比亚迪唐混动系统详解

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摘要 ...................... 错误!未定义书签。错误!未定义书签。错误!未定义书签。第一章比亚迪唐双模混动系统概述 .. (333)

1.1．比亚迪唐混动系统发展历程 (333)

1.2．比亚迪唐改进版与丰田THS-II系统的比较 (555)

第二章 DMⅡ改进版混动系统动力总成组成及原理 (777)

2.1. BYD487ZQA 2.0TI汽油发动机 (888)

2.1.1．双质量飞轮（DMF） (999)

2.2. 前后电机 (101010)

2.3．六速湿式双离合变速箱6HDT45 (131313)

2.3.1．双离合器 (141414)

2.3.2. 发动机动力传递齿轮系 (151515)

2.3.3. 电机动力传递齿轮系 (171717)

2.4.4．混合动力传递齿轮系 (191919)

2.3.5. 充电齿轮系 (191919)

2.3.6. 电液控制模块 (202020)

2.4. 前后电机控制器总成 (222222)

2.4.1. 前电机控制器总成 (222222)

2.4.2. 后电机控制模块 (262626)

第三章DMⅡ改进版混动系统动力电池总成 (262626)

3.1 动力电池包 (272727)

3.1.1. 电池信息采集器及采样线 (292929)

3.1.2. 负极接触器 (303030)

3.1.3. 分压接触器 (323232)

3.1.4. 漏电传感器 (333333)

3.1.5. 正负极引出插孔及采样线接口 (333333)

3.2. 高压配电箱 (343434)

3.2.1. 高压配电箱内部构造及作用 (353535)

3.3. 电源管理控制系统 (363636)

第四章行车模式 (383838)

第五章总结 (434343)

参考文献 ................. 错误!未定义书签。错误!未定义书签。错误!未定义书签。

第一章比亚迪唐双模混动系统概述

1.1 比亚迪唐混动系统发展历程

2015年1月，比亚迪•唐全新双模混动SUV（Plug in Hybrid Electric Vehicle，插电式）上市，该车应用的混合动力系统是在比亚迪DMⅡ代混动系统的基础上在后轴增加了一台电机，形成了三擎四驱双模的混合动力系统（下文统称DMⅡ改进版混动系统）。比亚迪DMⅡ代改进版混动系统采用并联混动模式，在动力方面不再是在前轴上将一台发动机+两台电机进行混联对外进行动力输出，而是采用前轴由发动机和前电机并联驱动，后轴由后电机单独驱动的动力组合方式，行成了发动机和驱动电机动力并行输出的四驱动力系统。比亚迪DM混动系统共经历三代改进，分别为DMⅠ代、DMⅡ代和DMⅡ改进版具体情况如下：

（1）比亚迪DMⅠ代混动系统代表车型比亚迪F3DM，DMⅠ代混动系统采用混联的动力组合方式（见图1—1），具有独特的双模系统、无变速器传动系统和双真空泵的特点。但由于当时的技术限制DMⅠ代混动系统没有动力耦合装置、输出端只有

图1—1比亚迪DMⅠ代混动系统

固定的传动比（没有变速器）和没有高效的动力控制逻辑，只是用离合器将发动机和电机简单的联系在了一起，造成F3DM在高速等工况下工作状况不尽理想。

（2）比亚迪DMⅡ代混动系统代表车型比亚迪秦，DMⅡ代混动系统采用并联的动力组合方式（见图1—2），具有独特的双模系统、DCT动力耦合装置和单电机直接驱动（动力不经过变速器）的特点。DMⅡ代混动系统增加了DCT动力耦合装置使传动比更加广泛，并取消了DMⅠ代双电机的混联模式，采用了前轴单电机的并联模式，前轴用一台功率更高的电机取代了上一代的双电机，并且电机通过主减速器直接驱动车轮不经过变速机构。

图1—2比亚迪DMⅡ代混动系统

（3）比亚迪DMⅡ改进版混动系统代表车型比亚迪唐，DMⅡ改进版混动系统采用混联的动力组合方式（见图1—3），具有独特的三擎四驱双模系统、DCT动力耦合装置和前后轴电机驱动的特点。比亚迪DMⅡ改进版混动系统在DMⅡ代混动系统的基础上在后轴上增加了一台电机，用于行成了三擎四驱双模系统，并且前电机不再直接输出，而是和发动机的动力经DCT动力耦合装置分配后输出。

图1—3比亚迪DMⅡ代改进版混动系统

三擎四驱双模即三个动力引擎、全时电四驱和双模式（EV模式和HEV模式）。DMⅡ改进版混动系统系统属于比亚迪公司542科技计划，542科技标准为百公里加速时间5秒以内是性能标准，极速电四驱是操控的安全标准，百公里油耗小于2升是油耗标准。

1.2比亚迪唐改进版与丰田THS-II系统的比较

丰田公司的第二代混合动力THS-II（Toyota Hybrid System Gen.II），采用混联的动力组合方式，采用无离合器式电控无级变速器，并利用行星齿轮结构作为发动机与双电机的动力耦合装置，由于行星排的使用使THS-II混动系统的动力分配极为优秀。

与丰田THS-II系统不同的是，比亚迪唐DMⅡ改进版混动系统采用发动机 - 变速箱 - 前电机 - 电池 - 后电机的混联控制逻辑，其动力耦合装置为6速混合动力湿式双离合变速器6HDT45（与前桥电机并联整合在一起，使BYD487ZQA2.0TI汽油发动机与前桥电机的输出动力能叠加作用于车辆的前轴或将发动机的动力输入前桥电机进行发电）只能与发动机和前电机直接连接，而后电机只能通过电池组与前电

机间接串联，最后并联对外进行动力输出，结构对比见图1—4。

图1—4 丰田THS-II系统与DMⅡ改进版混动系统对比

该种控制逻辑的优点在于后电机安装于后轴上实现了全时极速电四驱，这种四驱形式淘汰了传统传动轴节省了车身空间、使操控时的响应速度更为快速，并且发动机、前电机和后电机在在高负荷下并行对外进行动力输出，动力更为强劲（三个引擎同时对外输出）；缺点在于发动机要给后电机输送动力的话，需要先输送动力给前电机，由前电机给电池组充电，再由电池组给后电机输出电流，最后驱动后电机，中间过程增加了两次能量转换的过程，大大影响了能量的回收率，而急加速或者飙车的状态下，所有机组都在输出，无法给电池充电，也降低了能量回收率，并且后电机不直接与变速箱连接，导致了变速箱无法直接统一调配动力，在启动和加速阶段，前后驱动力容易互相冲击和倒拖造成整车平顺性差。

并且由于丰田公司的第二代混合动力THS-II系统采用阿特金森循环发动机，其特点为发动机压缩行程比膨胀行程短，形成了压缩比小于膨胀比且热效率更高的阿特金森循环。由于采用了阿特金森循环发动机，使THS-II混动系统经济性更高；而比亚迪DMⅡ改进版混动系统采用普通的奥托循环发动机，其发动机压缩行程和膨胀行程相同，压缩比和膨胀比相同，热效率较低。

第二章 DMⅡ改进版混动系统动力总成组成及原理

比亚迪—唐DMⅡ改进版混动系统动力总成主要由BYD487ZQA 2.0TI汽油发动机（双质量飞轮）、6速湿式双离合变速箱6HDT45（并联前电机、内置双离合器、电

液控制模块、发动机传动齿轮系及电动机传动减速器齿轮系、充电中间齿轮及差速

器总成）、前后驱动电机、前电机控制模块（逆变器，直流高低压转换DC/DC总成）

及后电机控制模块（逆变单元）等组成，见图2—1。

后电机控制模块

前电机控制模块

图2—1 动力总成主要部件

2.1.BYD487ZQA 2.0TI汽油发动机

比亚迪•唐双模混动SUV安装了型号为BYD487ZQA 2.0TI的奥托循环发动机，该发动机为直列四缸四气门废气涡轮增压+缸内直喷发动机，采用双质量飞轮（DMF），

采用按需供给二次升压的燃油供给系统、双顶置凸轮轴（DOHC）、双可变气门正时

（DVVT）和电控EGR系统及双平衡轴，自带起动机（见图2—2）。

发动机主要参数为：排量1.999L 、缸径87.5mm 、行程83mm 、压缩比10:1、额定功率151/5500（KM/rpm ）、最大扭矩320/（（1750—4500）Nm/rpm ）和油耗2.62达到了国Ⅴ排放标准。

2.1.1 双质量飞轮（DMF ）

传统离合器只是通过从动盘中的扭转减震器来抑制传动系统的振动，但由于普通离合器无法抑制传动系统共振现象的产生，因此在发动机运行过程中车辆仍存在较大振动。

当发动机的激励频率（扭矩波动）与传动系统某介固有频率（与传动系统整体转动惯量有关）想接近或重合时，传动系统便会出现共振（扭转共振）现象，传动系统振动加剧并使扭转节点处的应力增大，降低系统零件寿命，当传动系统发生共振时的转速称为共振转速。因此抑制共振产生的最简便明显的方法便是使传动系统的固有频率小于发动机最小的激励频率一定值，但由于发动机的激励频率无法控制

燃油压力调节阀 高压油泵 EGR 电磁阀

电子节气门 排气凸轮轴正时

调节器

增压压力限制旁

通阀 进气凸轮轴正时调节器 增压空气再

循环阀

V6 废气涡轮增压

器 增压压力限制电

磁阀 进排气OCV 阀

图2—2 BYD487ZQA 2.0TI 发动机部分部件安装位置

而传动系统的固有频率可以通过改变传动系统的转动惯量来控制，因此双质量飞轮应运而生。

双质量飞轮主要由第一飞轮（初级质量）、第二飞轮（次级质量）和弹性元件（减震器）组成见图2—3，由于DMF中加装了减震器，因此在装有DMF的车辆其离合器中的从动盘取消了扭转减震器，使离合器整体质量降低变速器换挡更加平顺。DMF第一飞轮与发动机曲轴直接连接起到传统飞轮的作用用于启动和传递发动机动力，但其质量比传统飞轮质量小很多（转动惯量减小），因此其给曲轴施加的负载减小；第二飞轮与6HDT45变速器的双离合器主动部分直接连接起到附加质量的作用，用于提高传动系的转动惯量，由于第一飞轮与第二飞轮之间通过大容量扭矩的弹性元件间接连接，其对第一飞轮的影响忽略不计，因此第二飞轮可以在不增加发动机本身转动惯量的前提下增加传动系统的转动惯量（大的转动惯量会降低系统的固有频率），使传动系统的固有频率降低并低于发动机的最低激励频率一定值，进而使传动系统的共振转速低于发动机怠速转速（共振转速不在发动机转速范围内），以此来减小传动系统的振动程度提高舒适性（但启动时还有振动）。

图2—3 双质量飞轮内部构造

前后电机

比亚迪•唐双模混动SUV前后电机均采用重量轻、体积小、效率高的三相交流永

磁无刷同步电机，其最大输出功率110KW 、额电功率40 KW 、最大扭矩200N.m 、最高工作转速10000r/min 、额定电压706V ，前后电机外观见图2—4。

前后电机功能不同，前电机可以做为发电机（直接发电和能量回收）和驱动电机使用，但后电机除能量回收时发电外，其余时间仅用于驱动车辆。

前后电机结构相同，主要由三相定子线圈总成、永磁转子总成和旋转变压器（旋变器）组成。三相定子线圈总成采用分布式绕组，以降低振动、并确保高速运行期间扭矩平稳，驱动时产生旋转磁场，发电时产生三相感应交流电；永磁转子总成采用固体永磁铁，共有4对磁极，驱动时产生旋转力矩，发电时产生旋转磁场；旋变器由旋变线圈（二相线圈）和信号转子（与永磁转子总成同轴旋转）组成，用于检测电机转子的转角和转速，并分别将信号反馈给前后电机控制模块，用于前后电机的闭环控制，具体见图2—5。

图2—4 前后电机外部

图 2—5 电机电子和转子 定子线圈 三相输入 温度接插件 冷却水道 旋转变压器 旋变小线 转子铁芯

六速湿式双离合变速箱6HDT45

比亚迪•唐双模混动SUV采用了比亚迪公司专门针对混合动力汽车研发的6速混合动力湿式双离合变速器6HDT45，变速器内部集成了双离合器、发动机动力传递齿轮系（发动机动力传递和变扭）、电机动力传递齿轮系（三根减速器轴系，前电机动力传递和减速增扭）、充电齿轮系（充电中间轴系，发动机驱动前电机发电）、主减速器和差速器总成以及电液控制模块等部件组成，见图2—6。

图2—6 6HDT45变速器内部构造

6HDT45变速器与前电机并联为一个总成（前电机独立于变速器外部，未被集成与变速器内部），前电机输出轴与变速器电机传动减速器输入轴直接连接，见图2—7。因此，6HDT45变速器动力输入存在三种情况：发动机单独输入（HEV模式，此时前电机变为发电机对动力电池进行充电）、前驱动电机单独输入（EV模式）以及发动机和前驱动电机共同输入（HEV模式）。

图2—7 前电机与6HDT45变速器耦合关系

2.3.1.双离合器

离合器是发动机与变速器之间的连接装置，负责控制发动机与变速器之间的动力传递，以保证汽车起步平稳、减小换档冲击和防止传动系统过载。但传统的离合器在汽车进行换档的过程中存在的动力传递暂时中断的现象，使发动机的一部分输出动力无法用于驱动车辆，降低了发动机动力的利用效率，为此双离合器应运而生。

6HDT45变速器双离合器总成由离合器K1和离合器K2组成（见图2—8），其分别与6HDT45变速器的输入轴1（实心轴，套与输入轴2中）和输入轴2（空心轴）通过花键连接。双离合器为消除换档时动力传递暂时中断的现象，其控制不同档位动力传递的控制逻辑为相邻档位之间的动力传递由不同离合器来进行控制，即离合器K1只控制一档、三档、五档和倒档的动力传递，而离合器K2只控制二档、四档和六档的动力传递；当挂入某一档位（如一档）时与之相邻的下一档位（如二档）的同步器同时结合，当二档的条件满足时ECU直接控制离合器K1分离同时离合器K2结合，二档齿轮对外进行输出

双离合器利用不同离合器控制相邻档位的动力传递。当车辆以某一个档位行驶时，ECU预先将下一个工作档位同步器啮合，当达到换档点时，将正处于结合状态的离合器分离，处于分离状态的离合器结合，完成换档动作；换档平稳，并且没有动力中断。

图2—8 双离合器内部构造及其连接

2.3.2.发动机动力传递齿轮系

6HDT45变速器内部集成的发动机动力传递齿轮系：输入轴1、输入2、副轴1（一、二、三、和四档）、副轴2（五、六和R档）和倒档中间轴及相应齿轮(见图2—9)。

发动机动力传递齿轮系主要负责发动机动力传递、改变速比和改变传动方向等，并根据车辆的实际工况将发动机的动力用于驱动车辆或者驱动前电机进行发电。

输入轴1和输入轴2通过花键分别与离合器K1和离合器K2连接，其上的档位齿轮通过花键直接与轴连接。

图2—9 发动机动力传递齿轮系

副轴1在变速器内部，两端通过轴承支撑在变速器壳体上，通过一、二、三和四档齿轮与输入轴连接，并通过减速器主动齿轮1与主减速器和差速器总成连接对外输出。副轴1上的档位齿轮通过轴承空套于轴上，同步器花键毂内花键与轴进行刚性连接，减速器主动齿轮1通过花键固定在轴上。

副轴2在变速器内部，两端通过轴承支撑在变速器壳体上，通过五档和六档齿轮与输入轴连接，同时通过R档齿轮与倒档中间轴连接，并通过减速器主动齿轮2与主减速器和差速器总成连接对外输出。副轴2上的档位齿轮通过轴承空套于轴上，同步器花键毂内花键与轴进行刚性连接，减速器主动齿轮2通过花键固定在轴上。

倒档中间轴在变速器内部，两端通过轴承支撑在变速器壳体上，通过倒档主动

齿轮与输入轴1连接，并通过倒档从动齿轮与主减速器和差速器总成连接对外输出，其上的档位齿轮通过花键与轴相连接。

各档位动力传递路线如下：

①一档：离合器K1→输入轴1→输入轴1上的一档齿轮→副轴1上的

一档齿轮→副轴1上的一档同步器→副轴1→减速器主动齿轮1→主减速器

与差速器总成。

②二档：离合器K2→输入轴2→输入轴2上的二档齿轮→副轴1上的

二档齿轮→副轴1上的二档同步器→副轴1→减速器主动齿轮1→主减速器

与差速器总成。

③三档：离合器K1→输入轴1→输入轴1上的三档齿轮→副轴1上的

三档齿轮→副轴1上的三档同步器→副轴1→减速器主动齿轮1→主减速器

与差速器总成。

④四档：离合器K2→输入轴2→输入轴2上的四档齿轮→副轴1上的

四档齿轮→副轴1上的四档同步器→副轴1→减速器主动齿轮1→主减速器

与差速器总成。

⑤五档：离合器K1→输入轴1→输入轴1上的五档齿轮→副轴2上的

五档齿轮→副轴2上的五档同步器→副轴2→减速器主动齿轮2→主减速器

与差速器总成。

⑥六档：离合器K2→输入轴2→输入轴2上的六档齿轮→副轴2上的

六档齿轮→副轴2上的六档同步器→副轴2→减速器主动齿轮2→主减速器

与差速器总成。

⑦R档：离合器K1→输入轴1→输入轴1上的一档齿轮→倒挡中间轴

主动齿轮→倒挡中间轴→倒挡中间轴从动齿轮→副轴2上的倒档齿轮→副

轴2上的倒档同步器→副轴2→减速器主动齿轮1→主减速器与差速器总成。

2.3.3.电机动力传递齿轮系

6HDT45变速器内部集成的电机动力传递齿轮系：由减速器输入轴、减速器中间轴、减速器输出轴及其上的充电/驱动同步器和相关齿轮组成见图2—10。

图2—10 电机动力传递齿轮系

电机动力传递齿轮系主要作用是将前电机的动力进行减速增扭后对外输出驱动车辆；同时它还将发动机的动力传递给前电机，驱动前电机发电为动力电池充电。

减速器输入轴与前电机转子同轴，用于将前电机动力输入变速器或者将发动机的动力传递给前电机，另一端通过花键与齿轮8连接，齿轮8与减速器中间轴上的齿轮6常啮合（进行动力传递）。

减速器中间轴两端通过轴承悬置于变速器壳体内部，齿轮6通过花键与轴连接，用于传递前电机的动力或者驱动前电机。

减速器输出轴两端通过轴承悬置于变速器壳体内部，齿轮3和齿轮4通过轴承空套于减速器输出轴上，齿轮5 通过花键与减速器输出轴连接，并与减速器中间轴上的齿轮6常啮合，用于传递前电机的动力或者驱动前电机。其上的充电/电动机驱动同步器用于在充电或者前电机动力输出两种情况下根据实际情况分别控制减速器输出轴上的充电齿轮（齿轮4）或者电机驱动齿轮（齿轮3 ）与减速器输出轴进行连接，传递动力。

动力传递路线如下：

前电机驱动（动力输出）：前电机（驱动电机）→前驱动电机输出齿轮→减速器输入轴主动齿轮→减速器输入轴→齿轮8→齿轮6→齿轮5→减速器输出轴→充电/电机驱动同步器→齿轮4→主减速器和差速器总成。

2.4.4混合动力传递齿轮系

混合动力传递齿轮系由发动机动力传递齿轮系和电机动力传递齿轮系组成，当车辆满足进入混动模式或人为打开混动模式时，前电机控制模块先根据车辆状况、动力电池状况等计算出合适的发动机和前驱动电机的理想输出动力后，再控制发动机和前驱动电机输出相匹配的动力，输出动力经发动机动力传递齿轮系和电机动力传递齿轮系共同作用于变速箱主减速器和差速器总成上对外输出。

2.3.5.充电齿轮系

充电齿轮系：由充电中间轴、主动齿轮（齿轮1）和从动齿轮（齿轮2）组成，见图2—11。

充电中间轴两端通过轴承悬置于变速器壳体内部，通过花键与主动齿轮（齿轮1）和从动齿轮（齿轮2）进行刚性连接，而主动齿轮与副轴1上的二档从动齿轮啮合进行动力传递，充电中间轴主要用于在充电状态下与电机动力传递齿轮系配合将发动机的动力传递给减速器输出轴上的充电齿轮（齿轮3）。

动力传递路线如下：发动机→双质量飞轮→双离合器中的离合器K2→输入轴2→输入轴2上的二档主动齿轮→副轴1上的二挡从动齿轮→充电中间轴上的主动齿轮（齿轮1 ）→充电中间轴→充电中间轴上的从动齿轮（齿轮2 ）→减速器输出轴上的齿轮3→充电/电机驱动同步器→减速器输出轴→减速器输出轴上的齿轮5→减速器中间轴上的齿轮6→减速器输入轴上的齿轮8→减速器输入轴→前电机（发电机）。

2.3.6. 电液控制模块

电液控制模块内部集成了11个液压控制阀和八个传感器，电液控制模块用于接收传感器信号，根据工况控制相应电磁阀动作，控制变速器档位切换、控制油路油压和冷却（对双离合器总成进行冷却）。

1） 液压控制阀

① 主压力控制阀：常闭型脉冲调节式电磁阀，根据发动机转速和外界温度信号调节主油路油压，该电磁阀失效后主油路油压维持最大状态（油压由压力释放阀调节）。

② 离合器压力控制阀：2个，离合器压力控制电磁阀分为离合器1压力控制阀和离合器2压力控制阀，其作用为根据发动机转速、档位等信号产生控制离合器1和离合器2结合或分离的油压，因此当离合器1压力控制阀失效后1、3、5和R 档失去动力输入；当离合器2压力控制阀失效后2、4和6档失去动力离合器K2 输入轴2 二档从动齿轮 二档主动齿轮

图2—11 充电齿轮系