從概念到現(xiàn)實(shí) 奧迪e-tron電驅(qū)技術(shù)解析

　　【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】2012年可以算是混合動(dòng)力車(chē)型的崛起之年。7月底，由國(guó)務(wù)院頒布《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》，明確指出要大力推廣普及混合動(dòng)力車(chē)型。廣州8月30日晚上9時(shí)臨時(shí)實(shí)施限牌政策，以響應(yīng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并為購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)的車(chē)主提供1萬(wàn)元的購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼。隨著混合動(dòng)力車(chē)陣型的迅速擴(kuò)張以及純電動(dòng)車(chē)接連發(fā)布，新能源汽車(chē)?yán)顺币焕烁哌^(guò)一浪。之前我們技術(shù)頻道介紹過(guò)一些主流的混合動(dòng)力技術(shù)。今天我們要來(lái)了解一下奧迪品牌著名的e-tron電驅(qū)技術(shù)。

● 奧迪的未來(lái)汽車(chē)解決方案——hybrid向e-tron的過(guò)渡

　　在2012年，奧迪在一般民用車(chē)市場(chǎng)主推的是hybrid全混合動(dòng)力的車(chē)型。通過(guò)在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型上整合了內(nèi)置于變速箱的電動(dòng)機(jī)、功率電子裝置以及鋰電池模塊，實(shí)現(xiàn)了提升車(chē)輛動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。

　　如大家比較熟悉的Q5 hybrid quattro車(chē)型就是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的全混合動(dòng)力車(chē)型。其上搭載了一臺(tái)155kW的2.0L TFSI EA888渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)以及40kW的永磁同步電機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)輸出時(shí)能爆發(fā)180kW的最大功率及410Nm的最大扭矩。除此以外，Q5 hybrid quattro還帶有純電動(dòng)模式，可以以60km/h保持勻速行駛3公里。hybrid混合動(dòng)力車(chē)型縱使動(dòng)力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)動(dòng)力車(chē)型，燃油經(jīng)濟(jì)性也更勝一籌，但依然無(wú)法做到零排放以及較長(zhǎng)里程的純電動(dòng)行駛。未來(lái)的奧迪e-tron車(chē)型將主要采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，能夠?qū)崿F(xiàn)較長(zhǎng)里程地以純電動(dòng)模式行駛。

● e-tron電動(dòng)科技始于2009年法蘭克福車(chē)展

　　奧迪e-tron電動(dòng)科技始于2009法蘭克福車(chē)展上展出的那臺(tái)奧迪e-tron概念車(chē)。在短短的三年間，奧迪把e-tron技術(shù)的應(yīng)用范圍由概念車(chē)擴(kuò)展至實(shí)際量產(chǎn)車(chē)型。下面我們來(lái)回顧一下奧迪e-tron技術(shù)的發(fā)展歷程。

　　奧迪e-tron概念車(chē)是一款純電動(dòng)車(chē)，采用了四個(gè)電動(dòng)機(jī)以及一組鋰電池。其純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)最大功率為230kW，最大扭矩達(dá)到驚人的4500Nm（傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力最多也就幾百Nm），0-100km/h加速時(shí)間僅為4.8s。

　　同是奧迪e-tron概念車(chē)，在2010北美車(chē)展上展出的是一臺(tái)采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的車(chē)型，外形與法蘭克福車(chē)展展出的車(chē)型類(lèi)似。這臺(tái)后驅(qū)車(chē)型動(dòng)力系統(tǒng)輸出的最大功率為150kW，最大扭矩為2650Nm，0-100km/h加速時(shí)間為5.9s。

　　奧迪A1 e-tron是一款增程型電動(dòng)車(chē)，采用了一個(gè)45kW電動(dòng)機(jī)（峰值輸出為75kW）驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前軸。同時(shí)此車(chē)還配置了一個(gè)254cc的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)15kW的增程發(fā)電機(jī)。

　　奧迪e-tron spyder是一款增程型電動(dòng)車(chē)。其后軸采用一臺(tái)3.0L V6 TDI雙渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)，最大功率為221kW，最大扭矩為650Nm；前軸采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)合起來(lái)可以產(chǎn)生64kW的最大功率以及352Nm最大扭矩。奧迪e-tron spyder 50:50的車(chē)身配重以及為操控優(yōu)化的四驅(qū)系統(tǒng)，使得其操控性及動(dòng)力性都極為出色。這種前置電動(dòng)機(jī)、后置發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力布置形式也被采用于奧迪e-tron R18耐力賽車(chē)上。

　　奧迪A6L BEV是一款純電動(dòng)車(chē)，僅靠電力驅(qū)動(dòng)，一次充電最大續(xù)航里程為130km，最高車(chē)速可達(dá)138km/h。電量用盡后，可以在家用外接充電器進(jìn)行充電。由于此車(chē)尚未定型，因此并沒(méi)有公布更詳細(xì)的參數(shù)。

　　奧迪Q5 HFC（Hybrid Fuel Cell）是一款燃料電池車(chē)，應(yīng)用了在2004年奧迪曾經(jīng)推出過(guò)的A2H2概念車(chē)（以奧迪A2為基礎(chǔ)）上的核心技術(shù)。奧迪Q5 HFC的低溫氫燃料電池功率可達(dá)到98kW，而起輔助作用的鋰電池功率為37kW。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別位于前后兩車(chē)軸，可產(chǎn)生90kW的最大功率以及420Nm的最大扭矩。奧迪Q5 HFC的0-100km/h加速時(shí)間為13.4秒，最高時(shí)速160km/h，可以實(shí)現(xiàn)500公里的續(xù)航里程。

　　奧迪A3 e-tron是一臺(tái)純電動(dòng)車(chē)，在車(chē)輛前軸放置了一臺(tái)最大功率為60kW（峰值功率可達(dá)100kW）、最大扭矩為279Nm的永磁同步電機(jī)。

　　奧迪A3 e-tron concept是一臺(tái)插電式混合動(dòng)力汽車(chē)。車(chē)上裝有一臺(tái)155kW的1.4TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)以及一臺(tái)20kW的電動(dòng)機(jī)，兩種動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同作用產(chǎn)生175kW的最大功率。

　　奧迪A6L e-tron是一款插電式混合動(dòng)力車(chē)型，其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與上面提到的奧迪A3 e-tron concept類(lèi)似。不同的是，奧迪A6L e-tron采用了一臺(tái)155kW的2.0L TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)以及一臺(tái)70kW的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。在純電動(dòng)模式，奧迪A6L e-tron能夠以60km/h的巡航速度行駛80km。

　　今年年底在歐洲上市的R8 e-tron車(chē)型是一款純電動(dòng)超級(jí)跑車(chē)采用了四臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)車(chē)輪。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)總共可以產(chǎn)生230kW的最大功率以及4500Nm的最大扭矩。R8 e-tron的上市意味著全輪電驅(qū)技術(shù)的成熟以及e-quattro電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的民用化。

　　2012年，奧迪R18 e-tron quattro首次將e-tron電驅(qū)動(dòng)技術(shù)帶上勒芒24小時(shí)耐力賽的賽場(chǎng)進(jìn)行試煉，這是對(duì)系統(tǒng)和整車(chē)可靠性、高效性和耐久性的超高級(jí)測(cè)試。奧迪R18 e-tron quattro賽車(chē)后軸采用最大功率為375kW的3.7L TDI渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，前軸采用51kW的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩種動(dòng)力共同構(gòu)建出“混合式”四驅(qū)系統(tǒng)。除此以外，奧迪R18 e-tron quattro還采用了來(lái)自于F1威廉姆斯車(chē)隊(duì)的飛輪式KERS動(dòng)能回收系統(tǒng)（KERS：Kinetic Energy Recovery Systems）。

● e-tron的核心技術(shù)

　　奧迪e-tron的核心技術(shù)包括以下四項(xiàng)：電動(dòng)機(jī)、功率電子裝置、充電系統(tǒng)以及鋰電池技術(shù)。

● 電池能量密度制約電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程

　　在奧迪e-tron系列車(chē)型上，廣泛地運(yùn)用了鋰電池技術(shù)。為獲得較長(zhǎng)的行駛里程以及盡可能降低車(chē)輛的重量，車(chē)用電池必須要有較高的能量密度。各種常見(jiàn)電池類(lèi)型的能量密度可參看下圖。從下圖中我們可以了解到，車(chē)用鋰電池的能量密度比電子消費(fèi)產(chǎn)品上使用的鋰電池要低，這是因?yàn)檐?chē)用鋰電池需要承受大電流充放電而在能量密度上做出了妥協(xié)。

● 電池充放電控制影響電池壽命

　　車(chē)用鋰電池一般為鋰離子電池（下稱(chēng)“鋰電池”），鋰電池使用壽命是影響電動(dòng)車(chē)發(fā)展的重要因素。而對(duì)鋰電池充放電時(shí)間、電流及溫度的控制技術(shù)是影響鋰電池壽命的關(guān)鍵。對(duì)于單個(gè)鋰電池來(lái)說(shuō)，過(guò)度放電以及過(guò)度充電都會(huì)縮短電池壽命。對(duì)于大部分鋰電池來(lái)說(shuō)，其中止放電電壓為2.5V～2.75V（視生產(chǎn)商而定）。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱(chēng)為過(guò)放，過(guò)放對(duì)電池會(huì)有損害。過(guò)度充電會(huì)使電池升溫，同樣會(huì)縮短電池壽命。

　　對(duì)于車(chē)用鋰電池來(lái)說(shuō)，其合適的工作溫度為45℃~60℃。溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電池退化，縮短電池壽命；溫度過(guò)低則導(dǎo)致電池停電，無(wú)法輸出足夠的電流。

　　鋰離子電池不適合用作大電流放電，過(guò)大電流放電時(shí)會(huì)降低放電時(shí)間（內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量），這或許是現(xiàn)在鋰電池技術(shù)的一個(gè)弱點(diǎn)。因而在電動(dòng)車(chē)上，都會(huì)采用由眾多小塊鋰電池組成的鋰電池組，這樣能夠使電池組輸出較大的電流。像奧迪A1 e-tron上的電池組就由96塊鋰電池組成，每一塊鋰電池的溫度、電壓、充放電電流等狀態(tài)信息都受到功率電子系統(tǒng)的監(jiān)控，從而保證鋰電池組工作在合適的狀態(tài)。

● 奧迪采用的兩種電動(dòng)機(jī)

　　奧迪e-tron技術(shù)采用了兩種不同類(lèi)型的電機(jī)——ASM電機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)）以及PSM電機(jī)（永磁同步電動(dòng)機(jī)）。沒(méi)有采用永久磁鐵的ASM電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維護(hù)；采用永久磁鐵的而PSM電機(jī)扭矩范圍寬、能效高且在高速時(shí)能夠輸出高功率，但需要復(fù)雜的傳感器系統(tǒng)。在奧迪Q5 hybrid混合動(dòng)力車(chē)型上采用的就是PSM電機(jī)。而對(duì)于未來(lái)的純電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，高轉(zhuǎn)速的ASM電機(jī)以及PSM電機(jī)都是合適的。

　　奧迪e-tron技術(shù)采用的電動(dòng)機(jī)根據(jù)安裝位置及用途的不同具有不同的形式。對(duì)于安裝在變速箱內(nèi)部的高扭矩電動(dòng)機(jī)，其外形是盤(pán)型的（如奧迪Q5 hybrid變速箱上的電動(dòng)機(jī)）。對(duì)于安裝在車(chē)軸上的高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)，其外形是柱形的（如奧迪A3 e-tron前軸上的）。

● 功率電子裝置——電動(dòng)機(jī)與電池之間的橋梁

　　奧迪e-tron系列車(chē)型上必然會(huì)有鋰電池以及電動(dòng)機(jī)（發(fā)電機(jī)），而搭配了傳統(tǒng)動(dòng)力的車(chē)型還會(huì)配置一個(gè)傳統(tǒng)的12V蓄電池。功率電子裝置是用于綜合控制電池、電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換，同時(shí)監(jiān)控各部件的工作狀態(tài)。

● 三種充電方式

　　對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，充電系統(tǒng)是必備配置。奧迪e-tron根據(jù)車(chē)型的不同安裝有三種不同的充電方式。三種不同充電方式的特點(diǎn)可參看下圖。

● 能量回收系統(tǒng)

　　對(duì)于使用傳統(tǒng)動(dòng)力的汽車(chē)，其能量回收方式最多也就只能在制動(dòng)或者下坡時(shí)利用發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，能量回收效果相對(duì)較弱（奔馳、寶馬、奧迪的傳統(tǒng)動(dòng)力車(chē)型均采用此方式回收發(fā)動(dòng)機(jī)能量）。

　　電動(dòng)機(jī)是個(gè)好東西，你給它供電，它就會(huì)轉(zhuǎn)；你轉(zhuǎn)動(dòng)它，它便會(huì)產(chǎn)生電能。正是利用這個(gè)簡(jiǎn)單的電磁轉(zhuǎn)換原理，安裝了電動(dòng)機(jī)的奧迪e-tron車(chē)型便能根據(jù)實(shí)際車(chē)輛工況以及駕駛員意圖，在功率電子裝置的統(tǒng)一管理下實(shí)現(xiàn)高效的能量回收。

　　奧迪R18 e-tron賽車(chē)所采用的能量回收系統(tǒng)有點(diǎn)特別。對(duì)于能量的存儲(chǔ)，大家慣性思維會(huì)想到電池和電容這種以電能形式的儲(chǔ)能元件。而除此以外，能量還可以以另外一種形式被存儲(chǔ)起來(lái)——高速旋轉(zhuǎn)的大慣性飛輪。奧迪R18 e-tron賽車(chē)采用的是威廉姆斯車(chē)隊(duì)在F1賽車(chē)上采用的慣性飛輪能量回收系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)KERS。通過(guò)位于前軸的電動(dòng)機(jī)回收回來(lái)的能量被轉(zhuǎn)化為動(dòng)能被存儲(chǔ)于大慣性飛輪上。當(dāng)車(chē)輛需要加速時(shí)，大慣性飛輪上的動(dòng)能通過(guò)無(wú)級(jí)變速箱輸出并轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動(dòng)前軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。

● 窺見(jiàn)未來(lái)的電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)——e-quattro

　　說(shuō)道四驅(qū)系統(tǒng)，過(guò)去廠商們一直在探索如何能盡可能大地?cái)U(kuò)大扭矩分配范圍。從奧迪享譽(yù)國(guó)際的扭矩感應(yīng)式機(jī)械差速器（Torsen差速器）到最近各廠商都在使用的電子離合式差速器（如寶馬DPC、三菱AYC、謳歌SH-AWD等），技術(shù)的一次又一次的進(jìn)步都在逐漸逼近前軸與后軸、左右側(cè)車(chē)輪間0-100%全范圍扭矩分配。但無(wú)論如何，在奧迪e-quattro出現(xiàn)之前，還沒(méi)有哪家廠商能夠單獨(dú)對(duì)車(chē)輛每一個(gè)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)0-100%的單獨(dú)扭矩分配。

　　正因?yàn)閽仐壛藗鹘y(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)，而使用了純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，所以?shī)W迪e-quattro能夠根據(jù)實(shí)際駕駛情況分配每一個(gè)車(chē)輪上的扭矩輸出。配置有e-quattro技術(shù)的車(chē)型在通過(guò)性以及操控上都會(huì)比史上任何一款電動(dòng)車(chē)要高得多。而電動(dòng)機(jī)比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)大得多的扭矩輸出帶來(lái)的迅猛加速性能更是以往任何一款車(chē)型所無(wú)法比擬的。

　　總結(jié)：從概念車(chē)到耐力賽車(chē)，從耐力賽車(chē)到民用車(chē)，奧迪e-tron技術(shù)的發(fā)展可謂一日千里。今年底在歐洲上市的純電動(dòng)四驅(qū)奧迪R8 e-tron將首次讓我們有機(jī)會(huì)感受到純電動(dòng)超級(jí)跑車(chē)強(qiáng)大扭矩輸出帶來(lái)的強(qiáng)大推背感以及e-quattro電子四驅(qū)系統(tǒng)所帶來(lái)的優(yōu)越操控性能。奧迪R8 e-tron的正式上市，標(biāo)志著奧迪純電動(dòng)四驅(qū)系統(tǒng)已經(jīng)成熟，意味著在不久的將來(lái)會(huì)有更多民用車(chē)采用這種新技術(shù)，讓我們拭目以待吧！

● 相關(guān)鏈接：