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汽车全面电气化时代加速到来,OBRIST携超级混合动力征战上海车展

时间:2021-04-17 08:32:47|来源:|编辑:网络|点击:

时值中国“十四五”规划及2035年新能源汽车产业规划发展的开局之年,汽车产业链上下正加速向全面电气化时代迈进。而作为2021年首个国际汽车工业展览会,于4月19日正式开幕的上海车展便成为诸多企业对外展示各自布局未来的技术成果及战略规划的重要舞台。其中,专注于研发减排与零排放技术的科技公司OBRIST便携其HYPERHYBRID超级混合动力、热管理系统等核心技术亮相本届车展,以积极参与中国新能源汽车行业的发展,引领未来技术发展。

资料显示,奥地利公司OBRIST Engineering成立于1996年,诞生初期为一家热管理技术公司,2001年开始,公司开始涉足汽车热管理系统和动力总成研发,合作对象主要为汽车头部零部件供应商及主要代工厂,戴姆勒、宝马、大众、特斯拉等品牌都曾采用过其技术。随后,作为OBRIST Engineering延伸出的姊妹公司,OBRIST Powertrain在2011年成立,涉足混合动力和纯电动核心部件研发。截至目前,OBRIST除了在奥地利(总部)、美国、中国设有公司外,不久之前成立了德国子公司。

“上海车展是一个全球性规模的车展,OBRIST非常荣幸能够参与,并将我们专利技术向全球最大也是最重要的汽车市场展示。我们认为,中国汽车市场不仅具有巨大发展潜力,而且中国对汽车技术开发非常重视。”OBRIST公关传媒总监 索斯滕·里克斯曼(Thorsten Rixmann)向盖世汽车表示,“我们HYPERHYBRID动力总成系统完全符合中国制定的全面电气化计划,我们将全力支持这一计划,因为这是人类避免气候危机唯一的方法!”

HYPERHYBRID超级混合动力,加速推进全面电气化进一步落地

作为OBRIST在本届上海车展期间主推的技术之一——HYPERHYBRID超级混合动力,由零振动发动机(Zero Vibration Generator)、高效锂离子电池包、驱动电机以及汽车控制系统组成。

HYPERHYBRID超级混合动力原型车及系统结构示意(视频来源:OBRIST)

发动机与电池包以串联方式布置,基于其模块化优势,HYPERHYBRID超级混合动力系统可根据不同国家国情,实现插电式混合动力或是增程式混合动力等不同混合动力形式。但需要指出的是,目前市面主流串联式混合动力系统均采用传统内燃机为主要动力源,在动力传输的稳定性和操作便利性上仍存在一定弊端。

为此,OBRIST Powertrain针对串联式混合动力的特点,进行全新研发,正式推出ZVG零振动发动机,其分为40kWe和85kWe(加涡轮增压)两个版本。

优势一、两缸对置结构发动机,紧凑、小巧

得益于两缸发动机机构,ZVG发动机机身总重最轻仅有95kg(不包括油液),外形尺寸为677×498×188mm,总得来说做到了重量轻、尺寸小、高度集成化,可以大大提高汽车设计者和工程师在布置上的自由度。

OBRIST Powertrain ZVG发动机结构示意(视频来源:OBRIST)

优势二、零振动发动机,将噪音降至极致

众所周知,汽车噪声主要源于发动机振动、风噪及路噪,随着电气化转型,电机及电器的增加带来的振动噪声则成为NVH问题的新来源。这其中,混合动力车型NVH复杂程度成倍提高。

为克服两缸发动机典型NVH问题,ZVG采用了一个对置旋转曲轴用来补偿一阶力与力矩,两个发电机以曲轴两倍速度运转来补偿二阶力与力矩。基于这个结构,发电机会产生一个滚动力矩,在启动、加速及减速时均不会引起外部扭矩。“得益于凸轮轴上的新型线性质量平衡系统,在刚完成的B样件中,三阶与四阶的力与力矩也已取消”,OBRIST集团CEO及联合创始人弗兰克·沃尔夫(Frank Wolf)补充道,“此外,我们还运用了隔热和隔音装置进一步减少振动,提升降噪效果。

注意ZVG发动机气缸盖上的硬币(动图来源:OBRIST)

优势三、串联混动,兼顾高效动力、低油耗与低排放

如前文所述,HYPERHYBRID超级混合动力采用串联方式连接,在其算法中,车辆行驶在低于65km/h(40mph)的城市路况时,电池为车辆提供全部能量;当进入高于65km/h(40mph)的驾驶路况及电池电量低于50%时,发电装置(ZVG)才开始工作,向驱动电机输出的电能同时给电池充电,并且保证辅助功能(如空调)运行。这台发动机只要一启动,其转速将控制在1,500-5,000之间,保持全速全负荷运转,车辆所有加速情况均由高能量电池来负责。通过发动机与加速需求的解耦,将发动机转化成一个真正可变的、高效的动力输出装置。

经测试,其原型车显示有效燃油消耗率为210g/kWh,达到稳定40.3%的热效率。持续充电情况下,HYPERHYBRID演示车长距离高速行驶状态下百公里油耗只需4-5升。”弗兰克·沃尔夫介绍道。

图片来源: OBRIST

弗兰克·沃尔夫进一步揭示,发动机只有在冷启动的情况下才会节流,其他情况下,均在Lambda=1处以节气门全开状态运行,此时空气污染物降到最低,以减少碳排放。但即使在冷启动阶段,我们通过将空气泵送至电加热催化器上,直至达到起燃状态,从而将排放降到最低。

此外,值得注意的是,ZVG发动机燃油喷射方式采用的是进气歧管喷射的方式,将最大程度上降低NOx以及颗粒物排放问题。

优势四、适用不同燃料,向零排放、碳中和目标迈进

为追求更为清洁的能源、更高的效率,向零排放无限靠近,ZVG发动机还适用于不同燃料,包括无铅汽油、甲醇燃料、液化天然气、压缩天然气以及有机生物合成燃料。

这其中,有别于目前主流以煤为制取原料的甲醇,OBRIST研发了更为清洁的甲醇提取技术,且以此为燃料的ZVG发动机具备更高压缩比,结合高效点火系统及稀薄燃烧(Lambda>1.6),目标热效率达到50%以上。“目前,OBRIST与德国、奥地利的政府部门以及相关科研机构合作,在今年夏天之前建造10辆基于绿色甲醇燃料(eMethanol )的HYPERHYBRID超级混合动力系统样车。”索斯滕·里克斯曼进一步透露。

截至目前,ZVG专利技术已授权给至少一家大型汽车企业,最快将于2023 或2024年实现批量生产,同时,OBRIST仍在同全球约30%汽车制造商进行交流,致力于将最新且最优技术方案推向全球汽车市场。

当然,一个优质的混合动力系统解决方案仅仅靠一台极简、零振动、高效且低排放的发动机是不够的,还需要一个高能量密度电池包。为此,OBRIST Powertrain研发推出了高效真空紧固锂离子电池包

OBRIST Powertrain高效真空紧固锂离子电池包结构展示(视频来源:OBRIST)

该电池包不受限电芯制约,可以使用高功率或高能量电芯。利用OBRIST Powertrain自主研发的真空紧固专利技术,将全部电芯以真空紧压来保证其稳定性与牢固度,从而大幅缩减零部件数量的同时提高电池导热系数和散热性能,创造出行业领先的电池模组能量密度(231Wh/kg)及使用寿命(充放电循环>18,000次)

时值2021年,是中国“十四五”规划和汽车产业未来15年规划的起始元年,目前我国汽车正加速迈向全面电驱动化时代,以助力全国在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。但我们仍须清楚地认识到,在未来巨大发展潜力之下,是我国汽车产业混合动力相关技术积累薄弱,想要进一步实现汽车的节能减排,无论是从市场需求还是产业发展层面来看,都亟待一套优质解决方案的诞生。

展望未来,“我们期望能够成为中国汽车产业电气化解决方案重要的一部分。”索斯滕·里克斯曼表示,“面向中国市场,我们将着重推广低排放HYPERHYBRID动力总成同2030年及以后的零排放eMethanol HYPERHYBRID动力总成系统。

OBRIST Engineering,多管齐下助力新能源汽车全面普及

事实上,汽车的节能减排并非单纯优化动力来源,还需重视汽车热管理系统的巨大作用。 通过专利技术以及对热量的管理,最大程度上提升电量分配效率,延长续航里程,进一步实现节能减排。因此,HYPERHYBRID 超级混合动力所带来的优秀表现,也同样离不开热管理系统的“保驾护航”。

OBRIST Engineering在汽车动力系统、废热回收和热管理系统领域拥有长达25年开发经验,其理念是专注开发绿色环保的解决方案。基于对暖通空调(HVAC)热力学流程设计及相关零部件功能需求的深度理解,OBRIST Engineering不仅曾成功开发了替代化学制冷剂的R744(二氧化碳)系统与零部件解决方案,其还注重开发天然、绿色工质的应用,例如R290(丙烷)、乙醇等。

要知道的是,R134a是目前最为常见的汽车空调制冷剂,但由于其温室效应潜能值(GWP)高达1430,已被欧盟、美国等主要市场明令禁止采用。由此,寻找优质且环保的制冷剂成为当下汽车热管理系统领域的重要命题,这其中,R744(二氧化碳)便是最好的替代品之一。

OBRIST Engineering R744 电涡旋热泵压缩机(图片来源:OBRIST)

R744是一种气候中和制冷剂,其GWP为1,比普通的碳氟化合物R134a低1300倍,安全且环保。基于这一制冷剂,OBRIST Engineering至今已成功改造或建造了超过50台R744试制车,并支持戴姆勒的R744 空调系统及压缩机,成功交付全球首批车用R744压缩机。

OBRIST Engineering R290 紧凑型热泵系统(图片来源:OBRIST)

除R744外,GWP值仅为3的R290也同样是市场上最具环保性与经济性的制冷剂之一。R290又称丙烷,其吸收热的能力比R134a或R404高出约90%,具有优良的热力性能,价格低廉,单位容积制冷量较大,且外型尺寸小等多重优势。目前,OBRIST Engineering已自主研发紧凑型R290热泵系统及高效R290 电涡旋压缩机,在实现了体积最小化与零部件极简化,并将系统加注量控制在小于150g,从而最大程度确保整个系统的安全运行。

如上述两类产品一样,OBRIST Engineering所有产品与零部件均根据制冷剂具体需求与产品本身进行专门设计,并可根据客户需求提供A-D样全套技术服务支持。开发过程中,无论从原型机设计、建造或是批量生产验证,客户可任意指定开发阶段进行项目交付,并可为客户提供交付后的安装支持以及咨询服务。

OBRIST Engineering开发了世界第一台二氧化碳压缩机,并配置于戴姆勒车型上(图片来源:OBRIST)

正是基于其在热管理系统技术领域的不断深耕与优质的服务理念,OBRIST Engineering截至目前已拥有超过200个国际性有效专利,曾先后参与了特斯拉早期降本以及热管理、宝马i3和i8车型的技术合作等,包括大众、奥迪、雷诺、保时捷、通用、菲亚特、MAN等多家国际主流车企热门车型中不乏OBRIST Engineering热管理技术的身影。

至此,在OBRIST Powertrain强悍的零震动发动机(ZVG)和真空紧固电池包、OBRIST Engineering优异的热管理系统技术加持下,HYPERHYBRID 超级混合动力无疑是当前混合动力车型实现节能减排的优质解决方案之一。

不过,OBRIST对于征战未来汽车市场的野心并不止步于此。

OBRIST集团目前收购了汪克尔研究院,研究院创始人便是发明转子发动机的菲力斯·汪克尔。OBRIST公司创始人Frank Obrist曾在这所研究院从事过发动机研究项目。未来,该研究院将成为OBRIST研发中心,涵盖汽车空调压缩机测试台架实验室、HYPERHYBRID 研发处并可建造定制化串联式混合动力样车、建造混合动力与纯电驱动船只、RO80古董车俱乐部(欧洲转子发动机古董车迷俱乐部,古董车博物馆)等多重功能,从而为OBRIST面向未来5-15年全球汽车市场征战时提供强大助力。

毫无疑问,未来汽车是属于新型能源的。按照我国于去年下半年相继发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》及《新能源汽车产业发展规划2021年-2035年》明确,至2025年中国新能源汽车新车销量占比将达20%,这意味着中国新能源汽车将在未来的5年间,实现从5%的市占比快速飞跃。

在此市场腾飞之际,经历25周年漫长时间的积累和沉淀之后并已形成较为完善混合动力解决方案的OBRIST无疑将助力我国全面电驱动时代加速落地,成为中国新能源汽车产业重要动力源之一。

索斯滕·里克斯曼展望未来,“OBRIST的专利技术以零排放为出发点,基于模块化优势,适用于不同国家地区新能源技术路线,更完全符合中国汽车产业未来15年发展规划,将成为客户的明智选择。”

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