寶馬X1插電式混合動力汽車深度測試與評價

中國新能源汽車評價規(guī)程 2021-10-25 17:01

寶馬在國內(nèi)生產(chǎn)的混動車型有X1、5系，基于原有橫置前驅(qū)UKL平臺與縱置后驅(qū)CLAR平臺升級而來，分別為P0+P4和P2構(gòu)型的PHEV車型。這里介紹更為簡單的X1 PHEV，此方案不需要對發(fā)動機、變速箱的布置方式進行大范圍調(diào)整，混動控制邏輯相對簡單，前驅(qū)、后驅(qū)由發(fā)動機+AT變速箱與P4驅(qū)動電機獨立承擔(dān)，沒有復(fù)雜的扭矩協(xié)調(diào)控制，是一種在原有燃油動力總成上進行電氣化升級為一種低成本的改造方案，簡單易行。除了X1以外，寶馬和捷豹路虎還分別在i8和攬勝極光上對這一構(gòu)型進行了量產(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），動力構(gòu)型如圖1，各項參數(shù)如表1。下面在NEDC/WLTC工況下對該車的能量管理、充電、熱管理策略進行簡要分析。

圖1 寶馬X1動力系統(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驅(qū)動、發(fā)動機直驅(qū)、混合驅(qū)動、混合充電：

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

②發(fā)動機直驅(qū)：車輛僅由發(fā)動機驅(qū)動（前輪驅(qū)動），主要分布在高SOC、車速達到閾值引起發(fā)動機啟動情況；

③混合驅(qū)動：發(fā)動機與發(fā)電機主要分布于發(fā)電機啟動發(fā)動機過程，或發(fā)動機工作點調(diào)節(jié)過程；

④混動充電：主要分布于低SOC下，由于SOC和需求功率達到發(fā)動機啟動閾值，發(fā)動機輸出驅(qū)動車輛，多余能量通過發(fā)電機給電池充電。

圖2 寶馬X1 WLTC工況SOC與發(fā)動機起停

電量維持階段電池SOC的維持主要依靠純電模式與混動充電模式切換。混動充電模式下，發(fā)電機功率與整車需求功率呈線性關(guān)系，如圖3所示。寶馬 X1主要通過變速器對發(fā)動機工作點調(diào)節(jié)，同時通過與純電模式切換，減少發(fā)動機在低速工況低效率工作情況。

圖3 寶馬X1 發(fā)電機工作點、發(fā)動機工作點

由于整車動力系統(tǒng)根據(jù)NEDC工況進行匹配，所以存在P4電機轉(zhuǎn)速與速比限制，產(chǎn)生在高SOC車速達到閾值發(fā)動機直驅(qū)情況。

圖4 寶馬X1 純電動與發(fā)動機直驅(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行了電池電量隱藏，如圖5（b）為電池表顯SOC與真實SOC關(guān)系。

（a）慢充充電電流（b）慢充充電表顯SOC與真實SOC

圖5 寶馬X1 慢充充電電流、表顯SOC與真實SOC關(guān)系

熱管理策略

圖6為整車熱管理架構(gòu)，這里針對電池?zé)峁芾聿呗?、采暖需求時PTC與發(fā)動機協(xié)調(diào)控制進行分析。

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PTC加熱。電芯溫度較低時，電池?zé)o法提供最大電動驅(qū)動功率，此時由發(fā)動機驅(qū)動車輛；至電芯最低溫度達到閾值后，電池正常功率輸出。

圖7 寶馬X1 電池低溫動力系統(tǒng)響應(yīng)

②試驗車輛動力電池包水冷板通過冷卻液進行冷卻，電池包冷卻循環(huán)與制冷劑循環(huán)通過chiller換熱實現(xiàn)協(xié)同冷卻。當(dāng)電芯最高溫度達到閾值時，電池冷卻回路水泵開始工作；當(dāng)電芯溫度和溫升速率達到閾值時，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)動機協(xié)調(diào)控制

當(dāng)發(fā)動機冷卻液溫度達到閾值或車內(nèi)溫度高于閾值，空調(diào)PTC停止工作，通過發(fā)動機余熱進行制熱，同時三通閥開啟；當(dāng)發(fā)動機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，彌補當(dāng)前發(fā)動機余熱不足情況。