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重庆汽车工程学会:重新审视混合动力技术路线十分必要

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导读:在2021年11月结束的第26届联合国气候变化峰会上,丰田带头的日企(包括丰田、川崎、雅马哈、马自达、斯巴鲁等)拒绝签署2040年逐步淘汰使用化石燃料汽车的《向100%零排放轿车和厢式货车加速过渡的宣言》。丰田认为这个世界还没有准备好迎接纯电车,表示将持续开发更环保的燃油技术,同时也不会中断对氢燃料电池的研发投入。不仅是日企拒绝签署这个禁燃油车的公约,包括美国、德国、中国、法国等主要汽车生产国拒签,最终197个缔约方只有35个国家赞同这个宣言。


在热衷于纯电动(BEV)汽车的今日,纯电动车的行驶里程已经普遍达到500公里以上,续航里程超过1000公里的电动车也相继发布。但是为何还没有广泛普及呢?为何现在很多厂商,特别是日本、欧洲厂商还在大力研制混动汽车呢?

事实证明,想要实现双碳目标,如果不做混合动力是完成不了的。毕竟电动汽车数量还不多,在实现双碳目标的道路上能起的作用不大,目前主要还要靠燃油节能汽车。面对现实,务必重新审视混动技术路线,纯电动与节能型的混合动力汽车应该并举发展。

一、混合动力重回赛道

似乎一时间,大家都纷纷开始大力布局混合动力新产品,来抢占混动这块“大蛋糕”,“混动”瞬间成为了一个新风口。2021年12月8日,长安汽车发布了UNI-K iDD车型官图,这意味着继6月发布iDD之后,UNI-K成为首款配装长安蓝鲸iDD混动系统的车型。蓝鲸iDD混合动力系统是一种全域混合动力解决方案,可应用于A级到C级所有车型。据悉,长安将在未来5年内相继推出十余款混动车型,由此完善长安旗下的新能源汽车产品体系。

长安 UNI-K iDD搭载蓝鲸NE1.5T混动专用发动机

蓝鲸iDD混动系统由高性能蓝鲸发动机、高效率蓝鲸电驱变速器、大容量插混电池和智慧控制系统构成。作为参考,UNI-K iDD车型配装蓝鲸NE1.5T混动专用发动机,运用350bar超高压缸内直喷(GDI),AGILE敏捷燃烧系统、智能润滑系统等技术,并进一步采用深度米勒循环技术和电子附件技术。官方公布的NEDC综合油耗0.8L/100km,匮电油耗低至5L/100km。

2021年10月31日,吉利汽车集团发布了旗下全球动力科技品牌——雷神动力以及雷神智擎Hi·X模块化智能混动平台。有行业人士指出,继长城汽车柠檬DHT混动系统后,雷神智擎Hi·X成为又一采用高热效率专用发动机+多电机变速器+多种串并联驱动模式的自主车企混动系统。奇瑞发布的燃油及混合动力解决方案“鲲鹏动力”包含燃油、混动、纯电及氢动力多种能源形式,可满足多种出行场景。

截至目前,长安、长城、吉利、奇瑞、比亚迪、上汽、广汽等国内多家车企纷纷开启研发和布局混动技术路线,并计划推出量产混动产品。在新能源汽车推广如火如荼的同时,混动汽车早已“出圈”,成为动力技术发展的主流赛道之一。

无论政策风向,还是市场需求,最近一段时间以来,自主整车企业对混动技术的热情被激发出来。特别是从去年以来,吉利、奇瑞、比亚迪、长城等又掀起了一波混动技术路线的产品潮,很大一部分原因是目前纯电动技术路线上电池技术的突破程度有限,在固态电池等技术突破到来前有一定时间的窗口期发展混动技术;另外一部分原因也与混动车型的燃油负积分较少有关。同时,市场上越来越多的用户也开始认可混动,自主混动汽车的发展最终也要归功于长期的技术积累。

从技术路线上看,混动技术仍是汽车节能的重要选项,尤其是在我国汽车市场对SUV及大尺寸车型有消费偏好的情况下,混动技术对于整车企业实现节能减排意义重大。新能源汽车逐渐取代传统燃油车已经是必然趋势。但作为长期存在的燃油车来说,混动技术减排的加持作用必不可少。自主品牌纷纷布局混动技术,也是朝着新能源汽车领域发展的技术创新之一,在技术难度上更高。

从市场表现来看,混动汽车兼顾燃油车的性能,又不存在纯电动汽车的里程焦虑,在新能源汽车补贴逐渐退坡后,开始获得消费者的关注与青睐。相关数据显示,2021年我国插电式混合动力乘用车销量60万辆,同比增长143%。在这一细分市场上,一些自主品牌混动车型的销量表现已十分火爆。

2021年新能源汽车销售情况

2021年插电式混合动力汽车销量同比增长143%

目前来看,混动主要有两种形式,一种是国家政策支持的插电式混动,一种是非插电式混动。各个主机厂面对混动的态度是根据各自积累而选择的,竞争的市场也在不同的细分领域,所以市场空间是存在的。整个竞争都是在细分市场中,基于自己核心客户的竞争,而不是像原来那样大面上的竞争。

对于主机厂来说,采用混动技术降低油耗是重中之重。根据《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》修订版,除了加大纯电动车型的产量以外,车企还要努力降低传统燃油车的油耗,混动路线将是一个重要选项。

二、我国新能源技术路线的战略改变

实际上,政策一直是影响新能源风口偏转最为重要的因素,过去几年时间里,国家和地方政府对纯电动汽车的补贴红利节节攀升,但随着国家新能源补贴红利逐渐退潮,当下汽车市场上对纯电动汽车的认同度仍存在一定程度的质疑。眼下摆在纯电市场面前的挑战是:短期难以大幅降低成本,用户里程焦虑加速高续航版本推出,进一步变相增加制造成本,频频自燃带来电池安全担忧,此外还有整车残值不高的困扰等,这些问题也可能不会在短期的几年内完全解决。

面对新能源汽车市场上各种不能在短时间内解决的棘手问题,新能源汽车技术路线也被重新审视,2020年新版《节能与新能源汽车技术路线图》明确了新版路线图的总体目标是:2035年节能汽车与新能源汽车约各占50%,汽车产业基本实现电动化转型。

值得一提的是,新版《节能与新能源汽车技术路线图》将纯电动车(BEV)、燃料电池车(FCEV)、插电式混合动力车(PHEV)和增程式混合动力车(REEV)划分为新能源汽车,普通混合动力车(HEV)则属于节能汽车范畴。

2.0版路线图明确提出混合动力是有效的节能汽车技术,2025年,混动新车占传统能源乘用车的50%以上,2035年要达到100%。显然,新版路线图最大的变化是混合动力技术路线的分量加码,被定义为“内燃机汽车最有效的节能技术”,尤其是插电式混合动力车已和纯电动车统一划分为新能源汽车,可见插电式混合动力从政策偏转上便已经被重视起来。

而新版本路线图的一些变化,实质上也是对于中国新能源产业发展中一种阶段性的审视,根据实际情况进行的纠偏与调整。短期内鼓励车企在混动领域投资,在15年内到2035年节能汽车与新能源汽车销量各占50%,汽车产业实现电动化转型和禁燃这个词完全脱开。按照这个路线图的设计考虑,混动的燃油车存续可能还要持续很长的时间。

与此同时,对于传统车企而言,想要完全进入电气化时代也并不能一蹴而就,需要分步进行,目前在现有燃油车的基础上推出插混版本是最经济实惠、最容易被大众接受的方式,同时也是满足现有政策法规最好的方式。

三、纯电动与混合动力并未构成发展对立性

从以上技术路线分析来看, 纯电动与混合动力都有自己存在的价值和优势所在。在汽车实现全面电驱动化目标的过程中,混合动力与纯电动并不对立,包括HEV油电混合、PHEV插电式混合动力在内的混合动力技术将发挥重要作用。

不可否认的是,插电混动车型是电动化进程中一个很好的过渡,其不但可以平衡补贴退坡的政策不足,也可以平衡电池价格和里程增加之间的矛盾,更能扩大消费者对汽车电动化的接受半径,为纯电车型做更广泛的数据采集和技术积累。毕竟插电混动车与纯电动车的日常使用过程中均需要有一个寻找充电桩充电的使用过程,非常贴近纯电动车日常真实使用场景,可以在短时间内培养消费者对纯电动车的日常使用习惯。

长安UNI-K iDD搭载蓝鲸三离合电驱变速器

更为重要的是,从国内目前的道路环境、能源消耗结构、成本考量以及相关产业链发展的角度来看,内燃机仍存在着成本优势,石油能源不应该被过早摒弃,到2035年节能汽车与新能源汽车的比例应该大致各占50%。我国的电力发电以煤炭发电为主,煤炭仍然是全球最珍贵的材料资源之一。与此同时,全球仍埋有丰富的石油天然气资源,石油在成本方面具备一定的竞争力,且资源的多元化使用更有利于能源安全。

从实际应用来看,在国内诸多城市的新能源汽车推广上,混合动力车很大一部分是投入在公共交通领域,这对于城市建设而言具有先举性,可以实现节能与运输需求的整合,国家在混合动力补贴政策的利好也是情有可原的,可以有效地缓解城市交通建设。这与推广纯电动汽车汽车并不对立,如果是要发展纯电动汽车就不能去开发混合动力车,这对于目前纯电动车的发展进程来说,也是不现实的。众所周知,目前纯电动汽车发展在全球范围内都属于起步阶段,无论在技术水平、充电设施、续行里程、安全性能上还需要很大的提升,而混合动力车在很大程度上可以作为纯电动汽车发展的过渡阶段。

目前,全球主要汽车生产厂商已将新能源汽车作为各自发展战略中至关重要的环节,逐渐加大在全球范围的布局与投入。

统计数据显示,未来5-10年内内燃机汽车依然占主流,然而随着节能减排压力增大和消费需求的多元化,新能源汽车将会呈现飞跃式发展,尤其是混合动力汽车,将由目前的300万,增长到2023年的1800万辆。

现今市场上有诸多混动车型被大家熟知,如丰田普锐斯、君越/迈锐宝XL全混动、凯迪拉克CT6 PHEV、高尔夫GTE、奥迪A3 e-tron、BMW530Le、沃尔沃S60L Plug-in、BYD秦、BYD唐等。作为长安汽车搭载蓝鲸iDD混合动力系统首款车型,UNI-KiDD也在1月正式开启预售。

不过这些虽都称之为混合动力汽车,技术架构上却存在较大差异,也为此勾勒出了今日派系林立的混动技术路线图。尤其在新能源发展较为迅猛的中国市场,更是兼容并蓄,诸多技术路线八仙过海各显神通。

四、如何发展中国混合动力汽车

在后补贴时代,中国混合动力汽车该如何发展?

有两条宏观技术路径:一条是从内燃机动力往上发展,另一条是从纯电驱动平台往下兼容,日本属于前者,以常规混合动力为特色;中国主要选择了后者,以插电式混合动力为特色。宏观技术路径往往对具体技术路线有很大影响。

混合动力系统一个无法回避的核心技术是内燃机技术。

现有轿车发动机经过多次技术革新已经在节能减排方面具备很高水平。主要问题是我国内燃机技术相对落后。随着纯电型插电式混合动力的发展,发动机的运行工况变化相对收窄,理论上降低了发动机开发难度并更容易采用效率更高和燃料容忍度更大的新技术,例如旋转式汪克尔发动机、微型燃气轮机、自由活塞式发动机等。

但从国内外多年来的研发历程看,要想在性能、成本以及基础设施配套便利性等全方位超越现有轿车发动机难度很大。

总之,混合动力专用发动机不宜定位为长线技术,但想要短期获得颠覆性突破又面临重大技术挑战。因此,当前的主流技术路线仍然是在现有轿车发动机基础上进行持续地、一点一滴地改进。

长安蓝鲸NE1.5T混动专用发动机,取消前端轮系并采用米勒循环技术以确保高效

混合动力发展需要解决的另一个重要问题是如何实现从纯燃油动力到混合动力的平滑过渡和纯电动动力与混合动力的无缝连接。因此,模块化与平台化发展将是主要技术路径。基于原有的动力系统技术平台,进行关键子系统模块化组合与替换,向具有更好适应性和可行性的多种动力系统不断进行技术推进与更迭将是主要的技术路径。

基于传统内燃动力平台,可以发展模块化并联式混合动力系统,并逐步演变为并联纯电型插电式混合动力系统。国内一些骨干企业正在实践这一技术路线。

基于纯电动平台,可通过添加传统内燃机动力源形成串联纯电型插电式混合动力系统,即增程式电动汽车(通常不是全性能型,而是城市型),进一步可向下兼容串联式混合动力,进而再通过动力源的模块化替换可以演变为燃料电池串联混合动力系统。以日产的技术发展路线为例,日产以其纯电动汽车Leaf为平台,增加发动机和发电机等模块后,研发出串联混合动力汽车NOTE e-POWER,进而以燃料电池系统进行动力源模块化替换,演变为串联燃料电池混合动力汽车e-Bio Fuel Cell。

短期看来,混动技术路线调整更有利于日系车企。丰田汽车在上世纪70年代就开始研发HEV技术,截至目前,丰田电动化车型(以HEV为主)的全球累计销量已超过1500万辆。虽然日系车企技术领先无法否认,但市场驱动之下,会吸引更多企业去研发混动汽车,并培育出更多具有实力的企业,这将进一步锤炼出中国车企的全球化水平及研发水平,是中国汽车产业实现弯道超车的重要机遇。

一直以来我国插电混动车型的市场表现欠佳。

首先,国家政策和舆论对纯电动车一边倒,使得消费者误认为EV才是未来汽车的终极形态,插电混动只不过是过渡技术,加之在部分城市PHEV无法享受新能源车待遇,因此很多人对PHEV热情不高。

其次,虽然技术层面PHEV集EV和传统燃油车的优势于一身,加速快、动力强、经济环保,还不存在里程焦虑,但作为一项较新的动力技术,初代插电混动水平参差不齐,用户体验不尽如人意。

此外,目前市场上的PHEV产品主要集中在合资品牌,且产品力平平,对用户的吸引力不够。而相较于EV,自主品牌在PHEV领域的布局普遍起步偏晚,可供消费者挑选的范围不大。

如今,值得庆幸的是,不论是政策导向,抑或是车企们的产品布局,插电混动车型正逐渐从幕后走向台前,极有可能会成为新能源汽车市场上下一个新的增长点。

五、总结

纯电动和混合动力并不存在你死我活的对立关系,在未来相当一段时间里,可以优势互补、并举发展。在我国,与美国、日本等国相比,混合动力汽车销量仍尚处低位。固然如此,从目前我国不断发布的《节能与新能源汽车技术路线图》及双积分管理办法等政策来看,混合动力汽车前景正逐步向好,而现有的百花齐放、派别林立将进一步推动其发展进度,实现节能减排的持续性。至于最后结果究竟如何,不妨留待市场考验。

来源:重庆汽车工程学会 李永钧 

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