【中】 范明強(qiáng) 編譯

1 未來城市電動(dòng)車及其驅(qū)動(dòng)裝置

在現(xiàn)代社會(huì)中,緊湊、易于駕駛、高效而又經(jīng)濟(jì)的車輛更受歡迎。馬勒(Mahle)公司開發(fā)的以馬勒高效電動(dòng)車(Meet)為代表的未來城市電動(dòng)車方案(圖1),從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了上述要求。其技術(shù)關(guān)鍵在于通過動(dòng)力總成系統(tǒng)、熱管理和空調(diào)等各項(xiàng)技術(shù)之間的相互協(xié)調(diào)配合,從而達(dá)到最高的能量利用總效率。同時(shí),馬勒公司還開發(fā)了一種具有各種不同功率等級的緊湊、高效的模塊化48 V電驅(qū)動(dòng)單元,該單元可用于如Meet電動(dòng)車等新型的城市電動(dòng)車,也可用作為混合動(dòng)力車的電驅(qū)動(dòng)模塊。

圖1 馬勒公司Meet示范電動(dòng)車

Meet電動(dòng)車被設(shè)計(jì)成采用電驅(qū)動(dòng)的雙座城市車輛,以低成本提供了高駕駛樂趣、高舒適性和高效率。其開發(fā)目標(biāo)是將各項(xiàng)技術(shù)與車輛功能相結(jié)合,通過系統(tǒng)間的最佳協(xié)作為用戶提供增值效益。從技術(shù)角度看,對于電動(dòng)車而言,其能量利用效率是至關(guān)重要的,因?yàn)樵谡囅到y(tǒng)中車輛的行駛里程及蓄電池尺寸對成本起著決定性的作用。作為運(yùn)輸工具,如果要有較好的市場表現(xiàn),還需具備良好的加速性和滿足使用要求的最高車速及較高的機(jī)動(dòng)性,并在具有較好舒適性的同時(shí)提供駕駛樂趣。

用于實(shí)現(xiàn)Meet電動(dòng)車開發(fā)目標(biāo)所采用的技術(shù)組合包括功率電子器件和車載充電裝置在內(nèi)的動(dòng)力模塊、可加熱表面的舒適性溫度控制、電動(dòng)溫差熱泵以及全新的人機(jī)界面(HMI)操縱方案(圖2)。此外,驅(qū)動(dòng)裝置的高效率和熱管理使得車輛即使在使用空調(diào)的情況下仍具有較長的行駛里程。

圖2 用于馬勒高效電動(dòng)車的技術(shù)組合

馬勒公司已將該驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成能以48 V低電壓運(yùn)行的模塊化驅(qū)動(dòng)單元,其成本比高電壓設(shè)計(jì)方案降低達(dá)25%,因?yàn)槠淠苁÷苑ㄒ?guī)規(guī)定的防止高電壓風(fēng)險(xiǎn)的保障措施,而且低電壓狀況允許驅(qū)動(dòng)裝置具有多種用途,如一方面可用于純電動(dòng)車,另一方面還可用作大型車輛混合動(dòng)力系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)模塊。近幾年,采用48 V運(yùn)行電壓的混合動(dòng)力方案已被大量投入批量生產(chǎn),具有廣泛的市場應(yīng)用規(guī)模,規(guī)模生產(chǎn)效應(yīng)使得用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的部件的成本較低,因此用于馬勒48 V驅(qū)動(dòng)模塊的成本也相應(yīng)較低。

2 新型模塊化電驅(qū)動(dòng)裝置

2.1 確定必需的驅(qū)動(dòng)功率

出于效率的原因,城市電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)以現(xiàn)代交通中現(xiàn)有的功率需求為導(dǎo)向。為了查明這種需求,馬勒公司在以德國斯圖加特市為代表的對地形要求非常高的路段上,在各種不同交通密度的情況下進(jìn)行了城市行駛試驗(yàn)。用一輛商業(yè)上常用的C級車輛(質(zhì)量為1 670 kg)在公路上進(jìn)行測量,其目標(biāo)是該試驗(yàn)結(jié)果可直接轉(zhuǎn)換成電驅(qū)裝置的技術(shù)規(guī)范。此類路段是由城市街道和高速公路組成的混合道路,包括下列特征：(1)恒定為50 km/h的市內(nèi)行駛車速;(2)高速公路最高行駛車速不超過100 km/h;(3)在紅綠交通信號燈和交通擁擠時(shí)的起動(dòng)-停車系統(tǒng)運(yùn)行。

依據(jù)不同路段對電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了不同的要求,城市和高速公路上的車速比例分配決定了其所必需的驅(qū)動(dòng)功率,而起動(dòng)-停車系統(tǒng)運(yùn)行的范圍對所需的最大扭矩起著決定性的作用。

為此,馬勒公司進(jìn)行了典型的城市行駛工況循環(huán)(馬勒斯圖加特行駛路線)試驗(yàn)(圖3)。所獲得的測量數(shù)據(jù)用于Meet電動(dòng)車整車模擬模型分析的輸入數(shù)據(jù),以此查明的城市電動(dòng)車所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩、車橋扭矩和車速,分別示于圖4和圖5。圖4和圖5表明,在測試循環(huán)中按時(shí)間百分比計(jì)算的相對于車輛行駛速度所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩、車橋扭矩和車速的頻度分布,由此可推導(dǎo)出對驅(qū)動(dòng)裝置的一般要求。在城市行駛工況循環(huán)中,在以下2種運(yùn)行范圍時(shí)Meet電動(dòng)車表現(xiàn)更加優(yōu)異：一是在較低車速下的起動(dòng)-停車系統(tǒng)和滑行模式,二是以40～50 km/h的車速行駛的主要范圍。正如從試驗(yàn)中所知,對于以上2種行駛狀況,只需有20 k W的機(jī)械功率即可滿足所有運(yùn)行工況點(diǎn)的需要。

圖3 馬勒公司斯圖加特行駛線路

圖4 斯圖加特行駛路線所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和車速及其頻度分布

圖5 斯圖加特城市行駛路線所需的車橋扭矩和車速及其頻度分布(較淺顏色代表較高的使用概率)

起動(dòng)-停車系統(tǒng)運(yùn)行工況的特點(diǎn)是車速低且扭矩大。為了確保其加速性足以使車輛順利地跟車前進(jìn),需具備1 600 N·m的車橋扭矩。因?yàn)樵囼?yàn)車輛的總質(zhì)量要比城市車輛大很多,因此目標(biāo)質(zhì)量小于900 kg的電動(dòng)車方案會(huì)獲得附加的動(dòng)力性能優(yōu)勢。在車速較高時(shí),因加速持續(xù)時(shí)間較短,電機(jī)能提供30 k W的峰值功率,并產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。

通常,在開發(fā)具有高功率密度的電驅(qū)裝置時(shí),需重視每個(gè)負(fù)荷工況點(diǎn)所持續(xù)的時(shí)間。因電機(jī)具有熱慣性,所以承受短暫的高負(fù)荷不會(huì)受到損壞,但是持續(xù)時(shí)間較長的負(fù)荷需針對長期的熱負(fù)荷狀態(tài)予以評估,在該負(fù)荷型式情況下應(yīng)針對冷卻系統(tǒng)制定相應(yīng)的對策,持續(xù)時(shí)間較長的負(fù)荷越大,冷卻系統(tǒng)的冷卻能力則應(yīng)越強(qiáng)。在所進(jìn)行的行駛試驗(yàn)實(shí)例中,要識別出圖4中在典型市區(qū)車速為40～55 km/h時(shí)和典型高速公路車速為85～95 km/h時(shí)持續(xù)負(fù)荷運(yùn)行的工況點(diǎn)。城市行駛需要持續(xù)功率達(dá)20 k W的電驅(qū)動(dòng)裝置,短時(shí)間則應(yīng)具備達(dá)到峰值30 k W超負(fù)荷的能力。

2.2 理想的電壓狀況分析

電機(jī)的電壓狀況對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本具有重大影響。為了用于未來城市車輛,馬勒公司對各種不同功率等級和供電電壓的系統(tǒng)成本進(jìn)行了試驗(yàn),同時(shí)電機(jī)設(shè)計(jì)還考慮到不同電壓狀況和電流限制,以及采用各種不同半導(dǎo)體方案和連接方式的功率電子器件,此外還對采用低電壓(≤60 V)的牽引力與采用高電壓的牽引力進(jìn)行了比較。

在電壓低于60 V的情況下,可省去預(yù)防電氣危害的高成本安全措施,而在更高的電壓下,該類措施則是法規(guī)規(guī)定中不可或缺的。在供電電壓較低及電機(jī)功率相同的情況下,所需的電路導(dǎo)線中銅線的橫截面會(huì)成比例地增大。尤其是功率電子器件的電流承載能力受到限制,需附加平行分路,因此存在1個(gè)盈虧平衡值,從該值起低電壓驅(qū)動(dòng)方案的成本比高電壓方案更低。

馬勒公司的試驗(yàn)結(jié)果顯示,低于60 V電壓相比高達(dá)40 k W的功率輸出具有明顯的成本優(yōu)勢,而對于更高的功率等級則采用200～800 V的高電壓方案成本更為有利。因此,對具有20 k W持續(xù)功率的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言,其所需的供電電壓應(yīng)低于60 V,在這種情況下采用48 V電壓更具優(yōu)勢。由于汽車電路中電能需求的不斷增長,例如隨著應(yīng)用電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)或電動(dòng)冷卻液泵呈現(xiàn)出電壓水平從12 V提升到48 V的趨勢,因而期望該48 V系統(tǒng)能逐漸形成規(guī)模效應(yīng),以降低生產(chǎn)成本。

2.3 模塊化48 V驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

馬勒公司的模塊化48 V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由變速器、功率電子器件(換流器)和電機(jī)3個(gè)主要部件組成(圖6)。因采用空心軸特定的扭矩分配,這種系統(tǒng)非常緊湊,在車輛上能進(jìn)行靈活布置,可在現(xiàn)代電動(dòng)車上作為唯一的電驅(qū)動(dòng)裝置或者在采用P4后橋驅(qū)動(dòng)布置型式的混合動(dòng)力車上用作后橋電驅(qū)動(dòng)裝置。在承受熱負(fù)荷的組件(如電機(jī)和功率電子器件)中集成冷卻系統(tǒng)能確保較高的功率密度和電驅(qū)動(dòng)模塊的效率。表1列出了該電驅(qū)動(dòng)模塊的特性數(shù)據(jù)。在最低供電電壓42 V時(shí),系統(tǒng)可提供20 k W的持續(xù)功率,在36 V時(shí)仍有17 k W的機(jī)械功率可供使用,而在短暫加速時(shí)機(jī)械功率可提升到30 k W。而最大車橋可持續(xù)提供1 200 N·m的扭矩,短時(shí)間最高扭矩可達(dá)1 600 N·m。采用該驅(qū)動(dòng)模塊的現(xiàn)代電動(dòng)車的最高車速可達(dá)到100 km/h。

圖6 48 V驅(qū)動(dòng)模塊

表1 電驅(qū)動(dòng)模塊特性數(shù)據(jù)

2.4 牽引電機(jī)的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)模塊的核心是用作牽引動(dòng)力的永磁式同步電機(jī)(PMSM)。48 V供電電壓、20 k W的持續(xù)功率,以及30 k W的峰值功率使這種電機(jī)的設(shè)計(jì)面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。該類電機(jī)具有較高的定子電流,但是卻受到電子器件及其半導(dǎo)體元件的限制。一方面,電子器件承受的較高電流會(huì)增加成本,因?yàn)樾枰荚O(shè)數(shù)條平行的功率電路;另一方面,電流受到限制,意味著扭矩同樣會(huì)受到限制。此類目標(biāo)沖突可采取特殊的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)來得以解決。采取特殊的布置方式將磁鐵嵌入轉(zhuǎn)子中作為掩埋式磁鐵而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩疊加于電機(jī)轉(zhuǎn)矩上,以此就能顯著增加電驅(qū)裝置的功率密度。

圖7(a)示出了電機(jī)的特性曲線場。在80 N·m的高持續(xù)轉(zhuǎn)矩(峰值轉(zhuǎn)矩為110 N·m)下,通過減弱磁場優(yōu)化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)布置獲得了寬廣的轉(zhuǎn)速范圍,在用于蓄電池純電動(dòng)車時(shí)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12 000 r/min,而應(yīng)用于插電式混合動(dòng)力車時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速則可提高到16 500 r/min,因此具有強(qiáng)大的動(dòng)力性能和廢熱回收功能,可使車輛在高速公路上以最高速度行駛。同時(shí),因具有較大的轉(zhuǎn)速跨度,一個(gè)固定的變速器傳動(dòng)比通常僅用于力的傳遞,可降低系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性,并且依然能滿足用戶對城市電動(dòng)車輛的要求。

在主要運(yùn)行工況點(diǎn)具有較高效率的前提下,該類系統(tǒng)設(shè)計(jì)能顯著降低車輛的能量消耗。圖7(b)將所需的車橋扭矩和車速與馬勒公司按照模擬計(jì)算出的效率特性曲線場重疊在一起,可清晰地看到在城市行駛中重要運(yùn)行工況點(diǎn)的電機(jī)效率都處于96%～97%范圍內(nèi),而在州屬公路車速情況下的電機(jī)效率則達(dá)到了90%～94%。在恒定車速的情況下,持續(xù)功率能完全滿足要求,而短時(shí)間的峰值負(fù)荷也并未超出電機(jī)的最高性能指標(biāo)。

圖7 48 V電動(dòng)機(jī)的特性曲線場(a)和所需車橋扭矩與車速及驅(qū)動(dòng)裝置效率特性曲線場的關(guān)系(b)

2.5 功率電子器件

功率電子器件由3個(gè)結(jié)構(gòu)組合部件組成?？刂茊卧刂破鳌⒓?lì)器和傳感器元件,而換流器是一種具有平行布置的4個(gè)場效應(yīng)管和帶有熱交換器的B6電橋,樣機(jī)結(jié)構(gòu)如圖8所示?？刂破鳌⒓?lì)器和傳感器元件配裝于邏輯電路板上。在上述結(jié)構(gòu)布置中最大相電流為1 200 A。

2.6 電驅(qū)動(dòng)模塊的熱管理

圖8 功率電子器件

開發(fā)的重點(diǎn)之一是可對驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行最佳協(xié)調(diào)的熱管理系統(tǒng)。出于對使用壽命的考慮,在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的線圈繞組和磁鐵的溫度不可超過限值。集成在驅(qū)動(dòng)模塊中的液體冷卻系統(tǒng)需確保上述部件的熱可靠性。冷卻液進(jìn)入驅(qū)動(dòng)模塊后首先流過電子器件的冷卻元件。電機(jī)的定子造成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要能量損失源于散熱量,此外在高扭矩工況時(shí)銅損占主要份額,而在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)則由鐵損起決定性作用。在電機(jī)殼體中,冷卻液從電子器件冷卻元件流向定子。馬勒公司已對冷卻液流量分布和接觸面積進(jìn)行了優(yōu)化,使得電機(jī)的線圈繞組與冷卻液之間的溫差最小。

2.7 模塊化結(jié)構(gòu)

在開發(fā)電驅(qū)裝置時(shí),馬勒公司對模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注。通過采用具有1個(gè)電機(jī)和空心軸結(jié)構(gòu),或者具有2個(gè)電機(jī)的雙動(dòng)力單元和常規(guī)軸結(jié)構(gòu),即可精確地按需求調(diào)整系統(tǒng)[1],以此就能在應(yīng)用方面具有較高的靈活性,例如該系統(tǒng)適合用于不同電動(dòng)車上的唯一電驅(qū)動(dòng)裝置,同樣也可作為混合動(dòng)力車上的電驅(qū)單元或電動(dòng)車橋。特別是在城市車輛上,良好的操縱性和機(jī)動(dòng)性也是必不可少的。在具有2個(gè)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式中,電驅(qū)單元可通過轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向以實(shí)現(xiàn)這些性能。

3 動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Meet電動(dòng)車采用的48 V雙動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力總成系統(tǒng)由2個(gè)獨(dú)立的電驅(qū)動(dòng)模塊[2]組成,布置于車輛后橋旁(圖9)。2個(gè)電機(jī)在峰值時(shí)可提供30 k W功率,該狀態(tài)能持續(xù)長達(dá)1 min,可滿足20 k W持續(xù)功率的要求。每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元包括1個(gè)電機(jī)及其功率電子器件。這種布置方式因具有模塊化結(jié)構(gòu)而在空間布置方面具有較高的靈活性,從而能應(yīng)用于各種不同的車型上,而且如果每個(gè)電驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)1個(gè)車輪的話,則無需額外的差動(dòng)變速器。特別為Meet電動(dòng)車開發(fā)的軟件功能,未來將單獨(dú)針對每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪控制其速度和功率。

圖9 馬勒公司Meet電動(dòng)車的48 V雙動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)方面則采用PMSM。因其在低電壓運(yùn)行時(shí)具有較大的磁阻轉(zhuǎn)矩,馬勒公司將專門協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)集成在電機(jī)系統(tǒng)中。

高靈活性、較小的轉(zhuǎn)彎半徑及易于操縱而駛?cè)氇M窄的停車空位等都是針對現(xiàn)代城市車輛方案而提出的重點(diǎn)目標(biāo),馬勒公司在48 V雙動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了扭矩引導(dǎo)功能,此時(shí)通過將驅(qū)動(dòng)扭矩分配到驅(qū)動(dòng)輪而產(chǎn)生了一種同步轉(zhuǎn)向效果,從而主動(dòng)影響車輛的轉(zhuǎn)向角。中央車橋變速器的單一傳動(dòng)比可達(dá)11.0,因此即使在坡度為30%的上坡路和車輛滿載的情況下也能確保其具有較好的加速性能。

以表2所列的技術(shù)數(shù)據(jù)能進(jìn)行包括各種不同行駛循環(huán)電能消耗在內(nèi)的整車模擬,由此獲得Meet電動(dòng)車的電動(dòng)行駛里程。其最高車速確定為100 km/h,這是按照滿足短途高速公路行駛的要求所決定的。各種不同行駛循環(huán)的整車模擬結(jié)果示于圖10,圖中新歐洲行駛循環(huán)(NEDC)、全球統(tǒng)一輕型載貨車行駛試驗(yàn)規(guī)范(WLTC)和實(shí)際行駛排放(RDE)中最高車速被限制在100 km/h。由于Meet電動(dòng)車具有較高的總效率,因而其電能消耗僅為百公里7.9 k W·h,因此對于城區(qū)范圍內(nèi)(斯圖加特行駛路線)195 km的行駛里程而言,一個(gè)容量為15.4 k W·h的廉價(jià)小型蓄電池就完全滿足需求。假如每天開車上下班平均行駛20 km,那么Meet電動(dòng)車只需每隔7日在充電網(wǎng)站充電1次即可,因此其在駕駛樂趣方面總體上也算差強(qiáng)人意。駕駛動(dòng)力性能模擬表明,Meet電動(dòng)車從停車狀態(tài)1 s就能加速到16 km/h,3 s后就能加速到50 km/h,5 s后其車速就已達(dá)到70 km/h。

表2 馬勒公司Meet電動(dòng)車技術(shù)數(shù)據(jù)

4 整車熱管理

圖10 馬勒公司Meet電動(dòng)車整車模擬結(jié)果

眾所周知,輔助設(shè)備的電能需求對電動(dòng)車的實(shí)際行駛里程具有顯著影響,其中車輛空調(diào)是重要因素之一,例如夏季車廂內(nèi)的降溫和冬季的采暖。實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)都表明,在冬季環(huán)境溫度下的行駛里程會(huì)比額定值減少達(dá)30%～50%。在采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的情況下則有足夠的廢熱可供車廂內(nèi)采暖,而電動(dòng)車的電機(jī)能量損失卻根本不足以用于車廂采暖,其采暖熱能必須由類似于蓄電池供電的正溫度系數(shù)加熱元件(PTC)的附加功能模塊來提供。但在城市車輛上,這種方法對行駛里程的影響過大,主要在于車輛質(zhì)量輕和市內(nèi)平均車速較低,原本用于行駛的能量需求就相對較低,而用于車廂內(nèi)采暖的電能消耗則處于較高的水平。其次,如Meet電動(dòng)車在典型的現(xiàn)代交通(在現(xiàn)有情況下按照平均車速為21 km/h的斯圖加特城市路線來模擬)中用于PTC取暖系統(tǒng)加熱的能量需求高于行駛的能量需求。

為了將用于采暖的能量消耗降低到最低程度,馬勒公司開發(fā)了一種新型空調(diào)方案,具有較高的工作效率而又不會(huì)降低舒適性。在所有采暖方案中,空氣被加熱并在車廂內(nèi)流通,并可通過選擇座位和方向盤處的暖風(fēng)予以補(bǔ)充,而這對于電動(dòng)車而言并不經(jīng)濟(jì),因?yàn)檫@些采暖方法幾乎無法相互協(xié)調(diào),要達(dá)到乘客的舒適體感仍需耗費(fèi)較多的能量。與此相比,新方案是基于2個(gè)相互補(bǔ)充的系統(tǒng)而設(shè)計(jì),通過應(yīng)用局部表面加熱(圖11(a))將乘客達(dá)到舒適體感所需的能量減少到最低,為此將柔韌的加熱薄膜鑲嵌在儀表板、車廂內(nèi)側(cè)壁面襯里和手臂擱座中,這些熱輻射可靈活地按需控制。例如能考慮到乘客的數(shù)量及其位置,且響應(yīng)極快,這對于乘客歷時(shí)較短的短途交通具有特別意義,花費(fèi)較少的電能加熱后通過與熱源的直接接觸就能使乘客很快體驗(yàn)到舒適的感受。

圖11 可個(gè)人調(diào)節(jié)的局部表面加熱(a)和溫差電動(dòng)熱泵(b)

采用該方案,雖然并未完全棄用傳統(tǒng)的方法加熱車廂內(nèi)空氣,不過其在總加熱量中所占的份額卻明顯減少。如上文所述,低流量的熱空氣流仍然是必不可少的,例如為了保持車窗上無水汽及確保車廂內(nèi)必需的換氣。在Meet電動(dòng)車方案中,馬勒公司借助于電動(dòng)冷卻液溫差熱泵(圖11(b))將預(yù)熱要求較低的車廂空氣流所需的能量減少到最低。這種熱泵使得電機(jī)、功率電子器件和蓄電池的廢熱可被加熱系統(tǒng)所利用。與冷卻液-壓縮機(jī)熱泵相比,這種電動(dòng)溫差熱泵具有諸多優(yōu)點(diǎn)：一是其為一種無活動(dòng)零件且無損耗的固體器件;二是其功率系數(shù)(COP)約為2,該數(shù)值在同類產(chǎn)品中相對較高。在城市交通工況下電驅(qū)部件的廢熱的可用性是較為有限的,通常低于100 W,這使得附加采暖裝置的應(yīng)用具有顯著意義,以此可滿足剩余的熱量需求。在配備有壓縮機(jī)熱泵的情況下,通常為此需使用1個(gè)單獨(dú)的PTC加熱元件,因而進(jìn)一步提高了加熱系統(tǒng)的復(fù)雜性。與此相比,電動(dòng)溫差熱泵無需附加部件就可充分發(fā)揮功效,因?yàn)槠鋬?nèi)部可提供必需的熱量,而動(dòng)力總成系統(tǒng)的廢熱還需提升到相應(yīng)的溫度水平。在某些運(yùn)行狀況下,車輛蓄電池的熱慣性也能作為貯存式熱源為電動(dòng)溫差熱泵所用。

在Meet電動(dòng)車上,馬勒公司借助于新型智能技術(shù),與采用天然冷卻劑CO2(R744)工作的空調(diào)裝置相結(jié)合,開發(fā)出了一種高效的熱功率系統(tǒng)和優(yōu)質(zhì)的舒適性系統(tǒng)。與使用PTC加熱器相比,在環(huán)境溫度為0℃的情況下,在WLTC行駛循環(huán)中,Meet電動(dòng)車在蓄電池行駛里程方面所獲得的優(yōu)勢增加到30%,而在斯圖加特行駛路線中甚至可增加到50%(圖12)。

圖12 創(chuàng)新的熱功率顯著增大車輛(開空調(diào))的行駛里程

5 直觀的操作系統(tǒng)

采用直觀的操作系統(tǒng)使駕駛員在車輛行駛期間不必過度分心,可同時(shí)使用諸如導(dǎo)航系統(tǒng)、音響裝置和空調(diào)裝置等功能。馬勒公司已實(shí)現(xiàn)了直觀和簡易的操作系統(tǒng),該方案能使用非接觸式手勢控制、個(gè)性化舒適性調(diào)節(jié)以及車內(nèi)狀況預(yù)設(shè)等功能,例如在牽引蓄電池充電過程期間應(yīng)用智能手機(jī)。

6 結(jié)論和展望

馬勒公司以Meet電動(dòng)車表明了未來電動(dòng)車技術(shù)開發(fā)時(shí)會(huì)面臨的挑戰(zhàn)以及具有的潛力,并基于動(dòng)力總成系統(tǒng)熱管理及操縱方案而開發(fā)出了一種智能系統(tǒng)。Meet電動(dòng)車兼顧高駕駛樂趣、低成本、高舒適性和較高的能量利用率,并采用48 V模塊化+電氣化的方案,從而無需在電壓超過60 V情況下采用法規(guī)規(guī)定的高成本電氣安全保障措施,同時(shí)研究出了一種可替代高電壓的低成本方案。不僅如此,電驅(qū)模塊的應(yīng)用范圍也得以明顯擴(kuò)大,其還可作為獨(dú)立的電驅(qū)部件靈活地應(yīng)用于大型車輛的混合動(dòng)力系統(tǒng),從而有望通過量產(chǎn)以降低成本。由于提高了車輛的總效率,因而只需使用成本較低的小型蓄電池即可,不僅能確保其具有恰到好處的行駛里程,同時(shí)又能使車輛具有較高的舒適性。馬勒公司已成功地研究出最新型的電驅(qū)動(dòng)模塊、表面加熱技術(shù)和電動(dòng)溫差熱泵。