Kiến trúc Hybrid P2 phổ biến của BorgWarner cung cấp nhiều chức năng và tùy chọn thiết kế. Cho phép dễ dàng để tích hợp vào hệ thống truyền động trên ô tô hiện tại và nhiều biến thể có thể có đảm bảo rằng các mô-đun BorgWarner có thể được điều chỉnh tối ưu cho các yêu cầu cụ thể của khách hàng.
Để hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang các phương tiện sạch hơn và hiệu quả hơn, BorgWarner cung cấp mô-đun P2 dành cho xe điện hybrid (HEV). Công nghệ có tính linh hoạt cao tạo điều kiện cho xe hybrid nhanh chóng tiếp cận thị trường bằng cách cho phép lái xe điện thuần túy cũng như các chức năng hybrid như dừng/khởi động, phanh tái tạo và động cơ điện bổ sung. Bằng cách hợp nhất tất cả các thành phần cần thiết trong một gói nhỏ gọn, giải pháp tiên tiến của BorgWarner có thể dễ dàng được triển khai trên các hệ thống truyền động hiện có, cho phép mức độ sử dụng vốn hiện có cao và tính linh hoạt về khối lượng hỗn hợp cho các nhà sản xuất ô tô. Hơn nữa, các cấu hình của mô-đun P2 đều cung cấp mức giảm phát thải CO2 đáng kể với chi phí bổ sung thấp so với các kiến trúc hybrid khác.
Phần lớn sự đổi mới trong ngành công nghiệp ô tô ngày nay đang được thúc đẩy bởi các tiêu chuẩn khí thải khắt khe hơn, tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng và tập trung nhiều hơn vào tính bền vững. Kiến trúc mô-đun P2 cho phép lái xe hoàn toàn bằng điện bằng cách sử dụng ly hợp ngắt để ngắt động cơ đốt. Hơn nữa, mô-đun P2 cung cấp nhiều chức năng và có thể dễ dàng tích hợp vào hệ thống truyền động, điều này khiến nó trở thành giải pháp được lựa chọn cho các loại xe hybrid.
Các tùy chọn cấu hình mô-đun P2
Động cơ điện trong cấu hình P2 có thể được định vị trên trục hoặc ngoài trục (đường trục khuỷu động cơ đốt trong). Với thiết kế trên trục, động cơ được tích hợp trực tiếp vào trục truyền động, trong khi ở phiên bản ngoài trục, động cơ được định vị riêng biệt, với mô-men xoắn và tốc độ được truyền tải bởi một thiết bị truyền động.
Sự lựa chọn giữa hai cấu hình này và vị trí tối ưu của chúng phụ thuộc vào nhiều tiêu chí, với yếu tố ảnh hưởng chủ đạo là “không gian lắp đặt”. Các hệ thống truyền lực với động cơ lắp dọc thường có nhiều không gian hơn, và do đó, bố trí trên trục được ưu tiên hơn. So với phiên bản ngoài trục, động cơ điện của mô-đun trên trục nặng hơn, nhưng nó không yêu cầu thêm bất kỳ thành phần truyền mô-men xoắn nào. Vì nó được đặt trực tiếp trên trục dẫn động, nó cũng không cần thêm không gian lắp đặt liền kề với hộp số.
Ngược lại, các cấu hình ngoài trục thường được tìm thấy trong các ứng dụng có động cơ lắp ngang, vì không gian lắp đặt bổ sung dọc trục giữa động cơ đốt và hộp số thường khó tìm.
Mô-đun truyền động P2 On-Axis – Trên trục
Mô-đun P2 của BorgWarner chuyển đổi một chiếc xe chạy bằng động cơ đốt trong thành hybrid mà không cần thay đổi động cơ hoặc hộp số. Điều đó có nghĩa là các nhà sản xuất ô tô có thể dễ dàng mở rộng danh mục đầu tư xe với ít đầu tư hơn và linh hoạt hơn. Được đặt giữa động cơ và hộp số, mô-đun P2 hiệu quả cao kết hợp động cơ kéo điện 48V, ly hợp ngắt động cơ, thiết bị khởi động và bánh đà khối lượng kép thành một gói nhỏ gọn lồng vào bên trong động cơ điện.
Các tính năng:
- Tương thích với tất cả các kiến trúc truyền động, bao gồm cả hộp số tay
- Có sẵn mô-đun điều khiển thủy lực ly hợp
- Động cơ kéo làm mát bằng dầu và nước hiệu quả
- Cũng có thể bao gồm bánh đà khối lượng kép tích hợp và thiết bị khởi chạy
Ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn với tối đa ba ly hợp lồng vào nhau giúp giảm thiểu chiều dài tổng thể
- Stato hiệu suất cao, tiếng ồn thấp mang lại hiệu suất cao nhất 95%
- Bộ ly hợp ngắt động cơ tích hợp
- Công nghệ S-winding cải thiện mật độ điện năng
Mô-đun truyền động P2 Off-Axis – Ngoài trục
Cấu hình ngoài trục đặt động cơ điện song song với trục chính để có gói hướng trục nhỏ gọn hơn, giảm thiểu những thay đổi cần thiết để thực hiện với các động cơ và hộp số hiện có. Mô-men xoắn được chuyển qua một dây chuyền hiệu quả và bền bỉ. Thiết kế này cung cấp khả năng tương thích với hộp số tay, tự động và ly hợp kép, đồng thời giải quyết tình trạng đóng gói chặt chẽ của các hệ thống truyền động hiện đại.
Tính năng và ưu điểm:
- Thiết kế nhỏ gọn; chiều dài trục tối thiểu cần thiết
- Tương thích với A/T, DCT, CVT và MT
- Lái xe điện kéo dài với phanh tái tạo
- Tiết kiệm nhiên liệu 15-30%
- Hybrid hoàn toàn với đầu tư tối thiểu
Các thành phần tích hợp:
- Động cơ 48V
- Xích HY-VO®
- Ly hợp ngắt động cơ
- DMF hoặc van điều tiết
- Bộ truyền độ áp suất cao
Các ly hợp linh hoạt
Mô-đun P2 Hybrid thường bao gồm một ly hợp ngắt kết nối đơn giản, cho phép tất cả các loại tùy chọn truyền động. Bộ ly hợp ma sát ướt mang lại chức năng và độ bền tối đa với kích thước nhỏ gọn. Trong cấu hình trên trục, bộ phận rôto của động cơ điện và vỏ ly hợp có thể được kết hợp thành một bộ phận bằng cách tích hợp bộ ly hợp ngắt kết nối vào động cơ điện. Sự kết hợp này cũng cho phép làm mát đồng thời ly hợp và rôto với cùng một chất làm mát.
Đối với các ứng dụng yêu cầu một giải pháp thay thế cho khái niệm thông thường, ly hợp ba (triple clutch) là một giải pháp hiệu quả. Nó đặc biệt phù hợp với hộp số hybrid ly hợp kép, vì ngoài ly hợp ngắt, ly hợp kép được tích hợp vào động cơ điện. Do đó, chiều dài tổng thể của hộp số ly hợp kép hybridised trở nên cực kỳ cạnh tranh.
Sử dụng ly hợp một chiều (OWC) thay vì ly hợp ngắt ướt sẽ giúp giảm hơn nữa không gian lắp đặt cũng như độ phức tạp và chi phí của hệ thống, đồng thời tăng hiệu suất. Tuy nhiên, khi sử dụng cùng với hộp số tự động hoặc hộp số biến thiên liên tục, tác dụng phanh của động cơ sẽ bị mất. Có thể dễ dàng giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng hộp số ly hợp kép (DCT), với một OWC và động cơ điện được định vị chỉ kết nối với một bộ truyền một phần.
Để tăng thêm hiệu quả của ly hợp ướt, một cơ cấu khóa có thể được tích hợp, cho phép khóa ly hợp mà vẫn giữ được khả năng truyền mô-men xoắn cực đại mặc dù áp suất giữ được giảm xuống mức tối thiểu.
Xác định thiết kế động cơ điện tốt nhất có thể
Các tiêu chí như tiếng ồn, độ rung, độ khắc nghiệt (NVH), yêu cầu về không gian lắp đặt và thiết kế của stato và rôto, cũng như hiệu suất động cơ là những khía cạnh quan trọng nhất để lựa chọn động cơ điện tối ưu.
Một lợi ích của cấu hình P2 ngoài trục là – với tỷ số truyền thông thường khoảng 3 – động cơ điện có thể hoạt động ở tốc độ cao hơn, dẫn đến cải thiện hiệu suất, trong khi vẫn cung cấp đủ công suất cho hệ thống truyền động. Mặt khác, một động cơ điện có đường kính lớn hơn và hoạt động ở tốc độ thấp hơn tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn, làm cho nó trở thành giải pháp tối ưu cho cấu hình trên trục.
Hiệu quả năng lượng, giảm phát thải và tiết kiệm chi phí là những yêu cầu quan trọng có thể được thực hiện bằng cách chọn điện áp hoạt động tối ưu. Cần phải xem xét các ưu và nhược điểm khác nhau của các hệ thống cao áp và hạ áp khác nhau. Ví dụ, hệ thống điện áp thấp được giới hạn ở công suất dưới 25 kW vì chúng thường hoạt động ở dòng điện một chiều dưới 60 V, cung cấp hiệu suất hạn chế nhưng hiệu quả chi phí cao. Mặt khác, đầu ra được cung cấp bởi các hệ thống điện áp cao là trên 100 kW cho phép lái xe hoàn toàn bằng điện với mức tiết kiệm nhiên liệu và CO2 đáng kể. Nhưng do các yêu cầu về an toàn điện áp cao hơn, điều này thường dẫn đến các hệ thống tiết kiệm chi phí kém hơn.
Nhiệt độ và điều kiện vận hành là những yếu tố quan trọng xác định thiết kế và phương pháp của hệ thống làm mát cho động cơ điện. Có thể đạt được hiệu quả tối đa để duy trì nhiệt độ trung bình nhất định bằng cách sử dụng phương pháp làm mát bằng dầu, phương pháp này cung cấp sự truyền nhiệt lý tưởng do sự tiếp xúc trực tiếp giữa chất làm mát và các thành phần nhiệt chính.
Một giải pháp khác là sử dụng hỗn hợp nước và ethylene glycol. Cái gọi là áo làm mát tản nhiệt từ động cơ điện qua đường kính ngoài của stato. Trong khi hiệu suất trung bình bị hạn chế do sự ngăn cách không gian của chất làm mát và nguồn nhiệt, ảnh hưởng đến các đỉnh nhiệt độ tạm thời có thể thú vị do chênh lệch nhiệt độ lớn hơn có thể sử dụng được với áo làm mát bằng nước.
Do đó, giải pháp tốt nhất là cách tiếp cận kết hợp. Trong cấu hình này, hỗn hợp nước và ethylene glycol chảy xung quanh stato ở nhiệt độ đầu vào giảm 65 °C (thay vì nhiệt độ nước làm mát truyền động 90 °C điển hình), trong khi dầu được bơm vào bên trong sẽ tản nhiệt từ bên trong rôto. Vì giải pháp tốt nhất thường tạo ra chi phí cao nhất, công suất làm mát cần thiết cần được phân tích trong giai đoạn concept. Trong một số trường hợp, lợi ích của áo khoác làm mát bổ sung không phù hợp với chi phí và hệ thống chỉ có làm mát bằng dầu bên trong là lựa chọn tốt hơn.
Dây quấn và ảnh hưởng của nó đến hoạt động của NVH cũng có ảnh hưởng đến thiết kế của động cơ điện. BorgWarner phân biệt giữa cuộn dây stato tập trung và phân tán và giữa việc sử dụng dây tròn hoặc vuông. Tác động NVH của máy có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các cuộn dây phân tán, đạt được độ gợn mô-men xoắn thấp (dưới 5% trong cấu hình đồng trục) và mô-men xoắn gợn sóng thấp. Các cuộn dây stator được phân phối tiếp tục góp phần vào hành vi NVH được tối ưu hóa trên toàn bộ hệ thống bằng cách giảm đáng kể xung động cơ. Việc sử dụng cuộn dây stato tập trung trong một động cơ điện tương đương dẫn đến gợn mômen xoắn cao hơn tới 20%.
Để mật độ dòng điện đạt cực đại, các cuộn dây phân tán sử dụng dây dẫn có tiết diện vuông. Bề mặt tiếp xúc được mở rộng cũng tối ưu hóa sự truyền nhiệt giữa lớp stato và dây dẫn. Hơn nữa, giải pháp này góp phần vào hiệu quả vì tỷ lệ lấp đầy khe được tăng lên so với dây tròn. Theo các phân tích và thử nghiệm được tiến hành trong các điều kiện cơ bản giống nhau, động cơ điện có dây vuông có thể cung cấp công suất liên tục cao hơn đáng kể so với động cơ có dây tròn.
Về thiết kế rôto, BorgWarner tạo ra sự khác biệt giữa máy cảm ứng ba pha và nam châm vĩnh cửu. Những điều này cũng khác nhau về việc sử dụng nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) hoặc nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt (SPM). Các rôto IPM có thể được sử dụng cho tất cả các thiết kế stato để tăng hiệu suất và hiệu quả tổng thể. Trái ngược với máy điện cảm ứng ba pha, chúng duy trì từ trường trong rôto mà không cần kích thích bên ngoài. Đầu ra đỉnh của máy cảm ứng ba pha tương tự như của phiên bản nam châm vĩnh cửu với chi phí thấp hơn do dòng điện cao trong thời gian ngắn, nhưng sản lượng và hiệu suất tổng thể thấp hơn.
Công nghệ linh hoạt cao này tạo điều kiện thuận lợi cho việc Hybrid hóa nhanh chóng với thị trường bằng cách cho phép các chức năng như dừng/khởi động, phanh tái tạo và động cơ điện bổ sung cũng như lái xe điện thuần túy. Các mô-đun P2 của BorgWarner, với nhiều tùy chọn thiết kế, có thể dễ dàng điều chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật và yêu cầu của khách hàng. Trong quá trình cấu hình một thiết kế phù hợp với các thông số kỹ thuật trong từng trường hợp, một loạt các yếu tố như không gian lắp đặt có sẵn, hệ thống điện của xe được sử dụng và các đặc tính hoạt động cần thiết được xem xét để đảm bảo kết quả tối ưu.
