混合動力汽車技術(shù)及市場分析

辛航，汪敏，桂鵬程，彭幫亮

混合動力汽車技術(shù)及市場分析

辛航，汪敏，桂鵬程，彭幫亮

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章對主流的混合動力技術(shù)展開了介紹和分析，同時結(jié)合目前國內(nèi)混合動力整車市場的研究，完成了混合動力技術(shù)的技術(shù)路線展望。

混合動力技術(shù)；市場分析

CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-108-04

引言

隨著國家法規(guī)要求的不斷提升，節(jié)能環(huán)保越來越受到重視，2012年發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012―2020年）的通知》中指出，到2020年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至4.5升/百公里以下。傳統(tǒng)的整車技術(shù)已經(jīng)很難達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)，新能源及混動汽車技術(shù)的成熟已是大勢所趨，2016年國內(nèi)混合動力整車異軍突起，本文將主要針對乘用車混合動力技術(shù)當(dāng)前及未來市場前景開展分析。

1 混合動力汽車技術(shù)簡介

1.1 混合動力技術(shù)的定義和分類

1.1.1 混合動力技術(shù)的定義

本文中的混合動力是指油電混合動力，即燃料（汽油，柴油等）和電能的混合。

1.1.2 混合動力技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

一種技術(shù)的誕生一定是為了解決某種問題或者優(yōu)化某種技術(shù)現(xiàn)狀。混合動力技術(shù)也是如此，當(dāng)然混合動力技術(shù)不代表是技術(shù)的終點(diǎn)，也存在優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是可以使整車在更優(yōu)的燃油消耗和排放下工作，在某些工況下可以提供更為安靜的駕駛環(huán)境，可以有效的利用現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)技術(shù)，某種程度也增加了駕駛員的駕駛樂趣；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，系統(tǒng)出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率更大，更難以維護(hù)和保養(yǎng)，電池的加入使得其穩(wěn)定性和壽命都將是不得不考慮的問題，整車成本將增加，市場的認(rèn)可度還需要培養(yǎng)。

1.1.3 混合動力技術(shù)的分類

按照電驅(qū)動的介入位置分：

介入在啟動機(jī)上為P0，介入在發(fā)動機(jī)曲軸上為P1，介入在發(fā)動機(jī)和變速箱之間，且可以單獨(dú)工作的為P2，介入在變速箱輸出軸上為P3，介入在除發(fā)動機(jī)直驅(qū)的另外的軸上為P4。

按照混合的程度分：

混合動力整車混合程度的概念是指指發(fā)動機(jī)功率和電動機(jī)功率的比例，按照當(dāng)前主流技術(shù)所能達(dá)到的混合程度，混合動力整車可以分成弱混、中混、重混以及插電混，下表詳細(xì)的定義了各種混合動力程度下的技術(shù)數(shù)據(jù)對比，當(dāng)然僅是基于目前的技術(shù)路線而定，沒有嚴(yán)苛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但國家對插電式混合動力整車有具體的要求，尤其是純電行駛里程，在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行說明。

表1

1.2 目前成熟的混合動力方案簡介

目前市場上成熟的混合動力技術(shù)方案有許多，本文中總結(jié)了兩套相對比較成熟，且在市場中已經(jīng)有了一定銷量的技術(shù)方案。

1.2.1 “E-CVT”方案

CVT是無級變速器的英文縮寫，主要特征是可以“無級的”變換變速箱的速比，達(dá)到調(diào)整整車行駛檔位的目的，CVT的重要優(yōu)點(diǎn)就是可以理論上使得發(fā)動機(jī)工作在最佳的工作區(qū)間，減少燃油消耗和降低發(fā)動機(jī)的排放，另外就是“無極”的檔位，可以使整車獲得較好的舒適性?！癊-CVT”的概念與CVT相同，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)存在很大區(qū)別，以豐田的THS（Toyota Hybrid System）為例，其采用一套行星齒輪和兩個電機(jī)實(shí)現(xiàn)“E-CVT”，工作原理如下圖所示，該系統(tǒng)已經(jīng)成熟搭載在普銳斯等車型，本文重點(diǎn)也不在闡述混合動力技術(shù)本身，針對該項(xiàng)技術(shù)方案不作詳細(xì)介紹。

圖2

1.2.2 P2方案

P2方案在前面分類章節(jié)已經(jīng)進(jìn)行介紹，是指在發(fā)動機(jī)和變速箱之間增加電機(jī)驅(qū)動裝置并且可以協(xié)調(diào)動力輸出源的混合動力方案，簡單的說就是在傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機(jī)和變速箱之間增加一個混動模塊，使得動力總成變成“混合動力”，顯而易見的優(yōu)點(diǎn)是，可以最大程度的延用現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)和變速箱技術(shù)，只需要對中間的混合動力模塊加以開發(fā)，就可以實(shí)現(xiàn)混合動力技術(shù)，且該方案在調(diào)整電機(jī)的功率后，可以實(shí)現(xiàn)“插混”方案，目前采用該方案的有大眾、奧迪、寶馬、現(xiàn)代等車企。

圖3

2 重混和插混的技術(shù)路線對比

2.1 政策導(dǎo)向

國家政策導(dǎo)向也是產(chǎn)品研發(fā)的一項(xiàng)重要輸入，新能源汽車近幾年來一直是國家政策所支持的，但針對混合動力整車，卻僅針對插電式混合動力整車有補(bǔ)貼，按照國家規(guī)定，純電續(xù)航里程在50Km以上的車型，才能稱為插電式混合動力車型，但國家政策的補(bǔ)貼力度在逐年降低，下表統(tǒng)計(jì)了2013年到2017年的國家補(bǔ)貼額度，在2013年，單臺插電式混合動力整車的補(bǔ)貼是3.5萬元/臺，而到了2017年就下降為2.4萬元/臺，單臺補(bǔ)貼額下降了1.1萬元，同時在2017年的補(bǔ)貼政策中，地方財(cái)政單車補(bǔ)貼上限不超過中央財(cái)政單車補(bǔ)貼額的50%的規(guī)定也列入其中，從政策中可見兩點(diǎn)：第一，國家支持插電式混合動力車型，不支持重度混合動力車型；第二，國家支持插電混合動力車型的力度在逐年降低，未來幾年就可能“斷奶”。

所以在政策的引導(dǎo)下，目前插混在國內(nèi)市場上還是占有一席之地，但后續(xù)如果取消補(bǔ)貼或者補(bǔ)貼政策持續(xù)縮減，那么成本優(yōu)勢將不復(fù)存在，在電池和電機(jī)的成本面前，插電式混合動力的市場整體會受到影響。

2.2 技術(shù)路線對比

2.2.1 主要技術(shù)差別

重混和插混的一項(xiàng)重要區(qū)別就是，插混可以依靠外接“插電”的方式充電，充電方式的存在可以使得插混車輛可以純電行駛50km甚至更多，而主流的重混產(chǎn)品僅能純電行駛3k左右，主要的差別是因?yàn)殡姵睾碗姍C(jī)。首先電池的容量和效率方面，插混的電池容量更大，重混的電池效率更高，插混因?yàn)樾枰獫M足長里程的純電行駛，電池容量大不需解釋，關(guān)于效率因?yàn)橹鼗鞗]有外接充電來源，電能全部來源于制動能量回收、發(fā)動機(jī)額外功率收集等，所以要滿足重混的電池更快的充放電的要求就要求電池的效率更高；其次電機(jī)的功率方面，插混的電機(jī)功率大。

2.2.2 對于整車的影響

雖然插混車輛只是增大了電池的功率和電池的容量，但卻在整車上有著很大的影響。

第一，整車的總布置。插混車輛的總布置要求要高于重混，不是因?yàn)榧夹g(shù)更先進(jìn)，而是更大的電機(jī)和更大的電池需要空間安放，現(xiàn)有的電池能量密度還無法將電池縮得很小，相反重混的電池包要小的很多，可以更加靈活的布置；

第二，車重的影響。電池所帶來的車重增加是不容忽視的，插混車輛需要增加更為沉重的電池包，和更大的電機(jī)，一般較傳統(tǒng)燃油車增加300Kg甚至更多，車重代表著整車需要消耗額外的功率來實(shí)現(xiàn)駕駛，撇開效率不談，如果單純的對比在沒有了電的情況下的燃油消耗，重混車輛的是要勝于插混車型的。

第三，成本。相同條件下的整車插混的制造成本一定高于重混，但是因?yàn)槟壳把a(bǔ)貼的存在，重混的成本優(yōu)勢暫時不會體現(xiàn)的那么明顯。

第四，配套和使用方便性。插混車輛需要充電，那么充電設(shè)備就是一項(xiàng)硬指標(biāo)，但是在目前純電汽車的發(fā)展大環(huán)境下，充電樁應(yīng)該不會是影響的主要因素，且在家可以通過民用電完成充電。但從使用方便上，重混車輛不需要充電，肯定在“充電”這個環(huán)節(jié)上，省去了使用者很多的操作和時間，使用起來更加方便，至于后期保養(yǎng)，基本差別不大。

3 國內(nèi)混合動力整車市場分析

3.1 國內(nèi)混合動力市場分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)至少有14種以上的混合動力車型在售，而其中插電式混合動力車型3款，重混車型11款，從數(shù)量上，重混車型的數(shù)量要多于插混。

圖4

而從售價上來看，較為集中的價格區(qū)間為22～32萬，只有少數(shù)的可以做到15萬左右。

從銷量上看，插混車型在2016年達(dá)到小高峰，2017年隨政策影響有所回落；重混車型略有升高，單從混合動力整車細(xì)分市場下，重混車型越來越得到了消費(fèi)者的認(rèn)可。

另外從上市時間來看，15年底開始到現(xiàn)在，14款車型中10款在此期間上市，尤其在2016年一年，有8款混動車型上市，達(dá)到目前為止混動車型的上市新高峰。在距離第一款混動車型引入中國10年后達(dá)到一個高峰，到目前，混動車型已經(jīng)是市場上不容小視的一股力量。

圖5

3.2 混動車輛的市場前景

從各大車企混動車型集中上市可以推測，在未來10年，將是混合動力整車發(fā)展的黃金10年，在嚴(yán)苛的法規(guī)要求和電池技術(shù)的瓶頸下，混合動力車型將是新動力誕生及成熟前，最好的技術(shù)過度路線。

3.3 混動車輛的發(fā)展瓶頸

當(dāng)然混動車輛的發(fā)展也存在一定的瓶頸，也一定不會是車輛技術(shù)的終點(diǎn)，本章節(jié)中主要針對混合動力車輛的發(fā)展瓶頸進(jìn)行概述。

3.3.1 混合動力技術(shù)的成熟度和普及

混合動力技術(shù)到目前為止，可能無法像發(fā)動機(jī)技術(shù)那樣成熟的，雖然在國際市場已經(jīng)具有一定的保有量，但在國內(nèi)市場得到認(rèn)可還有待時日。主要原因可能有以下幾個方面。

1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性

因?yàn)樵黾恿穗婒?qū)動部分，整車的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作增加了許多，因?yàn)樾枰獏f(xié)調(diào)多系統(tǒng)聯(lián)合控制，對控制軟件開發(fā)本身的復(fù)雜程度就是一項(xiàng)嚴(yán)格的要求，另外系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致零部件出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率增大，使得對于整車的質(zhì)量控制有了更高的要求；同時，電池受環(huán)境的影響也一直存在，多次充放電后的衰減也是有待解決的技術(shù)難題，消費(fèi)者在購買整車時，一定會考慮后期維護(hù)的投入。

2）安全性

新能源車輛的安全性，將是重要的突破環(huán)節(jié)，電動車自燃事故也不是零發(fā)生，當(dāng)然這里所說的安全性概念不是說混動或者新能源車輛就不安全，而是電和油在一起，增加了安全管理的難度，如果沒有有效的整車試驗(yàn)驗(yàn)證作為支撐，消費(fèi)者應(yīng)該不會選擇價格更高，而安全系數(shù)較低的車型，傳統(tǒng)的成熟燃油車，仍然是消費(fèi)者青睞的產(chǎn)品。

3）成本

買車的價格增加，節(jié)油無法在短期內(nèi)補(bǔ)齊差價，如果不是法規(guī)和環(huán)保意識的加強(qiáng)，可能不會選擇混合動力車型。

4）技術(shù)普及

技術(shù)的普及過程是一個很漫長的過程，因?yàn)榛旌蟿恿夹g(shù)目前還無法像智能手機(jī)一樣被絕大多數(shù)消費(fèi)者認(rèn)可，當(dāng)然智能手機(jī)替代傳統(tǒng)手機(jī)也不是一日之事，需要的是有吸引人的產(chǎn)品，敢于吃螃蟹做技術(shù)嘗鮮的群體，以及產(chǎn)品良好的客戶體驗(yàn)和傳導(dǎo)，否則技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)普及。從目前來看，汽車產(chǎn)品無法像智能手機(jī)一樣更新?lián)Q代如此之快，但是從某種程度上，也可以看到未來。

3.3.2 電池技術(shù)的發(fā)展

這里說的電池技術(shù)，當(dāng)然包括混合動力整車中的電池技術(shù)，但是更為重要的，是純電汽車中的電池技術(shù)，所以這也是混合動力行業(yè)發(fā)展的一個瓶頸，就是說如果電池技術(shù)得到了質(zhì)的突破，想象一下，充電3分鐘，行駛500km或更多，隨著電能越來越清潔，電動車終將取代傳統(tǒng)燃油車。

3.3.3 其他類型新能源汽車的發(fā)展

這個和電池技術(shù)類似，新燃料發(fā)動機(jī)的技術(shù)研發(fā)也在開展，目前氫燃料發(fā)動機(jī)的概念也存在，當(dāng)然也需要液氫的生產(chǎn)和存儲實(shí)現(xiàn)突破，否則技術(shù)路線無法突破，但是如果技術(shù)路線得到突破，該項(xiàng)技術(shù)將可以延續(xù)目整車大部分現(xiàn)有技術(shù)，技術(shù)成熟的路線更為便捷。

4 結(jié)論

混動動力汽車技術(shù)是目前燃油車和下一代能源汽車中間的過渡產(chǎn)品，雖然無法準(zhǔn)確預(yù)測未來汽車能源是什么，但是目前混合動力技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，也慢慢的走入了消費(fèi)者的視野，在未來10年甚至更長的時間內(nèi)，混合動力整車將是新能源市場的有力競爭者。

[1] 國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012―2020年）的通知.

[2] 關(guān)于2016-2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知.財(cái)建[2015]134號.

Hybrid Vehicle technology& market research

Xin Hang, Wang Min, Gui Pengcheng, Peng Bangliang
( Anhui JiangHuai Automobile Group Co., Ltd, AnHui Hefei 230601 )

This paper focus on the introduction and analysis of the mainstream hybrid vehicle technology. Meanwhile be combined of domestic hybrid vehicle market to finish the expectation of hybrid power technology roadmap.

Hybrid technology; Market analysis

U469

A

1671-7988 (2017)16-108-04

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.038

辛航，男，(1985-)，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師職稱，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，現(xiàn)為混合動力變速箱產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理，從事變速箱產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目開發(fā)管理工作。