混動(dòng)的技術(shù)演進(jìn)方向

趙立金

中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)汽車(chē)電動(dòng)化中心主任，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)

2012-2020年，國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力乘用車(chē)產(chǎn)量及占比（萬(wàn)輛、%）

全面進(jìn)入成熟期的混合動(dòng)力汽車(chē)

憑借綜合成本、性能等各方面優(yōu)勢(shì)，混動(dòng)化將成為節(jié)能汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的主流方向，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》目標(biāo)，至2035年節(jié)能汽車(chē)100%為混合動(dòng)力汽車(chē)。混動(dòng)化需要重點(diǎn)掌握混合動(dòng)力整車(chē)集成、專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)、專(zhuān)用動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)、高性能電機(jī)、高水平功率型電池、電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)優(yōu)化等六項(xiàng)核心技術(shù)。

1896年混合動(dòng)力汽車(chē)第一次誕生，距今已有125年，而距離現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車(chē)大批量商品化也已過(guò)去了20多年，對(duì)于在上世紀(jì)九十年代初就進(jìn)入了觸發(fā)期的混合動(dòng)力技術(shù)而言，已經(jīng)獲得了足夠的成長(zhǎng)周期，即將進(jìn)入全面成熟期。市場(chǎng)成熟了，回顧新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展進(jìn)程，受?chē)?guó)內(nèi)外多種節(jié)能環(huán)保政策因素的影響，消費(fèi)者和車(chē)企對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的需求顯著增加。過(guò)去7年中，全球混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)量增長(zhǎng)近3倍，全球各主要車(chē)企均已在未來(lái)五年內(nèi)大幅度下調(diào)了傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)數(shù)量，同時(shí)提高了混合動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)比例。

Tips：世界上第一輛混動(dòng)汽車(chē)

世界上第一輛混動(dòng)汽車(chē)誕生于1896年，名字叫作阿姆斯壯輝騰（Armstrong Phaeton），是由一位叫作Harry E.Dey的工程師設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并由美國(guó)康涅狄克州布里奇波特的阿姆斯壯公司裝配制造。6.5L對(duì)置雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出端連接飛輪電機(jī)，在之后連接的是電控離合器和帶有三個(gè)前進(jìn)擋、一個(gè)倒擋的半自動(dòng)變速器，全橢圓彈簧后輪制動(dòng)還帶有能量回收。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和再生制動(dòng)為車(chē)載電池充電，而這些電量可以用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火以及點(diǎn)亮大燈，同時(shí)還可以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。作為一款混合動(dòng)力車(chē)型，尺寸足夠的飛輪電機(jī)還可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。

多樣的混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)如何收斂

混合動(dòng)力汽車(chē)商業(yè)化發(fā)展20多年以來(lái)，由于不同國(guó)家和企業(yè)在戰(zhàn)略規(guī)劃、政策以及市場(chǎng)等層面上的差異，全球各車(chē)企在混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)上的技術(shù)路線可謂紛繁多樣，但近年來(lái)主流方案已逐步收斂。在這幾大主流方向中，以日系企業(yè)為代表的“三劍客”各自技術(shù)路線充分展示了主流混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)方案的發(fā)展和演進(jìn)過(guò)程。混聯(lián)“霸主”，豐田自1997年第一代Prius面世以來(lái)，已發(fā)展至第四代THS系統(tǒng)，并擴(kuò)展至PHEV車(chē)型。在混聯(lián)功率分流領(lǐng)域，除了早期通用等企業(yè)推出部分車(chē)型、國(guó)內(nèi)吉利與科力遠(yuǎn)開(kāi)發(fā)的CHS系統(tǒng)之外，已鮮有企業(yè)繼續(xù)研發(fā)該技術(shù)方案。“開(kāi)源”新秀，本田早期基于并聯(lián)方案的lMA系統(tǒng)在問(wèn)世的14年間完成了七代技術(shù)的迭代更新，但單電機(jī)系統(tǒng)各方面仍難以匹敵豐田THS系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，已于2012年放棄了IMA并聯(lián)系統(tǒng)，重點(diǎn)推出i-MMD系統(tǒng)，憑借串并聯(lián)方案實(shí)現(xiàn)高低速不同工況下的模式切換，并匹配了高效的專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)，綜合能耗水平已不輸THS系統(tǒng)。由于串并聯(lián)架構(gòu)較低的技術(shù)和專(zhuān)利壁壘，已成為越來(lái)越多企業(yè)的第一選擇，是混合動(dòng)力架構(gòu)方案收斂的核心趨勢(shì)。城市“潛力股”，日產(chǎn)在混合動(dòng)力領(lǐng)域直到2016才推出了基于串聯(lián)形式的e-power系統(tǒng)，目前有三款車(chē)型搭載在日本本土銷(xiāo)售，2018年日產(chǎn)憑借Note e-power車(chē)型重獲新車(chē)銷(xiāo)量冠軍。

反觀國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，比亞迪作為混合動(dòng)力領(lǐng)域先行者，經(jīng)歷了幾乎每代產(chǎn)品都使用不同混合動(dòng)力架構(gòu)的技術(shù)迭代，并在第三代DM技術(shù)獲得較好反響后，于2021年初發(fā)布了第四代DM-i超級(jí)混動(dòng)系統(tǒng)，其混合動(dòng)力架構(gòu)形式實(shí)質(zhì)上是回歸了基于P1+P3 DHT形式的串并聯(lián)架構(gòu)，另外，長(zhǎng)城、長(zhǎng)安、東風(fēng)、上汽、廣汽也都主要以雙電機(jī)串并聯(lián)作為混合動(dòng)力產(chǎn)品的主要技術(shù)路線和發(fā)展方向。在串聯(lián)式方向，隨著理想ONE發(fā)布打破僵局成為國(guó)內(nèi)唯一的增程式車(chē)型產(chǎn)品，目前東風(fēng)旗下的東風(fēng)小康E3、嵐圖FREE和金康賽力斯SF5，吉利，五菱等企業(yè)也開(kāi)始推出多款增程式車(chē)型。總體來(lái)說(shuō)，混聯(lián)領(lǐng)域，由于豐田長(zhǎng)期積累的技術(shù)和專(zhuān)利優(yōu)勢(shì)形成了較高的技術(shù)壁壘，后來(lái)者很難與之抗衡;以本田為代表的雙電機(jī)串并聯(lián)形式的混合動(dòng)力架構(gòu)，全工況下都具有較好的節(jié)能水平，受到后來(lái)者的廣泛關(guān)注;以日產(chǎn)為代表的串聯(lián)式系統(tǒng)，機(jī)電耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制相對(duì)簡(jiǎn)單，雖然其高速工況油耗較差，但具有很好的城市工況節(jié)能水平，受到國(guó)內(nèi)企業(yè)一定的關(guān)注。

50%熱效率專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)如何突破

對(duì)于混合動(dòng)力專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)（DHE），目前國(guó)內(nèi)量產(chǎn)車(chē)型熱效率已達(dá)43%，但仍有進(jìn)一步提升空間，并進(jìn)一步向50%熱效率進(jìn)發(fā)。

結(jié)合混合動(dòng)力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊需求，混合動(dòng)力專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)（DHE）可始終運(yùn)行在較為高效的區(qū)間，其發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提升空間較之傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)要高出許多。目前國(guó)外混合動(dòng)力DHE方案主要以混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展較早的豐田和本田為代表，近兩年國(guó)內(nèi)長(zhǎng)安、奇瑞、廣汽以及比亞迪為代表的企業(yè)也相繼推出使用阿特金森循環(huán)并搭載冷卻EGR、低摩擦和智能熱管理等效率提升技術(shù)的DHE產(chǎn)品，最高熱效率均已達(dá)到43%。

DHT演進(jìn)朝向何方

與主流混合動(dòng)力架構(gòu)一混聯(lián)和串并聯(lián)形式相對(duì)應(yīng)的，是與之配套的混合動(dòng)力專(zhuān)用變速箱（DHT），這是混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)現(xiàn)機(jī)電耦合的核心中的核心。國(guó)內(nèi)外企業(yè)在DHT產(chǎn)品上的技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)主要是通過(guò)多種模式和多個(gè)檔位的切換，將車(chē)輛運(yùn)行模式作具有顯著特征的區(qū)分，同時(shí)利用模式之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的最優(yōu)效率。相信未來(lái)DHT產(chǎn)品通過(guò)模塊化、系列化、家族化設(shè)計(jì)方式大幅降低成本后，多檔位多模式的技術(shù)方向?qū)⒌玫竭M(jìn)一步深化和發(fā)展。

新產(chǎn)品新技術(shù)彰顯國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)

比亞迪的EHS電混系統(tǒng)采用基礎(chǔ)的PI+P3串并聯(lián)形式，由雙電機(jī)、雙電控、直驅(qū)離合器、電機(jī)油冷系統(tǒng)、單檔減速器組成，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高度集成化，相比第一代雙電機(jī)系統(tǒng)體積減少30%，重量減少30%。電機(jī)采用了扁導(dǎo)線技術(shù)，最高效率達(dá)到97.5%，效率大于90%以上的高效區(qū)占比為90.3%，并采用油冷技術(shù)，電機(jī)功率密度提高至44.3kW/L，而搭載的比亞迪第四代自主IGBT技術(shù)，使電控系統(tǒng)綜合效率高達(dá)98.5%。配合其驍云一插混專(zhuān)用1.5L高效發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了虧電狀態(tài)（B狀態(tài)）下低于3.8L/100km的超低油耗水平。比亞迪將此套混合動(dòng)力系統(tǒng)命名為“電混系統(tǒng)”，結(jié)合該系統(tǒng)配置的更大功率電機(jī)和更大容量電池，不難發(fā)現(xiàn)其意圖以此重新定義其混合動(dòng)力汽車(chē)，推動(dòng)混合動(dòng)力汽車(chē)的深度電動(dòng)化趨勢(shì)。

長(zhǎng)城汽車(chē)正式發(fā)布了檸檬混動(dòng)DHT技術(shù)，這是一套具有高集成度的油電混動(dòng)系統(tǒng)，其涵蓋了兩種動(dòng)力架構(gòu)和三套動(dòng)力總成。兩種動(dòng)力架構(gòu)是指混合動(dòng)力技術(shù)上，面對(duì)不同的消費(fèi)需求有，可以應(yīng)用于HEV油電混動(dòng)車(chē)型，也可以用于PHEV插電混動(dòng)車(chē)型。三套動(dòng)力總成是在HEV/PHEV兩種架構(gòu)下，有“1.5L+DHT100”和“1.5T+DHT130”的動(dòng)力總成，同時(shí)PHEV架構(gòu)下，有“1.5T+DHT130+P4”四驅(qū)動(dòng)力總成。HEV系統(tǒng)總功率到180kW，PHEV兩驅(qū)系統(tǒng)總功率240kW，PHEV四驅(qū)的系統(tǒng)總功率更是達(dá)到了320kW。

進(jìn)入2021年，全球混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng)尤其是中國(guó)和歐洲市場(chǎng)，相信將進(jìn)入下一個(gè)快速增長(zhǎng)時(shí)期。對(duì)于乘用車(chē)市場(chǎng)，未來(lái)國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車(chē)架構(gòu)形式應(yīng)構(gòu)建以串并聯(lián)形式為主、串聯(lián)形式為輔的混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)品特征，對(duì)于如48V輕混等節(jié)能過(guò)渡技術(shù)，還應(yīng)進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本以實(shí)現(xiàn)更廣泛的推動(dòng)應(yīng)用。對(duì)于商用車(chē)市場(chǎng)，由于商用車(chē)種類(lèi)繁多，需要重新定義不同商用車(chē)車(chē)型的使用場(chǎng)景，根據(jù)使用場(chǎng)景選擇性的推進(jìn)如48V輕混系統(tǒng)、串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)在不同車(chē)型上的使用。