目前混合动力根据不同的驱动方式,可以分为三大类,包括串联式混动、串并联式混动和混联式混动。串联式也叫增程式,由内燃机带动发电机发电,电能通过控制单元传到电池,再由电池传输给电机驱动汽车,串联混动发动机只起到发电作用,并不直接驱动车辆。理想、问界、日产就采用这种混动技术。串并联式混动发动机和电机可以同时协调工作,也可以各自单独驱动汽车,这种方案本田i-MMD、长城柠檬混动DHT、比亚迪DM-i、吉利雷神混动、广汽传祺GMC混动等都在使用。混联式混动也叫功率分流式,内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构,通过齿轮系或采用行星轮式结构整合起来互补工作,这种技术的代表就是丰田THS。

严谨角度来说,以上三种混动方式,我觉得没有所谓的天花板,更多是各种技术的平衡和取舍,目前国内的大部分车企采用了串并联式,而且在串并联式基础上做各种创新,我觉得串并联多挡位是一个趋势。
混动架构的创新是趋势
性能和油耗的取舍
现在比较流行的是单挡DHT串并联式,比如本田i-MMD和比亚迪DM-i,主要有三种工作模式,纯电、串联、直驱,在高速急加速下可以实现并联(实际应用较少)。这套系统看起来很完美,但是从工程师专业角度出发,系统依然有着局限性,需要面对性能和油耗的取舍。

为何需要在性能和油耗中做取舍呢?我从技术角度聊一聊。想实现一个最省油的工况,那么高速120km/h巡航就要做成直驱,这时没有发动机-发电机-逆变器-驱动电机-变速器(减速器)-驱动轴的能量传递过程,机械转化的效率更高。工程师需要尽可能让发动机处于最佳热效率点,但是单挡DHT最大的制约就是发动机一旦离合器接合,传动比就固定了,车速和发动机转速是线性关系。如果车速较低,发动机连维持自己运转都很困难,更不要说能够输出了。所以低速下只能实现串联,而串联下急加速最大的功率就是电机功率,发动机无法参与,性能就不高了。这是单挡DHT的先天劣势,无法平衡性能和油耗,只能通过用更大的发动机、更大的电机来解决性能矛盾。

如果在串并联混动基础上也做一个挡位,那么格局就打开了。现在市面上有2挡DHT、也有3挡DHT,我就用吉利雷神混动3挡DHT做个推理。
PS:我不是雷神混动工程师,以下的推理为一个技术分析,参数仅供参考。

我们做个单挡DHT和3挡DHT的对比,为了实现最佳油耗,假设车辆在高速120km/h巡航的时候,需求功率30kW,那么根据下面的行业某著名混动发动机的万有特性,为了让发动机处于高效点,转速在2800rpm,扭矩在102Nm(图中绿点)。在此传动比下,车速40km/h对应的发动机转速在930rpm,此时最大扭矩85Nm,发动机极限功率8kW(图中黄点),这时进入并联模式发动机的功率辅助太弱,如果车速再低一些,那发动机甚至都无法维持自身运转。因此急加速时,只能使用串联模式,依靠电机功率进行输出,造成系统资源的浪费,加速完全依靠P2驱动电机。

而如果有3挡DHT,情况就完全不一样了。还是假设车辆在高速120km/h巡航的时候,需求功率30kW,根据下面雷神混动的1.5T发动机特性图进行分析,为了让发动机处于高效点,转速在2000rpm,扭矩在143Nm(图中绿点),如果车速到40km/h,那么发动机转速再660rpm(图中黄点),这时也没有性能输出,但是因为有了变速器可以降挡,降到1挡把发动机转速拉到2500rpm甚至更高,此时发动机极限功率就超过59kW(图中蓝点),进行直驱、并联都可以,急加速下系统性能=发动机此转速极限功率+P2电机功率,实现1+1=2,系统综合利用率更高。

所以我们看到拥有多挡位的串并联混动,并联模式的车速条件会更低,一般单挡DHT并联模式车速要70km/h左右,而两挡DHT并联模式车速40km/h,吉利雷神混动三挡DHT Pro能够在20km/h介入并联,一旦能够并联,就有发动机功率加成,百公里加速必然更快。

也因为有3挡DHT的多种模式,在日常使用的任何车速下,通过挡位选择可以更精准的发挥发动机的高效区间,让实际道路油耗更低。

我们可以看一组对比数据,相比行业某合资单挡DHT结构,星越L Hi·P发动机功率差不多,电机功率更小一点,但是系统功率更大,工信部低电量模式油耗更低,加速更快,说明系统综合性能更强,这就是技术创新带来的进步。

可靠性的权衡
采用了多挡DHT结构,还能够提高系统可靠性,这一点是不是匪夷所思?大家觉得越是简单的东西越不容易坏,这句话是对的,但是简单的系统必然也无法应对各种复杂的工况,没有备案来确保安全。
最近看到不少品牌的混动车型都去高原,用来验证可靠性。对混动系统来说,高原对混动系统性能和电量平衡策略是非常大的挑战。
下图1中所显示的是大气压力的变化,曲线在缓慢下降,说明车辆在进行爬坡。下图2蓝色曲线为驾驶员需求的动力,红色曲线为实际轮端测得的数据,可以看到,动力在海拔变化中,仍然能够满足驾驶员对动力的需求,带来随踩随有的驾驶体验。

在高原想要做到这一点真不容易,传统混动单挡DHT架构下的小发动机+P1+P2电机组合,高原很容易发生系统失速:长时间爬坡下,电量SOC无法平衡,导致亏电,会出现无法加速的问题,最主要原因是发动机发电功率跟不上电机消耗功率。
举个例子,假设在高原地区高速维持在100km/h,平路上需求功率可能是20kW,爬坡需要40kW功率。如果是直驱模式,由于单挡DHT的传动比限制,发动机转速是固定的,又因为高原气压低,此转速下发动机输出功率达不到40kW,如果把电池SOC耗完了,那么就会彻底失速。这有点像大家开手动挡燃油车挂高挡位上坡,会发现即使油门踩死也没法加速,甚至发动机熄火,这是一个道理。如果是串联模式呢?串联模式理论上发动机在高转速下输出功率是可以超过40kW的,但是物理制约条件之一有发电机输出功率,一般行业P2电机可以做到100kW以上,但是P1电机功率会比较小,峰值功率几十kW,额定功率就更小了,长期上坡由于热负荷等问题,P1电机的功率会跟不上,也导致充电功率达不到40kW,等电池彻底没电,也就失速了。

而有一套多挡位的DHT就没问题了,即使没电情况下,也可以使用直驱,通过降挡提高发动机转速,功率达到大几十kW是没有任何问题的,不会出现亏电情况,高原可靠性就保障了,这就类似油车的超车降挡,输出功率就起来了。就像吉利雷神混动公众号里面的数据,依靠3挡DHT Pro,在高原爬坡也能够用到发动机高转速高负荷,不会出现失速问题。

平台化的取舍
如今混动架构也需要考虑平台化,往往一套系统可以适用旗下所有车型。在这个领域,以前老一代混动架构往往有局限性,比如系统集成度不够,发动机、电机选型范围不大,电池无法布置在中部只能占用后备箱,无法布置后驱实现电动四驱等等。

如今最新的混动系统会考虑这些,比如下图的吉利雷神动力,发动机可以使用1.5T、2.0T甚至甲醇专用发动机,变速器的3挡DHT Pro也可以集成电机和逆变器,电机大小也有选型范围,电池可以有不同的容量,HEV(混动)、PHEV(插电式)、REEV(增程式)都能设计,后桥P4电驱也可以按需布置。

在这种平台化设计下,吉利雷神混动一套架构就可以搭载不同车型,有不同动力规格,从而车辆设计时能够按需进行选型,开发速度更快,效率更高。

小结
如今混动技术比的是谁油耗低,谁性能强,谁可靠性高,谁成本低,众多车企都在选择自己觉得最合适的道路,我觉得串并联式是未来的趋势,而以雷神混动为代表的多挡位也是发展方向之一。我相信天花板是不存在的,国产混动技术在良性竞争下只会越来越强。