《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》提出：到2035年節(jié)能汽車與新能源汽車銷量各占50％，汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型；傳統(tǒng)能源動(dòng)力乘用車全部為混合動(dòng)力，新能源汽車成為主流，銷量占比達(dá)50％以上。新版汽車技術(shù)路線圖，將混合動(dòng)力的地位明確提升。這為中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，也帶來(lái)了新的機(jī)遇。近日，電動(dòng)汽車聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)趙立金受邀在新能源汽車國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟微課堂講課，圍繞 混動(dòng)化在節(jié)能路線中的定位、混動(dòng)在節(jié)能汽車的技術(shù)演進(jìn)方向等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的觀點(diǎn)分享。
觀點(diǎn)1：全面進(jìn)入成熟期的混合動(dòng)力汽車
綜合成本、性能等各方面優(yōu)勢(shì)，混動(dòng)化將成為節(jié)能汽車未來(lái)發(fā)展的主流方向，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》目標(biāo)，至2035年節(jié)能汽車100%為混合動(dòng)力汽車?；靹?dòng)化需要重點(diǎn)掌握混合動(dòng)力整車集成、專用發(fā)動(dòng)機(jī)、專用動(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)開發(fā)優(yōu)化等六項(xiàng)核心技術(shù)。
1896年混合動(dòng)力汽車第一次誕生，距今已有125年，而距離現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車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，回顧新能源汽車市場(chǎng)發(fā)展進(jìn)程，受國(guó)內(nèi)外多種節(jié)能環(huán)保政策因素的影響，消費(fèi)者和車企對(duì)混合動(dòng)力汽車的需求顯著增加。過(guò)去7年中，全球混合動(dòng)力汽車產(chǎn)量增長(zhǎng)近3倍，全球各主要車企均已在未來(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。
技術(shù)成熟了，混合動(dòng)力技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的“試錯(cuò)”和迭代升級(jí)，不斷突破核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油耗和排放的持續(xù)降低。作為當(dāng)前技術(shù)復(fù)雜程度最高的汽車產(chǎn)品，在混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)、混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力專用變速箱、混合動(dòng)力系統(tǒng)控制、電池電機(jī)等多方面已趨于技術(shù)成熟和方案收斂。
觀點(diǎn)2：多樣的混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)如何收斂
對(duì)于混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)，未來(lái)國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)架構(gòu)形式將進(jìn)一步向著串并聯(lián)形式為主、串聯(lián)形式為輔的方向演進(jìn)，并在近期同時(shí)發(fā)展和推廣以48V輕混為代表的低成本節(jié)能過(guò)渡技術(shù)。
混合動(dòng)力汽車商業(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年第一代面世以來(lái)，已發(fā)展至第四代THS系統(tǒng)，并擴(kuò)展至PHEV車型。在混聯(lián)功率分流領(lǐng)域，除了早期通用等企業(yè)推出部分車型、國(guó)內(nèi)吉利與科力遠(yuǎn)開發(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。
“開源”新秀，本田早期基于并聯(lián)方案的IMA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)，目前有三款車型搭載在日本本土銷售，2018年日產(chǎn)憑借e-power車型重獲新車銷量冠軍。目前，國(guó)際主流串聯(lián)式混合動(dòng)力車型產(chǎn)品已寥寥無(wú)幾，直至國(guó)內(nèi)串聯(lián)式混合動(dòng)力的興起。
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)唯一的增程式車型產(chǎn)品，目前東風(fēng)旗下的東風(fēng)、嵐圖FREE和金康賽力斯SF5，吉利，五菱等企業(yè)也開始推出多款增程式車型。
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。
觀點(diǎn)3：50%熱效率專用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)如何突破
對(duì)于混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)（DHE），目前國(guó)內(nèi)量產(chǎn)車型熱效率已達(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%。
根據(jù)《中國(guó)高效節(jié)能動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)想》給出的技術(shù)路線和目標(biāo)，通過(guò)對(duì)已知的發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的組合開發(fā)，2035年前將分4個(gè)階段逐步實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率50%的目標(biāo)。目前，2階段大部分技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于量產(chǎn)產(chǎn)品中，未來(lái)幾年內(nèi)，根據(jù)專利公示和企業(yè)公開的相關(guān)信息顯示，吉利、長(zhǎng)城等企業(yè)也將推出搭載稀薄燃燒技術(shù)的高效發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)45%以上的最高熱效率。
觀點(diǎn)4：核心中的核心，DHT演進(jìn)朝向何方
對(duì)于混合動(dòng)力專用變速箱（DHT），未來(lái)DHT產(chǎn)品技術(shù)在通過(guò)模塊化、系列化、家族化的設(shè)計(jì)大幅降低成本后，多檔位多模式技術(shù)方向?qū)⑦M(jìn)一步得到深化和發(fā)展。
與前文提到的主流混合動(dòng)力架構(gòu)—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)力專用變速箱（DHT），這是混合動(dòng)力汽車實(shí)現(xiàn)機(jī)電耦合的核心中的核心。相較由P0或P4與其它位置電機(jī)組成的串并聯(lián)系統(tǒng)，DHT方案在系統(tǒng)集成度、成本、重量以及綜合能效方面的優(yōu)勢(shì)，使DHT產(chǎn)品未來(lái)更具競(jìng)爭(zhēng)力，從當(dāng)前各企業(yè)的混合動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)劃方向上也能發(fā)現(xiàn)這一明顯趨勢(shì)。
在功率分流領(lǐng)域，豐田通過(guò)提高M(jìn)G1最高轉(zhuǎn)速擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)速范圍、不斷優(yōu)化迭代控制系統(tǒng)等手段，持續(xù)提高其E-CVT系統(tǒng)的綜合能效，而通用和科力遠(yuǎn)針對(duì)豐田單行星排輸入式功率分流方案的自身缺陷和專利壁壘，開發(fā)過(guò)多種復(fù)合式功率分流方案，實(shí)現(xiàn)了更寬的高效運(yùn)行區(qū)間，以及通過(guò)多個(gè)模式的切換，實(shí)現(xiàn)了不同模式性能優(yōu)勢(shì)與工況的良好匹配。
在串并聯(lián)領(lǐng)域，其技術(shù)及產(chǎn)品正處在高速發(fā)展期，目前絕大部分產(chǎn)品是基于P1+P3形式的單檔DHT方案，同時(shí)國(guó)內(nèi)廣汽G-MC系統(tǒng)和上汽EDU系統(tǒng)作為此領(lǐng)域的先行者，均在其二代產(chǎn)品中進(jìn)行了方案的調(diào)整，系統(tǒng)各工作模式下的檔位數(shù)量增加明顯。國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品以GKN和雷諾的方案演變?yōu)槔珿KN一代方案為基于P1+P3架構(gòu)下的固定速比基礎(chǔ)模式，雷諾一代方案采用單電機(jī)并聯(lián)的平行軸設(shè)計(jì)，共可實(shí)現(xiàn)2個(gè)純電、4個(gè)并聯(lián)、能量回收和駐車充電模式。
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。
觀點(diǎn)5：混動(dòng)能量管理系統(tǒng)如何更智能
對(duì)于混動(dòng)能量管理系統(tǒng)，自適應(yīng)能量管理技術(shù)將進(jìn)一步體現(xiàn)多種控制算法結(jié)合使用以及多種信息的融合使用，具有智能網(wǎng)聯(lián)功能的自適應(yīng)能量管理系統(tǒng)已進(jìn)入產(chǎn)品化初期階段。
基于規(guī)則的確定門限和模糊邏輯的混動(dòng)控制策略仍占據(jù)很大的應(yīng)用比例，其實(shí)用性強(qiáng)，但對(duì)于復(fù)雜工況的適應(yīng)能力較差，同時(shí)當(dāng)前混動(dòng)能量管理系統(tǒng)多針對(duì)特定的工況和使用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化標(biāo)定，且控制算法無(wú)法較好的適應(yīng)用戶個(gè)性化的復(fù)雜工況，因而導(dǎo)致實(shí)際使用工況下有能效偏差。
隨著汽車電子電氣架構(gòu)跨越式發(fā)展和汽車智能網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，整車控制系統(tǒng)計(jì)算和信息通訊能力飛速提高，更多基于高級(jí)規(guī)則策略、全局和實(shí)時(shí)優(yōu)化以及人工智能算法的能量管理控制策略得以更好的實(shí)現(xiàn)，并已具備了實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)化能量管理策略的基礎(chǔ)條件，具有智能網(wǎng)聯(lián)功能的自適應(yīng)能量管理系統(tǒng)已進(jìn)入產(chǎn)品化初期階段，2019年底上汽榮威率先投入產(chǎn)品化應(yīng)用的IEM（智能能量管理）系統(tǒng)已可實(shí)現(xiàn)15%以上的能效提高。
未來(lái)自適應(yīng)能量管理技術(shù)一方面將體現(xiàn)在多種控制算法的結(jié)合使用，根據(jù)每種算法特性進(jìn)行優(yōu)化組合、取長(zhǎng)補(bǔ)短，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量管理策略最優(yōu)性、實(shí)時(shí)性、魯棒性等多優(yōu)化目標(biāo)。
另一方面體現(xiàn)在多種信息的融合使用，依托智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)基于行駛場(chǎng)景大數(shù)據(jù)+AI云計(jì)算平臺(tái)+C-V2X的智能網(wǎng)聯(lián)的能量管理系統(tǒng)，其可根據(jù)導(dǎo)航和車輛自帶傳感器等提供的實(shí)時(shí)環(huán)境信息并結(jié)合駕駛員操作風(fēng)格，減小控制系統(tǒng)的不確定性，自適應(yīng)選擇最適合動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行模式、能量回收強(qiáng)度等，最大限度的優(yōu)化整車運(yùn)行的系統(tǒng)效率。
觀點(diǎn)6：新產(chǎn)品新技術(shù)彰顯國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)
比亞迪回歸“初心”，EHS電混系統(tǒng)重新定義油電混合動(dòng)力汽車
新的EHS電混系統(tǒng)采用基礎(chǔ)的P1+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-插混專用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，推動(dòng)混合動(dòng)力汽車的深度電動(dòng)化趨勢(shì)。
長(zhǎng)城發(fā)布全新檸檬混動(dòng)技術(shù)平臺(tái)，具備非常強(qiáng)大的擴(kuò)展性
長(zhǎng)城汽車正式發(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)車型，也可以用于PHEV插電混動(dòng)車型。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。
上汽榮威推出搭載IEM智能能量管理車型，能耗節(jié)省15%以上
搭載IEM（Intelligent Energy Management）系統(tǒng)的車型，通過(guò)建立HCU混合動(dòng)力中央控制器與車載智能終端之間的聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)車輛行程中的駕駛員操作意圖、道路交通信息以及車輛自身狀態(tài)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作區(qū)間、油電消耗分配、電量保持、能量回收強(qiáng)度等狀態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，以基于不同的實(shí)際道路行駛工況，發(fā)揮最高的系統(tǒng)工作效率，可實(shí)現(xiàn)15%以上的能耗降幅。
實(shí)際道路行駛場(chǎng)景中，IEM將根據(jù)道路擁堵信息，在道路擁堵和暢通路段分別使用行車充電模式和純電驅(qū)動(dòng)模式；依據(jù)車速預(yù)估曲線，智能優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)啟停控制，更精準(zhǔn)的控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)導(dǎo)航信息和前后車距的雷達(dá)信息，預(yù)估行駛車速變化，控制混動(dòng)模式切換，避免由于車輛自身狀態(tài)和駕駛員操作造成的發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟停或長(zhǎng)時(shí)間怠速；還可以結(jié)合道路信息，對(duì)減速工況強(qiáng)度進(jìn)行智能識(shí)別，自動(dòng)調(diào)整合適的制動(dòng)能量回收強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)最大程度的動(dòng)能回收利用。
結(jié)尾
進(jìn)入2021年，全球混合動(dòng)力汽車市場(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)于乘用車市場(chǎng)，未來(lái)國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車架構(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)于商用車市場(chǎng)，由于商用車種類繁多，需要重新定義不同商用車車型的使用場(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)在不同車型上的使用。
