浅谈国内混动技术(2):各家车企混动技术路线优劣对⽐
⼀、各家车企的混动技术路线是什么?
⾸先,列出在上个帖⼦中提到的各⼤车企混动技术路线的内容:
(尚处于PPT阶段、或者已停产的技术不会列⼊)
丰⽥ THS通⽤、福特本⽥ iMMD⽐亚迪 DMi⽐亚迪 DMp
技术路线混动专⽤发动机技术
(>40%超⾼热效率
+全电⽆轮泵系)
⾏星齿轮式机电耦合
结构
⾼效率电驱动技术
(扁线电机
油冷技术)
⾼倍率⼩容量电池
混动专⽤发动
机技术(<
40%较⾼热效
率)
⾏星齿轮式机
电耦合结构
⾼效率电驱动
技术
⾼倍率⼩容量
电池
混动专⽤发动
机技术(>
40%超⾼热效
率)
P1+P3 拓扑结
⾼效率电驱动
技术(扁线电
机油冷技术)
⾼倍率⼩容量
电池
混动专⽤发动机技术
(>40%超⾼热效率
+全电⽆轮泵系)
P1+P3 拓扑结构
⾼效率电驱动技术
(扁线电机
⾼速电机油冷技术)
P0+P3 /
P0+P4 拓扑
结构(低配车
型)
P0+P3+P4 拓
扑结构(⾼配
车型)
车企吉利 epro
(⽤于吉利、
领克车型)
上汽 EDU (⽤于荣
威、名爵、⼤通
iHUD 车型)
⼴汽 GMC (⽤于
⼴汽传祺、⼴汽
三菱车型)
长城柠檬(⽤于哈
弗、坦克车型)
长城 Pi4 (⽤
于 WEY 车型)
术路线P2.5 单电机
结构
P2.5 单电机结构
⾼效率电驱动技术
(扁线电机⾼速电
机油冷技术)
混动专⽤发动机
技术(<40%较
⾼热效率)
P1+P3 拓扑结构
混动专⽤发动机技
术(<40%较⾼热
效率)
P2+P3 拓扑结构
(A级、B级车型)
P2+P3+P4 拓扑结
构(C级车型)
⾼效率电驱动技术
(扁线电机⾼速电
机油冷技术)
P0+P4 拓扑结
构(原封购买
欧洲技术)
车企理想
ONE东风岚图
⽇产 e-power (⽤于 A0
级车型)
⽇产(⽤于 B 级车型)沃尔沃
技术路线单增程模
式拓扑结
混动专⽤发动机技术
(>40%超⾼热效
率)
单增程模式拓扑结构
⾼效发动机技术 (<40%
较⾼热效率+全电⽆轮泵
系)
单增程模式拓扑结构
⾼效发动机技术 (<40%
较⾼热效率+全电⽆轮泵
系)
P2 单电机结构
P2+P4
拓扑结
车企⼤众(⽤于⼀汽⼤
众、上汽⼤众、奥
别克gl8商务车报价2021款价格迪车型)
奔驰宝马保时捷长安
术路线P2 单电机结构
⾼效发动机技术
(<40%较⾼热效率+全
电⽆轮泵系)
P2 单电机结构
P2 单电机结
构 / P0+P4 拓
扑结构
P2 单电机结
构 / P0+P4 拓
扑结构
P2 单电机结构
(原封购买欧洲
技术)
车企奇瑞标致雪铁龙PSA
技术路线P2 单电机结构(原封购买
欧洲技术)
P2 单电机结构(低端车型如 308PHEV 普通版、
508PHEV)
P0+P2+P4 拓扑结构(中端车型如天逸 C5 PHEV,
4008PHEV,308PHEV性能版)
上海车展新车⾼效率电驱动技术(扁线电机、油冷技术)
⼆、为什么混动与纯电动会取代燃油车型?
从政策层⾯来说,是为了满⾜全球各国共同制定的碳排放⽬标,燃油车已⽆法满⾜各国法规中的排放要求,只有被碳排放更低的混动车型及纯电动车型取代;
从科学依据层⾯来说,混动车型及纯电动车型的全周期能量⾜迹转化效率分别能达到33%和34%,远⾼于燃油车的19%,这不但意味着节能效果更好,同时也意味着全周期的排放总量更少。
因此在乘⽤车这个领域,混动车型及纯电动车型会逐渐取代燃油车。
作为燃油车的替代品,混动车与纯电车将是长期共存的状态。
三、什么样的混动车型有替代燃油车的优势?
由于燃油车将与混动车⾄少共存15年,满⾜以下条件的混动车才会具备对燃油车的替代优势:
①⽐同级别的燃油车的能耗更低。
②⽐同级别的燃油车动⼒性能更强。
③与同级别的燃油车平价甚⾄低价。
只有具备这3个条件的混动车,才能在汽车市场上被消费者主动选择——尤其是在市场容量最⼤、
⽤户对成本敏感度最⾼的 A 级车市场中,这样的混动车型相对于燃油车的替代优势就更⼤。即使没有限牌限号这类⾏政措施的强制⼲预,消费者也会⾃发地选择有这3点特性的混动车,从⽽⾃然地完成燃油车的淘汰过程。
(注1:在与燃油车做⽐较时,混动车型的能耗特指:HEV 车型的全⼯况能耗;PHEV 车型的馈电能耗。——如果 PHEV 的馈电能耗都能优于同级别燃油车的能耗,那它在插电情况下的能耗当然会更低。
(注2:能耗测试标准是以全球统⼀的 WLTP 标准为准,⽽不以“个⼈驾驶经验”为转移。从2018年起,作为联合国统⼀排放法规体系的⼀部分,WLTP 已陆续在欧盟、印度、韩国、美国、⽇本等国家
s1000rr取代现有的各类能耗测试标准;中国则在2020~2025年间使⽤ WLTP 作为燃油车与混动车的能耗测试标准,2025年后将使⽤⽐ WLTP 更严格的 CATC 标准;WLTP 标准包括碳排放测试、台架测试、RED 实际道路测试等多个部分。)
四、什么样的混动技术路线才是好的路线?
基于第⼆点、第三点所述,评价混动技术路线优劣的基本原则就是:
1、这样的技术路线应该让混动乘⽤车的碳排放总量趋近于最⼩——也就是说,在混动乘⽤车中,汽油和电⼒这两种能量的综合利⽤率应该趋近于最优的状态;
2、在满⾜上⼀点的前提下,混动乘⽤车的价格应该不⾼于相同级别、相同动⼒性能的燃油车。
五、评价混动技术路线优劣有哪些维度?
基于第四点中的基本原则,评价混动技术路线优劣有以下3个具体维度:
1、能效(汽油和电⼒两个能量源的综合利⽤率);
2、动⼒性能;
3、成本/价格。
每个维度再往下细分,详细的评价指标为:
1、能效(汽油和电⼒两个能量源的综合利⽤率):
汽车钥匙(1)⾼效率发动机技术;
①阿特⾦森发动机/⽶勒循环⾼热效率发动机;
②发动机附属泵系全电⽆轮化;
(2)⾼效率电驱动技术:
⾼效率电机(扁线电机、⾼速电机、油冷技术)及电控器;
(3)对发动机⾼效区与电机⾼效区进⾏优化融合的技术:
①系统拓扑结构及各动⼒源耦合模式的完备性:
②系统中是否存在多档变速箱及其形式( AT 变速箱/DCT 变速箱/两档齿轮变速结构/单档减速齿轮直连);
③混合动⼒流的动态控制优化算法与技术。
2、动⼒性能:
(1) WLTP ⼯况各区间的轮端功率需求与动⼒源的功率输出匹配度;
(2)⾼效能量缓冲区技术(⼤容量储能电池);
(3)在整车动⼒流控制过程中,系统动⼒切换与耦合的稳定性与抗扰性(平顺性):
①系统中离合器组件的数量;
②动⼒耦合过程对整车驱动⽅式的影响:
3、成本/价格:
(1)车企的成本控制能⼒(内化指标,只对⼚商有意义);
(2)终端价格。(外化指标,只有终端价格才对消费市场有意义。)
以上⼀共12个⼩项,其中第3点中的(1)、(2)两个⼩点在评价时只有⼀项⽣效——对于车企⼚家⽽⾔是3.(1)⽣效,对于消费市场⽽⾔是3.(2)⽣效。
所以在单独从车企⼚家⾓度或者单独从消费市场⾓度进⾏评价时,总共有11个⼦项同时⽣效。下⼀节就从这11个⽅⾯对各车企的混动技术路线进⾏对⽐与评价。
(注:⽂中提到的所有“阿特⾦森发动机”,其准确的技术定义名称为“进⽓门晚关的采⽤ VVT 可变⽓门正时技术的仿阿特⾦森循环效果的⽶勒循环超膨胀发动机”;
⽂中提到的所有“⽶勒循环发动机”,其准确的技术定义名称为“进⽓门早关的采⽤ VVT 可变⽓门正时技术的仿阿特⾦森循环效果的⽶勒循环超膨胀发动机”;)
六、各家车企的混动技术路线详细评价
以下就按照第五点中的11个⼦项,逐⼀对各家车企的混动技术路线进⾏详细评价:
1、阿特⾦森发动机/⽶勒循环⾼热效率发动机;
⽐起燃油车平台所使⽤的奥托循环发动机,阿特⾦森/⽶勒循环发动机的有效热效率⾼了⼀个等级,BSFC 燃料消耗值低了⼀个等级,MAP 图⾼效区更宽⼴(⾼效率等功率曲线所包围的⾯积更⼴)。所以针对⾼热效率⽬标进⾏燃烧系统、进⽓系统、排⽓系统、冷却系统、喷油系统的专项设计与改型后,阿特⾦森/⽶勒循环发动机是适⽤于混动系统的专⽤发动机,热效率极⾼。
但是阿特⾦森/⽶勒循环发动机在低速区的动⼒输出没有奥托循环发动机强,所以阿特⾦森/⽶勒循环发动机在低速区必须要有电机协同驱动,以确保发动机的⼯作落点位于其⾼效区间内。
其中阿特⾦森发动机可以做到⽐⽶勒循环发动机的热效率更⾼,⽶勒循环发动机由于进⽓门早关的原理,⼀般同时配合涡轮增压技术使⽤以确保做功充分。
(辨析:阿特⾦森/⽶勒循环发动机与混动专⽤发动机的关系
①混动专⽤发动机⼀定是阿特⾦森/⽶勒循环发动机;
②⽶勒循环发动机不⼀定是混动专⽤发动机。因为普通的⽶勒循环发动机配合涡轮增压技术常被⽤于⾼动⼒燃油车平台中,但是⽤于燃油车平台的⽶勒循环发动机的热效率不⾼。如果要将⽶勒循环发动机⽤于混动平台,需要重新进⾏结构设计与改型,使它的热效率升⾼。
混动专⽤发动机的热效率⼀般在39%以上,⽽燃油车平台的普通发动机热效率⼀般在37%以下;混动发动机的 MAP 图⾼效区可以⽐燃油平台发动机的 MAP 图⾼效区多覆盖10%以上的范
围。)
丰⽥、本⽥、通⽤、⽇产、奔驰的专⽤发动机都在国内车企之前早已投⼊量产;
国内⼏⼤车企的阿特⾦森/⽶勒循环发动机技术,全部来⾃于发动机技术寡头 AVL、FEV。
通俗地说,AVL、FEV 给国内车企提供⼀套⾼效率发动机的公模设计⽅案,再根据各车企的个别特定要求进⾏细微增改,然后全程协助国内车企完成发动机的实物制造并通过中汽中⼼认证。⼴汽、⽐亚迪、东风岚图、长城的阿特⾦森/⽶勒循环发动机都是来⾃于同⼀套公模设计,所以它们的关键技术如 EGR、⾼精度可变⽓门正时、350bar ⾼压直喷、电⼦⽔泵、⾼滚流⽐⽓道、⾼压缩⽐参数等都是⼀样的,且都是使⽤92号汽油(燃油平台的发动机,在提升热效率的同时有⼀部分也需要95号汽油)。
那么各家国内车企的混动专⽤发动机的区别在哪⾥呢?在于以下两点:
奔驰sls价格①对于热效率设计⽬标值的要求⾼低:
这直接关系到发动机设计⽅案的整体难度,及发动机制造的整体经费;
所以,⼴汽的发动机成型后热效率是42%,⽐亚迪的发动机成型后热效率是43%,东风的发动机成型后是41%,长城的发动机成型后是不到39%(半成品,因为长城柠檬平台的研发时间太短,它的>40%热效率的完全态阿特⾦森发动机最快要在2022年才能量产,今年只能量产39%的半
成品)
⽽吉利的混动专⽤发动机还处于 PPT 的5年计划中,长安的混动专⽤发动机还处于实验室中。
②发动机的量产情况:
这⼀点与两个因素直接相关:发动机研发的时间早晚与发动机制造的经费投⼊。
所以,⼴汽的最早量产,⽐亚迪其次,长城再次,东风最后。
吉利、长安和上汽还在梦游。
那么理想汽车为什么没采⽤混动专⽤发动机呢?
因为他们买不到:在理想准备制造汽车的那个时间段,国内车企都还没有已量产的⾼热效率混动专⽤发动机。⽽丰⽥、本⽥、通⽤、⽇产,它们不会提供外售。
但是问题在于,虽然买不到混动专⽤发动机,也还有其它热效率⽐较⾼的燃油平台发动机可以选择。可理想却为了节省成本,从⼩⼚家东安动⼒那⾥买了⼀款特性不佳的发动机——理想汽车也是这款发动机的第⼀个客户,这款1.2T燃油平台发动机(三缸)的热效率是36.3%;(理想ONE 的整备质量是2.3吨)
对⽐⼀下同类型的单增程混动车,⽇产 e-power 平台的 NOTE 车型的整备质量1.1吨,采⽤的是1.2L 混动专⽤阿特⾦森发动机;
东风岚图 Free 车型的整备质量是2.2吨左右,采⽤的是 1.5T 混动专⽤阿特⾦森发动机,热效率41%。
从发动机 MAP 图来看,东安的这款燃油平台发动机的燃料消耗值的最低点是 240g/kWh,且只对应于唯⼀的⼀个转速扭矩交叉点;其它所有的功率点都⼤于 240g/kWh;——更重要的是,发动机正常运⾏时的落点不可能精准位于唯⼀的最低交叉点,⽽是位于⽐最低点的热效率少2~5个百分点的范围内(这也就是国标中所定义的⾼效区范围的理论来源);
⽽混动专⽤阿特⾦森发动机在 1500rpm~5000rpm 的转速范围、25%~100% 的扭矩范围所围成的⼤⾯积区域内,燃料消耗值都能低于 240g/kW,最低点能达到 210g/kW 左右——这样宽⼴的⾼效区特性是任何燃油平台发动机也做不到的。
这就意味着,理想 ONE 发动机在所有⼯作区间的 BSFC 燃料消耗值,都⽐阿特⾦森发动机在⼤部分区间的 BSFC 燃料消耗值要更⾼。——这就是燃油平台发动机和混动平台发动机之间的差异。
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