五分鐘看懂奧迪e-tron電驅(qū)技術(shù)

2012年可以算是混合動(dòng)力車型的崛起之年。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)買新能源汽車的車主提供1萬元的購(gòu)車補(bǔ)貼。隨著混合動(dòng)力車陣型的迅速擴(kuò)張以及純電動(dòng)車接連發(fā)布，新能源汽車?yán)顺币焕烁哌^一浪。之前我們技術(shù)頻道介紹過一些主流的混合動(dòng)力技術(shù)。今天我們要來了解一下奧迪品牌著名的e-tron電驅(qū)技術(shù)。

● 奧迪的未來汽車解決方案——hybrid向e-tron的過渡

在2012年，奧迪在一般民用車市場(chǎng)主推的是hybrid全混合動(dòng)力的車型。通過在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)車型上整合了內(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車型就是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的全混合動(dòng)力車型。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)力車型縱使動(dòng)力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)動(dòng)力車型，燃油經(jīng)濟(jì)性也更勝一籌，但依然無法做到零排放以及較長(zhǎng)里程的純電動(dòng)行駛。未來的奧迪e-tron車型將主要采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，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年法蘭克福車展

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

奧迪e-tron概念車是一款純電動(dòng)車，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，在2010北美車展上展出的是一臺(tái)采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的車型，外形與法蘭克福車展展出的車型類似。這臺(tái)后驅(qū)車型動(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，采用了一個(gè)45kW電動(dòng)機(jī)（峰值輸出為75kW）驅(qū)動(dòng)車輛前軸。同時(shí)此車還配置了一個(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。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耐力賽車上。

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

奧迪Q5 HFC（Hybrid Fuel Cell）是一款燃料電池車，應(yīng)用了在2004年奧迪曾經(jīng)推出過的A2H2概念車（以?shī)W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，在車輛前軸放置了一臺(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。車上裝有一臺(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)力車型，其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與上面提到的奧迪A3 e-tron concept類似。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車型是一款純電動(dòng)超級(jí)跑車采用了四臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)車輪。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還采用了來自于F1威廉姆斯車隊(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?yán)m(xù)航里程

在奧迪e-tron系列車型上，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輛的重量，車用電池必須要有較高的能量密度。各種常見電池類型的能量密度可參看下圖。從下圖中我們可以了解到，車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)檐囉娩囯姵匦枰惺艽箅娏鞒浞烹姸谀芰棵芏壬献龀隽送讌f(xié)。

● 電池充放電控制影響電池壽命

車用鋰電池一般為鋰離子電池（下稱“鋰電池”），鋰電池使用壽命是影響電動(dòng)車發(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)鋰電池來說，過度放電以及過度充電都會(huì)縮短電池壽命。對(duì)于大部分鋰電池來說，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)放電稱為過放，過放對(duì)電池會(huì)有損害。過度充電會(huì)使電池升溫，同樣會(huì)縮短電池壽命。

對(duì)于車用鋰電池來說，其合適的工作溫度為45℃~60℃。溫度過高會(huì)導(dǎo)致電池退化，縮短電池壽命；溫度過低則導(dǎo)致電池停電，無法輸出足夠的電流。

鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時(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)力車型上采用的就是PSM電機(jī)。而對(duì)于未來的純電動(dòng)車來說，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)，其外形是盤型的（如奧迪Q5 hybrid變速箱上的電動(dòng)機(jī)）。對(duì)于安裝在車軸上的高轉(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)車來說，充電系統(tǒng)是必備配置。奧迪e-tron根據(jù)車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，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車型便能根據(jù)實(shí)際車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——高速旋轉(zhuǎn)的大慣性飛輪。奧迪R18 e-tron賽車采用的是威廉姆斯車隊(duì)在F1賽車上采用的慣性飛輪能量回收系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱KERS。通過位于前軸的電動(dòng)機(jī)回收回來的能量被轉(zhuǎn)化為動(dòng)能被存儲(chǔ)于大慣性飛輪上。當(dāng)車輛需要加速時(shí)，大慣性飛輪上的動(dòng)能通過無級(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)車輛。

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

說道四驅(qū)系統(tǒng)，過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)車輪間0-100%全范圍扭矩分配。但無論如何，在奧迪e-quattro出現(xiàn)之前，還沒有哪家廠商能夠單獨(dú)對(duì)車輛每一個(gè)車輪實(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)車輪上的扭矩輸出。配置有e-quattro技術(shù)的車型在通過性以及操控上都會(huì)比史上任何一款電動(dòng)車要高得多。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的迅猛加速性能更是以往任何一款車型所無法比擬的。

總結(jié)：從概念車到耐力賽車，從耐力賽車到民用車，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)跑車強(qiáng)大扭矩輸出帶來的強(qiáng)大推背感以及e-quattro電子四驅(qū)系統(tǒng)所帶來的優(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會(huì)有更多民用車采用這種新技術(shù)，讓我們拭目以待吧！