萬 欣，邵 波，孟 成，鄭艷剛，孫 燦

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300）

隨著國家新能源車輛補貼退坡，電池成本居高不下，越來越多的車企選擇48V輕混系統(tǒng)來適應(yīng)越來越高的排放標(biāo)準(zhǔn)。48V輕混系統(tǒng)具有系統(tǒng)成熟度高、整車適配性強、節(jié)油率提升明顯、投入成本低的特點。越野車具有使用地域廣、迎風(fēng)面積大、風(fēng)阻大、車重高、滾動阻力大等特點，為解決車輛高油耗問題，對動力系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計開發(fā)，選用2.0T發(fā)動機搭載48V輕混P0架構(gòu) （圖1），選用BSG啟動／發(fā)電一體電機［1］。

1 48V系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

48V P0架構(gòu)是通過皮帶連接BSG電機與發(fā)動機，電機本身不驅(qū)動車輛行駛，而是作為對發(fā)動機的補充。當(dāng)發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速、低扭矩區(qū)域工作時，通過對48V電池充電，拉升發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)，使其運行在最佳油耗線附近。當(dāng)發(fā)動機處于高轉(zhuǎn)速、高扭矩工作時，48V電池放電增扭，降低發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)，使發(fā)動機運行曲線回落到最佳油耗線附近。通過增加48V輕混系統(tǒng)使發(fā)動機運行保持在最佳油耗線附近，進(jìn)而達(dá)到降低油耗的目的。不同工況下發(fā)動機運行曲線如圖2所示。

圖2 不同工況下發(fā)動機運行曲線

2 發(fā)動機與BSG電機的匹配參數(shù)

作為48V輕混系統(tǒng)的動力源，發(fā)動機與電機的匹配至關(guān)重要，通常發(fā)動機由于慣量大，瞬時響應(yīng)速度慢，組合響應(yīng)較快的電機可以彌補發(fā)動機的不足。越野車迎風(fēng)面積大、車重高，在行駛時需要克服空氣阻力、滾動阻力、坡道阻力等。表1為發(fā)動機、電機參數(shù)表。

表1 發(fā)動機、電機參數(shù)表

3 48V電池選取

目前市場上常用的48V電池有3種，分別是磷酸鐵鋰、三元鋰及以鈦酸鋰為負(fù)極材料的鈦酸鋰電芯。表2為3種電芯產(chǎn)品的性能對照。

4 仿真分析

48V輕混車輛在行駛時，發(fā)動機應(yīng)盡可能工作在高效能區(qū)，并且要維持SOC平衡。在WLTC工況下，仿真分析電機運行曲線見圖3。

4.1 WLTC工況電機仿真分析

通過分析圖3，在48V系統(tǒng)控制策略下，電機運行在高效率區(qū)間 （圖3黃色區(qū)域），電機的運行效率提高［2］。

4.2 48V電池仿真分析

在WLTC工況下，仿真分析48V電池工作情況見圖4。圖4紅色區(qū)域為電池的最大持續(xù)充放電功率，在電池可用SOC范圍內(nèi)，其功率滿足最大持續(xù)充放電功率，48V系統(tǒng)可以滿足WLTC排放要求，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表2 3種電芯產(chǎn)品的性能對照

4.3 48V電池功率計算

圖3 WLTC工況下電機的運行曲線

圖448 V電池的WLTC仿真分析

車輛加速或爬坡電機助力：電機驅(qū)動功率為峰值13kW時，48V電池放電；車輛加速或爬坡多在低擋狀態(tài)下行駛，從燃油經(jīng)濟性方面考慮希望此時BSG電機以大扭矩輸出，相應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速不能過多提升，BSG電機轉(zhuǎn)速在2000r／min或以上工作，效率以0.7計算，以一個周期為30s計算電池放電所需：

車輛制動，電機放電：制動能量回收，BSG電機功率為峰值16kW，48V電池充電；車輛制動能量回收一般在車速較高狀態(tài)下行駛，由于傳動比的關(guān)系，BSG轉(zhuǎn)速較高，以7000r／min計算，效率以0.8計算，以一個制動周期為20s計算電池回收能量：

根據(jù)上述公式 （1）、公式 （2）計算所得數(shù)值，圓整后電池可用能力為155Wh。

5 結(jié)論

通過仿真分析計算，可用能量大于155Wh的電池箱體均可以滿足本車輛使用，并且48V輕混系統(tǒng)可以顯著優(yōu)化發(fā)動機工作點，車輛操縱平順性、穩(wěn)定性提升，車輛節(jié)油效果明顯。48V輕混系統(tǒng)可實現(xiàn)有限的成本投入，大幅度降低車輛的能耗［3］。