青铜报告 | 谁是头牌?新一代PHEV全市场透视(上)

  • 发表于: 2022-04-11 10:44:08 来源:搜狐汽车

根据中国新能源汽车发展规划来看,最终肯定是要实现全面纯电动化。只是现阶段,纯电动车尚无法解决里程焦虑和充电等问题。

在全面实现汽车电动化之前,混合动力在保证燃油经济性的同时,还兼顾了燃油车的部分行驶特性,也就成为了现阶段比较理想的过渡形式。

目前,常见的四种混动形式:HEV(油电混动)、MHEV(轻混)、PHEV(插电混)和REEV(增程式)。

本报告将根据中国新能源汽车划分标准,主要探讨PHEV(插电混)和REEV(增程式)的现状及未来发展,HEV(油电混动)和MHEV(轻混)属节能汽车暂不涉及。

过去几年间,由于PHEV车型在亏电情况下油耗高于同级燃油车且成本较高,消费者认可度低,PHEV市场一直属于边缘细分市场,行业持续低迷。

近两年,随着DMI、DHT等技术的出现,PHEV市场的准入门槛大幅降低,且电池规模化供应不断降低制造成本,再加上购置税优惠等因素,以比亚迪为代表的多家自主品牌车企纷纷积极推广PHEV车型,终于推动市场由量变到质变,来到了爆发的临界点。

2021年,PHEV车型销量实现了大幅增长,根据中汽协数据,全年插电式混合动力乘用车累计销售60万辆,同比增长143.2%。

青铜科技认为,基于政策因素、技术因素和产品因素的推动,2021—2025年有望成为PHEV市场的黄金发展期。今年,PHEV车型的渗透率将继续迎来快速提升。我们预计,2022年,插电混动市场体量将达到150万辆。

本期报告将通过回答以下4个问题,厘清PHEV的发展脉络,洞察潜在机遇:

1、为何说2022年是PHEV的爆发元年?

2、PHEV的市场空间有多大?

3、当前主流车企PHEV技术哪家强?

4、PHEV未来将向何处发力?

一、PHEV崛起的背景分析

1、国情及政策因素

以前由于国家补贴导向,各品牌倾向“短途用电,长途用油”的PHEV车型;之后随着新能源补贴退坡以及双积分等政策推出对于节能车型的鼓励,各种混动车型都得到了汽车企业的重视,市场发展空间广阔。

2017年9月,工信部发布《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,中国汽车行业的双积分政策正式出炉。

2020年6月22日,工信部发布《关于修改〈乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法〉的决定》,自2021年1月1日起施行。

随着发动机技术发展逼近极限,燃油车的油耗下降趋缓,政策压力逐步显现。燃油车产销量越高的车企,未来积分压力也将越大。混动车型可作为加速替代燃油车最具性价比与现实意义的发展路线,有望缓解双积分压力。

2020年10月,《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布,其中提到,至2035年全面实现乘用车的电动化转型,我国节能汽车与新能源汽车年销量将各占一半,混合动力乘用车占比50%。

2020年11月,《新能源汽车产业发展规划(2021—2035 年)》发布,提出要以纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车为“三纵”,布局整车技术创新链,自主品牌正加快推出新一代混动系统。

2、技术优势

从技术角度来说,混动系统复杂度高且开发难度大。

混动系统涉及发动机动力系统与新能源三电系统两者的控制与耦合,系统的复杂度要高于燃油车或纯电动汽车。混合动力系统涉及零部件主要包含混动专用发动机及增量部件,混动系统专用电池、电驱、电控等三电系统,以及混动热管理子系统部件等。

由于混动系统的开发要涉及发动机与电机在不同工况下的控制与配合,系统的开发过程需要发动机技术与新能源三电技术的积累,开发技术壁垒较高,这也是造成新势力在选择动力形式时避开混动直接采用纯电动路线的原因之一。

其中HEV与主流PHEV混动系统的开发涉及串并联形式的切换,发动机充当多种不同角色,这两类系统开发的难度要大于串联形式的增程式混动系统。

上一代混动技术无法实现动力、经济和成本3个因素的均衡发展。如今,比亚迪、长城等自主品牌基于原有双电机架构,推出了新一代混动技术,在发动机热效率和动力电池等领域真正实现技术突破且做到了动力、经济和成本的平衡,效果好于德系和日系。

传统燃油车发动机普遍存在的问题是在低速低负荷时工作输出效率低,与中高负荷油耗差异较大。混动技术用电机、变速器配合对发动机的动力需求“削峰填谷”,让动力系统始终在最高效区间运行,同时用电池回收利用动能,进一步降低油耗,实现油耗与动力兼得。

目前,比亚迪、长城、奇瑞、长安、吉利、广汽和上汽等自主品牌都已经推出了自己的混动技术。

其中,广汽钜浪动力混动系统源自丰田THS混动系统,该混动系统由广汽自主研发的2.0TM发动机和丰田THS系统组合而成。

其他品牌以比亚迪、长城、奇瑞、吉利为代表的自主车企开发的混动专用变速箱,以采用类似本田i-MMD结构的双电机串并联混联式结构为主,该结构具有很强的兼容性,能以更低成本同时开发HEV和PHEV车型。

3、消费者认知度提升

当前,混动市场发展形势一片大好。

与纯电动车相比,混动车型可使用油、电两种能源,且可以将燃油便捷地转化为电能,因此补能方便,且可以更容易实现较长综合续航里程。

混合动力汽车因为发动机系统的存在,冬季可以采用发动机余热进行供热,对纯电续航能力的影响有限。

而且现在纯电动汽车既受制于电池原材料价格上涨,又受到补贴退坡的巨大影响,多家车企已经宣布纯电动车型价格上涨,上涨幅度从几千至上万不等,混动汽车受到影响相对较小。

与燃油车相比,混动车具有驾乘体验好、油耗比燃油车低30%-50%、性价比高等优势。

另外,从智能化角度来说,未来车型智能化的重要性越来越显著,或将成为消费者购车决策的重要因素,燃油车因为整车电气架构以及电源电压电量、发动机控制难度大等问题无法实现更高级别的智能化升级。

HEV与PHEV类别的混动车型一般均有高压系统,且电机可以实现直驱,电压系统足以满足车上日益增多的电子电器部件,也可以通过电机实现更为精准及时的控制,以实现更高级别的智能驾驶与智能座舱升级。

从2021年各细分市场PHEV车型的销量来看,其主要集中在A级车市场。全国乘联会秘书长崔东树表示,在“哑铃型”的新能源市场上,A级车的市场份额不及A00级和B级,但A级新能源市场将在插电混动车型上迎来爆发增长。此外油价的上涨让不少消费者转向了油耗更低的插电混动车型。预计2022年A级插电混动车型将有50万辆以上的增长空间,自主品牌的插混产品值得期待。

二、主流车企PHEV技术路线及特点

1、丰田THS:混动鼻祖,行星齿轮建起技术壁垒

丰田是混动技术的鼻祖,其THS(Toyota Hybrid System)系统是HEV技术路线代表之一。THS采用独特的行星齿轮组作为能量耦合装置,令发动机、发电机、电动机共用一套传动系统,实现功率调节分配的作用,无需依靠离合器,确保动力无缝输出。在混合驱动时,主要以发动机和电动机的功率向发电机和轮胎的分流的混联方式工作。

虽然THS构型一般不以串联模式工作,但在混联模式下,由于行星齿轮组的特性,可以通过两个电机同时调节发动机的转速和转矩以使其工作点落在高效区里,同样起到了串联模式调发动机工作点的作用。因此丰田采用的THS构型的混动车燃油经济性表现优异。

备注:丰田THS系统三种驱动模式

①发动机直驱

②发动机发电,电动机驱动(串联)

①+②同时驱动(通过行星齿轮分配功率,确保发动机始终在高效率区间运转)

自1997年丰田在Prius(参数|图片)上应用THS起,该系统经过了四代的迭代和发展,已经成为方案最成熟、应用最广泛的混合动力构型之一。

从2005年开始,THS技术逐步在丰田旗下全系车型开始推广。从A级轿车卡罗拉(参数|图片)到B级轿车凯美瑞(参数|图片),再到雷克萨斯轿车和SUV,最后到跑车均采用了THS混动技术。

THS系统还可搭载在PHEV车型上,目前,丰田在华所售的PHEV车型有广汽丰田威兰达(参数|图片)和雷凌(参数|图片),以及一汽丰田RAV4荣放和卡罗拉。

2、本田i-MMD:另辟蹊径成就全新混动时代

由于丰田为整套行星轮系统申请了专利,其他厂商需要绕过丰田的技术壁垒才能实现高效的混动方案。

本田从单电机架构起步,全力发展双电机架构。1999年,本田推出第一代混动系统IMA ,采用P2单电机方案。

2013年本田推出第一代i-MMD系统,首次采用P1+P3的双电机架构,通过双电机三种驱动模式的布局,绕过了丰田的专利壁垒,结构简单可靠,整车成本大大降低。

而且,i-MMD可以根据需求以串联或并联模式行驶,发动机始终工作在相对高效的区间里,达到了媲美丰田的燃油效率及更佳的动力表现。

备注:本田i-MMD系统通过双电机和离合器的结构,可以实现三种驱动模式的切换

①是发动机直接驱动模式,在特定的车速下,离合器结合,发动机通过齿轮机构直接驱动车辆前进。此外车辆也可以通过发动机和电动机并联来进行动力输出,并且通过动能回收的方式实现减速动作

②是串联驱动模式,发动机通过GM电机发电供给TM电机能量,驱动车辆前进,多余能量存入动力电池

③是纯电驱动模式,通过电池给TM电机供电,TM电机驱动车辆前进,因为动力电池仅1.3kwh这种工况时间较少

相较于丰田的THS系统,i-MMD系统避开了复杂的行星排结构,采用较少量的齿轮轴系即可实现动力的耦合和传递,结构简单,可靠性高,在保证性能的同时又具备相对较大的降本空间。

本田i-MMD系统扩展能力同样较强,量产车型已经覆盖HEV和PHEV。目前,本田在华所售的PHEV车型有东风本田CR-V和广汽本田皓影。

3、比亚迪DM:历经四次迭代,打造最强性价比

当前,比亚迪的混动车型成本最低,供应链最成熟,可以说是PHEV领域的特斯拉,其他自主品牌基本上都把比亚迪作为主要竞争对手。

比亚迪DM混动技术积累始于2006年,发展至今先后历经4次迭代。

2020年,比亚迪发布DM-p混动系统;2021年1月,比亚迪发布了主打超低油耗的新一代混动系统——比亚迪DM-i混动系统,配合之前发布的主打超强动力的双擎四驱DM-p混动系统,构成了目前的“DM技术双平台战略”。

DM-p平台主打超强动力,是第三代DM技术的延续。相较于DM-i,DM-p更加强调动力的性能优势,追求加速感,定位相对较高。性能方面,DM-p系统可以实现零百加速4秒级,其动力可以碾压大排量燃油车。

目前搭载DM-p的车型主要包括:2021款唐DM、汉DM、宋Pro DM、全新宋MAX DM、 秦Pro超能版DM等。

DM-i平台主打超低油耗,其创造性的定义了以电为主的混动技术,围绕着大功率电机驱动和大容量动力电池供能为主,发动机为辅的电混架构。

目前搭载DM-i超级混动系统的车型有:2022款宋Pro DM-i、唐DM-i、宋Plus DM-i、秦Plus DM-i等,可以在享受免购置税及补贴后达到与燃油车相比有竞争力的售价。截至去年12月底,比亚迪DM-i混动车型累计销量已达20万辆左右。

4、长城柠檬混动DHT:日常纯电驱动模式大幅增强

2020年底,长城发布新一代混动系统柠檬DHT混动系统,该系统包括了多套动力总成,实现了多场景全覆盖。

长城柠檬混动平台的核心技术是DHT(Dedicated Hybrid Technology)高集成度油电混动系统,在结构原理上与本田i-MMD类似,可以同时满足HEV和PHEV两个技术路线,以及不同动力总成的多套方案并覆盖全系车型。

相比于一般的混动系统,柠檬混动DHT大幅增加日常纯电驱动模式,在城市工况下98%以上的场景为纯电驱动。针对低速、中速、高速等不同工况,柠檬混动DHT平行轴两挡混联架构,实现了无动力中断换挡、静谧NVH和低油耗、全维度的表现,保证了全速域、全场景的效能、性能优势。

与此同时,系统综合效率可超50%,变速箱系统效率超98%,应用柠檬混动技术的C级SUV产品将搭载45kWh大容量电芯,204公里纯电续航里程,优异的能量转换效率以及大容量电芯的应用,为消费者解决了里程及充电焦虑。

5、广汽绿擎技术:THS技术再进化

2020年10月,丰田旗下子公司BluE Nexus与广汽集团就THS混动系统达成了技术转让协议。

2020北京车展广汽发布全新一代动力总成平台品牌“钜浪动力”,2021上海车展针对混合动力领域推出“绿擎技术”。

广汽绿擎技术采用自主研发的高效发动机,包含两套双电机混动系统,一套是广汽自主研发的2.0TM发动机匹配丰田油电混合双擎动力THS系统,另一套是完全由广汽自主研发的2.0ATK发动机匹配GMC机电耦合系统。

搭载广汽绿擎技术的车型,相较传统燃油车,碳排放降低超过30%,生命周期碳排放量全面达成甚至超越国家碳排放先进值,处于行业领先地位。

搭载绿擎技术第一套混动系统的车型,节能优势明显,NEDC工况下百公里油耗5.5L,一箱油可以跑超过1000km,比起燃油版车型,节油率达到30%以上。节能的同时,这套系统还兼顾动力性能,四驱车型0到100km/h加速仅需6.9s,在同级车型中出类拔萃。

首款搭载该混动系统的车型广汽传祺第二代GS8已于2021年12月12日正式上市。

绿擎技术的另一套混动系统完全由广汽自主研发,由广汽第四代2.0ATK发动机和第二代GMC机电耦合系统组合而成,可覆盖广汽传祺全系车型,兼容混动、插电式混动等多种动力需求,性能表现同样亮眼。

首款搭载2.0ATK+GMC混动系统的广汽传祺车型,将于2022年正式面世。

(未完待续)