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茵卡动力聂卫果:双电机双离合器混合动力系统的技术及应用

2017-11-27 作者:茂胜 来源:中国客车网
  2017年11月19日,中国土木工程学会城市公共交通分会第十届三次会员大会暨2017中国城市公共交通学术年会在广西南宁召开,当天下午举行的“2017城市公交科技进步学术报告会”上,多家企业公司围绕公共交通,智能出行进行研究探讨,为广大人民带来更好的公交服务质量。

  一直致力于提供高效、安全、可靠的动力系统解决方案的茵卡动力新能源江苏有限公司,派出总工程师聂卫果就公司的核心专利技术产品“双电机双离合器混合动力系统”做了主题发言。

  据中国客车网了解,茵卡动力系统(上海)有限公司成立于2011年6月,2013年3月,新西兰梅西大学商业管理硕士王用林在南通创办了茵卡动力江苏公司,从事新能源汽车混合动力电池组项目的研发生产,目前公司电池组已经更新至第三代,新能源汽车动力系统研发领域也成果频出。公司目前成功申报国家高新技术企业,拥有 20多项专利,其中有 5项发明专利。目前客户已经覆盖亚星、安凯、福田、大小金龙等主流客车企业。

  聂卫果的发言经中国客车网独家整理,并约请本人审校,特发布如下:

  茵卡动力新能源江苏有限公司是一家中美合资企业,属于国家级的高新技术企业,公司致力于发展汽车节能环保,提供纯电动汽车、混合动力汽车的电驱动系统的一个解决方案。我们通过与美国EDI公司的合资,引进这项美国插电式混合动力专利技术,这项专利技术是由安德鲁·弗兰克教授研发的成果,该专利技术的研究是从几十年前就开始做了。这个专利系统优势是在动力的耦合技术,主要是控制专利独有的双电机双离合混合动力结构。这项技术在美国的各种不同的车辆上得到验证,取得非常很大的成功,安德鲁·弗兰克也被誉为这个插电式混合动力之父。

 

  茵卡动力通过2016年的合资,把这项专利技术引进到中国,首先在中国的公交客车行业推广,并且取得了非常大的进步。这项专利技术核心的部分就是双电机双离合器的混合动力系统,顾名思义系统是由两个电机和两个离合器集成的,EDI和茵卡动力分别拥有这项技术在美国和中国的专利权。它的基本的工作逻辑就是在开始的时候由主电机以纯电动模式来驱动车辆,当车辆都达到一定车速的时候,发动机启动并直接驱动车辆。辅助电机的主要作用有三个,一是起动发动机,二是发电,再一个就是可以单独的或者配合发动机或主电机一起驱动车辆。专利技术的特点是这两个电机由两个离合器来连接,所以说这两个电机输出扭矩可以相互叠加,特别是在一些特殊的工况,需要大扭矩输出的情况下,这个系统就可以打开发动机端的离合器,闭合双电机之间的离合器,从而提供两个电机叠加在一起的更大的扭矩输出,可以达到更高的爬坡性能要求。

  其次,我们知道电机的效率特性是,要么在低速高扭时高效,要么高速低扭时高效,那么两个电机可以单独驱动,就可以实现电机效率的优势互补,因此效率会更高一些。如果从结构上来看一下,它跟其他形式混合动力系统的不同是:首先是串联,我们大家都知道串联情况基本属于纯电动,它是增程式纯电驱动车辆,发动机带着一个小的发电机,在远距离行使需要补充能量的时候,自动起动发电并提供车辆行驶所需的能源;并联混合动力模式是在发动机跟变速箱之间放一个比较小的驱动电机,这个电机主要用来发电并在车辆起步的时候来驱动车辆;还有一个是混联形式,这种形式结构比较多,在国内用的比较多的就是这种双电机单离合加耦合器的形式,这种形式跟我们这个专利的双电机双离合非常相似。

  唯一的不同在这个ISG电机,单离合系统的ISG电机不能单独驱动车辆,只能跟发动机一起作用。从这个驱动形式来比较来说,我们专利的双离合系统可以实现两个电机的一起驱动或单独驱动,这样可以更好地利用电机的效率特性以实现高效驱动。同样工况下使用时,双电机双离合系统可以通过匹配较小的电机就能够提供车辆所需的动力,以此系统可以做得更小、更轻。

  另外,专利的双离合系统在制动时可以实现两个电机同时回收能量,单离合系统的只能使用主电机来回收能量。因为单离合系统的ISG电机是跟发动机耦合在一块的。并联系统只能是通过一个小电机来回收能量。混合动力在中国发展这么多年,另外我觉得结构创新是一个方面,混合动力的性能表现主要取决于它的控制策略,特别是平顺性的控制。混合动力引入了多动力,不同动力之间的耦合也是非常关键的,这种动力耦合策略大概包含三个部分,一个是起步加速的扭矩响应控制策略。

  我们知道电机跟发动机的扭矩特性是完全不一样的,使用电机驱动必须对扭矩进行限制,从而让扭矩输出符合公交的工况。另外一个就是动力耦合的切换,就是在切换的时候,如果控制不好就会有冲击,就会有震动,就会造成部件损坏,如何让第一个动力源来逐渐的退出,让第二个动力源来逐渐的介入,中间平顺的过渡,这个是非常关键的。另外一个就是制动控制策略,制动冲击的消除都是通过控制操作来实现。

  总结一下我们目前经常遇到的混合动力车一些故障情况,比如说混联系统耦合器的损坏,根据一些客户的反应,有的情况下这个耦合器在半年或者3个月就可以更换一次,还有一个就是差速器磨损、破裂甚至是损坏等等,所有的这些都是因为动力源的切换冲击没有消除,控制策略没有做好,所有这些都会影响到这个车辆驾驶中的舒适性、可靠性。

  我们从去年开始在国内开始进行推广应用,在向济南、万州一些公交公司来提供我们的样车,让客户体验这个技术,我们已经批量在许多公交运营使用。下面举一下应用的案例:一个是在陕西铜川的,这就是用的最早的一个案例,2015年开始到现在20万公里,不插电的情况下,气耗节省30%;二是在山东淄博的这两条线路,平顺性和节能率都得到用户的肯定;三是西安公交,根据客户的要求,我们跟长安大学合作对原有车辆进行技术革新,我们的双离合系统满足了他们对车辆爬坡性能的要求;四是我们跟安凯客车合作四川、重庆等地进行坡道线路的展示运营,因为四川、重庆地区对车辆爬坡要求性能要求比较高,展示运营目前已经超过5000公里,已经得到了当地车主与驾驶员的一致认可,取得了很好的效果,该展示运营还将持续在其他山区城市进行。

  我们专利的双离合系统还批量应用于江苏盐城、甘肃天水等地的公交线路,分别装配的是亚星客车和福田欧辉客车。作为公交客户一定会关心我们匹配的车辆,我们在亚星客车、福田欧辉客车、安凯客车、南京金龙已经进行了成功的配套,同时我们也在跟大小金龙对接,已经提供了双离合系统产品,供大小金龙做台架测试及样车验证。我们也在与苏州金龙、中通客车进行沟通和交流,希望我们的双离合系统能够推广到更多的地方。为推广这种专利技术,我们在今年5月份参加了北京道路运输车辆展,来向客户推介我们的专利产品,这项专利技术的发明人、插电混动之父安德鲁·弗兰克教授也从美国来到中国,在北京做了一个专题的报告。

    以上是关于我们专利的双离合系统技术的一个介绍,因为这次会议主题是关于成本,所以我想花一点时间来介绍一下,公交运营成本跟混合动力系统的联系。首先来看一个我们实际应用的案例,保守估计,混合动力在不插电的情况下可以实现节油30%,以这个数据来计算,根据车辆的使用寿命、行驶里程、燃油/气的价格来计算,混合动力车辆全生命周期内可以节省燃料的费用大概在32万到35万之间,这个结果是一个估算,当然每个地方不一样,可能有差别。另外一个就是除了燃料消耗的节省之外,还有运营维修的成本,这也是很大的一块。我不知道大家有没有注意到,比如说刹车片,因为混合动力加入了电机反拖制动,对刹车片的使用和磨耗将明显减少,因此它的更换会少,发动机的保养也是同样的情况,因为发动机的使用间隔会明显增大,使用的频率会少。对于离合器片来说,由于离合器结合和分离的执行动作是由电脑程序来控制,离合器的结合和分离时相对滑动几乎没有,所以之后离合器的磨损很少。由于没有变速箱,所以变速箱的保养费用为零。另外,柔和及精确的控制大大提升了车辆的平顺性,使得传动系统的冲击很小,部件的损坏就会少,维修成本就会更低。

 

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