，空转时 无能量传递 。按下面给出的混动结 构框图理解Outland

12、er-PHEV系统可能更容易些，从它可以很清楚地看出机电耦合方式及各种能流模式。理论上发电 机可以在离合器前，但这样动 力分流就和变速器无关了。 Power only flows to the drive half shaft, not the driven one, same as in the front drive.,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 7,Outlander-PHEV混动系统及机电耦合（2） Outlander-PHEV的混动系统及机电耦合 (2015MY) Outlander-PHEV的动力分流和耦合由其

13、多模式的GKN Multi-Mode e-Transmission实现 ，动力耦合 （P3助力）和动力分流（发电 机发电 ）的能流路径控制均在变速器内部进行。2015MY的变速器集成了发电 机和电动 机，实现 了动力总成的多模式控制。集成在变速器上的电机应属于是P3电机，这和稍后会分析到的2013MY的电机有区别。 P3电机动力输入端 GKN multi-mode,e-transmission 驱动发电 机动力输出端,P3和发电 机的动力电子控制 发电 机 P3电机,P3的动力电子控制 P3电机,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page

14、 8,Outlander-PHEV三电 一机的布置（1） Outlander-PHEV三电一机的布置 由于后桥是电驱 ，前后轮的驱动 系统没有机械上的联系，仅通过HCU控制供给前后驱动电 机的电流来实现电 机控制。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 9,Outlander-PHEV三电 一机的布置（2） Outlander-PHEV三电一机的布置,发动 机动力电子控制,发动 机 电池包,变速器,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 10,Outlander-PHEV的

15、三电 一机布置（3） P4电机及其控制器，12V电池及DC/DC互变器 根据下面视图 ，P4电机的动力输入在后桥差速器前。12V电池和DC/DC布置在后备箱。 12V电池,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 11,Outlander-PHEV的电 池包（1） Outlander-PHEV的电池包 电芯总数 = 80， 电池包结构：电芯以80S1P方式连接，集成在10个模组 电池包最大充电功率 = 70kW，最大充电电 流 = 233A，相当于5.8C的电芯最大充电率 电池包最大放电功率 = 120 kW （P3 + P4），最大放

16、电电 流 = 400A，相当于10C的电芯最大放电率；对应 P3/P4电机最大电流为200A。400A的最大电流对电 池包的冷却是一个挑战。Outlander-PHEV 因在US06循环下的冷却问题 推迟了一年在北美上市，以改善电池包冷却。 电池包冷却风机,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 12,Outlander-PHEV的电 池包（2） Outlander-PHEV的电池包的集成 和丰田及本田的PHEV类似，Outlander-PHEV的电池包为风 冷。由于电池包布置的位置及电池包放 热量，冷却空气采用空调控制其温度，设有专

17、门 的冷却用蒸发器和电加热器来调节电 池包入口的温度。冷却后的空气直接排到环境，不需要像水冷系统一样需设计专门 的电池失效时放气保护装置 （venting system）。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 13,Outlander-PHEV的电 池包（3） Outlander-PHEV的电池包的布置 电池包布置在前后排座椅下，距地面距离为8英寸。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 14,Outlander-PHEV的冷却系统 （1） Outlander-PHEV

18、的四个冷却回路 高温水冷却回路为发动 机的冷却系统； 低温水冷却回路为动 力电子控制器和后桥P4电机的冷却系统； 油冷回路为P3电机和发电 机的冷却系统，由电机和发动 机集成特性和变速器共享一个油冷系统； 制冷剂冷却回路为动 力电池冷却系统，电池包为风 冷，冷却空气由蒸发器调温后的空气冷却。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 15,Outlander-PHEV的冷却系统 （2） 电池包冷却系统 由于PHEV的电池包太大及位置布置，不能用驾驶舱 内的空调空气冷却，必须单 独设计 一个增发器。 风冷虽然比水冷的冷却均匀性差一些，但系

19、统简单 ，故障率低，且可以直接控制冷却介质温度，因而属于直接冷却，也不需失效时的通风保护。相比之，N330-PHEV目前采用的系统为间 接水冷，即冷却水冷却冷却板，冷却板通过导热 形式冷却电芯，且冷却板和电芯之间有接触热阻；电池包也必须做失效时的通风保护。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 16,Outlander-PHEV的冷却系统 （3） Outlander的空调系统及控制 电池包冷却增发器制冷能力 = 1kW（由驱动 模式确定）； 电池包加热器加热能力 = 4kW；,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 17,Outlander-PHEV的冷却系统 （4） 电池包冷却系统部件 蒸发器和加热器的布置应和传统 空调系统相近，即通过控制挡板确定空气是流过蒸发器冷却还是暖风换热 器加热。,Print Date: 3/16/2016 Revise Date: 2016-3-16,Page 18,Outlander-PHEV的电驱 模式及其应用（1） EV模式或BEV模式 和本田Accord-P