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混动和增程,谁才是终极解决方案?

 hank_wang_lib 2023-11-30 发布于浙江

理想已经实现了周销量过万,距离月销四万台,仅一步之遥。

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谁能想到,几年之前被定义为落后技术的增程式电动车,居然也有繁花似锦烈火烹油的今天。
增程是混动的一种,“串联式混合动力”,之所以被看做落后的技术,原因是串联混动技术路线看起来有些简单,甚至略显粗糙。
通俗来讲,增程式相当于给纯电动车背了一个“燃油充电宝”,在所有的混动路线中,增程最接近纯电。
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没错,说的正是在下

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但是把理想的增程式变速箱拆开,确实非常简单,可以理解为一个驱动电机+单挡减速箱和一个发动机+发电机的集成
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为了匹配发电机较高效率的转速区间,在发动机和发电机之间设置了一对增速齿轮。

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理想的机电一体动力总成,水冷电机+自润滑减速箱,结构简单,成本低廉,其驱动/发电电机和长城柠檬的电机一样由蜂巢供货。
增程相比纯电车的优势:如果纯电车配100度的电池,增程车可以50度电池+増程器搞定。少了50度电池5万元,增加一套增程系统最多1.5万元,成本降低3.5万元,且没有里程焦虑,驾乘体验和纯电车一样。
増程还有一个好处是布局灵活,因为发动机和传动系统解耦、和车轮没有机械连接,发动机可以纵置,给前悬挂的选型和布置让出更多空间,驱动电机也可以后置。
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虽然相比于两挡和三挡的DHT,比亚迪DMi已经是最简单的了,但还是比理想的结构复杂多了:油冷扁线电机+减速箱主动强制润滑+湿式离合器(负责机电动力耦合)。

比亚迪DMi系统采用P13双电机结构,采用电驱为主发动机为辅的运行逻辑。P1电机与发动机为机械连接,充当发电机,P3电机与车轮减速器连接,充当驱动电机。P1和P3电机采用电连接,实现串联模式;发动机通过离合器与车轮耦合实现高速直驱。加上大电池的辅助,车辆能够实现纯电、串/并联、发动机直驱等模式。

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比亚迪DMi驱电机和发电机
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▲比亚迪DMi混动系统结构

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比亚迪DMi混动系统传动原理图

其实,“插混”在90%的工况下都是“增程”。

比亚迪的DMi只有70km/h以上且匀速的情况下才能使用发动机直接驱动车轮,注意,70km/h以上和匀速两个条件缺一不可,任何一个不满足都会切换为串联模式,也就是所谓的“增程”。目前市面上大部分的插混都是比亚迪这种串联为主的模式,实际使用过程中和增程的差别很小。

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而观察理想的减速箱也会发现一个有意思的事儿:上图中那一块圈红空闲区域,应该是给发动机直驱预留的空间。更准确地说,是理想借用了别人现成的箱子,把多余的那部分零件拿掉了。
那么现在就有一个问题:混动结构比增程复杂,是不是比亚迪DMi就比理想增程式成本高?
不是,恰恰相反,DMi的总体成本更低。
一般市区行驶,60kW的电机峰值功率已经够用,所以DMi的145kW的驱动电机足够,而高速工况又有发动机直驱的动力加持,故而秦Plus DMi的最低纯电续航版本仅有55km;而理想车型多定位中大型SUV,车身偏重,又追求电车的驾乘体验,除了前轴的驱动电机,还要配置P4后轴的第二个电机作为动力补充,而且电池续航时间更长、电池容量也更大,综合算下来理想的增程式成本更高。当然成本高这个锅不能全由增程式来背,这跟理想的车型定位和使用场景需求直接相关。
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奇瑞鲲鹏混动系统

既然插混技术有这么明显的低成本优势,为何市场上除了比亚迪,其他插混车型并不多?原因也并不复杂:插混还是有一定技术门槛的。

前段时间有车主在网上吐槽,某三挡混动车油耗超级高,比2.0T车型油耗还要高。最高油耗12.5个油,3挡发动机顿挫很大,来回全程高速,平均油耗9-10个油。经过几个月的市场考验,这款车的市场反馈并不是很好,尤其是在油耗方面,亏电油耗几乎和燃油车相差不大。不仅馈电油耗打折严重,就连纯电续航也大幅缩水,100公里的标称续航只跑了55公里发动机便介入了。
从结构上讲,某厂的这套三挡DHT混动机构的复杂程度远高于比亚迪的DMi。油耗按常理来讲应该会比比亚迪更低才对,为何其馈电油耗会更高呢?这是因为这款车在馈电状态下电机在驱动车辆的同时,发动机在很多情况下也要参与车辆的驱动,尤其是在中高速的工况下。
比亚迪的车在车速低于75km/h时,很多情况下发动机是不参与驱动的,比亚迪DMi是以电为主的混动,所以油耗才会很低,但如果馈电跑高速时,油耗也是不可能低的。
两档或三挡的DHT结构能让车子在高速运转或者在低速加速状态下,发动机能够更好的介入,但油耗却不会增加很多。燃油车挡位越多换挡越平顺,另外在高速状态下的时候也就越省油。很多人在面对混动车型的时候,都在考虑两的混动车型是不是会更好一些?其实还真不一定。
混动车型省油的关键在于中低速行驶状态下,通过纯电行驶来避免发动机的启动来降低油耗。而在低速的馈电状态下,发动机将动能转换成电能驱动车辆也是要比发动机直接驱动要省油。所以混动系统省油的关键在于用电驱动,这也是理想卖得好的原因之一,它的内燃机要么不启动,只要启动就是最高燃油效率工况。

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奇瑞鲲鹏混动底盘

插电式混动(PHEV,Plug-in Hybrid Electric Vehicle有两套动力系统,几乎是完整的电动车驱动系统和燃油车动力系统,技术门槛和复杂度都会更高。

插混的技术难点在于内燃机驱动与电机驱动的协调控制技术,要解决电机单独驱动、电机和内燃共同驱动等模式的控制问题。从比亚迪2003年立项组建团队开发混动算起来到今天,20年了;如果从比亚迪第一款混动车F3DM在2008年上市算起来,也有15年了。
而想做好两档或者三挡的DHT,难度就更大了。某二档DHT,时速0~20km纯电驱动,20~70km/h发动机接入一档与电机共同驱动,70km/h以上发动机接入二档驱动。而发动机在纯电起步后到20km/h时就介入,未能运行在最佳转速区间,电量不足时既要驱动又要发电,能效稍低,且在时速20公里左右时频繁接入档位容易产生顿挫。
某三档DHT时速0~20km纯电驱动,20~70km/h发动机接入一档,70~90km/h发动机接入二档,90km/h以上发动机接入三档。发动机接入三档在高速巡航时会稍微优于单挡与两挡DHT,当然代价是系统更加复杂,动力系统控制策略的精准优化也更加困难。

两挡的混动结构比单档的复杂,三挡的就更加复杂,零件也就更多,分摊到成本上也就更贵一些。即便是两或者三的混动车型价格不是太高,也只能证明,成本在其他的地方节省了。

多档DHT相比增程,更易顿挫、噪音大,对发动机技术要求高,成本高,而且很大可能综合下来并不省油,动力优势也并不明显。

系统结构越简单可靠性就会越高,就像日系车为何到现在还在沿用自吸发动机一样,少一个涡轮故障率就会低一点。比亚迪的单变速结构在技术上非常的简单,发动机介入驱动只有一个位,基本上除了跑高速以外,发动机是不会驱动车辆的,进而在中低速状态下油耗也就进一步的降低了,各个部件的故障率也会降低。

家用汽车的研发准则是能用1个零件解决的问题,绝不用2个,毕竟谁也不愿意供应链管理难度、采购研发成本、维修风险和保养价格的剧增。三挡相比单挡,难度和成本都是几何级数增加的。
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▲吉利雷神混动系统

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▲吉利雷神混动系统用了两套行星排

所以做好插混并不是一件容易的事,长时间深厚的技术沉淀,叠加比亚迪全产业链的成本优势,才诞生了秦Plus DMi这款如今最低已经到下探了8.98W价位的车型,至今秦Plus DMi仍旧是10W以下唯一一款走量的A+级插混车,甚至可以夸张一点说,比亚迪堵死了10W以下插混车型的产品进阶之路。

插电混动相比增程式的优势主要是可用比较小的电池,在电池比较贵的时候增程式综合成本很难降下来,高速用燃油的情况下少一道能量转换工序,理论上更容易做到低能耗。

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可以看到比亚迪的小型车海鸥和海豚月销共计6万,而在理想的逼近40万均价的区间,比亚迪的产品却是空白。

是比亚迪做不出增程式吗?当然不是。比亚迪虽然是做电池起家,并且现在全部转型新能源,但从其收购秦川进入汽车行业的历史来看,仍旧是传统车企底色,仍然是从低端车入门的产品路线,所以会诞生DMi这种纯电为主适合城市路况和通勤需求的动力系统。从市场表现来看,比亚迪也的确是20W以下价位插混车型的霸主,无人与之争锋。

而理想的出发点并不是解决传统燃油动力系统的问题,而是更接近于马斯克的第一性原理,直接从家庭出行需求出发,先定义整车产品,再匹配合适的动力系统。

而比亚迪过百万的仰望只是树立一个豪车的flag,不可能走量,也带不来可观的利润;40W的方程豹定位硬派越野车,受众群体也小,可以说比亚迪在30-40W价位区间的产品还是空白,但这种价位产品的缺失不是增程式的技术问题导致的,而是整车产品定义的问题,或者说是企业决策者的认知和战略问题,我想这应该是比亚迪领导者现在思考的主要问题。要提升产品单价、增加企业利润,就必须补足这块短板。

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▲零跑C11增程式底盘

所以最近一窝蜂上马增程式的车企,如果是主打增程路线,那显然是舍本逐末了,毕竟理想的成功并不是增程式的成功,而是产品定位的成功;毕竟汽车之家的创始人是真的能够深刻洞察用户需求。

在混动和增程激战正酣的时候,动力电池的价格已经逼近500元/度,所以新能源汽车技术路线在未来一段时间仍然会是三分天下的混战局面。

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▲问界M7增程底盘

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▲问界M7增程底盘

比亚迪早期的秦PHEV,纯电续航是50公里,后来推出长续航70公里,再后来唐的续航达到80和100公里,到现在DMi的长续航为120公里,长安推出对标秦DMi的启源A05纯电续航已经到了145km,可见,随着电池能量密度的提高和成本的降低,插混车型匹配越来越大的电池正在成为一种趋势,而直驱的应用工况相应就越来越少了,汽油机越来越像增程器。

在比亚迪研发DM混动的十多年前,电池技术还不成熟,充电慢、不方便且成本高,所以本质上DM混动技术是以省油为目的,“油改电”的产物,若想真正提高驾乘体验,就要取消发动机和车轮的硬连接,让发动机和动力系统解耦,纯电驱动才能更丝滑。另外,随着智能化发展,整车也要求全电驱动,设置中央电力管理系统并整合各级域控。比亚迪仰望就是取消了发动机直驱工况,采用增程架构才实现四轮独立驱动和控制,汽油发动机只作为一个燃油充电宝而存在。

那么另外一个问题来了:既然已经是大电池了,为啥不让更平顺、更灵活、更安静的电机去承担更多任务,反而要通过多挡让发动机尽可能多出力?别再折腾发动机去优化各个工况点的效率了,把多挡变速箱省下的钱怼在电池上、电机上不香吗?所以从这个角度来说,“多挡DHT→单挡插混→增程纯电”似乎是一条正确的进化之路。

而电池成本的降低、充电速度的提高和充电桩的普及,也让换电模式面临着极大的考验,大概唯一可以确定的是,燃料电池汽车已经没有未来了。

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▲奇瑞鲲鹏混动底盘

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