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原创丨国内“真实”热效45%并不存在——插电混动最大的阳谋是什么?

作者:有聊的Jeff 更新时间:2024-07-22 点击数:

国内“真实”热效45%并不存在——插电混动最大的阳谋是什么?

汽车圈的卷,前所未有。从主机厂到供应商,家家都有本难念的经,向外看,充满了抱怨与甩锅,都为了降本增效;同时,这也是最好的时代,各家技术百家争鸣,都勇于站出来表达自己,中国汽车第一次以技术为导向开始向世界反向输出,插电混动真正走出了中国模式。


汽车圈的卷,已经走到了白热化的阶段。正如当年“大可乐”手机问世的时候,主机厂的名单还在增加,但已经走到了决赛圈。


热效率是最近插电混动吵得最凶的话题,成为插电混动时代最大的阳谋。可以明确的说,目前所有产品的参数指标在真实应用中均存在差距。目前国内汽油混动发动机实际工况热效率超过43%热效率的规模化应用,还是凤毛麟角,实际工况热效率超过45%的机型更是完全不存在。


当前,热效率亮眼数字的背后,更多是企业公关宣传的“硬指标”。但发动机业内人士对于评价一款优秀的混合动力系统并不仅仅局限在热效率亮眼的数字上。因为在他们看来,热效率背后的数字,在当前技术环境下重要,但也没那么重要。


为什么45%+热效率会有个坎?

今天科学的发展规律并没有被打破,目前没有横空出世的“天才路径”。多年前,日产就给出了通往50%热效率的技术路线图,并在实验室中利用光学单缸机实现了这一目标。当前混动发动机的发展仍然在每个节点附近努力挣扎,但都无法逃脱关键的燃烧定律。实际工况热效率想要越过45%,采用稀薄燃烧是目前的唯一途径,但这一技术路线短期内并不能有效量产。

 

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燃烧概念创新走要走到量产机型的前面,这是科学技术发展的客观规律。另外一条目前各大主机厂都在探索的技术路线,即大于30%的超高EGR率,以及EGR与稀薄燃烧的搭配,都属于稀释燃烧的方案。这些研究成果多年前就在实验室中证明有效,是突破45%的有效路径,但都没有大规模量产。

 

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2015年的SAE论文两田就给出了非常详细的燃烧设计方案,包括目前所应用的技术路线


如果燃烧模式上没有创新,系统层面上看,超高热效率稀薄燃烧汽油机的天花板就是柴油机。稀薄燃烧的本意实际上是将燃烧温度降低,最大程度降低热效率的损失,从而提升有用功。但是汽油机的稀薄燃烧具备非常缓慢的火焰传播过程,本来就伴随着非常强的不确定性,需要发动机的控制策略进行适当的改进,喷油、点火的模块,无论是高能点火技术路线、微分层技术路线、还是预燃室,都需要全新的零部件设计方案,这些方案缺少工程化量产的有效措施。此外,稀薄燃烧最头疼的还有NOx的后处理排放问题,类似于柴油机加尿素,以及需要大进气量的电子增压器套件等等,都需要新增高昂的成本,以及繁琐的维护,特别尿素听起来就不满足电车的用户场景。

 

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复杂的后处理系统


燃烧开发突破理论极限走向量产,需要一个很全的正向开发流程与顶尖团队,特别是在思路上要懂得如何去考虑技术路线与供应商的工程化问题。欧洲团队集结全球顶级供应商开发了无限接近量产方案的技术路线,仍在平衡可靠性与经济性。内燃机之所以有魅力,关键在于是能够保证一定鲁棒性的前提下规模化推广,目前来看是最佳热机选择,没有之一:这样的道理同样适用于氢发动机和燃料电池之争。

  

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PHOENICE Project:实现了接近50%热效率的样车验证,集合全球顶级供应商与研究机构


在深度强电混动的初期,发动机工况解耦,让部分工程师喜出望外、如获至宝,但同时也失去了燃烧概念创新的能力。强电混动无论是插混还是增程,实际上都奉行了“类增程”的功率跟随控制策略,其工况点单一线性,没有最大扭矩与扭矩平台的限制。以往研发团队为了平衡低速区间以及整体工作扭矩,考虑非常繁琐复杂的耦合设计以及对基础科学的探索。

现在,有相当一部分研发人员试图跳过燃烧概念的创新去“撞大运”,殊不知早已失去了摘得工业皇冠明珠的资格。只是提高滚流比与行程缸径比,可不能说成是新型燃烧系统设计。


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那为什么油耗真的下来了?

插电混动的油耗真的下来了,这是毋庸置疑的事实,然而并不能根据热效率去比馈电油耗,这就是问题的关键。热效率的精髓在于真实油耗随着峰值数字升高,“一代更比一代强”让人产生油耗=热效率的错觉,实则不然。

当前插电混动系统的一个最大技术创新,是利用高压强电将发动机的多数高油耗工况去除了,利用系统的整体优化,真正将发动机零部件化,多数冗余附件电气化,发动机专注于补能而非驱动。这时,很多实干行企业的做法是将水泵等附件电气化,热管理整车系统化,发动机作为一个电能与热能的能量源头,可以最大程度服务于整个混动系统。反过来对于发动机,由于去掉了难搞的设计工况,并不需要去考虑扭矩峰值与平台,这使得核心燃烧系统的设计难度大幅度降低,热效率一定程度直线拉升,但从技术逻辑上远不足以支撑当前讨论的夸张数字。

因此,油耗的大幅度下降,是“以电为主”的系统性优化,而非单纯的热效率峰值数字提升。同时,千人千面,不同车、不同人、不同驾驶环境导致不同油耗的现象比比皆是,这是因为系统工况的差异。因此我们看到,近些年国内自主品牌混动系统迭代的速度甚至比传统发动机年代还要快。更为重要的技术进步,是对能量管理策略、整车热管理、基于场景的发动机燃烧控制进行优化,最大程度放大由热效率提升带来的油耗收益,注意只是放大收益,而不应该是只关注峰值热效率本身。

此外,既然是“以电为主”,馈电状态下电耗的经济账还会算在发动机“热效率”头上,因此混动三电同样重要。优化电感,降低使用成本,是以电为主的PHEV以后的主流方向,发动机的设计思路也将会向此倾斜。这也是国内大部分有自研能力的主机厂都在奉行的“插混心经”。


油耗低 长续航是插电混动结的果 但因不是高热效那个点

在2023之后,就不应再说出消灭内燃机的话,至少从市场数据来看,带着发动机是目前国内新能源最好的解决方案。

 

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早在去年,两田就开启了2000km的续航挑战

2000km其实是挺好的一个产品概念,它解决的是插电混动既要加油,又要充电的一个“麻烦”问题,或者说挑战的是油车与电车的双重市场,即全部乘用车市场。PHEV插电混动最大的特征是以电为主,摆脱HEV频繁加油的特点。但是2000km真正解决的是长续航的问题吗?我们认为这是一个产品经理与营销严重脱节的表现,大家都在盲目测数字,而没讲清楚场景。大油箱完全可以让很大一部分拥有家充的用户一年加一回油(可能会有些夸张),让PHEV成为一台加强版的电车,成为最佳的移动交通解决方案。全球近三成的市场完全可以从电车回流到带内燃机的混动车。

 

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麦肯锡的研究表示,全球市场平均近三成的EV车主会考虑回归燃油车,大国土国家与补能问题是最明显的关键因素;中国市场刚好在平均线附近


在我国,加电的魅力有多大?非常大。我们往往忽视了一个事实,那就是纯油车,特别是欧美一些调教偏运动的品牌油耗并不亮眼,在以往日常通勤中,特别面对一二线城市的通勤高峰油耗飙升,其加油频率也并不低:这就是很“麻烦”的场景。因此,无论插电还是纯电,家充可以大幅度降低这些 “麻烦”场景的频率,插电混动配家充甚至优化了去加油站的频率,以及大幅度降低了费用,这是时间和金钱的双重成本。因此,加油与超充和换电一样,真正解决的核心就是补能。

 

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在热效率的阳谋之下,很多主机厂有苦说不出,是因为没有看清补能与用电的关系,没有适应性的产品规划。用户不会、也不需要花费大量的学习成本去了解关键的科学问题,用户最关心产品本身的特点是否与自身的需求相匹配。很多主机厂在市场竞争中颇费口舌辩论“可靠性与高成本”是造车底线,来表达对自身研发投入的委屈。然而用户看不出、用不到的性能差异,很难在社会营销中引起共鸣,况且产品设计与影响相脱节的情况下,百口莫辩。

实际上,这种差异化在车型竞争中再正常不过了,最简单的解法就是去开发相同成本、相同售价的车型,将成本差异精准通过产品定位表现出来。回首油车时代,本来车型就存在市场差异,日系车、德系车本身主攻的市场用户就是不一样的,精益生产与垂直整合一直以来就是大型主机厂的惯用手段,市场并没有排斥哪一类产品,产品表达清楚,其他的就让用户用脚投票就好了。

 

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当下主机厂应通过技术创新,创造新的产品价值、降低用户的购买及使用成本。在汽车电动化、智能化的当下,我国拥有全球最完整的新能源汽车产业链,整个系统的集成化有大量的技术创新值得挖掘,想象力是真正实现卷成本向卷价值的转移的关键因素。价值也不是价格,“卷价值”并不应该只针对高端车,而是针对所有市场中对“新价值”与“新成本”的独立创新,决赛圈选手应该和关键零部件供应商深度绑定,孵化或者赋能。

细数汽车百年历史长河中有多少会游泳的选手最终难逃沉没的命运,每个行业从来都不缺少强大的选手,但想在行业中经久不衰就必须遵循行业发展的生存法则。