汽车48V P0 混动系统开发及应用

文章来源：《汽车实用技术》发布时间：2020-05-09

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以某车型为基础，介绍了在传统车型上进行48V P0 混动系统开发。1.5L 增压发动机增加48V 电机最大扭矩增加40N.m，整车通过新增48V 系统电池、DC/DC 等核心件完成48V 系统匹配，最终节油率达8.8%左右。

引言

根据国家相关部委的法规分析，国家引导整车企业逐步向低油耗及电动化方向发展。根据乘用车企业平均燃料消耗量要求，企业平均油耗在2020 年降至5L/100km，2025 年目标值4L/100km。为了达到降油耗效果并考虑实际应用，各主机厂对48V 混动系统大力投入开发，本文主要以某车型为例，增加48V P0 系统核心件，通过整车及系统匹配，达到预期的节油效果。

1、48V 系统

1.1 系统概述

该系统为48V P0 系统，属于48V 系统中基础方案，实现简单且成本低。该系统主要通过怠速起停、制动能量回收等来降低油耗。通过48V 电机助力来实现动力性提升。实现的功能主要如下：

（1）怠速启停功能---停机条件满足，等红绿灯时实现自动停机，同时能够自动识别驾驶意图，起步前用48V 电机启动发动机，车辆上电初始设置为打开，该功能可手动关闭。

（2）能量回收功能---含制动能量回收等，此时电机处于发电机模式。

（3）电动助力功能---踩油门加速时，通过电机助力提高整车动力性，此时电机处于电动模式。

（4）扭矩分配功能---根据经济性最优原则来决定发动机与电机的扭矩分配，此时电机处于电动模式。

1.2 系统结构

整车48V P0 系统结构，除了常规的发动机由普通12V发电机替换为48V 电机（含MCU 电机控制器），还需增加48V 锂电池（含BMS 电池控制器）及DC/DC（直流变压器）等去实现混动系统功能。混动系统控制器集成在ECU 中，图1 为48V 系统结构示意图。

（1）发动机（含48V 电机）

搭载1.5L 增压发动机，如图2（a）所示。原12V 发电机替换成48V 电机。48V 电机同时具备发电机和起动机的功能。作为发电机时，在制动时可回收车辆动能；作为电动机时，通过皮带连接到曲轴提供动力。电动模式时，48V 电机额定功率为4kW，峰值功率为14kW，额定扭矩为6N.m，峰值扭矩为60N.m；发电模式时，48V 电机额定功率为5kW，峰值功率为14kW，额定扭矩为8N.m，峰值扭矩为43N.m。

图1 48V 系统结构示意图

（2）48V 电池（含BMS）

48V 电池为48V 用电设备提供电能，如图2（b）所示。其可将制动回收的能量存储，电池容量8Ah，总能量360Wh，SOC 工作范围30%～80%；充电时，BMS 闭合48V 电池系统继电器，电机为电池进行充电；放电时，BMS 闭合48V 电池系统继电器，为48V 电机和DC/DC 提供电量；48V 电池系统不参与充放电工作时，BMS 断开继电器。

图2 1.5L 增压发动机及48V 电池

（3）DC/DC

为整车上48V 和12V 电器网络之间提供电压转换，其需CAN 通讯与整车调试功能，正向输出时，DC/DC 将48V 电池能量传给12 电池。逆向输出时，将12V 电池能量传给48V电池使用。

2、48V 系统控制策略

48V 混动控制系统的功能主要集中在ECU 中，具备启停、加速助力、制动能量回收及上下电管理功能及配合充电功能。当48V 系统条件满足时，整车上电后的第一次启动由48V 电机拖动发动机启动。

车辆行驶过程中，根据驾驶需求，可控制48V 电机工作在电动状态，根据需要发出电动扭矩，实现48V 系统的扭矩分配和助力功能；当车辆处于制动过程中，48V 系统可以通过使48V 电机工作在发电状态，回收能量，给48V 电池充电，实现能量回收功能。

当12V 电池的电量不满足整车需求时，48V 电池可以通过48V/12V 双向DC/DC 给12V 电池提供能量，保障整车用电量需求；当车辆处于怠速，满足条件时，还可以实现启停功能。具体控制策略见图3，控制策略中的具体逻辑见表1。

图3 48V 系统控制策略

表1 具体控制逻辑

3、动力性经济性分析

3.1 发动机外特性对比

原1.5L 增压发动机，低端扭矩为184N.m@1500r/min，最大净扭矩为 210N.m@2000-4000r/min，最大净功率为108kW@5500r/min；增加48V 电机后的发动机，低端扭矩提升为235N.m@1500r/min，最大净扭矩提升为251N.m@1750 r/min，最大净功率提升为116kW@5500r/min。具体参数详见图4 外特性参数对比。通过增加48V 电机，具备低速助力及加速助力功能，整车动力性有所提升，通过怠速起停及制动能量回收功能，为整车降油耗做出贡献。

图4 外特性参数对比

3.2 动力性经济性测试对比

针对某车型，WLTC 工况下，其与传统车在转鼓上进行对比测试，以证明48V 混动系统对整车动力性及经济性的贡献度。两台试验车，除了混动模块零部件区别以外，轮廓、风阻、滚阻及轮胎等其他参数均相同。测试结果如表中所示，最高车速、百公里加速、最大爬坡度及WLTC 综合油耗均有所提升。具体详见表2。

表2 整车动力性经济性测试对比结果

4 结论

本文介绍了一种新型48V P0 混动系统，并对其系统结构、功能定义及系统控制策略进行了详细的说明。

以某车型为基础，开发48V P0 方案，通过48V 发动机台架验证及整车动力性经济性测试，说明该系统对整车动力性经济性有一定的贡献。增加48V 电机后，低速扭矩有35%左右的提升。整车百公里加速时间从12.2S 缩短至10.2S 左右。整车百公里油耗从8L/100km 降低到7.3L/100km 左右，预计节油率8.8%左右，达到了预期的目标。