五分钟看懂奥迪e-tron电驱技术

2012年可以算是混合动力车型的崛起之年。7月底，由国务院颁布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，明确指出要大力推广普及混合动力车型。广州8月30日晚上9时临时实施限牌政策，以响应国家产业发展规划，并为购买新能源汽车的车主提供1万元的购车补贴。随着混合动力车阵型的迅速扩张以及纯电动车接连发布，新能源汽车浪潮一浪高过一浪。之前我们技术频道介绍过一些主流的混合动力技术。今天我们要来了解一下奥迪品牌著名的e-tron电驱技术。

 

● 奥迪的未来汽车解决方案——hybrid向e-tron的过渡

在2012年，奥迪在一般民用车市场主推的是hybrid全混合动力的车型。通过在传统发动机车型上整合了内置于变速箱的电动机、功率电子装置以及锂电池模块，实现了提升车辆动力性及燃油经济性的目的。

如大家比较熟悉的Q5 hybrid quattro车型就是一台标准的全混合动力车型。其上搭载了一台155kW的2.0L TFSI EA888涡轮增压发动机以及40kW的永磁同步电机，当发动机和电动机同时输出时能爆发180kW的最大功率及410Nm的最大扭矩。除此以外，Q5 hybrid quattro还带有纯电动模式，可以以60km/h保持匀速行驶3公里。hybrid混合动力车型纵使动力远超传统动力车型，燃油经济性也更胜一筹，但依然无法做到零排放以及较长里程的纯电动行驶。未来的奥迪e-tron车型将主要采用电动机驱动车辆，能够实现较长里程地以纯电动模式行驶。

● e-tron电动科技始于2009年法兰克福车展

奥迪e-tron电动科技始于2009法兰克福车展上展出的那台奥迪e-tron概念车。在短短的三年间，奥迪把e-tron技术的应用范围由概念车扩展至实际量产车型。下面我们来回顾一下奥迪e-tron技术的发展历程。

 

奥迪e-tron概念车是一款纯电动车，采用了四个电动机以及一组锂电池。其纯电动动力系统最大功率为230kW，最大扭矩达到惊人的4500Nm（传统汽油发动机动力最多也就几百Nm），0-100km/h加速时间仅为4.8s。

同是奥迪e-tron概念车，在2010北美车展上展出的是一台采用两个电动机驱动后轮的车型，外形与法兰克福车展展出的车型类似。这台后驱车型动力系统输出的最大功率为150kW，最大扭矩为2650Nm，0-100km/h加速时间为5.9s。

 

奥迪A1 e-tron是一款增程型电动车，采用了一个45kW电动机（峰值输出为75kW）驱动车辆前轴。同时此车还配置了一个254cc的转子发动机用于驱动15kW的增程发电机。

 

奥迪e-tron spyder是一款增程型电动车。其后轴采用一台3.0L V6 TDI双涡轮增压柴油发动机推动，最大功率为221kW，最大扭矩为650Nm；前轴采用两台电动机合起来可以产生64kW的最大功率以及352Nm最大扭矩。奥迪e-tron spyder 50:50的车身配重以及为操控优化的四驱系统，使得其操控性及动力性都极为出色。这种前置电动机、后置发动机的动力布置形式也被采用于奥迪e-tron R18耐力赛车上。

 

奥迪A6L BEV是一款纯电动车，仅靠电力驱动，一次充电最大续航里程为130km，最高车速可达138km/h。电量用尽后，可以在家用外接充电器进行充电。由于此车尚未定型，因此并没有公布更详细的参数。

 

奥迪Q5 HFC（Hybrid Fuel Cell）是一款燃料电池车，应用了在2004年奥迪曾经推出过的A2H2概念车（以奥迪A2为基础）上的核心技术。奥迪Q5 HFC的低温氢燃料电池功率可达到98kW，而起辅助作用的锂电池功率为37kW。两台电动机分别位于前后两车轴，可产生90kW的最大功率以及420Nm的最大扭矩。奥迪Q5 HFC的0-100km/h加速时间为13.4秒，最高时速160km/h，可以实现500公里的续航里程。

 

奥迪A3 e-tron是一台纯电动车，在车辆前轴放置了一台最大功率为60kW（峰值功率可达100kW）、最大扭矩为279Nm的永磁同步电机。

奥迪A3 e-tron concept是一台插电式混合动力汽车。车上装有一台155kW的1.4TFSI发动机以及一台20kW的电动机，两种动力系统协同作用产生175kW的最大功率。

 

奥迪A6L e-tron是一款插电式混合动力车型，其驱动结构与上面提到的奥迪A3 e-tron concept类似。不同的是，奥迪A6L e-tron采用了一台155kW的2.0L TFSI发动机以及一台70kW的电动机作为动力。在纯电动模式，奥迪A6L e-tron能够以60km/h的巡航速度行驶80km。

 

今年年底在欧洲上市的R8 e-tron车型是一款纯电动超级跑车采用了四台电动机分别驱动四个车轮。四台电动机总共可以产生230kW的最大功率以及4500Nm的最大扭矩。R8 e-tron的上市意味着全轮电驱技术的成熟以及e-quattro电动四轮驱动技术的民用化。

2012年，奥迪R18 e-tron quattro首次将e-tron电驱动技术带上勒芒24小时耐力赛的赛场进行试炼，这是对系统和整车可靠性、高效性和耐久性的超高级测试。奥迪R18 e-tron quattro赛车后轴采用最大功率为375kW的3.7L TDI涡轮增压发动机驱动，前轴采用51kW的电动机驱动。两种动力共同构建出“混合式”四驱系统。除此以外，奥迪R18 e-tron quattro还采用了来自于F1威廉姆斯车队的飞轮式KERS动能回收系统（KERS：Kinetic Energy Recovery Systems）。

● e-tron的核心技术

奥迪e-tron的核心技术包括以下四项：电动机、功率电子装置、充电系统以及锂电池技术。

● 电池能量密度制约电动车续航里程

在奥迪e-tron系列车型上，广泛地运用了锂电池技术。为获得较长的行驶里程以及尽可能降低车辆的重量，车用电池必须要有较高的能量密度。各种常见电池类型的能量密度可参看下图。从下图中我们可以了解到，车用锂电池的能量密度比电子消费产品上使用的锂电池要低，这是因为车用锂电池需要承受大电流充放电而在能量密度上做出了妥协。

● 电池充放电控制影响电池寿命

车用锂电池一般为锂离子电池（下称“锂电池”），锂电池使用寿命是影响电动车发展的重要因素。而对锂电池充放电时间、电流及温度的控制技术是影响锂电池寿命的关键。对于单个锂电池来说，过度放电以及过度充电都会缩短电池寿命。对于大部分锂电池来说，其中止放电电压为2.5V～2.75V（视生产商而定）。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。过度充电会使电池升温，同样会缩短电池寿命。

对于车用锂电池来说，其合适的工作温度为45℃~60℃。温度过高会导致电池退化，缩短电池寿命；温度过低则导致电池停电，无法输出足够的电流。

锂离子电池不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放电时间（内部会产生较高的温度而损耗能量），这或许是现在锂电池技术的一个弱点。因而在电动车上，都会采用由众多小块锂电池组成的锂电池组，这样能够使电池组输出较大的电流。像奥迪A1 e-tron上的电池组就由96块锂电池组成，每一块锂电池的温度、电压、充放电电流等状态信息都受到功率电子系统的监控，从而保证锂电池组工作在合适的状态。

 

● 奥迪采用的两种电动机

奥迪e-tron技术采用了两种不同类型的电机——ASM电机（异步电动机）以及PSM电机（永磁同步电动机）。没有采用永久磁铁的ASM电机结构简单便于维护；采用永久磁铁的而PSM电机扭矩范围宽、能效高且在高速时能够输出高功率，但需要复杂的传感器系统。在奥迪Q5 hybrid混合动力车型上采用的就是PSM电机。而对于未来的纯电动车来说，高转速的ASM电机以及PSM电机都是合适的。

奥迪e-tron技术采用的电动机根据安装位置及用途的不同具有不同的形式。对于安装在变速箱内部的高扭矩电动机，其外形是盘型的（如奥迪Q5 hybrid变速箱上的电动机）。对于安装在车轴上的高转速电动机，其外形是柱形的（如奥迪A3 e-tron前轴上的）。

● 功率电子装置——电动机与电池之间的桥梁

奥迪e-tron系列车型上必然会有锂电池以及电动机（发电机），而搭配了传统动力的车型还会配置一个传统的12V蓄电池。功率电子装置是用于综合控制电池、电动机及发电机之间的能量转换，同时监控各部件的工作状态。

● 三种充电方式

对于电动车来说，充电系统是必备配置。奥迪e-tron根据车型的不同安装有三种不同的充电方式。三种不同充电方式的特点可参看下图。

● 能量回收系统

对于使用传统动力的汽车，其能量回收方式最多也就只能在制动或者下坡时利用发电机给蓄电池充电，能量回收效果相对较弱（奔驰、宝马、奥迪的传统动力车型均采用此方式回收发动机能量）。

电动机是个好东西，你给它供电，它就会转；你转动它，它便会产生电能。正是利用这个简单的电磁转换原理，安装了电动机的奥迪e-tron车型便能根据实际车辆工况以及驾驶员意图，在功率电子装置的统一管理下实现高效的能量回收。

奥迪R18 e-tron赛车所采用的能量回收系统有点特别。对于能量的存储，大家惯性思维会想到电池和电容这种以电能形式的储能元件。而除此以外，能量还可以以另外一种形式被存储起来——高速旋转的大惯性飞轮。奥迪R18 e-tron赛车采用的是威廉姆斯车队在F1赛车上采用的惯性飞轮能量回收系统，简称KERS。通过位于前轴的电动机回收回来的能量被转化为动能被存储于大惯性飞轮上。当车辆需要加速时，大惯性飞轮上的动能通过无级变速箱输出并转化为电能驱动前轴电动机驱动车辆。

● 窥见未来的电动四驱系统——e-quattro

说道四驱系统，过去厂商们一直在探索如何能尽可能大地扩大扭矩分配范围。从奥迪享誉国际的扭矩感应式机械差速器（Torsen差速器）到最近各厂商都在使用的电子离合式差速器（如宝马DPC、三菱AYC、讴歌SH-AWD等），技术的一次又一次的进步都在逐渐逼近前轴与后轴、左右侧车轮间0-100%全范围扭矩分配。但无论如何，在奥迪e-quattro出现之前，还没有哪家厂商能够单独对车辆每一个车轮实现0-100%的单独扭矩分配。

正因为抛弃了传统的动力系统，而使用了纯电动驱动方式，所以奥迪e-quattro能够根据实际驾驶情况分配每一个车轮上的扭矩输出。配置有e-quattro技术的车型在通过性以及操控上都会比史上任何一款电动车要高得多。而电动机比传统发动机强大得多的扭矩输出带来的迅猛加速性能更是以往任何一款车型所无法比拟的。

总结：从概念车到耐力赛车，从耐力赛车到民用车，奥迪e-tron技术的发展可谓一日千里。今年底在欧洲上市的纯电动四驱奥迪R8 e-tron将首次让我们有机会感受到纯电动超级跑车强大扭矩输出带来的强大推背感以及e-quattro电子四驱系统所带来的优越操控性能。奥迪R8 e-tron的正式上市，标志着奥迪纯电动四驱系统已经成熟，意味着在不久的将来会有更多民用车采用这种新技术，让我们拭目以待吧！