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基于混合度的HEV车型布置研究
2021-09-18 00:13:06· 来源：旺材动力总成
来源：上海汽车集团股份有限公司技术中心整车集成部1. 混合动力分类混合动力电动汽车总功率是电机的峰值功率与发动机的额定功率之和。根据混合度的大小，混合动
来源：上海汽车集团股份有限公司技术中心整车集成部
1. 混合动力分类
混合动力电动汽车总功率是电机的峰值功率与发动机的额定功率之和。根据混合度的大小，混合动力电动汽车有如下分类。
1.1 微混合型混合动力电动汽车
以发动机为主要动力源，电机作为辅助动力，具备制动能量回收功能的混合动力电动汽车。电机的峰值功率和总功率的比值小于10%。
1.2 轻度混合型混合动力电动汽车
以发动机为主要动力源，电机作为辅助动力，在车辆加速和爬坡时，电机可向车辆行驶系统提供辅助驱动力矩的混合动力电动汽车。一般情况下，电机的峰值功率和总功率的比值大于10%，小于30%。
1.3 重度混合（强混合）型混合动力电动汽车
以发动机或电机为动力源，一般情况下，电机的峰值功率和总功率的比值大于30%，且电机可以独立驱动车辆正常行驶的混合动力电动汽车。
2. 各混合动力优缺点
2.1微混系统
12V启停系统（微混系统）主要有启动机/发电机一体式（BSG）及分体式两种结构，主要起到智能启停作用，节油率一般5%。主要硬件系统由强化后的启动机、发电机及12V电池构成，对基础车型影响较小。
2.2 轻混系统
轻混系统具有技术简单、成本低、技术承接性好及通用性强等特点，相应的由于电机混合度较低，及调控内燃机工况能力有限，节油率一般约15%。
以市场48V轻混系统为例，其主要系统构成有BSG电机、48V电池、DCDC及相应的电池热管理系统等。除微混的启停功能外，新增加速辅助及制动能量回收功能。
2.3 强混系统
强混系统具备高效节能、平顺性好及综合实用性强等优点，节油率约35%以上。
电机的深度参与使得内燃机始终工作在高效率区域，满足了发动机工况解耦，实现了动力系统在车辆行驶中的高速、低速、急加速、急减速等工况下的最高效率。通过内燃机、电机的协调配合，混合动力车型可以实现不同工况相对传统燃油车更为平顺的动力性输出。
动力系统一般采用机电耦合机构配合小容量电池组的策略，让其成本增加可控，并且其采用了成熟的内燃机技术，可靠性高，日常使用需求和传统燃油车相差无异。
3. 强混系统整车布置分析
3.1 动力耦合机构布置
强混系统在前舱的布置会相对复杂一点，在保留原有发动机及传统的相关系统（进排气系统、制动系统、燃油系统、转向系统、电子电器系统等）的基础上，对变速箱及发动机附件进行升级，对应的使用混动变速箱及BSG电机。
混动变速箱主要新增了P3电机及PEB模块，同时为满足纯电模式的润滑和压力，新增电子油泵及线束。新的动力总成布置对原有的前舱会产生很大的影响，主要是新增的混动变速箱上集成了PEB、DCDC模块，同时为了考虑中央通道线束及管路布置难度会采用电子换挡机构，变速箱侧所占的空间会增加一倍，基本和发动机齐平，造成与纵梁间隙不足问题导致变速箱侧的悬置及车身纵梁需要匹配更改，布置时还需考虑悬置安装时制造工具空间是否满足要求。蓄电池一般都布置在变速箱侧的纵梁上方，混动变速箱Z向空间已经侵占蓄电池的布置位置，此时蓄电池需要重新布置在备胎仓或挤占原保险丝盒位置（保险丝盒进行拆分布置）。
其次，冷却系统需要配套混动系统进行升级，混动车型P3电机、PEB及DCDC冷却需新增一套独立冷却系统，包含低温散热器、水泵、水壶及相关冷却管路，低温散热器布置在传统冷却模块前端，固定于MFE不影响原冷却模块结构，独立水壶需要固定在大灯支架上，Z向保证min线高于混动系统出水口20mm同时壶盖满足行人保护要求。
最后，混动系统新增高压系统，需要通过高压线束进行连接，动力电池布置于后方，高压线从前至后连接PEB和动力电池。考虑高压线电磁干扰对车内用电器及乘员影响，高压线建议布置于舱外，走向拐弯半径不小于4D（4倍高压线线径），同时高压线连接动力总成段与周边保留一定的动态间隙。
3.2 能量存储系统布置
在强混动力开发过程中，不同的纯电续航里程要求决定了电池容量、体积及重量。由此需要在早期确定电池的布置策略。
对非外接充电强混车型，电池主要布置在前排座椅底部、后排座椅底部及行李舱。布置在前排座椅底部，电池受到离地间隙及纵向通过角的影响，在Z向的要求就非常严格，对电池挑战太大。目前主流的方案主要是布置后排座椅底部及行李舱。
电池布置在后排座椅底部，大部分日系车企采用此方案，在保证后排人体的坐姿及头部空间的前提下，可能会对第二排进出性及座椅舒适性让步，同时油箱容积相比传统车会减小，电池布置在座椅下方及燃油箱上方。在X向上，对于后排踵板需要尽量向前靠近，对于后悬系统，如果采用四连杆对X向布置有很大的帮助，但采用扭梁结构，就需要将扭梁尽量布置在靠近后轮心区域来增大X向空间，留给电池及燃油箱油泵布置。
在Y向上，主要考虑电池散热的进出风口布置，在不影响座椅布置的情况下，进出风口分布在电池左右两侧，风道及鼓风机靠近电池后端，风道横截面尽量压扁，因为电池还有高压线束需要向前连接混动系统，电池高压线出口需要X向靠前，减少对油箱容积的影响，同时考虑高压线束接插件的装配空间。在Z向上，后排座椅骨架需要尽量Z向做薄，控制坐垫角度防止乘员易陷入并考虑防下潜及翻转，取消坐盆采用特殊的座椅固定支架来增大空间，油箱采用异形设计，同时考虑排气管及换挡拉索的避让。
电池布置在行李舱，为了不影响行李舱空间，首先是考虑取消备胎，利用备胎舱空间来布置电池，但需要根据车身冲压深度确定电池高度，从而确定电池对后行李箱容积的影响，同时考虑电池后边界到后保的X向距离来确定是否满足安全后碰要求。其次需要考虑电池冷却系统，一般考虑风冷策略，冷却方式是通过风机将乘客舱内的空气引向电池进行风冷（风机在电池进风口前方的为吹风，风机在电池排风口后方的为吸风），所以进风风口的位置基本在C柱饰板上方或者二排坐垫前方，不可布置在后行李舱里面。
进风口的风道附近布置有滤芯，需要方便拆卸更换滤芯，排风风口最好能引到泄压阀排到舱外，但占用一部分泄压阀区域，需要确保不影响关门压力。最后是高压线路，基于安全及电磁干扰的考虑，高压线束尽量不要布置在乘客舱内，一般考虑从第二排坐垫下方穿出，这样高压线束线长较短，成本较低同时方便与电池插件对接，但需要考虑与燃油箱的安全间隙，高压线束在车身上得过孔尽量小（开孔尺寸与高压线插件大小有关系），将有利于NVH及车身刚度。
4. 结语
《节能与新能源汽车技术路线图2.0版》规定，至2035年，我国节能汽车与新能源汽车年销量将各占一半，传统能源车型将全部转为混合动力车型。故本文从混合度差异出发，总结了当前市场上混合动力车型结构特点及节油率，并介绍了强混车型动力耦合机构与动力电池包的布置集成内容，希望对混合动力车型前舱及下车体布置集成工作有所借鉴。
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