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異軍突起/混動市場將變天 2021年新能源技術盤點
在國內的混動市場中,一直都被豐田THS和本田i-MMD“兩田”所壟斷,但從2021年起,這種格局將會被打破。
毫無疑問,“雙碳”戰略促使了汽車行業在能源結構上的轉型,新能源車的占比在逐年提升。其實,除了純電動車型以外,混動車型逐漸被更多人認可。因為它不僅省油,動力輸出特性平順,還沒有電動車的里程焦慮問題。
放在過去,提到混動會想到豐田THS和本田i-MMD,深耕數年讓“兩田”成為了混動的代名詞。而在今年的混動市場上卻出現了很多新名詞,自主品牌有比亞迪DM-i,長城汽車檸檬混動DHT、長安汽車藍鯨iDD和吉利汽車雷神動力,合資品牌有東風日產e-POWER。在這些名詞的背后,它們有哪些特點呢?
#比亞迪DM-i超級混動#
代表車型:秦PLUS DM-i、宋PLUS DM-i、唐DM-i
比亞迪是較早涉足新能源市場的自主品牌,早期的比亞迪混動系統主要以性能為主,比如說唐“542”科技和0-100km/h加速5.9秒的秦,讓其賺足了眼球,但現在的混動市場更加注重高效節能。因此,比亞迪針對這部分消費者推出了DM-i混合動力系統。
DM-i混動系統主要是由混動專用發動機和EHS機電耦合單元組成,混動專用發動機有1.5L和1.5T這兩款。其中,1.5L發動機采用了阿特金森循環的工作模式,擁有15.5:1的超高壓縮比,熱效率高達了43.04%;1.5T發動機為米勒循環工作模式,壓縮比為12.5:1,熱效率為40%。
其實在混合動力時代,發動機的地位正在逐漸降低,要想獲得更出色的燃油經濟性,電動機這個角色就顯得格外重要。在DM-i混動系統中,EHS機電耦合單元成為了關鍵。
EHS機電耦合單元采用了雙電機的設計,一個為驅動電機,另一個為發電機,采用異軸布置,減少了軸向尺寸。EHS機電耦合單元根據功率不同分為了EHS132、EHS145和EHS160三個版本,后邊的數字代表功率kW。EHS132會與1.5L發動機匹配,EHS160與1.5T發動機匹配,EHS145則會兼容1.5L和1.5T這兩款發動機。
這套EHS機電耦合單元內部有一個離合器,能夠實現發動機和驅動電機的串聯和并線輸出。在整體的工作邏輯上,EHS機電耦合單元與本田i-MMD有些類似。電量充足時,電機驅動車輛且發動機不工作。當離合器分離時,發動機帶動發電機發電,驅動電機從電池獲取電能驅動車輛前行,實現了發動機與驅動電機動力的串聯;當離合器結合時,發動機與驅動電機并聯輸出。
比亞迪DM-i混動的設計思路是以電動機為主,發動機為輔,在EHS機電耦合單元的加持下能夠實現經典的串并聯結構,且異軸布置雙電機設計還能節省軸向空間,未來可與更多類型的發動機進行匹配。
#長城檸檬DHT#
代表車型:拿鐵DHT、瑪奇朵DHT、瑪奇朵DHT-PHEV
長城汽車在今年拿出了檸檬平臺DHT混動系統。根據用途的不同,檸檬DHT系統包括有兩套HEV混動和三套PHEV插電混動系統,覆蓋了緊湊型車、中型車和中大型車輛。
具體來說,使用1.5L混動專用發動機配合100kW電動機的HEV系統會搭載在緊湊型車上;使用1.5T混動專用發動機配合130kW電動機的HEV系統會應用在中型車上;而中大型以上的車輛將會搭載PHEV系統,該系統最大可以使用45kWh的電池組,純電續航里程可以達到200公里,再配合上最大功率135kW的2擋P4電驅系統,即兼顧了動力又會有不錯的燃油經濟性。
以拿鐵DHT為例,這套混動系統主要是由1.5T混動專用發動機以及內置雙電機(TM電機和GM電機)的兩擋DHT130變速箱組成。其中,GM電機主要用作發電,TM電機為驅動電機。該混動系統的總功率為181kW,最大扭矩532N·m。0-100km/h加速僅需7.5秒,百公里綜合油耗僅為4.9L/100km,續航里程超1000km。
這套混動系統的發動機和兩臺電動機是通過一個平行軸2擋減速機構相連,通過離合器調節工作模式,從而實現純電驅、串聯和并聯三種主要的工作模式。
純電驅模式下,TM驅動電機從電池組中獲取電能驅動車輛,發動機處于熄火狀態;串聯模式下,發動機工作在高效區間帶動GM電機發電,與此同時TM電機驅動車輛前行;并聯模式下,發動機通過兩擋減速器直接驅動車輪,GM和TM兩臺電動機負責調節發動機的工作點,并進行輔助驅動;在動能回收時,當車輛處于制動或滑行工況下,TM電機回收能量。
#吉利雷神動力#
代表車型:星越L雷神Hi·X
吉利汽車的雷神智擎Hi·X智能混動平臺包含DHE15和DHE20兩臺混動專用發動機,以及DHT(1擋變速器)和DHT Pro(3擋混動電驅變速器)兩款混動專用變速器。
在剛剛開啟預售的星越L雷神Hi·X這款車型中,動力系統是由DHE15發動機和3擋混動電驅變速器DHT Pro組成,系統綜合輸出功率180kW,系統綜合扭矩540N·m。DH15混動專用發動機最大功率110kW,峰值扭矩43.32%,最高熱效率43.3%。
在吉利官方給出的數據中,星越L雷神Hi·X續航1300km(極限續航1426km),百公里油耗4.3L(最低可至3.9L),0-100km/h加速7.9秒。在數據的背后,除了高效的DHE15混動專用發動機以外,3擋混動電驅變速器DHT Pro可以說是最大的功臣。
3擋混動電驅變速器DHT Pro結構緊湊,重量僅為120kg。在這之中,發電機P1、驅動電機P2、2個電機控制器和3擋的變速增扭機構都集成在了軸向僅為354毫米的尺寸內。與大部分的混動系統類似,DHE15+DHT Pro也能實現純電、串聯和并聯模式,還能通過自學習自適應20種智能駕駛模式。且雙排的行星齒輪組在起到了功率分流作用的同時,還提供了不同的傳動比。
純電驅動模式下,P2電機從電池組獲取電能單獨驅動車輛;串聯模式下,發動機通過P1電動機給動力電池組充電,P2電機從電池組獲取電能驅動車輛前行,并調節發動機的負荷;并聯模式下,發動機直驅車輛,與此同時P2電機輔助驅動車輛。在制動和滑行的過程中,P2電機進行能量回收。
值得一提的是,吉利的這套混動系統支持全速域的并聯。車速在20km/h以上時系統就能進入到并聯模式中,系統效率提高20%;當起步時,3擋DHT Pro通過離合器滑摩,匹配1擋大速比,起步加速能力提升50%;當車輛在80-120km/h 加速時,可釋放60%的儲備功率,從而快速實現高速超車。
#長安藍鯨iDD#
長安藍鯨iDD混動系統首搭在長安UNI-K iDD這款車型中。該混動系統主要是由藍鯨NE1.5T混動專用發動機、P2電動機以及藍鯨三離合器電驅變速器組成。由于這是一臺插電式混動車型,因此它使用了一組容量在30.7kWh的電池組。
在具體參數上,長安UNI-K iDD中的藍鯨NE1.5T發動機使用了米勒循環,實現膨脹行程>壓縮行程,提升壓縮比,提升發動機熱效率,其最大功率可達170Ps,峰值扭矩260N·m,P2電動機最大功率116Ps,峰值扭矩330N·m。官方公布的0-100km/h加速時間8.1秒,NEDC工況下綜合續航1100km,純電續航130km,匱電油耗5L/100km。
UNI-K iDD是P2電動機,電動機位于發動機與變速箱之間,電動機的動力輸出路線需要經過6擋濕式雙離合變速箱。與此同時,藍鯨三離合電驅變速器擁有更高的系統集成度,采用了S-winding繞組技術,電驅動綜合效率90%,電機功率密度10kW/kg,電機控制器效率98.5%,液壓系統壓力60bar。
由于這套插電式混動系統有著30.7kWh的大容量電池組,因此在城市中駕駛完全可以依靠純電進行驅動,130km的純電續航里程可以至少滿足2天的上下班通勤。
在HEV混動模式下,這套混動系統主要有三種工作模式。其一,發動機和電動機同時工作,油電一同驅動車輛前行;其二,發動機一邊驅動車輛,一邊通過電機給電池組進行充電;其三,發動機處于高效工作區間,發動機直接驅動車輛前行,這種一般在高速勻速工況下。當然,藍鯨iDD這套混動系統還可以實現發動機怠速充電和動能回收的工作模式。
除了藍鯨iDD混動系統,長安汽車在未來還將推出藍鯨NE動力平臺,該平臺全系兼容48V、HEV、PHEV、REEV設計,兼容1.0L-1.8L排量的發動機,通用化率高達98%。
#日產e-POWER#
代表車型:東風日產e-POWER軒逸
市面上大部分混動系統的工作邏輯和技術路線多少會有些類似,但東風日產的混動系統則另辟蹊徑,采用了全電驅動的混動系統,發動機不參與直接驅動。可能有的同學會說這不就是增程式電動車嗎?其實不然,增程式的電動車會有一塊大容量的電池組,而日產e-POWER的電機組容量很小,所以嚴格意義上來說它不屬于增程式電動車的范疇。
從工作邏輯上來看,日產e-POWER類似于串聯式混合動力系統,在所有的工況下發動機都僅負責發電,車輪完全由電機驅動,屬于“全時電驅動”的設計。這也使得這套混動系統的架構簡單,沒有復雜的能量分配和耦合裝置,有利于小型化和輕量化。
正因為發動機不用參與車輛的直接驅動,所以可以搭載小排量、低功率和高效的發動機。以東風日產e-POWER軒逸為例,這款車型的發動機采用了自家代號名為HR12DE的三缸1.2L自然吸氣發動機,最大功率53kW。這臺發動機使用了連續可變氣門正時技術,從而實現了米勒循環。并且,通過增加涂層膜使得發動機的工作摩擦阻力降低20%。
日產e-POWER 這種“全時電驅動”的設計,可以帶來電動車的駕駛感受,具有動力輸出線性,響應速度快等特點。搭載e-POWER動力系統的軒逸,電動機最大功率100kW,最大扭矩300N·m,NEDC工況下綜合油耗為3.9L/100km。
#海綿硅負極片電池技術#
代表車型:廣汽埃安LX PLUS
在2021廣州車展中,廣汽埃安帶來了AION LX PLUS這款新車,該車除了0-100km/h 2.9秒的加速時間以外,長續航版CLTC工況下1008公里的續航里程更引人注目。
想要增加電動車的續航里程,一個是對電池技術的優化,另一個則是增加電池容量,AION LX PLUS兩者兼顧。
目前主流的鋰電池大部分采用的是石墨作為負極材料,而用硅作為負極材料能很大程度上提升鋰電池的能量密度。相比石墨,硅雖然能夠存儲多達9倍的鋰離子,但也有一個致命的缺點,那就是硅負極材料在嵌鋰過程中體積變化很大,在多次循環過程中會開裂、破碎。電池容量會隨之衰減,壽命降低,并且還會傷害電解質界面層SEI。
為了攻克這個難題,廣汽埃安使用了海綿硅負極片電池技術,該技術可以讓電池內部的硅負極片變得像海綿一樣柔軟有彈性,使硅在充放電過程中的膨脹收縮被限制緩沖,不會破裂。與此同時,讓硅負極發揮出大容量的優勢,像海綿吸水一樣儲存更多的能量。
具體來說如何做到的呢,其主要運用了納米符合硅技術、帶自修復功能的粘結劑技術和梯度復合涂布技術。其中,納米符合硅技術通過把硅材料控制在納米尺度,在表面包覆保護層,控制微觀形貌,最大程度降低硅基符合負極材料充放電過程中的體積膨脹。這種表面包覆保護層也避免了硅直接和電解液接觸,大幅度提升了SEI的穩定性。
帶自修復功能的粘結劑技術對極片中的粘結劑進行改性優化,使其具有優異的包覆、粘結和回彈性能,使得破損的硅負極片在膨脹收縮的過程中得以修復。梯度復合涂布技術則是通過硅負極級片活性組分與非活性緩沖組分的梯度分布設計,大幅提升了活性層與集流體的結合力,改善負極級片本體的結構穩定性。
在海綿硅負極片電池技術的加持下,這種新型電池電芯的容量提升了25%,電芯體積減少了20%,重量減輕了14%。在電池容量達到144.4kWh的情況下,能量密度也達到了205Wh/kg。這使得AION LX PLUS具有CLTC工況下續航1008公里的水平。
寫在最后:2021年可以看作是各大車企電氣化的轉折點,頭部的自主品牌拿出了它們混動系統的新技術來加速電氣化的轉型,隨著混動系統在更多產品上的運用,“兩田”在混動市場上將不是唯一的選擇。作為合資品牌的東風日產,它另辟蹊徑使用了結構簡單體積輕巧的e-POWER動力系統,并在國內市場首次搭載在了e-POWER軒逸上。而廣汽埃安繼續深耕純電動車的電池技術,在彈匣電池后又帶來了海綿硅負極片電池技術,讓AION LX PLUS的續航里程突破了1000公里。
由此看來,2021年只是開始,好戲還在后面。畢竟,在未來的乘用車市場中,隨著電氣化的產品大量鋪開,市場的格局可能要重新洗牌,我們拭目以待。
作者
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張凱泓














