奥迪Q5 Hybrid混合动力系统结构及技术分析

2011年1月24-28日，先进车载电池研讨会AABC （Advanced Automotive Battery Conference）在美国加利福尼亚州帕萨迪纳市（Pasadena）举办。在AABTAM（Advanced Automotive Battery Technology，Application and Market）电池技术、应用及市场的分会讨论中，奥迪公司电池部门工程师Daniel Andree以“Battery System for Audi's Q5 Hybrid Vehicle”为题发表了演讲，对2012款奥迪Q5 Hybrid混合动力车的锂离子电池系统进行了详细介绍。

早先有报道认为奥迪Q5 hybrid将采用大众途锐混合动力车型与保时捷卡宴混合动力车型所采用的镍氢电池，但2010年11月有关方面确认该车将采用三洋电机所生产的锂离子电池。

一、混合动力系统赋予奥迪Q5 Hybrid的运动能力及环保效能
纯电力推进模式下，2012款奥迪Q5 Hybrid混合动力车行程约为3千米（1.86英里），最高速度100千米/时（62英里/时）。达到3千米行程时纯电力推进速度需要控制在60千米/时（37英里/时）左右，最高速度下行程将有所降低。该车配备了2.0升排量带涡轮增压的燃油直喷四缸汽油发动机。

图为奥迪Q5 Hybrid混合动力系统构成与性能。从图中可知，动力系统最大功率输出为180千瓦（245马力），最高转矩输出为480牛•米。按照欧洲新行驶循环标准NEFZ（Neuer Europäischer Fahrzyklus）或称NEDC（New European Driving Cycle），二氧化碳排放水平低于160克/千米。从0速加速到100千米/时所需时间为7.1秒。整个并联混合动力组件系统的总重量不到130千克（286磅），体积紧凑，避免占据车舱内部空间。

图上结构说明文字中，从上到下：左列为电子空气调节压缩机、分断离合器；中列为脉冲倒相器（Pulse Inverter）与直流-直流转换器、变速箱、发动机；右列为带冷却功能的电池系统。

二、电池性能
锂离子电池组由72个电池单元构成，额定工作电压为266伏特，蓄能容量为1.3千瓦时，重量约为35千克，功率输出密度为1143瓦/千克，能量密度为37瓦•时/千克。电池单元的总重量大约占电池系统总重量的52%。

新电池组的功率输出峰值达40千瓦，在奥迪Q5 Hybrid整个动力总成的180千瓦功率输出中占有相当大的比例。该电池采用较宽的电池荷电状态SOC（State-of-charge）窗口设计，范围从20%到80%，在30%-70%区间内均可充分发挥电池性能。该电池荷电状态SOC窗口明显宽于其他汽车制造商电池的现有水平。以通用汽车为例，其全混合动力车型配备的电池充分发挥性能的SOC窗口跨度仅有20%。由于奥迪Q5 Hybrid电池组充分发挥性能的SOC窗口跨度超过30%，因此甚至在-30ºC（-22ºF）的低温状态下依然能够起动发动机。

相形之下，大众途锐混合动力车型与保时捷卡宴混合动力车型所采用的镍氢电池组共有240个电池单元，额定工作电压288伏特，电池蓄电量为75安培小时，蓄能容量为1.7千瓦时，功率输出峰值为38千瓦。可见奥迪Q5 hybrid的锂离子电池系统重量更轻，电池单元更少。

三、电池冷却功能
 

图为2012款奥迪Q5 Hybrid混合动力车的冷却系统。上中下分别为电动马达水冷系统、高压电池模块冷却系统和动力电子冷却系统。其电池系统采用气冷模式，需要对冷却气流体积与温度进行控制。电池组可分为两个对称部分，每一侧均设有独立的进气与排气界面。

新电池在设计上尤其注重防止气流通道中紊流（Turbulence）的发生，后者可导致内部压强及冷却效果出现不稳定现象。图左侧为紊流所导致的非均匀气压差（Inhomogeneous Pressure Deviation）。温度调节精度误差为5开尔文（等于5摄氏度）。

奥迪发现在电池组中添加空气调节系统可以明显缩短达到特定冷却目标所耗费的时间。例如，采用主动空气调节系统的电池组可以在16秒之内将温度从50 ºC（122 ºF）降低到40 ºC（104 ºF），而倘若仅仅依靠压缩气流进行冷却，则可能需要6分钟的时间。

电池管理系统BMS（Battery Management System）可在主动与被动工作模式之间进行切换。电池组的冷却分三级进行控制。倘若电池组温度上升至34.5 ºC（94.1 ºF）以上，则风扇冷却功能将起动；倘若电池组温度上升至37 ºC（98.6 ºF）以上，则空气调节系统将起动，将冷却气流通过前蒸发器吹送至电池；倘若温度高达42 ºC（107.6 ºF），则后置专用蒸发空冷装置将提供额外的冷却效果。