写在前面:这篇稿子从春节后开始断断续续地写了近3个月。一直有几分没有拧成,所以花了很多时间思考。幸运的是,终于完成了,没有半途而废,肯定还有不踏实的地方。我的时间和能力都很有限,暂时不会再受苦了。在这里发行全集剧本,举行六一献礼,庆祝上海的海峰,庆祝这波全国疫情的退潮。我知道一些在校学生也在看我的视频,有人为了写论文私信向我传达了几个问题,比如资料要求。给你发视频文案(约7000字),供你参考。但是,我建议大家不要制作简单的副本,增加自己的思考和扩展,这是更有意义的学习。如果文章中的某一点错了,就不必批评我来反驳我。我不重要。事实上,明确逻辑、原理更重要。

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(上一组)DM-i不是结束

混淆技术哪个强?这个话题绝对是现在的流量密码。几乎所有的汽车评价都和媒体相比,我也见过很多。DM-i出现之前常见的开场是丰田和其他没有混在一起。(阿尔伯特爱因斯坦,Northern Exposure,)DM-I出现后风向发生了变化,开始出现比亚迪和其他混在一起的说法。我个人不太喜欢这种评论风格的比较视频。DM-i系统虽然上了清华教科书,但似乎还不是混动技术发展的终点。

作为宋Plusdm-I的第一位车主,今天我想从多个层面谈谈这个问题。观点有点新奇,论述很抽象。欢迎大家的良性批评和讨论。

首先,我想从基本定义开始,深入一些概念。这是我学生时代学得最多的方法论。

“混合动力”概念的最后两个字是“动力”。我个人理解这意味着驱动车辆的机械动能,但动力源有两种形式。一个是化学能,来自内燃机。第二,电能,在三电系统中。

“混合动力”概念的前两个字是“混合”。那么,我认为关键是如何混合。混合有两种方法。

首先是在机械层面混合。在这种情况下,动能直接混合在一起。比如常说的并联驱动模式,内燃机和电机通过齿轮组结合在一起共同驱动车轮。丰田THS是比较典型的机械混合。这种混合方式最突出的特点是内燃机与车轮紧密相连。不管是丰田的行星齿轮还是本田的直驱离合器,内燃机都能直接驱动车轮。

第二种是在电水平上混合,这时化学能首先转化为电能。换句话说,内燃机通过发电机发展,然后与电池的电混合。最终马达直接驱动车轮。最典型的代表是日产的e-power,有人称这种方式为连接模式。

丰田THS、本田的iMMD、日产的e-power为例分析了这个问题,因为这三项技术都不插电。首先明确无线电混淆,就更容易理解比亚迪的DM-i、长城柠檬混淆、帝豪雷神混淆、东风阿拉西地图、文系、异常等赠送混淆。

我想开门见山地想一个最根本的问题:能量在什么水平混合是更好的方法?机械或电气水平?

从工业革命发展史的宏观角度来看,电力革命在机械革命后进一步提高了生产效率,因此,电力层面的能源混合应该是更高层次的形式。

从宏观下沉到具体实物,我们来看看两个方面的优缺点。

肉眼可见的机械维度的混合,需要内燃机和马达的耦合齿轮组增加了系统复杂性和成本。同样,直观地说,机器混合没有电混合那么光滑。机械混合是将两个旋转部件配合在一起,而电混合是只有电动机本身驱动传动轴。内燃机响应速度和电动机响应速度之间存在数量差异,这一点很好理解。电磁反应比化学反应快得多。响应速度的数量差异不仅会影响驾驶体验,还会降低整个耦合系统的效率。例如,某重点中学在教学实践中,有的学生思维敏捷,数学成绩优秀,有的学生数学不好,教学进度慢,这时分层教学是否高效,还是混合班教学效率高?关于这一点,下一集将再次详细展开。那么,为什么混合动力一开始要在机械层面混合呢?我主要认为早期马达太小,如果不与内燃机一起出力,动力太弱。比如1997年丰田普锐斯配套的第一代THS,电机功率只有33千瓦,2003年上市的丰田第二代THS,电机最大功率为50千瓦。THS经过几代人,功率越大,早期的设计理念和系统体系结构没有太大变化。

网络中,混合分类方法仍然流行,最重要的特点是以电机位置作为分类标准。例如,P0表示启动马达BSG,P2表示变速器输入端马达,P3表示变速器输出端马达。这种方法具有鲜明的时代特色。因为

其核心,也就是坐标原点是燃油发动机。换种说法,这是基于传统燃油车的分析方法,电机在那个时代只是一个时左时右,时远时近的配角儿。燃油发动机是主力,电机只是打辅助。

而2016年面世的日产e-power,电机成为了主角,这套系统装备在Note车型上,其电机的最大功率是80kW。丰田Prius和日产Note都是1.3吨以下的小型车,33kW肯定不够,50kW只相当于1.0自然吸气发动机的水平,所以有些勉强,但80kW就比较够用了。从1997到2016,跨越了整整20年,电机、电控还有电池的技术水平有了划时代的进步,20年前,给车辆装入一台33kW电驱可能还挺费劲,但20年后,80kW的电驱已经不在话下了。

一定会有人问,本田的i-MMD是什么情况?2013年研发的第一代i-MMD,其电机功率约为124kW,比日产的e-power电机大了50%,为何还是保留了机械混合,有发动机直驱呢?对于这个问题,我思考过很长时间。我想提出一个我自己的解释,不一定正确,但逻辑上基本可以说通。

2013年i-MMD研发出来后,第一台装备的车型是雅阁。这款车在北美是畅销车,北美地广人稀,中高速巡航工况应该比较多,所以本田的研发工程师特别关注了这种工况。我看过本田工程师的论文,其中一个小节特别提到了,巡航工况下串并联燃油经济性比较。在高速巡航,例如120-140公里时速区间,发动机并联直驱的燃油经济性,会比串联方式好7%~12%。特别说明一下,美国高速公路最高限速是85英里/小时,约为140公里/小时。

然而,如果回到日本,情况就不太一样了。日产e-power在本田i-MMD亮相3年之后,也就是2016年才推向市场,日产的工程师会傻到没有研究过本田的论文吗?我认为不会。日产e-power最大的特点是,第一辆装备的是小型车Note,其面向的市场和路况在日本。我迄今还没有听说日产的天籁装备过e-power,不知道我是否漏查了相关信息。一个重要数据是,日本因为地貌特点,其高速公路的最高限速是100km/小时。

本田的i-MMD版雅阁在北美大获成功,后来在日本市场也推出了小型化的i-MMD系统,装备了经典车型飞度。一个有趣的比较是,i-MMD版飞度与e-power版Note,谁的油耗更低?我在刚接触混动技术时,关注过一个UP主,叫@车geek,学到了不少东西。我想直接引用他的一篇文章。其中提到:

“WLTC标准下,高速工况飞度每升油能跑27.4km,少于note的27.6km。这个有点出乎意料!高速工况飞度的油耗表现居然是落后的。”

由此,可以看出,日产的工程师不傻,他们没有盲目追随别人的技术路线,而是根据自己面对的实际市场,选择了自己的技术路线。并且,这种选择在特定场景条件下,颠覆了大家的一些固有认知,例如“并联直驱肯定省油”这样的人云亦云。

(中集)DM-i的局限性

上集提到,本田面向北美市场,研发了能并联直驱的iMMD混动系统,而日产则基于日本的实际情况,为e-power选择了纯串联技术路线。

回到我在上集视频提出的基本问题,能量在哪个层面混合是一种更好的方式?机械层面还是电气层面?

本田的混动主要在电气层面混合能量,但在特定的场景,例如中高速巡航,还是选择机械层面的能量混合,也就是并联直驱。

然而,日产的e-power证明,至少在小型车领域,只在电气层面混合能量,也可以做到与并联模式相近的油耗,甚至更好一些。

所以,接下来我想分析一下本田混动可能的局限性。

特别需要注意的是,iMMD最初的研发基于2.0自然吸气发动机,其工作特性,例如高燃效区域的分布,与其它发动机,例如1.5自吸发动机是有区别的。

在本田的论文中,有一个发动机工况图。图中黄色的点是纯直驱工作点,意思是发动机输出功率正好等于车辆负荷功率,这些点其实在最高效的线工况之外。然而,即使在巡航的时候,车辆负荷也不可能一成不变,路面的起伏,甚至一阵妖风吹来,都会让负荷增加或者减少。那么,如果只用纯直驱,发动机的工作点会在非高效区移动,燃油经济性无从谈起。

为了解决这个问题,本田的方法是直驱的同时,电机要打辅助。内燃机保持在线工况工作,功率不够时,电机出力补足,功率富裕时,通过电机发电给电池充电。所以,还是存在燃油发电的过程,这与串联模式下的燃油发电并无本质的区别。如果说区别,也许并联工况下发电的效率更低,因为其发电的功率更小,并且稳定持续时间更短。

iMMD还有一个问题,就是工作模式的可持续性。本田论文中有一个小节特别提到,在巡航工况下,系统会在串联、并联与纯电模式下间歇操作。也许,这与本田混动只使用了小电池有很大关系。间歇操作意味着发动机要频繁启停,一方面启动需要消耗电能,拉高至设定转速喷油点火,另一方面,寒冷天气下气缸内润滑度降低,会让频繁启动增加油耗。

所以,本田混动的并联模式是一个比较复杂的动态过程,而不是一个理想化的工作点,这个动态过程是否在所有巡航工况下,总能保持高效,也许要打个问号。基于中型轿车、2.0发动机以及北美路况,本田认为巡航时并联直驱有利于提高燃油经济性。但如果换成SUV车型,以及其它排量或其他厂家的发动机,再加上路况尤其是车速的不同,我个人认为“并联直驱更省油”这个结论不一定总是成立,还记得上集视频中提到的e-power版Note比iMMD版飞度更省油吧?

目前,中国厂商的混动平台大多选择有并联直驱的技术路线。例如现在比亚迪的DM-i,就是比较典型的串并联结构。

然而,我想指出DM-i与iMMD最大的不同点,DM-i是插电混动PHEV,使用大容量电池,而iMMD最开始只有HEV不插电混动,使用的是小容量电池。

无论大电池,还是小电池,都可以看做是一个水库,对电能进行调蓄。为了让内燃机总处于高效工作区间,当内燃机功率大于实际负载时,富余功率发电给电池充电;当内燃机功率小于实际负载时,电池输出能量与内燃机一同出力。

大电池的优势在于,它的调蓄能力更强,更有利于能量在电气层面混合。继而,让内燃机的运行更加高效。具有无限调蓄能力的终极大水库是电网。

日产现阶段的e-power专用发动机,燃效已经做到了43%,从日产的路线图可以看出,日产的目标是50%。达到50%的方法是,内燃机要在燃效最高的固定工作点运行,这需要电池技术的进步。我个人理解,电池技术的进步,就是要换成充放电能力更强的大电池。

现在的混动技术已经将内燃机从面工况变为了线工况,提升了燃效。当电池调蓄能力足够大后,内燃机就可以进一步工作于点工况,燃效将进一步大幅提升。对于线工况,实际工作时,平均燃效一定低于最高燃效,而对于点工况,最高燃效就可以看做是平均燃效。

本田iMMD和比亚迪的DM-i,最大的局限性恐怕就在于此。保留直驱,则发动机燃效就很难进一步提升,因为日产的路线图清晰地指出,想达到更高燃效,就要让发动机运行在固定的点工况,而这意味着直驱只能在一个速度下使用,看到这里,各位是不是感觉并联直驱有些荒谬?

也许,你现在可以说直驱比串联省油,但这个说法成立的一个前提是,发动机最高燃效点已经焊死了。如果回归混动技术的初心,则提高发动机燃效是最根本的省油的做法,因为无论本田,日产,还是比亚迪,它们的终极目标都是让发动机尽可能地,工作在更高燃效点。这段论述有些烧脑,请大家细品。

之前,总有人说比亚迪的DM-i抄袭了本田的iMMD,我曾经写文章批评过这种说法,因为比亚迪从2008年的F3DM开始,就是走插混路线,而本田刚开始是HEV不插电混动。

但现在,我觉得比亚迪应该还是借鉴了不少本田的设计思路。例如本田论文中有一张图,让我立刻联想到了比亚迪的智能保电和强制保电。这张图中提到的Plug-in,也就是插电,标准为纯电行驶10英里以上,约为16公里。在中国市场,这仍然算是HEV油电混动。

比亚迪其实走过弯路,因为第一代插混F3DM没有变速箱,架构与现在的DM-i很像,而DM2.0和DM3.0重新加上了变速箱,内燃机再次重度参与车辆驱动,这就成为了上集视频中提到的,机械层面的能量混合。直到DM4.0,也就是超级混动DM-i,重新去掉了变速箱,以电气层面混动为主,比亚迪才获得了巨大的成功。

比亚迪超级混动的专利书中,给出过一个数据,并联工况只占1%,所以我特别强调DM-i是以电气层面的混动为主,比亚迪的官方宣传也说过,DM-i真正做到了用电为主。电气层面能量混合的核心是双电控,双电控有三个能量进出口,电动机、发电机和电池,能量在这里面高效混合是整个系统的关键。

然而,DM-i就是混动技术发展的终点了吗?我认为此言为时尚早。比亚迪还可以借鉴一下日产,因为DM-i有一块大电池,已经具备了进化至点工况的基础。

DM-i获得巨大成功的另一个重要因素,是其成本的无敌竞争力。如果对EHS电混系统进一步简化,去掉离合以及若干齿轮,成本会继续降低。并且,系统的能耗表现,以及稳定性表现也许会更加优秀。

DM-i现在有2款发动机,3款EHS,电池组若干,如果只是简单将其匹配到从A级轿车到B级SUV,未免不够精细化,需要优化的工作还有很多。

讲到这里,本视频的文案已经接近5000字。前面铺垫了这么多,估计看懂的人心里基本有数了。下一集,我将对国内的各家混动技术作一个粗浅的评估,并提出我自己的展望。

(下集)道与术

说实话,这一集是最难写的,因为不知道哪句话就会踩雷。所以只好先发个声明,以下言论仅代表我个人现阶段的认识和观点,不一定准确、全面,仅供参考。这个系列视频的初衷只是源于我个人的兴趣和思考,我无意贬损任何厂家和品牌,所有工程师的努力和工作都值得尊重。

首先,站在一个普通消费者的角度,如果一辆混动车价格有吸引力,好用,耐用,那这就是一个好产品。例如丰田的混动,历经二十多年的市场考验和进化,销量和口碑都不错,且不论THS系统在技术上是否仍然先进,在今天这还是一个非常成功的产品。

如果跳到一个更宏观的角度,那么我自己对混动车的评估只有一条基本准则,就是前两集我一直反复强调的那个问题:能量在电气层面混合优于在机械层面混合。

按照这个准则,所有带机械变速箱的混动在我看来就不是好的混动,这是机械层面的混动。

小电池的HEV不如大电池的PHEV,因为大电池更有利于能量在电气层面的混合。但这并非是说电池越大越好,如果电池特别大,做成纯电就挺好,没必要混动了。

并联直驱也是一种机械层面混动,前面分析过了,如果未来内燃机要进化到点工况,直驱是一种“荒谬”的设计。那么,哪家混动的直驱档位越多,则越荒谬,请大家自己归类。我这个说法与几个国内厂家的宣传卖点正好相反,请大家理性看待和讨论。说直驱动力更强,加速更快的,需要搞清楚一个基本事实,无论本田还是比亚迪,急加速工况下都要退出直驱模式,转为串联模式。说三个直驱档位比一个直驱档位更省油的,可以自己去查一下各家的官宣亏电油耗。

讲到这里,估计会有人要说,大电池增程是好混动,问界和理想全场最佳。关于这两家,我就多讲两句。

e-power源于日产,中国厂商跟日产渊源最深的是东风。问界背后的小康股份是东风旗下的一个公司。我不知道东风是否被日产带了节奏,可以回顾一下历史。

  • 2016年年底,日产e-power发布。
  • 2019年4月,东风小康旗下赛力斯SF5首发,增程式双电机动力。
  • 2019年9月,东风风光E3 EVR(增程式)上市,采用1.5L发动机+50kW发电机,实现纯电续航100公里,综合续航950km+。
  • =》作为对比,理想ONE2019年5月发布,12月开始交车。
  • 2020年12月,岚图首款量产车定名岚图Free,有增程版也有纯电版。
  • 2021年4月,东风日产宣布要引进第三代e-Power系统。
  • 2021年4月,塞力斯SF5发布华为智选版。
  • 2021年12月,问界M5发布。

可以看出,东风在增程这条路上已经走了很多年,并且还要继续走下去。如果只是简单地认为岚图和问界眼红理想ONE,想追随理想作增程式电动车,似乎搞错了因果。

无论岚图,还是赛力斯,其增程专用发动机都是同一款,估计问界也是这一款。我在2021年上海车展拍过这款发动机。是1.5T增压发动机,净功率80kW,热效率42.59%。这个燃效好于比亚迪的1.5T发动机。

但是,东风这套增程器的系统集成度不高,发动机、电控、还有电机都是离散的。也许有人会说这样的设计更灵活,我不太认可这种说法,从一个工程师的角度看,集成度不高的系统都缺乏美感。日产的e-power也是增程器,集成化就作得很漂亮。当然,美感比较主观,提高集成度可以降低成本、重量,提高稳定性,这些是更实在的。

赛力斯增程器的离散分布

集成化的日产e-power增程器

集成化的日产e-power增程器

岚图、问界还有理想的增程车与日产e-power最大的差别是它们的定位。e-power定位是从小型车起步装备,强调经济性。而国内这几家增程方案开始就是中大型SUV,并且都强调运动、豪华,还有,就是都使用了超过30kWh的电池,主打超长纯电续航这个卖点。我个人观点,也许日产的定位是更合理的。因为运动、豪华品类的中大型车辆需要大电机,大电机需要大电池,所以更好的选择是用纯电方案。我之前的文章也曾写过这方面的看法,增程方案主要解决的是燃油经济性,和补能便捷性问题,更适合装备生产力工具,而不适合性能玩具。因为一旦亏电后,增程器不足以解决性能问题。像轻卡也包括普通皮卡,这类生产力工具的车主,更注重的应该是经济性,所以增程方案对他们来说是一个好方案。

以我个人的经验和观察,在中国市场,插电混动的纯电续航作到150km,甚至200km以上没有太大的意义,增加了成本,浪费了资源,消费者也要多掏腰包。插混车的纯电超长续航,我认为是个有点极端的伪需求。比亚迪最近几款长续航DM-i车型也有同样的问题。当然,也有一部分消费者就好这口,我尊重你们的喜好,并接受你们的批评。

此外,我认为内燃机和三电系统都是自研的厂家在混动技术上会更有优势,因为内燃机提升燃效与三电要密切配合,这是一个系统工程。

在本小节,我想务虚一下。

新能源汽车时代,所有厂商都要面临一个根本之道的抉择,那就是要不要保留内燃机?比亚迪在今年4月宣布停产燃油车,但依然没有放弃内燃机,DM-i看来还要卖上若干年。另一个巨头特斯拉从未考虑过混合动力,马斯克与内燃机早已彻底决裂。2021年的联合国气候峰会上,以丰田为首的日本车企拒绝签署大会公约,因为公约要求在2040年逐步淘汰使用石化燃料的汽车。特别值得注意的是,比亚迪签署了这个公约。

不放弃内燃机,那就只能在“术”的层次发力,日产和比亚迪目前的混动专用发动机燃效做到了43%,而现在超超临界燃煤发电机组的效率已经超过了45%。我前面视频中提到过,电网具备无限调蓄能力,如果未来使用风光水这些可再生能源,包括核能,没有燃烧的过程,那么燃效这个词汇会成为历史。

作为个体消费者,我认为混动车现阶段是一个不错的新能源车品类。但是,站在这颗蔚蓝星球的角度考虑,各种形态能量的最高效混合是在电网,混动车的终点应该是纯电,这一天也许会来得比预想快很多。

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