混动的技术演进方向

赵立金

中国汽车工程学会汽车电动化中心主任，电动汽车产业技术创新战略联盟副秘书长

2012-2020年，国内混合动力乘用车产量及占比（万辆、%）

全面進入成熟期的混合动力汽车

凭借综合成本、性能等各方面优势，混动化将成为节能汽车未来发展的主流方向，根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》目标，至2035年节能汽车100%为混合动力汽车。混动化需要重点掌握混合动力整车集成、专用发动机、专用动力耦合机构、高性能电机、高水平功率型电池、电控系统开发优化等六项核心技术。

1896年混合动力汽车第一次诞生，距今已有125年，而距离现代混合动力汽车大批量商品化也已过去了20多年，对于在上世纪九十年代初就进入了触发期的混合动力技术而言，已经获得了足够的成长周期，即将进入全面成熟期。市场成熟了，回顾新能源汽车市场发展进程，受国内外多种节能环保政策因素的影响，消费者和车企对混合动力汽车的需求显著增加。过去7年中，全球混合动力汽车产量增长近3倍，全球各主要车企均已在未来五年内大幅度下调了传统动力系统的研发数量，同时提高了混合动力系统的研发比例。

Tips：世界上第一辆混动汽车

世界上第一辆混动汽车诞生于1896年，名字叫作阿姆斯壮辉腾（Armstrong Phaeton），是由一位叫作Harry E.Dey的工程师设计开发，并由美国康涅狄克州布里奇波特的阿姆斯壮公司装配制造。6.5L对置双缸发动机曲轴输出端连接飞轮电机，在之后连接的是电控离合器和带有三个前进挡、一个倒挡的半自动变速器，全椭圆弹簧后轮制动还带有能量回收。

这种结构设计可以利用发动机的转动和再生制动为车载电池充电，而这些电量可以用来为发动机点火以及点亮大灯，同时还可以启动发动机。作为一款混合动力车型，尺寸足够的飞轮电机还可以单独驱动车辆前进。

多样的混合动力系统架构如何收敛

混合动力汽车商业化发展20多年以来，由于不同国家和企业在战略规划、政策以及市场等层面上的差异，全球各车企在混合动力系统架构上的技术路线可谓纷繁多样，但近年来主流方案已逐步收敛。在这几大主流方向中，以日系企业为代表的“三剑客”各自技术路线充分展示了主流混合动力系统架构技术方案的发展和演进过程。混联“霸主”，丰田自1997年第一代Prius面世以来，已发展至第四代THS系统，并扩展至PHEV车型。在混联功率分流领域，除了早期通用等企业推出部分车型、国内吉利与科力远开发的CHS系统之外，已鲜有企业继续研发该技术方案。“开源”新秀，本田早期基于并联方案的lMA系统在问世的14年间完成了七代技术的迭代更新，但单电机系统各方面仍难以匹敌丰田THS系统优势，已于2012年放弃了IMA并联系统，重点推出i-MMD系统，凭借串并联方案实现高低速不同工况下的模式切换，并匹配了高效的专用发动机，综合能耗水平已不输THS系统。由于串并联架构较低的技术和专利壁垒，已成为越来越多企业的第一选择，是混合动力架构方案收敛的核心趋势。城市“潜力股”，日产在混合动力领域直到2016才推出了基于串联形式的e-power系统，目前有三款车型搭载在日本本土销售，2018年日产凭借Note e-power车型重获新车销量冠军。

反观国内市场，比亚迪作为混合动力领域先行者，经历了几乎每代产品都使用不同混合动力架构的技术迭代，并在第三代DM技术获得较好反响后，于2021年初发布了第四代DM-i超级混动系统，其混合动力架构形式实质上是回归了基于P1+P3 DHT形式的串并联架构，另外，长城、长安、东风、上汽、广汽也都主要以双电机串并联作为混合动力产品的主要技术路线和发展方向。在串联式方向，随着理想ONE发布打破僵局成为国内唯一的增程式车型产品，目前东风旗下的东风小康E3、岚图FREE和金康赛力斯SF5，吉利，五菱等企业也开始推出多款增程式车型。总体来说，混联领域，由于丰田长期积累的技术和专利优势形成了较高的技术壁垒，后来者很难与之抗衡;以本田为代表的双电机串并联形式的混合动力架构，全工况下都具有较好的节能水平，受到后来者的广泛关注;以日产为代表的串联式系统，机电耦合系统设计和控制相对简单，虽然其高速工况油耗较差，但具有很好的城市工况节能水平，受到国内企业一定的关注。

50%熱效率专用发动机技术如何突破

对于混合动力专用发动机（DHE），目前国内量产车型热效率已达43%，但仍有进一步提升空间，并进一步向50%热效率进发。

结合混合动力对发动机的特殊需求，混合动力专用发动机（DHE）可始终运行在较为高效的区间，其发动机热效率提升空间较之传统发动机要高出许多。目前国外混合动力DHE方案主要以混合动力汽车发展较早的丰田和本田为代表，近两年国内长安、奇瑞、广汽以及比亚迪为代表的企业也相继推出使用阿特金森循环并搭载冷却EGR、低摩擦和智能热管理等效率提升技术的DHE产品，最高热效率均已达到43%。

DHT演进朝向何方

与主流混合动力架构一混联和串并联形式相对应的，是与之配套的混合动力专用变速箱（DHT），这是混合动力汽车实现机电耦合的核心中的核心。国内外企业在DHT产品上的技术演进趋势主要是通过多种模式和多个档位的切换，将车辆运行模式作具有显著特征的区分，同时利用模式之间的优势互补，以实现系统总体的最优效率。相信未来DHT产品通过模块化、系列化、家族化设计方式大幅降低成本后，多档位多模式的技术方向将得到进一步深化和发展。

新产品新技术彰显国内发展趋势

比亚迪的EHS电混系统采用基础的PI+P3串并联形式，由双电机、双电控、直驱离合器、电机油冷系统、单档减速器组成，并实现了系统的高度集成化，相比第一代双电机系统体积减少30%，重量减少30%。电机采用了扁导线技术，最高效率达到97.5%，效率大于90%以上的高效区占比为90.3%，并采用油冷技术，电机功率密度提高至44.3kW/L，而搭载的比亚迪第四代自主IGBT技术，使电控系统综合效率高达98.5%。配合其骁云一插混专用1.5L高效发动机，实现了亏电状态（B状态）下低于3.8L/100km的超低油耗水平。比亚迪将此套混合动力系统命名为“电混系统”，结合该系统配置的更大功率电机和更大容量电池，不难发现其意图以此重新定义其混合动力汽车，推动混合动力汽车的深度电动化趋势。

长城汽车正式发布了柠檬混动DHT技术，这是一套具有高集成度的油电混动系统，其涵盖了两种动力架构和三套动力总成。两种动力架构是指混合动力技术上，面对不同的消费需求有，可以应用于HEV油电混动车型，也可以用于PHEV插电混动车型。三套动力总成是在HEV/PHEV两种架构下，有“1.5L+DHT100”和“1.5T+DHT130”的动力总成，同时PHEV架构下，有“1.5T+DHT130+P4”四驱动力总成。HEV系统总功率到180kW，PHEV两驱系统总功率240kW，PHEV四驱的系统总功率更是达到了320kW。

进入2021年，全球混合动力汽车市场尤其是中国和欧洲市场，相信将进入下一个快速增长时期。对于乘用车市场，未来国内混合动力汽车架构形式应构建以串并联形式为主、串联形式为辅的混合动力汽车产品特征，对于如48V轻混等节能过渡技术，还应进一步降低系统成本以实现更广泛的推动应用。对于商用车市场，由于商用车种类繁多，需要重新定义不同商用车车型的使用场景，根据使用场景选择性的推进如48V轻混系统、串联、并联和混联系统在不同车型上的使用。