2020 年,在面向下一个汽车行业的长远规划,中国汽协推出《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》,在这里一方面把混合动力作为一种明确的技术路线,同时也延展了插电式混合动力(PHEV)继续作为新能源汽车发展技术路线。我想在这篇文章里面,探讨一下基于专用混动变速箱开发的方式,特别是从本田的插电式混合动力技术的 i-MMD 开始,到比亚迪的 DM-i 超级混动和长城的柠檬混动 DHT 这些技术,将会接下来对于中国的插电式混动技术带来多大的变量。

 

01、三者的共同特点

从整体的系列来看,这三个都属于基于专用混动变速箱开发的串并联结构。

 

1)比亚迪 DM-i 超级混动

比亚迪也发布了一套新的插电式混动的技术——DM-i 超级混动,这套系统包括骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机、EHS 电混系统、DM-i 超级混动专用功率型刀片电池等部件。这套系统,是起源于之前 2008 年比亚迪做的 F3 DM 的系统,设计围绕着大功率电机驱动和大容量动力电池供能为主、发动机为辅的电混架构。

 

 

这套系统也是采用双电机串并联架构,发动机和驱动电机独立工作,发动机和发电机直连,通过直驱离合器和驱动电机部分连接,可实现 EV 纯电、HEV 串联、HEV 并联和发动机直驱四大模式。

 

在纯电驱动模式下,由于比亚迪 P3 电机采用了扁线设计,大功率电机最高转速高达 16000 转,峰值扭矩达到了 325Nm,峰值功率最高达到 160kW。这款大功率电机结合大速比的齿轮传动,打造出媲美 2.0T 发动机的超强动力,营造出满满的推背感。在 HEV 串联模式下,如果整车行车功率小于发动机经济功率时,系统可以通过发动机高效区间给电池充电。当整车行车功率需求太高,脱离发动机经济功率时,采用并联模式,驱动电机可以辅助输出扭矩,从而保证全工况的动力需求的同时,也使发动机能始终工作在高效区。在中高速巡航时,由于发动机效率比较高,此时主要是发动机直驱模式。这里值得一提的是,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机颠覆性采用 15.5 高压缩比,阿特金森循环、25%宽 EGR、分体冷却、超低摩擦等前沿技术,将量产发动机做到了 43.04%热效率,发动机直驱时也很省油。

 

综合来看,这套系统追求以电为主,当车辆亏电时,在市区路况下,以 EV 行驶为主,81%的工况发动机熄火停机;18%的工况发动机处于高效区串联行驶;这样 99%的工况下是用电机进行驱动。对于 DM-i 超级混动来说,这套系统不再过多依靠发动机,可以让发动机做减法,按照工况区域来设计发动机,不需要全面兼顾发动机的高低速性能。由于 DM-i 超级混动的系统架构可以使发动机与行驶完全解耦,转速不再受车速影响,长时间维持在高效区运行。在大容量大功率刀片电池的支撑下,发动机运行工况由散乱的面工况变为聚集的线工况,综合工况 38%以上高效区工作占比高达 70%。系统综合效率由此得到了大幅度提升。

 

从电池上面,DM-i 超级混动配备大容量动力电池,电池容量从 8.3kWh 到 21.5kWh,纯电续航里程从 50-120km 进行配置,满足不同需求。此外这款电池具备超级安全、超长寿命的特点。这款 DM-i 超级混动专用功率型刀片电池为全球首创,采用了串联式电芯成组设计,大大提高了刀片电池的体积利用率,更有利于产品的平台标准化。从某种角度来看,这种配置能覆盖多车型平台,而且通过低高度的电芯设计,做成了底盘平台化的设计。

 

2)本田 iMMD

在 2014 年,本田推出了首款插电式混动汽车,也就是 Sport Hybrid i-MMD 雅阁。I-MMD 系统是一套非常精简的系统,设计了一套为了连接发动机、驱动电机、发电机专门设计的齿轴结构。这套齿轴结构最大的特点就是能量传递路径短,机械效率高。从这套系统里面,我们能看到本田的工程师做了很多的划分,非常重要的一点就是把纯电模式作为一个非常重要的部分来设计。纯电模式大家都可以理解,由电池+电机单独驱动车辆行驶,发动机、发电机不工作,离合器也处于断开状态。当电池耗尽以后,车辆进入混动模式,电池、发电机一起给电机供电,电机单独驱动车辆行驶,发动机仅带动发电机工作发电,离合器处于断开状态。而当电池的能量较低的时候,车辆进入发动机模式,离合器处于接合状态,发动机扭矩在发电的同时也可以通过离合器传递至轮端,与电机一起驱动车辆行驶。

 

 

这套系统的设计意图,就是始终让发动机保持在高效区间,尽可能让电机也保持在高效区间。当电池进入较低的电量(电池耗尽模式也就是我们常说的条件 B 油耗),为了保证系统的效率,兼顾发动机和电机的高效区间,在车辆的使用负荷下,本田的工程师做了多种模式区分,这些都是依靠整车控制来实现不同模式的转换。

 

 

如果我们要点评一下 i-MMD,这更像是本田的工程师为中高档车型插电式混动模式的一种尝试。这套系统涉及到一个核心的问题,就是混动模式和发动机模式的稳态切换,这里涉及到发动机是作为单纯发电,还是直接参与驱动。主要关系到整车的经济性,通过发动机万有特性、电机发电机效率图等确定基本的经济切换时机。还有在这两种模式下的瞬态切换过程,考虑离合器接合或脱开这一过程的扭矩过渡平顺性(发动机调速,离合器输入端与输出端转速一致)。

 

3)长城柠檬 DHT 混动技术

长城是这条路线的新成员。以柠檬混动 DHT 平台模式推出来 DHT 三套动力总成,涵盖 1.5L+DHT100、1.5T+DHT130、1.5T+DHT130+P4 三种动力架构,这个也是在这个技术路线上的延伸。

 

 

这套系统的设计思想基本在 iMMD 的基础上做改进,整个工作模式的设计和 iMMD 是非常相近的。从系统配置来看,这套系统的基础是长城自己开发的两款汽油发动机,分别为 1.5L 阿特金森循环自然吸气发动机和 1.5T 发动机,主要包括阿特金森循环、冷却 EGR、电动水泵、进气 VVT 等技术;混动系统也分成两款 100kW 和 130kW 两个系统。

 

 

这套系统目前是按照动力总成的形式来发布的,参照 B 级 SUV 和 C 级 SUV 来做的,特别是为 C 级 SUV 来匹配了一个总电量 45kWh 超级大的电池系统,PHEV 做出来的纯电续航>200km。

 

综合以上论述,三种 DHT 的系统,在整体的构造理念上是很相近的,实质性的区别主要差异在电机、电池、阿特金森发动机和系统标定上。首先还是看到国内在做插电式混动技术上,开始把混动专用的发动机作为一个核心技术环节来做,比亚迪和长城都开发了相应的发动机,阿特金森发动机极低的油耗更是弥补了亏电状态插混车型油耗的短板。由此搭载这套架构的双模车比之前的车型有了很大的进步,从目前比亚迪申报的条件 B 油耗来看,这套系统 NEDC 亏电油耗拉低到了 3.8L/100km。

 

OEM

比亚迪

长城

本田

发动机型号

472QA

HY4G15H

LEB

布局 / 排量(cc)

L4/1498

L4/1497

L4/1496

缸径×冲程(mm)

72×92

75×84.7

73×89.4

功率(kW/rpm)

81@6000

75@6000

76.5@5500

扭矩(Nm/rpm)

135@4500

135@4800

134@5000

压缩比

15.5

13

13.5

喷射方式

多点电喷

多点电喷

多点电喷

主要技术

阿特金森循环、超高压缩比、冷却 EGR、电动水泵、双节温器(电子+蜡式)、进气 VVT、缸盖集成排气歧管

阿特金森循环、冷却 EGR、电动水泵、进气 VVT

阿特金森循环、冷却 EGR、电动水泵、蜡式节温器、进气 VVT、可变气门升程

热效率

43.04%

未列出,可能>38%

40.50%

 

从目前的状态来看,本田的 PHEV 车型国内布局较少,从产品的综合性价比来看还处在一个循序渐进的状态。长城的 DHT 围绕 HEV 开发,PHEV 配置偏向于高端有点类似增程式方向的发展,但尚未看到明确的车型发布计划尚在 PPT 阶段。而比亚迪这次的 DM-i 超级混动,发布即量产,宋 PLUS DM-i、秦 PLUS DM-i 和唐 DM-i 三月初即将上市。不仅如此,从预售价格上来看,这几款车无论从性价比还是产品力来看都会对燃油车市场形成较大的冲击。

 

02、插电式混动的发展方向及用户利益

2021年新能源汽车购置补贴标准在 2020 年基础上退坡 20%,所以单车补贴的基准目前变为 1.3 万和 1.8 万两档,PHEV 只剩下 6800。在公共交通等领域汽车电动化,城市公交、道路客运、出租(含网约车)、公务领域的,2021 年补贴标准在 2020 年基础上退坡 10%,目前 PHEV 还有 9000(营运为目的的还要打 7 折),可以预见的是,PHEV 的现金补贴已经是很少了。

 

车辆类型

纯电动续驶里程 R(工况法、公里)

BEV

300≤R<400

R≥400

R≥50(NEDC 工况)/

R≥43(WLTC 工况)

1.3

1.62(公共领域)

1.8

2.25(公共领域)

/

PHEV

/

0.68

0.9(公共领域)

 

所以 PHEV 由政策驱动转向市场驱动,无疑推动了消费者用车习惯的转化,这势必就要解决用户痛点。从单一的燃油车系统变成了电+油,还要进行补电的模式,很多消费者还不适应,由此大功率电机和大容量电池解决用户续航里程痛点,降低能耗成为必经之路。

 

从目前的情况来看,插电式混动主要集中在限购城市,是典型的通行权驱动的模式,在这个方向上面,症结还是消费者对于插电式混动的认知不足还有基础设施的限制。

 

1)每天充电,基础就是安装充电桩的便利,在 4S 店服务体系还有申请电表、居委会同意过程中,消费者为这个每天充电的权益要耗费很多的沟通成本,在非强需求下,这个是很大的阻碍。比亚迪 DM-i 超级混动推出了直流快充功能,满足 30 分钟快速补电需求,拓宽用户充电,可以说很大程度上治愈了这个痛点。

 

2)条件 B 油耗和差价的限值:目前 PHEV 总体的价格相对和燃油车还有点距离,而条件 B 油耗这个混动上非常重要的指标和传统燃油车的油耗差异可以让消费者简单计算购置价格和使用回报数据。

 

综上所述,插电式混合动力技术路线,在政策退坡的形势下,想突破发展瓶颈势必要从以油为主的架构慢慢向以电为主的设计方向发展。加长续航里程,降低亏电油耗可谓是势在必行。比亚迪刚刚发布的 DM-i 超级混动是以电为主的混动技术,颠覆了传统混动技术以油为主的设计架构,率先走在行业前列。目前大城市的很大的用车痛点都是高峰拥堵,对于燃油车来说,低速蠕行时,发动机驱动效率是很低的而且易抖动。而城市用车高速巡航效率高的情况还是很有限的,除非跑高速。这时候大功率大容量动力电池的 PHEV 就会很有优势,电机低速效率比较高,而且启停平稳,减速时可以快速补电,可以完全弥补发动机拥堵路段抖动、费油的不足,在高速时再通过策略让发动机高效介入。

 

对于企业来说,其实插电式混动车型为国内的整车企业提供了一个把车辆做好的机会,同时兼顾动力特性和节油特性,可以让国内品牌在动力总成技术上有一个品牌向上的机会。从目前情况来看,PHEV 的需求主要在一线城市,这部分消费群体对于车辆的整体品质有全方位的要求。通过 PHEV 的动力特性的特点,可以在不同的 B 级轿车、A、A+、B 级 SUV 上提供非常好的动力加速性。而大部分中国人每日的上班通勤距离,当日是在 80 公里以内的,随着使用的逐步深入,配置在 80-100km 的插电式混动可以完美地工作在纯电范围内,而当忘了充电或者需要临时改变行程的时候,在 PHEV 耗尽模式下,以足够低的油耗,让消费者能接受用油也能开。对于一线有牌照需求且收入普遍较高的区域,基于专用混动系统的 PHEV 自然大有可为。