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了解本田的插混技术 与石仓誉士畅谈 SPORT HYBRID e+

  • 更新日期 - 2019年11月25日 11:43

在燃油车时代,由于本田对于发动机的极致性能追求,车迷群体中流传着一句话:VTEC is the best!但在新能源车时代,技术宅属性很强的本田其实走的非常慎重。关于本田的 SPORT HYBRID 混动系统大家已经比较熟悉,而本田新推出的基于混动技术研发的插电式混动系统的名称也非常简单,就叫做 SPORT HYBRID e+。在 2019 的广州车展上,我们得到了一次与本田 PHEV 系统开发项目负责人石仓誉士面对面交流的机会。让我没想到的是,这位 1988 年就入职本田的技术专家居然是个挺幽默的人。

关于 SPORT HYBRID e+ 系统

即使本田在新能源领域走的很慎重,但是随着整个行业的变化,本田也逐步将自身产品线向电气化过渡。其推出的 SPORT HYBRID 系列,继 Accord 、 Inspire 、 CR-V 之后,今年扩大到 Odyssey 、 Elysion 等 MPV 车型。可以说从传统的汽油车到混合动力 HEV 的进程已经基本结束,接下来面向中国市场主要的变化就是要推出插电式混动 PHEV,最后发展到 EV。从技术发展演变过程来看,PHEV 是最接近 EV 车的系统,这也是本田对于 SPORT HYBRID e+ 系统整个介绍过程中多次提到的一个信息点。

了解本田的插混技术 与石仓誉士畅谈 SPORT HYBRID e+

本田的工程师喜欢自研,在面对新的工业需求时,他们希望把技术从头到尾都研究清楚。其实早在 2013 年最早的 i-MMD 车型上市,9 代的雅阁,就是同时提供插电版本和非插电版本,也就是说早在 2013 年已经有了 i-MMD Plug-In。所以说 SPORT HYBRID e+ 系统在成熟度方面其实已经有超过好多年的考量,车展现场带来的这台 Clarity PHEV 车型目前也已经日本和美国等几个市场销售。

SPORT HYBRID e+ 系统的技术亮点

说到 SPORT HYBRID e+,就不得不提到 SPORT HYBRID i-MMD 这个平台,实际上这两者在元件上、结构上都是共通的。了解丰田和本田混动系统的人都知道本田混动车型其实在 EV 方面的性能方面本来就非常的出色。对于 SPORT HYBRID e+ 系统来说,这套系统在i-MMD平台的基础上又进行了强化,其中主要的改动点一个是电池组,还有一个是PCU板块。

1.SPORT HYBRID e+ 系统的电池组

SPORT HYBRID e+ 系统对比SPORT HYBRID来说,首先是电池更大。以参数来看,Clarity PHEV 搭载了 17kWh 的松下三元锂电池,现款雅阁 SPORT HYBRID 上的使用的是约 1.3 kWh的锂电池。

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在 PHEV 车型上系统最低要求的工作电量为 20%,也就是说 PHEV 系统上最少电量的时候都有3.4kWh,这个几乎是 hev 版本最大电量时候的 3 倍。大电池带来的好处是 AER(EV续航里程)可以达到 114 公里左右。而且在 PHEV 车型上,EV驱动的最高速度达到160km/h,相比 HEV 车型扩大了 EV 驱动模式的使用范围。这样的好处就是无论是市区还是高速都可以使用纯电模式。

值得一提的是 Clarity PHEV 仅有一个 26L 的油箱,但依赖这个小油箱,结合大约 114 公里的纯电续航里程,整车总续航里程是 842.6 公里左右。

了解本田的插混技术 与石仓誉士畅谈 SPORT HYBRID e+

对于插电式混动车型来说一般来讲改良都会增加电池,但是增加电池容量体积必然会增加,所以电池可能就会被放在后备箱或者后座位的下方,但这样乘客的乘坐空间会被压缩,本田 SPORT HYBRID e+ 系统为了解决这个问题,工程师也花费了一番功夫。以 Clarity PHEV 举例子,电池组是集中放在前座和后座的地板下方,这样一来轿车的后排座位脚部的空间会更大,确保了乘客的乘坐空间的舒适性和宽敞,这实际上也是在提高 EV 性能的基础上增加了舒适度的考虑。

2.SPORT HYBRID e+ 系统相比 SPORT HYBRID 的改进

本田的插电式混动同样采用了双电机的形式,这两个电机的类型也和普通的 iMMD 一样,一部是驱动用、一部是发电用,其中发电用的电机和现款雅阁 SPORT HYBRID 上的发电用电机是一样。但是 Clarity PHEV 采用的燃油发动机是 1.5L 的阿特金森发动机,规格小于雅阁锐混动的 2.0L 阿特金森发动机。

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在 Clarity PHEV 上的,PCU(动力控制单元)和 i-MMD 上的大小虽然差不多,但是在 PCU 方面的改变很多,其中最重要的是 VCU(电压控制单元)的创新和改进。VCU(电压控制单元)采用交错回路,升压系统进行了改造,原来是一相的升压,现在改成了两相交错的升压。

了解本田的插混技术 与石仓誉士畅谈 SPORT HYBRID e+
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SPORT HYBRID e+ 系统的研发花费了八年时间才完成,一开始 PCU 还没办法做到小型化、压缩体积,曾经一度放在后备箱里,但是这样肯定不符合本田对于技术的追求。后来在SPORT HYBRID e+ 系统上驱动电机的制造方式也进行了改变,由插入制法方式变为分段线圈定子结构,这使得绕组占积率从原来的 48% 上升到 60%,而电机总体实现了 23% 的小型化,功率密度比以往(相比现款混动雅阁)提高到 1.4 倍,扭矩密度提高到 1.3 倍。

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在SPORT HYBRID e+ 系统上通过采用全新的磁耦合电感,大幅提升电压控制单元VCU(电压控制单元)的持续功率和功率密度,插电式混动版 VCU 的持续功率相比现款雅阁 SPORT HYBRID 提高了 3.3 倍。而且解决了在一个组件上布置更多传感器而不受影响的问题。

3.SPORT HYBRID e+ 系统的冷却设计

为了保证更好的冷却,电池组采用了水冷系统。电芯的下方是一个 3 毫米厚的水套,冷却水从里面通过。而且水套和电池组的贴合度非常高,通过这种方式进行冷却从而达到轻薄化。为了电池组的轻薄化,本田考量了电池组的位置和水套的薄度,同时也将尽可能多的部件放到继电器当中。

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从切割模型上来看,冷却水进入电池后分为四大管道,为了保证流量的均衡从而实现温度的均衡,冷却水入口和出口的温度差可以控制在1到2度。为了控制体积,车辆后部的充电口实际上也是和冷却系统连在一起的。本田在高温和高寒地区对这套系统也进行过测试,50度的美国死亡谷和零下30度的寒冷地区都可以正常工作。电池的使用寿命,会超过十五年。

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电池组的盖子是树脂做的,本身就具有隔热性能。底部的金属板是铁制的,中间的部分会稍微浮起来一点,不会直接贴在底板上。所以整个电池组本身就是隔热的体系。电池组是直接固定在金属底板上的,但是水套不是固定在底板上的,而是有弹簧支撑的,是悬空在底板上的,通过这样一种方式增加了空气流通,增加了隔热的功能。

专访本田技术专家石仓誉士

1988年宅宅男网,电影网宅男,宅男网盘,福利网宅男,宅男网站,宅男吧,宅男福利吧,宅男神器,石仓誉士进入本田技研工业株式会社,开启了他在本田的技术研发职业生涯。从 1991 年起到今天,28 年来他便一直致力于车用电池的开发工作。

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为了新能源的布局推进,本田计划将于 2020 年向中国市场投放搭载插电式混动系统 SPORT HYBRID e+ 的车型。其实大家都非常关心明年会是哪台车型最先使用 SPORT HYBRID e+ 技术,但是关于市场计划方面的消息,幽默的石仓誉士选择了避而不谈。所以专访环节我们还是专注于技术层面和石仓誉士进行了一番交流。

问题1:Honda 对于车型电池的衰减情况测试会采用什么方案,比如 4S 店的售后精确测试会采用什么技术方式?而车子本身自检的粗略测试会采用什么技术方式?可否会在车机系统中控屏上展示一个页面,和手机系统一样展示剩余的电池健康、电池容量剩余半分比?

答:首先,在设计之初,我们对电池组的寿命就设计得非常长。另外,为了保证均衡性,我们始终会进行监控管理。其实我们对所有的电芯的电压和电流都有监控,从数据中会判断电池组的健康状况。相当于每一块电池的状态在日常使用中都进行监控管理,这一款车在日本和美国销售,在有销售的国家,我们会随时将数据上传到服务器中,分析电池的健康状况。

在 4S 店中我们会用到 HTDS 的监控单元组,只要连接到电池上,对电池的状况即可一目了然。所以一般来讲,用户正常使用的情况下,十年到十五年电池容量的衰退量会控制在 10% 到 20%,因此车内不会有显示电池状况的页面。虽然不会随时随地的显示,但是电池组哪怕出现了一点问题,我们会马上反馈给用户。

问题2:关于未来对于电池的选择策略,可否举例具体的案例。比如 Jeep 指挥官 PHEV 参考电池 NCM 的配比,选择了 NCM333 的电池,因为这个电池的循环性和安全性比较好,因为 Ni 元素的含量越高,材料的热稳定性越差。

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NCM333 电池在 260 ℃ 以上才开始发生热失控

答:现在本田采用的电池是三元锂电池 NCM333。三元锂电池中三种元素配比不同是有原因的。最大的原因就是会影响成本,其中的元素钴越少,成本就越低。所以如果需要降低成本,可以减少钴的含量和配比。另外,提高电池的能量密度,也是一种降低成本的方式。这个涉及到电池的成分,正极采用的是铝,负极用的是铜。目前有两种方法,一种是做一个较大的电极,正负极使用铝和铜。另一种是做一个小和厚的,元素涂厚一点。相比较而言,是做得较小的这一种反而用的量会减少。

所以简单来说,汽车品牌做 EV 或 PHEV 的时候,都会尽可能增加电池(容量),那么就会首先提高能源密度,其次降低电池成本,这是每个品牌都在摸索的方向。所以为了延长续航里程并降低成本,我们在电池能量的配比上都是从最开始的“333”(镍 3 锰 3 钴 3)到后面的“523”,然后到“811”,这就是我们所说的通过减少钴的含量控制成本的方式。每种配比做出的电池性能肯定有所不同,目前“811”这种配比的电池市面上有售的,寿命也是可以得到保障的。

问题3:Honda 目前在中国市场推行的 HEV 产品,售价与相对应的燃油版车型相比,相差并不是很大。那么 PHEV 系统的成本相对于 HEV 和传统燃油系统来说,大约处在一个什么水平线上呢?

了解本田的插混技术 与石仓誉士畅谈 SPORT HYBRID e+

未来非纯电车型的最高配可能都会是插混

答:PHEV 与 HEV 相比最大的不同在于电池的搭载量,所以电池搭载得多,成本就会相对提高。在性能相同的情况下,价格高的消费者在选择时一定会犹豫。但我们这款车 EV 的性能也非常好,首先静谧性非常好,在行驶的时候也非常安静,同时性能也非常杰出,所以我们面向的是比燃油车更高一个层次的(车型)。虽然成本有所提高,但无论在 EV 或是整个车身的材质选择上也希望消费者能感受到物超所值,提供更好的乘坐感受和体验。

问题4:本田在低温环境下的电池消耗、保证电池寿命上是否做过试验呢?

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螺丝凸出来的部分可以加一个 PTC 加热器

答:这个电池系统在零下 30 度的环境下照样可以启动电机。这辆车在加拿大有所销售,最冷可以达到零下四十度,因此在中国的寒冷环境也可以正常行驶。加拿大销售的这款车有所不同,螺丝凸出来的部分是面向加拿大的规格,针对当地的寒冷天气,加拿大的车型销售时会加一个 PTC 加热器。这一系统采用树脂和金属的材料和悬浮式的结构,实际上整一个的电池单元形成了一个格的结构,只要加一个小小的加热器就可以维持温度。现在大家看到的这一款 Clarity 的插电混动,在研发的时候确实是针对美国、加拿大和日本市场设计的。但电池组在研发的时候考虑的是全球市场,所以可以满足非常高热的地区,也可以满足非常寒冷的地区。不管是 EV 或是插电式混动也好,里面都需要电池,所以我们也深知电池的安全性、寿命、耐用性是普遍关心的话题。所以水冷系统和加温系统也是能充分保证电池组的温度均一,也有助于电池组延长寿命。

编辑总结 /

从传统的汽油车到混合动力 HEV,再到插电式混动 PHEV,最后发展到 EV,从上述技术发展演变过程来看,PHEV 是最接近 EV 车的系统。本田 2025 年之前将向中国投放包括 HEV、PHEV、EV 在内的 20 款以上电动化车型。其中 2020 年会向中国市场投放搭载插电式混动系统SPORT HYBRID e+ 的车型。不知道本田在纯电动平台车型引进方面会在什么时候给我们一个准确的消息。

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