《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)實現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型；傳統(tǒng)能源動力乘用車全部為混合動力，新能源汽車成為主流，銷量占比達50％以上。新版汽車技術(shù)路線圖，將混合動力的地位明確提升。這為中國汽車產(chǎn)業(yè)鏈帶來了新的挑戰(zhàn)，也帶來了新的機遇。近日，電動汽車聯(lián)盟副秘書長趙立金受邀在新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟微課堂講課，圍繞 混動化在節(jié)能路線中的定位、混動在節(jié)能汽車的技術(shù)演進方向等內(nèi)容進行了詳細(xì)的觀點分享。
觀點1：全面進入成熟期的混合動力汽車
綜合成本、性能等各方面優(yōu)勢，混動化將成為節(jié)能汽車未來發(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%為混合動力汽車?；靹踊枰攸c掌握混合動力整車集成、專用發(fā)動機、專用動力耦合機構(gòu)、高性能電機、高水平功率型電池、電控系統(tǒng)開發(fā)優(yōu)化等六項核心技術(shù)。
1896年混合動力汽車第一次誕生，距今已有125年，而距離現(xiàn)代混合動力汽車大批量商品化也已過去了20多年，對于在上世紀(jì)九十年代初就進入了觸發(fā)期的混合動力技術(shù)而言，已經(jīng)獲得了足夠的成長周期，即將進入全面成熟期。
市場成熟了，回顧新能源汽車市場發(fā)展進程，受國內(nèi)外多種節(jié)能環(huán)保政策因素的影響，消費者和車企對混合動力汽車的需求顯著增加。過去7年中，全球混合動力汽車產(chǎn)量增長近3倍，全球各主要車企均已在未來五年內(nèi)大幅度下調(diào)了傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的研發(fā)數(shù)量，同時提高了混合動力系統(tǒng)的研發(fā)比例。
技術(shù)成熟了，混合動力技術(shù)經(jīng)過不斷的“試錯”和迭代升級，不斷突破核心技術(shù)實現(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，在混合動力系統(tǒng)架構(gòu)、混合動力專用發(fā)動機、混合動力專用變速箱、混合動力系統(tǒng)控制、電池電機等多方面已趨于技術(shù)成熟和方案收斂。
觀點2：多樣的混合動力系統(tǒng)架構(gòu)如何收斂
對于混動系統(tǒng)架構(gòu)，未來國內(nèi)混合動力汽車的系統(tǒng)架構(gòu)形式將進一步向著串并聯(lián)形式為主、串聯(lián)形式為輔的方向演進，并在近期同時發(fā)展和推廣以48V輕混為代表的低成本節(jié)能過渡技術(shù)。
混合動力汽車商業(yè)化發(fā)展20多年以來，由于不同國家和企業(yè)在戰(zhàn)略規(guī)劃、政策以及市場等層面上的差異，全球各車企在混合動力系統(tǒng)架構(gòu)上的技術(shù)路線可謂紛繁多樣，但近年來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力系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)方案的發(fā)展和演進過程。
混聯(lián)“霸主”，豐田自1997年第一代面世以來，已發(fā)展至第四代THS系統(tǒng)，并擴展至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、國內(nèi)吉利與科力遠開發(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)在問世的14年間完成了七代技術(shù)的迭代更新，但單電機系統(tǒng)各方面仍難以匹敵豐田THS系統(tǒng)優(yōu)勢，已于2012年放棄了IMA并聯(lián)系統(tǒng)，重點推出i-MMD系統(tǒng)，憑借串并聯(lián)方案實現(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)動機，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，已成為越來越多企業(yè)的第一選擇，是混合動力架構(gòu)方案收斂的核心趨勢。
城市“潛力股”，日產(chǎn)在混合動力領(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，國際主流串聯(lián)式混合動力車型產(chǎn)品已寥寥無幾，直至國內(nèi)串聯(lián)式混合動力的興起。
反觀國內(nèi)市場，比亞迪作為混合動力領(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超級混動系統(tǒng)，其混合動力架構(gòu)形式實質(zhì)上是回歸了基于P1+P3 DHT形式的串并聯(lián)架構(gòu)，另外，長城、長安、東風(fēng)、上汽、廣汽也都主要以雙電機串并聯(lián)作為混合動力產(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。
總體來說，混聯(lián)領(lǐng)域，由于豐田長期積累的技術(shù)和專利優(yōu)勢形成了較高的技術(shù)壁壘，后來者很難與之抗衡；以本田為代表的雙電機串并聯(lián)形式的混合動力架構(gòu)，全工況下都具有較好的節(jié)能水平，受到后來者的廣泛關(guān)注；以日產(chǎn)為代表的串聯(lián)式系統(tǒng)，機電耦合系統(tǒng)設(shè)計和控制相對簡單，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，受到國內(nèi)企業(yè)一定的關(guān)注。
觀點3：50%熱效率專用發(fā)動機技術(shù)如何突破
對于混合動力專用發(fā)動機（DHE），目前國內(nèi)量產(chǎn)車型熱效率已達43%，但仍有進一步提升空間，并進一步向50%熱效率進發(fā)。
結(jié)合混合動力對發(fā)動機的特殊需求，混合動力專用發(fā)動機（DHE）可始終運行在較為高效的區(qū)間，其發(fā)動機熱效率提升空間較之傳統(tǒng)發(fā)動機要高出許多。目前國外混合動力DHE方案主要以混合動力汽車發(fā)展較早的豐田和本田為代表，近兩年國內(nèi)長安、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，最高熱效率均已達到43%。
根據(jù)《中國高效節(jié)能動力系統(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)，通過對已知的發(fā)動機先進節(jié)能技術(shù)的組合開發(fā)，2035年前將分4個階段逐步實現(xiàn)發(fā)動機熱效率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、長城等企業(yè)也將推出搭載稀薄燃燒技術(shù)的高效發(fā)動機，實現(xiàn)45%以上的最高熱效率。
觀點4：核心中的核心，DHT演進朝向何方
對于混合動力專用變速箱（DHT），未來DHT產(chǎn)品技術(shù)在通過模塊化、系列化、家族化的設(shè)計大幅降低成本后，多檔位多模式技術(shù)方向?qū)⑦M一步得到深化和發(fā)展。
與前文提到的主流混合動力架構(gòu)—混聯(lián)和串并聯(lián)形式相對應(yīng)的，是與之配套的混合動力專用變速箱（DHT），這是混合動力汽車實現(xiàn)機電耦合的核心中的核心。相較由P0或P4與其它位置電機組成的串并聯(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，使DHT產(chǎn)品未來更具競爭力，從當(dāng)前各企業(yè)的混合動力系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)劃方向上也能發(fā)現(xiàn)這一明顯趨勢。
在功率分流領(lǐng)域，豐田通過提高MG1最高轉(zhuǎn)速擴大系統(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，而通用和科力遠針對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)過多種復(fù)合式功率分流方案，實現(xiàn)了更寬的高效運行區(qū)間，以及通過多個模式的切換，實現(xiàn)了不同模式性能優(yōu)勢與工況的良好匹配。
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，同時國內(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。國外先進產(chǎn)品以GKN和雷諾的方案演變?yōu)槔?，GKN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并聯(lián)的平行軸設(shè)計，共可實現(xiàn)2個純電、4個并聯(lián)、能量回收和駐車充電模式。
國內(nèi)外企業(yè)在DHT產(chǎn)品上的技術(shù)演進趨勢主要是通過多種模式和多個檔位的切換，將車輛運行模式作具有顯著特征的區(qū)分，同時利用模式之間的優(yōu)勢互補，以實現(xiàn)系統(tǒng)總體的最優(yōu)效率。相信未來DHT產(chǎn)品通過模塊化、系列化、家族化設(shè)計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一步深化和發(fā)展。
觀點5：混動能量管理系統(tǒng)如何更智能
對于混動能量管理系統(tǒng)，自適應(yīng)能量管理技術(shù)將進一步體現(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控制策略仍占據(jù)很大的應(yīng)用比例，其實用性強，但對于復(fù)雜工況的適應(yīng)能力較差，同時當(dāng)前混動能量管理系統(tǒng)多針對特定的工況和使用場景進行優(yōu)化標(biāo)定，且控制算法無法較好的適應(yīng)用戶個性化的復(fù)雜工況，因而導(dǎo)致實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)計算和信息通訊能力飛速提高，更多基于高級規(guī)則策略、全局和實時優(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現(xiàn)，并已具備了實現(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)已可實現(xiàn)15%以上的能效提高。
未來自適應(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)每種算法特性進行優(yōu)化組合、取長補短，推動實現(xiàn)能量管理策略最優(yōu)性、實時性、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)，可實現(xiàn)基于行駛場景大數(shù)據(jù)+AI云計算平臺+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時環(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)選擇最適合動力系統(tǒng)運行模式、能量回收強度等，最大限度的優(yōu)化整車運行的系統(tǒng)效率。
觀點6：新產(chǎn)品新技術(shù)彰顯國內(nèi)發(fā)展趨勢
比亞迪回歸“初心”，EHS電混系統(tǒng)重新定義油電混合動力汽車
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、雙電控、直驅(qū)離合器、電機油冷系統(tǒng)、單檔減速器組成，并實現(xiàn)了系統(tǒng)的高度集成化，相比第一代雙電機系統(tǒng)體積減少30%，重量減少30%。電機采用了扁導(dǎo)線技術(shù)，最高效率達到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98.5%。配合其驍云-插混專用1.5L高效發(fā)動機，實現(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力汽車，推動混合動力汽車的深度電動化趨勢。
長城發(fā)布全新檸檬混動技術(shù)平臺，具備非常強大的擴展性
長城汽車正式發(fā)布了檸檬混動DHT技術(shù)，這是一套具有高集成度的油電混動系統(tǒng)，其涵蓋了兩種動力架構(gòu)和三套動力總成。
兩種動力架構(gòu)是指混合動力技術(shù)上，面對不同的消費需求有，可以應(yīng)用于HEV油電混動車型，也可以用于PHEV插電混動車型。三套動力總成是在HEV/PHEV兩種架構(gòu)下，有“1.5L+DHT100”和“1.5T+DHT130”的動力總成，同時PHEV架構(gòu)下，有“1.5T+DHT130+P4”四驅(qū)動力總成。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，通過建立HCU混合動力中央控制器與車載智能終端之間的聯(lián)系，可實現(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)，對發(fā)動機和電機的工作區(qū)間、油電消耗分配、電量保持、能量回收強度等狀態(tài)進行自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，以基于不同的實際道路行駛工況，發(fā)揮最高的系統(tǒng)工作效率，可實現(xiàn)15%以上的能耗降幅。
實際道路行駛場景中，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)動模式；依據(jù)車速預(yù)估曲線，智能優(yōu)化發(fā)動機啟?？刂?，更精準(zhǔn)的控制發(fā)動機運行狀態(tài)；根據(jù)導(dǎo)航信息和前后車距的雷達信息，預(yù)估行駛車速變化，控制混動模式切換，避免由于車輛自身狀態(tài)和駕駛員操作造成的發(fā)動機頻繁啟?；蜷L時間怠速；還可以結(jié)合道路信息，對減速工況強度進行智能識別，自動調(diào)整合適的制動能量回收強度，實現(xiàn)最大程度的動能回收利用。
結(jié)尾
進入2021年，全球混合動力汽車市場尤其是中國和歐洲市場，相信將進入下一個快速增長時期。對于乘用車市場，未來國內(nèi)混合動力汽車架構(gòu)形式應(yīng)構(gòu)建以串并聯(lián)形式為主、串聯(lián)形式為輔的混合動力汽車產(chǎn)品特征，對于如48V輕混等節(jié)能過渡技術(shù)，還應(yīng)進一步降低系統(tǒng)成本以實現(xiàn)更廣泛的推動應(yīng)用。對于商用車市場，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景，根據(jù)使用場景選擇性的推進如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。
