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汽車全面電氣化時代加速到來,OBRIST攜超級混合動力征戰上海車展

時值中國“十四五”規劃及2035年新能源汽車產業規劃發展的開局之年,汽車產業鏈上下正加速向全面電氣化時代邁進。而作為2021年首個國際汽車工業展覽會,於4月19日正式開幕的上海車展便成為諸多企業對外展示各自佈局未來的技術成果及戰略規劃的重要舞臺。其中,專注於研發減排與零排放技術的科技公司OBRIST便攜其HYPERHYBRID超級混合動力、熱管理系統等核心技術亮相本屆車展,以積極參與中國新能源汽車行業的發展,引領未來技術發展。

資料顯示,奧地利公司OBRIST Engineering成立於1996年,誕生初期為一家熱管理技術公司,2001年開始,公司開始涉足汽車熱管理系統和動力總成研發,合作物件主要為汽車頭部零部件供應商及主要代工廠,戴姆勒、寶馬、大眾、特斯拉等品牌都曾採用過其技術。隨後,作為OBRIST Engineering延伸出的姊妹公司,OBRIST Powertrain在2011年成立,涉足混合動力和純電動核心部件研發。截至目前,OBRIST除了在奧地利(總部)、美國、中國設有公司外,不久之前成立了德國子公司。

“上海車展是一個全球性規模的車展,OBRIST非常榮幸能夠參與,並將我們專利技術向全球最大也是最重要的汽車市場展示。我們認為,中國汽車市場不僅具有巨大發展潛力,而且中國對汽車技術開發非常重視。”

OBRIST公關傳媒總監 索斯滕·裡克斯曼(Thorsten Rixmann)

向蓋世汽車表示,“我們HYPERHYBRID動力總成系統完全符合中國製定的全面電氣化計劃,我們將全力支援這一計劃,因為這是人類避免氣候危機唯一的方法!”

HYPERHYBRID超級混合動力,加速推進全面電氣化進一步落地

作為OBRIST在本屆上海車展期間主推的技術之一——HYPERHYBRID超級混合動力,由零振動發動機(Zero Vibration Generator)、高效鋰離子電池包、驅動電機以及汽車控制系統組成。

發動機與電池包以串聯方式佈置,基於其模組化優勢,HYPERHYBRID超級混合動力系統可根據不同國家國情,實現插電式混合動力或是增程式混合動力等不同混合動力形式。但需要指出的是,目前市面主流串聯式混合動力系統均採用傳統內燃機為主要動力源,在動力傳輸的穩定性和操作便利性上仍存在一定弊端。

為此,OBRIST Powertrain針對串聯式混合動力的特點,進行全新研發,正式推出ZVG零振動發動機,其分為40kWe和85kWe(加渦輪增壓)兩個版本。

優勢一、兩缸對置結構發動機,緊湊、小巧

得益於兩缸發動機機構,ZVG發動機機身總重最輕僅有95kg(不包括油液),外形尺寸為677×498×188mm,總得來說做到了重量輕、尺寸小、高度整合化,可以大大提高汽車設計者和工程師在佈置上的自由度。

優勢一、兩缸對置結構發動機,緊湊、小巧

眾所周知,汽車噪聲主要源於發動機振動、風噪及路噪,隨著電氣化轉型,電機及電器的增加帶來的振動噪聲則成為NVH問題的新來源。這其中,混合動力車型NVH複雜程度成倍提高。

為克服兩缸發動機典型NVH問題,ZVG採用了一個對置旋轉曲軸用來補償一階力與力矩,兩個發電機以曲軸兩倍速度運轉來補償二階力與力矩。基於這個結構,發電機會產生一個滾動力矩,在啟動、加速及減速時均不會引起外部扭矩。“

優勢二、零振動發動機,將噪音降至極致

汽車全面電氣化時代加速到來,OBRIST攜超級混合動力征戰上海車展

注意ZVG發動機氣缸蓋上的硬幣(動圖來源:OBRIST)

優勢二、零振動發動機,將噪音降至極致

如前文所述,HYPERHYBRID超級混合動力採用串聯方式連線,在其演算法中,車輛行駛在低於65km/h(40mph)的城市路況時,電池為車輛提供全部能量;當進入高於65km/h(40mph)的駕駛路況及電池電量低於50%時,發電裝置(ZVG)才開始工作,向驅動電機輸出的電能同時給電池充電,並且保證輔助功能(如空調)執行。這臺發動機只要一啟動,其轉速將控制在1,500-5,000之間,保持全速全負荷運轉,車輛所有加速情況均由高能量電池來負責。

得益於凸輪軸上的新型線性質量平衡系統,在剛完成的B樣件中,三階與四階的力與力矩也已取消”,OBRIST集團CEO及聯合創始人弗蘭克·沃爾夫(Frank Wolf)補充道,“此外,我們還運用了隔熱和隔音裝置進一步減少振動,提升降噪效果。

經測試,其原型車顯示

優勢三、串聯混動,兼顧高效動力、低油耗與低排放

汽車全面電氣化時代加速到來,OBRIST攜超級混合動力征戰上海車展

圖片來源:OBRIST

弗蘭克·沃爾夫進一步揭示,發動機只有在冷啟動的情況下才會節流,其他情況下,均在Lambda=1處以節氣門全開狀態執行,此時空氣汙染物降到最低,以減少碳排放。但即使在冷啟動階段,我們透過將空氣泵送至電加熱催化器上,直至達到起燃狀態,從而將排放降到最低。

此外,值得注意的是,ZVG發動機燃油噴射方式採用的是進氣歧管噴射的方式,

優勢三、串聯混動,兼顧高效動力、低油耗與低排放

透過發動機與加速需求的解耦,將發動機轉化成一個真正可變的、高效的動力輸出裝置

為追求更為清潔的能源、更高的效率,向零排放無限靠近,ZVG發動機還適用於不同燃料,包括無鉛汽油、甲醇燃料、液化天然氣、壓縮天然氣以及有機生物合成燃料。

這其中,有別於目前主流以煤為製取原料的甲醇,OBRIST研發了更為清潔的甲醇提取技術,且

有效燃油消耗率為210g/kWh,達到穩定40.3%的熱效率。“持續充電情況下,HYPERHYBRID演示車長距離高速行駛狀態下百公里油耗只需4-5升。”弗蘭克·沃爾夫介紹道

將最大程度上降低NOx以及顆粒物排放問題

。“目前,OBRIST與德國、奧地利的政府部門以及相關科研機構合作,

優勢四、適用不同燃料,向零排放、碳中和目標邁進

。”索斯滕·裡克斯曼進一步透露。

截至目前,

優勢四、適用不同燃料,向零排放、碳中和目標邁進

,同時,OBRIST仍在同全球約30%汽車製造商進行交流,致力於將最新且最優技術方案推向全球汽車市場。

當然,一個優質的混合動力系統解決方案僅僅靠一臺極簡、零振動、高效且低排放的發動機是不夠的,還需要一個高能量密度電池包。為此,OBRIST Powertrain研發推出了

以此為燃料的ZVG發動機具備更高壓縮比,結合高效點火系統及稀薄燃燒(Lambda>1.6)

該電池包不受限電芯制約,可以使用高功率或高能量電芯。利用OBRIST Powertrain自主研發的真空緊固專利技術,將全部電芯以真空緊壓來保證其穩定性與牢固度,從而大幅縮減零部件數量的同時提高電池導熱係數和散熱效能,創造出行業領先的

目標熱效率達到50%以上

時值2021年,是中國“十四五”規劃和汽車產業未來15年規劃的起始元年,目前我國汽車正加速邁向全面電驅動化時代,以助力全國在2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和。但我們仍須清楚地認識到,在未來巨大發展潛力之下,是我國汽車產業混合動力相關技術積累薄弱,想要進一步實現汽車的節能減排,無論是從市場需求還是產業發展層面來看,都亟待一套優質解決方案的誕生。

展望未來,“

在今年夏天之前建造10輛基於綠色甲醇燃料(eMethanol )的HYPERHYBRID超級混合動力系統樣車

。”

ZVG專利技術已授權給至少一家大型汽車企業,最快將於2023 或2024年實現批次生產

事實上,汽車的節能減排並非單純最佳化動力來源,還需重視汽車熱管理系統的巨大作用。 透過專利技術以及對熱量的管理,最大程度上提升電量分配效率,延長續航里程,進一步實現節能減排。因此,HYPERHYBRID 超級混合動力所帶來的優秀表現,也同樣離不開熱管理系統的“保駕護航”。

OBRIST Engineering在汽車動力系統、廢熱回收和熱管理系統領域擁有長達25年開發經驗,其理念是專注開發綠色環保的解決方案。基於對暖通空調(HVAC)熱力學流程設計及相關零部件功能需求的深度理解,OBRIST Engineering不僅曾成功開發了替代化學制冷劑的R744(二氧化碳)系統與零部件解決方案,其還注重開發天然、綠色工質的應用,例如R290(丙烷)、乙醇等。

要知道的是,R134a是目前最為常見的汽車空調製冷劑,但由於其溫室效應潛能值(GWP)高達1430,已被歐盟、美國等主要市場明令禁止採用。由此,尋找優質且環保的製冷劑成為當下汽車熱管理系統領域的重要命題,這其中,R744(二氧化碳)便是最好的替代品之一。

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OBRIST Engineering R744 電渦旋熱泵壓縮機

(圖片來源:OBRIST)

R744是一種氣候中和製冷劑,其GWP為1,比普通的碳氟化合物R134a低1300倍,安全且環保。基於這一製冷劑,OBRIST Engineering至今已成功改造或建造了超過50臺R744試製車,並支援戴姆勒的R744 空調系統及壓縮機,成功交付全球首批車用R744壓縮機。

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OBRIST Engineering R290 緊湊型熱泵系統

(圖片來源:OBRIST)

除R744外,GWP值僅為3的R290也同樣是市場上最具環保性與經濟性的製冷劑之一。R290又稱丙烷,其吸收熱的能力比R134a或R404高出約90%,具有優良的熱力效能,價格低廉,單位容積製冷量較大,且外型尺寸小等多重優勢。目前,OBRIST Engineering已自主研發緊湊型R290熱泵系統及高效R290 電渦旋壓縮機,在實現了體積最小化與零部件極簡化,並將系統加註量控制在小於150g,從而最大程度確保整個系統的安全執行。

如上述兩類產品一樣,OBRIST Engineering所有產品與零部件均根據製冷劑具體需求與產品本身進行專門設計,並可根據客戶需求提供A-D樣全套技術服務支援。開發過程中,無論從原型機設計、建造或是批次生產驗證,客戶可任意指定開發階段進行專案交付,並可為客戶提供交付後的安裝支援以及諮詢服務。

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OBRIST Engineering開發了世界第一臺二氧化碳壓縮機,並配置於戴姆勒車型上(圖片來源:OBRIST)

正是基於其在熱管理系統技術領域的不斷深耕與優質的服務理念,OBRIST Engineering截至目前已擁有超過200個國際性有效專利,曾先後參與了特斯拉早期降本以及熱管理、寶馬i3和i8車型的技術合作等,包括大眾、奧迪、雷諾、保時捷、通用、菲亞特、MAN等多家國際主流車企熱門車型中不乏OBRIST Engineering熱管理技術的身影。

至此,在OBRIST Powertrain強悍的零震動發動機(ZVG)和真空緊固電池包、OBRIST Engineering優異的熱管理系統技術加持下,HYPERHYBRID 超級混合動力無疑是當前混合動力車型實現節能減排的優質解決方案之一。

不過,OBRIST對於征戰未來汽車市場的野心並不止步於此。

OBRIST集團目前收購了汪克爾研究院,研究院創始人便是發明轉子發動機的菲力斯·汪克爾。OBRIST公司創始人Frank Obrist曾在這所研究院從事過發動機研究專案。未來,該研究院將成為OBRIST研發中心,涵蓋汽車空調壓縮機測試臺架實驗室、HYPERHYBRID 研發處並可建造定製化串聯式混合動力樣車、建造混合動力與純電驅動船隻、RO80古董車俱樂部(歐洲轉子發動機古董車迷俱樂部,古董車博物館)等多重功能,從而為OBRIST面向未來5-15年全球汽車市場征戰時提供強大助力。

毫無疑問,未來汽車是屬於新型能源的。按照我國於去年下半年相繼釋出的《節能與新能源汽車技術路線圖2。0》及《新能源汽車產業發展規劃2021年-2035年》明確,至2025年中國新能源汽車新車銷量佔比將達20%,這意味著中國新能源汽車將在未來的5年間,實現從5%的市佔比快速飛躍。

在此市場騰飛之際,經歷25週年漫長時間的積累和沉澱之後並已形成較為完善混合動力解決方案的OBRIST無疑將助力我國全面電驅動時代加速落地,成為中國新能源汽車產業重要動力源之一。

索斯滕·裡克斯曼展望未來,“OBRIST的專利技術以零排放為出發點,基於模組化優勢,適用於不同國家地區新能源技術路線,更完全符合中國汽車產業未來15年發展規劃,將成為客戶的明智選擇。”