专业！！！
可惜俺看不懂！！！
【 在 freshcool (haha) 的大作中提到: 】
【 以下文字转载自 GreenAuto 讨论区 】
发信人: FHWYSH (FHWYSH), 信区: GreenAuto
标 题: 浅谈国内混动技术(2)：各家车企混动技术路线优劣对比
发信站: 水木社区 (Thu Mar 4 20:25:23 2021), 站内
浅谈国内混动技术(2)：各家车企混动技术路线优劣对比
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一、各家车企的混动技术路线是什么？
首先，列出在上个帖子中提到的各大车企混动技术路线的内容：
（尚处于PPT阶段、或者已停产的技术不会列入）
丰田THS：混动专用发动机技术（＞40%超高热效率+全电无轮泵系），行星齿轮式机电耦合结构，高效率电驱动技术，高倍率小容量电池；
通用、福特：混动专用发动机技术（＜40%较高热效率），行星齿轮式机电耦合结构，高效率电驱动技术，高倍率小容量电池；
本田iMMD：混动专用发动机技术（＞40%超高热效率），P1+P3拓扑结构，高效率电驱动技术，高倍率小容量电池；
比亚迪DMi：混动专用发动机技术（＞40%超高热效率+全电无轮泵系），P1+P3拓扑结构，高效率电驱动技术；
比亚迪DMp：P0+P3+P4拓扑结构;
吉利epro（用于吉利、领克车型）：P2.5单电机结构；
上汽EDU（用于荣威、名爵、大通iHUD车型）：P2.5单电机结构，高效率电驱动技术；
广汽GMC（用于广汽传祺、广汽三菱车型）：混动专用发动机技术（＜40%较高热效率），P1+P3拓扑结构；
长城柠檬（用于哈弗、坦克车型）：混动专用发动机技术（＜40%较高热效率），P2+P3拓扑结构，高效率电驱动技术；
长城Pi4（用于WEY车型）：P0+P4拓扑结构（原封购买欧洲技术）；
理想ONE：单增程模式拓扑结构；
东风岚图：混动专用发动机技术（＞40%超高热效率），单增程模式拓扑结构；
日产e-power(用于A0级车型）：高效发动机技术(<40%较高热效率+全电无轮泵系)，单增程模式拓扑结构；
日产（用于B级车型）：高效发动机技术(<40%较高热效率+全电无轮泵系)，P2单电机结构；
沃尔沃：P2+P4拓扑结构；
大众（用于一汽大众、上汽大众、奥迪车型）：P2单电机结构；
奔驰：高效发动机技术(<40%较高热效率+全电无轮泵系)，P2单电机结构；
宝马：P2单电机结构 / P0+P4拓扑结构；
保时捷：P2单电机结构 / P0+P4拓扑结构；
长安：P2单电机结构（原封购买欧洲技术）；
奇瑞：P2单电机结构（原封购买欧洲技术）。
二、为什么混动与纯电动会取代燃油车型？
从政策层面来说，是为了满足全球各国共同制定的碳排放目标，燃油车已无法满足各国法规中的排放要求，只有被碳排放更低的混动车型及纯电动车型取代；
从科学依据层面来说，混动车型及纯电动车型的全周期能量足迹转化效率分别能达到33%和34%，远高于燃油车的19%，这不但意味着节能效果更好，同时也意味着全周期的排放总量更少。因此在乘用车这个领域，混动车型及纯电动车型会逐渐取代燃油车。
作为燃油车的替代品，混动车与纯电车将是长期共存的状态。
三、什么样的混动车型有替代燃油车的优势？
由于燃油车将与混动车至少共存15年，满足以下条件的混动车才会具备对燃油车的替代优势：
①比同级别的燃油车的能耗更低。
②比同级别的燃油车动力性能更强。
③与同级别的燃油车平价甚至低价。
只有具备这3个条件的混动车，才能在汽车市场上被消费者主动选择——尤其是在市场容量最大、用户对成本敏感度最高的A级车市场中，这样的混动车型相对于燃油车的替代优势就更大。即使没有限牌限号这类行政措施的强制干预，消费者也会自发地选择有这3点特性的混动车，从而自然地完成燃油车的淘汰过程。
（注1：在与燃油车做比较时，混动车型的能耗特指：HEV车型的全工况能耗；PHEV车型的馈电能耗。——如果PHEV的馈电能耗都能优于同级别燃油车的能耗，那它在插电情况下的能耗当然会更低。
注2：能耗测试标准是以全球统一的WLTP标准为准，而不以“个人驾驶经验”为转移。从2018年起，作为联合国统一排放法规体系的一部分，WLTP已陆续在欧盟、印度、韩国、美国、日本等国家取代现有的各类能耗测试标准；中国则在2020～2025年间使用WLTP作为燃油车与混动车的能耗测试标准，2025年后将使用比WLTP更严格的CATC标准；WLTP标准包括碳排放测试、台架测试、RED实际道路测试等多个部分。）
四、什么样的混动技术路线才是好的路线？
基于第二点、第三点所述，评价混动技术路线优劣的基本原则就是：
1、这样的技术路线应该让混动乘用车的碳排放总量趋近于最小——也就是说，在混动乘用车中，汽油和电力这两种能量的综合利用率应该趋近于最优的状态；
2、在满足上一点的前提下，混动乘用车的价格应该不高于相同级别、相同动力性能的燃油车。
五、评价混动技术路线优劣有哪些维度？
基于第四点中的基本原则，评价混动技术路线优劣有以下3个具体维度：
1、能效（汽油和电力两个能量源的综合利用率）；
2、动力性能；
3、成本/价格。
每个维度再往下细分，详细的评价指标为：
1、能效（汽油和电力两个能量源的综合利用率）：
(1)高效率发动机技术；
①阿特金森发动机/米勒循环高热效率发动机；
②发动机附属泵系全电无轮化；
(2)高效率电驱动技术：
高效率电机(扁线电机、高速电机、油冷技术)及电控器；
(3)对发动机高效区与电机高效区进行优化融合的技术：
①系统拓扑结构及各动力源耦合模式的完备性：
②系统中是否存在多档变速箱及其形式（AT变速箱/DCT变速箱/两档齿轮变速结构/单档减速齿轮直连）；
③混合动力流的动态控制优化算法与技术。
2、动力性能：
(1)WLTP工况各区间的轮端功率需求与动力源的功率输出匹配度；
(2)在整车动力流控制过程中，系统动力切换与耦合的稳定性与抗扰性(平顺性)：
系统中离合器组件的数量。
(3)高效能量缓冲区技术(大容量储能电池)；
3、成本/价格：
(1)车企的成本控制能力（内化指标，只对厂商有意义）；
(2)终端价格。(外化指标，只有终端价格才对消费市场有意义。）
以上一共11个小项，其中第3点中的(1)(2)两个小点在评价时只有一项生效——对于车企厂家而言是3.(1)生效，对于消费市场而言是3.(2)生效。
所以在单独从车企厂家角度或者单独从消费市场角度进行评价时，总共有10个子项同时生效。下一节就从这10个方面对各车企的混动技术路线进行对比与评价。
（注：文中提到的所有“阿特金森发动机”，其准确的技术定义名称为“进气门晚关的采用VVT可变气门正时技术的仿阿特金森循环效果的米勒循环超膨胀发动机”；
文中提到的所有“米勒循环发动机”，其准确的技术定义名称为“进气门早关的采用VVT可变气门正时技术的仿阿特金森循环效果的米勒循环超膨胀发动机”；）
六、各家车企的混动技术路线详细评价
以下就按照第五点中的10个子项，逐一对各家车企的混动技术路线进行详细评价：
1、阿特金森发动机/米勒循环高热效率发动机；
比起燃油车平台所使用的奥托循环发动机，阿特金森/米勒循环发动机的有效热效率高了一个等级，BSFC燃料消耗值低了一个等级，MAP图高效区更宽广（高效率等功率曲线所包围的面积更广）。所以针对高热效率目标进行燃烧系统、进气系统、排气系统、冷却系统、喷油系统的专项设计与改型后，阿特金森/米勒循环发动机是适用于混动系统的专用发动机，热效率极高。
但是阿特金森/米勒循环发动机在低速区的动力输出没有奥托循环发动机强，所以阿特金森/米勒循环发动机在低速区必须要有电机协同驱动，以确保发动机的工作落点位于其高效区间内。
其中阿特金森发动机可以做到比米勒循环发动机的热效率更高，米勒循环发动机由于进气门早关的原理，一般同时配合涡轮增压技术使用以确保做功充分。
（辨析：阿特金森/米勒循环发动机与混动专用发动机的关系
①混动专用发动机一定是阿特金森/米勒循环发动机；
②米勒循环发动机不一定是混动专用发动机。因为普通的米勒循环发动机配合涡轮增压技术常被用于高动力燃油车平台中，但是用于燃油车平台的米勒循环发动机的热效率不高。如果要将米勒循环发动机用于混动平台，需要重新进行结构设计与改型，使它的热效率升高。
混动专用发动机的热效率一般在39%以上，而燃油车平台的普通发动机热效率一般在37%以下；混动发动机的MAP图高效区可以比燃油平台发动机的MAP图高效区多覆盖10%以上的范围。）
丰田、本田、通用、日产、奔驰的专用发动机都在国内车企之前早已投入量产；
国内几大车企的阿特金森/米勒循环发动机技术，全部来自于发动机技术寡头AVL、FEV。
通俗地说，AVL、FEV给国内车企提供一套高效率发动机的公模设计方案，再根据各车企的个别特定要求进行细微增改，然后全程协助国内车企完成发动机的实物制造并通过中汽中心认证。广汽、比亚迪、东风岚图、长城的阿特金森/米勒循环发动机都是来自于同一套公模设计，所以它们的关键技术如EGR、高精度可变气门正时、350bar高压直喷、电子水泵、高滚流比气道、高压缩比参数等都是一样的，且都是使用92号汽油（燃油平台的发动机，在提升热效率的同时有一部分也需要95号汽油）。
那么各家国内车企的混动专用发动机的区别在哪里呢？在于以下两点：
①对于热效率设计目标值的要求高低：
这直接关系到发动机设计方案的整体难度，及发动机制造的整体经费；
所以，广汽的发动机成型后热效率是42%，比亚迪的发动机成型后热效率是43%，东风的发动机成型后是41%，长城的发动机成型后是不到39%（半成品，因为长城柠檬平台的研发时间太短，它的＞40%热效率的完全态阿特金森发动机最快要在2022年才能量产，今年只能量产39%的半成品）。
而吉利的混动专用发动机还处于PPT的5年计划中，长安的混动专用发动机还处于实验室中。
②发动机的量产情况：
这一点与两个因素直接相关：发动机研发的时间早晚与发动机制造的经费投入。
所以，广汽的最早量产，比亚迪其次，长城再次，东风最后。
吉利、长安和上汽还在梦游。
那么理想汽车为什么没采用混动专用发动机呢？
因为他们买不到：在理想准备制造汽车的那个时间段，国内车企都还没有已量产的高热效率混动专用发动机。而丰田、本田、通用、日产，它们不会提供外售。
但是问题在于，虽然买不到混动专用发动机，也还有其它热效率比较高的燃油平台发动机可以选择。可理想却为了节省成本，从小厂家东安动力那里买了一款特性不佳的发动机——理想汽车也是这款发动机的第一个客户，这款1.2T燃油平台发动机（三缸）的热效率是36.3%；（理想ONE的整备质量是2.3吨）
对比一下同类型的单增程混动车，
日产e-power平台的NOTE车型的整备质量1.1吨，采用的是1.2L混动专用阿特金森发动机；
东风岚图Free车型的整备质量是2.2吨左右，采用的是1.5T混动专用阿特金森发动机，热效率41%。
从发动机MAP图来看，东安的这款燃油平台发动机的燃料消耗值的最低点是240g/kWh，且只对应于唯一的一个转速扭矩交叉点；其它所有的功率点都大于240g/kWh；——更重要的是，发动机正常运行时的落点不可能精准位于唯一的最低交叉点，而是位于比最低点的热效率少2～5个百分点的范围内（这也就是国标中所定义的高效区范围的理论来源）；
而混动专用阿特金森发动机在1500rpm～5000rpm的转速范围、25%～100%的扭矩范围所围成的大面积区域内，燃料消耗值都能低于240g/kW，最低点能达到210g/kW左右——这样宽广的高效区特性是任何燃油平台发动机也做不到的。
这就意味着，理想ONE发动机在所有工作区间的BSFC燃料消耗值，都比阿特金森发动机在大部分区间的BSFC燃料消耗值要更高。——这就是燃油平台发动机和混动平台发动机之间的差异。
所以，理想的下一款混动车型，首要任务是去找广汽、比亚迪、东风等购买混动专用的阿特金森发动机，而不是为了节省成本去找小厂家买燃油平台发动机。
至于大众、宝马、奥迪、沃尔沃等欧洲车企，由于它们的行动只是为了勉强应付排放法规，所以不愿意放弃既有的燃油车平台发动机，也就没有研发高热效率的混动平台专用发动机。
该项满分10分，
使用混动专用发动机的，按照热效率高低分别为7～10分；
使用燃油平台发动机的，欧美大厂的成熟燃油发动机为4分，国内车企的成熟燃油发动机为3分，不成熟小厂家的燃油发动机为2分。
2、发动机附属泵系全电无轮化：
这一点是为了避免发动机在未驱动车轮或者发电机时，因为附属轮带泵系的功率需求而产生不必要的低效区运行情况，从而使发动机的工作落点尽量落入高效区范围内。
丰田THS、日产、奔驰、比亚迪DMi使用了该项技术。
该项满分2分，使用的为2分，未使用的为0分。
3、高效率电机(扁线电机、高速电机、油冷技术)及电控器：
高效率电驱动技术能够提升电驱系统的效率及MAP图高效区覆盖范围，从而让电机在绝大部分转速、扭矩区间都能有极高的输出效率。
电驱动系统的最高效率由电机的最高效率与电控器的最高效率所决定；
电驱动系统的综合高效区由电机的高效区范围及电控器的高效区范围所决定。
如同发动机的评价方式，电驱动系统的最重要参数就是MAP图高效区的覆盖范围。
普通圆线电机的高效区很狭窄，效率＞90%的高效区间覆盖范围一般低于75%；而采用扁线电机、高速电机、油冷技术的电机，效率＞90%的高效区间覆盖范围一般高于85%，上汽EDU的达到88%，比亚迪DMi的达到90.3%；
电控器的技术已经成熟，差别只体现在IGBT芯片与SiC芯片的效率。目前所有的混动车型都是使用IGBT芯片，电控器的效率也基本一致，效率＞90%的高效区间覆盖范围在88%～93%之间。
所以，重要的一点就来了：
电驱动（分体或者三合一）系统的综合高效区由电机高效区与电控器高效区复合而成，由此，采用扁线电机、高速电机、油冷技术的电驱动系统，其MAP图高效区为：效率＞81%的区间覆盖范围在85%～90%之间。（同理，采用圆线电机的电驱动系统的高效区覆盖范围则更低。）
再回顾一下第1个评价点中的内容，就能明白，这就是（为什么单增程式混动的能量利用率低于混驱式混动）这样一个在非专业人群中争论不休的话题，却在行业内基本没有争议的原因。
理论来源如下：
①（采用领先技术如扁线电机、高速电机、油冷技术的）电驱动系统，效率＞81%的高效区覆盖范围为85%左右；（实际的低效工况下，电驱系统的工作落点还会落入70%、60%附近）；
②在双电机混驱混动系统（如本田iMMD、广汽GMC、比亚迪DMi、长城柠檬）以及单增程式混动系统（如理想one、东风岚图）中，以上MAP特性对于两个电机同样适用（发电机、驱动电机）；
③电驱动系统的低效区为低转速高扭矩区以及高转速低扭矩区，由于电机通过减速齿轮直连轮端差速器或者发动机，因此车企会通过特定的齿比设计将某一些最佳的功率区间放入电驱动系统的高效区之内：
③a. 对于驱动电机而言，这个被特意放入高效区的功率区间对应的就是车辆行驶的某些速度区间；
③b. 对于发电机而言，这个被特意放入高效区的功率区间对应的就是发动机发电的某些发电功率区间；
④源头问题来了，这个被特意放入发电机高效区的最佳发电功率区间是什么？
没错，它就是发动机MAP图中的最佳输出功率区间——也就是在MAP图中，发动机热效率高效区与发动机NVH静谧区交叉围合而成的一小块区域。
而这一小块区域的输出功率一般是在1/3峰值功率左右。以理想one为例，也就是25～30kW左右。
接下来的逆向推导就顺理成章了，
⑤当这个特定发电功率不能满足车辆的轮端功率需求时，发动机的工作落点就会偏离这个最佳围合区域，结果就是两种：要么NVH恶化，发动机噪音及抖动明显；要么发动机进入低效区。
⑥这个特定的发电功率所对应的轮端功率，将其翻译成车辆行驶速度就是在60～90km之间。（由于整车结构的区别，不同车型的对应速度也有所区别）
⑦综上，当车辆速度跨过这个最佳临界点时，意味着发动机→发电机→驱动电机这个系统将整体进入NVH劣化区/低效工作区。
⑧然后就该比较，在进入NVH劣化区/低效工作区之后，发电单增程、发动机直驱轮端这两种方式的能量转换效率：
⑧a. 发电单增程方式：（发动机→发电机→驱动电机→车轮）
驱动电机、发电机两个电驱动系统的高效区边界都为81%；
该路径的能量利用率最高为：
81%×81%=65.6%。
⑧b. 发动机直驱轮端方式：（发动机→离合器→减速齿轮→车轮）
离合器+减速齿轮的传动效率＞97%；
该路径的能量利用率最低为：
97%。
⑨所以，这就是（中高时速区间发动机介入直驱或混驱车轮，效率更高）的理论依据。
各家车企对本项技术的采用情况，详见第一篇帖子。
该项满分6分， 采用扁线电机得3分、采用高速电机得2分、采用油冷技术得1分，3种技术的得分可累加。
4、系统拓扑结构中各动力源耦合模式的完备性：
（发动机、电机MAP图高效工作区的覆盖完备度）
各动力源的耦合模式需要使发动机高效区特性和电机高效区特性能够互补与融合，从而避免发动机或电机的工作点落入低效区。
（注：P0单电机（MHEV）、P1单电机构型都不具备电机独立驱动车辆的能力，只是在纯燃油系统中增加的一个小补丁，没有讨论价值。）
①无法避免发动机工作点落入低效区的拓扑结构：
P2单电机结构；
P2.5单电机结构；
②无法避免电机工作点落入低效区的拓扑结构：
单增程式（单电机或双电机）结构。
③无法使发动机与电机完全解耦，降低能量利用率的拓扑结构：
丰田THS单组行星齿轮结构；
该项满分8分，第①种拓扑结构2分，第②种拓扑结构5分，第③种拓扑结构6分，其它结构8分。
5、系统中是否存在多档变速箱及其形式（AT/CVT变速箱/DCT变速箱/两档齿轮变速结构/单档减速齿轮直连）
在混动系统中，多档变速箱存在的本质原因就是因为没有使用混动专用发动机，燃油平台发动机的MAP图高效区范围太窄，需要依靠多档变速箱来扩大工况适应能力，但是变速箱的存在也会降低系统的能量利用率与能量回收效率。
①单档减速齿轮/行星齿轮连接，没有机械换挡式变速器：
丰田THS、本田iMMD、通用、福特、日产e-power、理想、东风岚图、广汽GMC、比亚迪DMi;
②两档变速器：
长城柠檬；
③AT/CVT变速箱:
宝马、奔驰、日产、沃尔沃；
④DCT变速箱：
比亚迪DMp、长城Pi4、吉利epro、上汽EDU、大众汽车；
该项满分5分，第①类得5分，第②类得3分，第③类得1分，第④类得0分。
6、混合动力流的动态控制优化算法与技术：
混动系统的核心，就在于通过优化机电耦合的效率来最大程度地拓展发动机和电机在高效工作区内运行的比例，从而融合发动机与电机的驱动优势，最大化地提高燃油与电力这两种动力来源的能量利用率。
这种动态过程控制的技术需要关于机电耦合系统的长期积累与丰富经验。
该项满分5分，丰田、本田、日产得5分，通用、比亚迪、福特得4分，广汽、上汽、吉利、大众、宝马、奔驰、沃尔沃得3分，长城、长安、奇瑞得2分，理想、东风、得1分。
7、WLTP工况各区间的轮端功率需求与动力源的功率输出匹配度；
①加速功率输出过小，导致轮端有提速需求时响应延迟：
丰田THS、日产e-power；
②发动机功率过小，导致某些低电量情况下对轮端的高功率需求无法响应：
理想。
③在馈电时，失去电机动力源，仅剩余1个发动机动力源：
P2单电机结构，
P2.5单电机结构。
该项满分5分，第①类得2分，第②类得3分，第③类得1分，其它得5分。
8、高效能量缓冲区技术(大容量储能电池)：
为了给发动机功率匹配、轮端高功率需求、能量回收提供足够的缓冲池，需要有高效大容量的能量缓冲区。
①电池容量＜2kWh:
丰田THS、本田iMMD、通用、福特、日产e-power;
②电池容量＜100km等效能量:
宝马、奔驰、日产、沃尔沃、广汽GMC、上汽EDU、吉利epro；
③电池容量＞100km等效能量：
理想、东风岚图、长城柠檬、比亚迪DMi、比亚迪DMp。
该项满分5分，第①类得0分，第②类得3分，第③类得5分。
9、系统中离合器组件的数量：
系统中的离合器组件数量越多，对系统中动力耦合与切换过程的瞬态扰动就越大，平顺性控制就越难。当转速匹配与扭矩匹配期间的瞬态波动无法被控制算法有效抑制时，顿挫发生的频率与幅度就越明显。
①单档减速齿轮直连/单组行星齿轮连接，没有机械换挡式变速器：一套离合器组件
丰田THS、本田iMMD、日产e-power、理想、东风岚图、广汽GMC、比亚迪DMi;
②两组行星齿轮连接：2套离合器组件
通用；
③两档变速器：2套离合器组件
长城柠檬；
④P2.5单电机结构：3套离合器组件
吉利epro、上汽EDU；
⑤P2单电机结构:>3套离合器组件
宝马、奔驰、日产、沃尔沃；
⑥DCT变速箱：≥3套离合器组件
比亚迪DMp、长城Pi4、大众汽车；
该项满分5分，第①类得5分，第②类得4分，第③类得3分，第④类得2分，第⑤类得1分，第⑥类得0分。
10、终端价格：
①比同级别燃油车（动力性能不可低于同级别燃油车）低价；
②与同级别燃油车平价；
③比同级别燃油车贵。
该项满分9分，第①类得9分，第②类得8分，第③类为0～7分区间，根据市面价格自行打分。
以上10个子项的得分总和，就是对车企混动技术路线的总体评分。
七、为什么欧洲车企使用祖传单电机模式？
因为欧洲车企的指导思想是：在满足排放法规最低门槛的条件下，使用最小的改造成本。
所以，对于欧洲车企而言，传统的燃油车平台发动机必须保留，传统的机械多档变速箱必须保留，一切改动都是围绕着以既有的燃油车平台为中心而开展，一切新技术的选择都以成本最小化为目的，——而不是以系统能耗最小化为目的。
所以，欧洲车企的祖传混动模式，只是对车企省钱最有利的模式，但却不是对碳排放和消费者最有利的模式。
八、国内车企的混动技术路线的有利方向在哪里？
1、首先，不利的方向是，吉利跟随沃尔沃而深受欧洲车企的混动技术思想所影响，一直使用祖传P2.5单电机结构，且在其它的评价子项上都没有进展。
上汽也受到大众汽车的影响，以成本作为其最重要的选择标准，转向使用P2.5单电机结构。
2、有利的方向同样与成本有关，
国内车企对于关键零部件供应链的自产能力逐渐提高，广汽、长城、上汽、比亚迪都开始逐渐掌握各项关键零部件的研发与制造环节，有利于在混动平台中采用各项领先技术。
而对于理想、东风岚图这样的新生势力，也可以从广汽、比亚迪等车企采购关键零部件，从而推进国内混动技术的整体发展。
当国内车企能够建立起多个在能耗、动力性能、成本3方面都占优势的混动平台时，就有希望在新的汽车市场里拥有更大的竞争力。
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修改:FHWYSH FROM 223.166.144.*
FROM 222.240.242.*