(视频脚本)超级混动专利详解(3):冬季抖动问题的新知

写在前面:为了准备这集视频,我花了不少时间查阅专利。视频中提到比亚迪在2020年5月29日同一天申请了两件专利,其实比亚迪还有其它若干件关于电池自加热的专利,是一个比较完整的体系。大致分为两类:一是纯电动车使用的电池自加热方法,可以复用电驱,与之前提到的清华欧阳明高团队论文中的方法类似;二是超级混动使用的自加热方法,应用DC/DC回路。除了车辆驻车或充电时使用的电池自加热方法,也有专利提出了行驶过程中对电池进行自加热的方法。限于篇幅,此处不再详述。

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各位久等了。这一集聊一聊双电控与脉冲自加热。估计很多人对DM-i冬季抖动问题仍然记忆深刻,其实这个问题可以说已经解决了。为何这么说,今天这期视频就尝试给出一个解释。头绪很多,限于篇幅,只说3个点:
双电控里的DC/DC回路。
脉冲自加热与冬季抖动无关。
为何超级混动需要大功率的启动电机?
第一个点

先看超级混动专利书中的系统框图。
双电控指的是两个旋转部件的控制,一是驱动电机,二是发电机,这两个部件的控制主要靠逆变器,就是图中这两个。逆变器的作用是在直流电与三相交流电之间进行转换,可以看到,逆变器的交流侧是三根线,直流侧是两根线,详细原理就不展开讲了,是好几本教科书的内容。
这种转换是双向的,能量可以从直流侧流向交流侧,也可以从交流侧流向直流侧。例如,对于发电机,如果汽油发动机带动它发电,那么能量的转换路径为:汽油的热能变为发动机的动能,发动机的动能通过发电机变为三相交流电,逆变器再把三相交流电变为直流电。
同时,这个发电机还可以作为汽油发动机的启动电机,此时,能量的流动路径为:直流电通过逆变器变为三相交流电,三相交流电驱动发电机旋转,发电机带动汽油发动机曲柄及活塞运动,在合适的转速喷油点火,发动机启动。
双电控与动力电池之间有一个DC/DC回路,这个回路可以看做是一个缓冲区。我个人理解,动力电池的电压随SOC电量变化而变化,但双电控的两个逆变器要求直流侧电压相对恒定,所以需要一个缓冲回路。这个缓冲回路除了可以在两个直流电压之间变换,还配了大电容,有稳压功能,也可以说有储能的作用。
第二个点
DC/DC回路的另一个作用是进行“脉冲自加热”,下面进入本视频的第2个点。
比亚迪在2020年5月29日这一天,同时申请了2件专利,都是关于电池自加热的方法,两件专利的背景说明几乎是一样的措辞。但是,这两件专利的公布日期不同,一个是2021年年初公布,另一个是2021年年底公布。




我在之前的视频中引用过脉冲自加热的专利,就是2021年年初公布的那个,其主要特点是电池分为两组,通过DC/DC回路左右互搏。

但是,我现在认为,这个专利引用错了。因为,这个专利要想实现左右互搏,则需要4根线与DC/DC回路连接。而超级混动专利书中的描述,自加热是通过双电控里DC/DC回路实现的,动力电池与这个DC/DC之间只有两根连接线。在电池包的实物上,也可以看出,动力电缆只有两个插头。

所以,对于超级混动发布会上所说的脉冲自加热,我现在认为应该引用的是2021年年底公布的这个专利,但因为其控制波形不像脉冲,所以我称之为锯齿波自加热。这个专利中,电池和自加热回路通过两根电缆连接,与自加热回路对应的,就是超级混动双电控中的DC/DC模块,前面提到双电控的直流母线上有电容,相当于储能模块。整个专利的基本工作原理就是先向储能模块充电,之后储能模块再放电向电池充电,如此往复循环。

我之前探讨冬季抖动的视频中,曾经有一位头条的朋友反馈,说他的车抖动后去4S店升级了DC/DC控制程序。我当时认为,可能是DC/DC控制程序重新标定了启动电池自加热的门槛温度。现在,我认为这个分析是错的,主要原因是,电池自加热在车辆行驶过程中其实不能使用。目前可以确认的是,这个功能只是在低温环境充电时才起作用,可以看看这个视频。
那么,DC/DC控制程序升级是怎样解决冬季抖动问题的呢?我推测,有可能当动力电池在低温下输出电流被限制时,DC/DC的控制做了一些优化,让双电控的直流母线侧电压,在低温下依然能稳定在正常工作区间。直流电压保持稳定,才能让发电机在拉高发动机转速时输出足够的功率,确保发动机启动点火成功。
总之,比亚迪解决抖动问题的升级程序没有升级脉冲自加热功能。当然,如果未来开发了电池预热按钮,对提升车辆冬季性能是有好处的,但现在看,电池即使没有预热,应该也不会发生发动机抖动问题了。
第三个点
那么,接下来讲讲本视频的第3个点,超级混动为何需要一个大功率启动电机?
为了方便理解,这里只用简化的代数计算。根据牛顿定律,F=ma。此处重点看一下加速度a,普通发动机启动点火的转速n1假设是1000转,从0提升到1000转的时间是t1,其对应的加速度为a1。而超级混动发动机点火瞬间的转速要高很多,例如3000转,也就是3倍的n1,因为发动机介入驱动时要输出比较高的功率,前两个视频讲过,3000转对应35kW,另外,超级混动还有一个特点是发动机介入非常平顺,我个人理解,与顿挫相反,平顺意味着更快的动力介入,也就是发动机加速的时间更短,假设从0提升到3000转需要的时间为t2,对应的加速度为a2。
如果t2比t1快4倍,那么超级混动发动机启动时的加速度a2,是普通发动机a1的12倍。也就是超级混动的发动机启动瞬间需要更大扭矩、更大功率的启动电机,与普通启动电机相比,可能要大一个数量级。

我之前视频拍脑袋估计过,超级混动发动机启动瞬间也许需要30kW,上面这些解释就是拍脑袋的过程。
我没有非常准确的参数,所以,只是把这个逻辑讲清楚,供大家讨论和批评。
能坚持看到这里的,我给你点个赞。最近我的视频因为内容越来越偏门,所以播放量也越来越少。对此我没有任何失落或者沮丧,我会继续坚持自己的风格,以原创视角适度深入一些技术细节。
感谢各位的关注,下期再见。