混动VS纯电:未来新能源汽车是哪种技术路线的天下?

汽车新视角 2021-12-20

新能源汽车汽车技术路线

4750 字丨阅读本文需 12 分钟

目前市场中的新能源车主要是两大阵营,一个是纯电池车,另一个则是有发动机的混合动力汽车。那么,混动VS纯电,未来会是谁的天下?

多地禁售燃油车

前几日,关于比亚迪辟谣全面停产燃油车的消息刷屏了。有媒体引用了比亚迪内容交流会议纪要,问及“未来公司的燃油车会不会全部被DMI、DMP全面替代、停产?”时,比亚迪方面表示,未来燃油车的规划已经停止,最快明年全面替代。这也就是说,明年,也就是2022年,比亚迪将全面停产燃油车。

有意思的是,比亚迪很快回应称,“目前没有此计划,目前市场及消费者有需求,合作伙伴经销商有需求。”目前,世界已经有超过20个国家或地区明确发布了禁售燃油车的时间表,其中最早的是意大利·罗马,他们宣布会在2024年禁售燃油车。

早在2020年,中国工业信息化部部长苗圩也曾表示:“要引入低油耗车,鼓励措施和积分交易灵活性的机制,进一步完善传统内燃机汽车与新能源汽车协调发展的机制,把握好新旧动能转换的节奏。”在2020年中国汽车工程学会年会上,中国工程院院士、中国汽车工程学会理事长、清华大学教授李骏代表中国汽车工程学会发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,指明未来15年的发展方向和发展目标。这次2.0的路线图,规划2035年纯电占新能源比例为95%,5%为插电混动。

在产品应用方面,技术路线图预计,2025年、2030年、2035年,混合动力乘用车占传统车销量的比例分别为50%以上、75%以上、100%。新能源汽车占汽车总销量的比例则分别为20%、40%、50%以上。至2035年,在新能源汽车销量占比达到50%以上时,纯电动汽车销量预计将占新能源汽车的95%以上。

按照规划,到2035年,传统燃油车要100%转变成混合动力汽车,将与新能源汽车在整体汽车市场中平分秋色。也就是说,在环保的大环境大任务下,除了新能源汽车,传统燃油车依然有发展前景,只不过要全面降低油耗。

纯电动和混动市场占比情况

在新能源汽车越来越普及、话题热度越来越高的今天,人们的关注点似乎都在纯电动车上。但不可否认的是,纯电动车目前还有很多技术壁垒尚未攻破,例如续航里程不足、充电时间长、低温环境下的性能衰减等。

关于新能源汽车未来的动力来源以及技术路线,有人认为会是纯电动(BEV)汽车,也有人认为是插电式混动(PHEV)。大部分人认为插电式混动汽车只是油电混动的一个进化,只是一个过渡,未来汽车的终极形态都会过渡到纯电动汽车上,真是这样吗?

2017年插电混动车型销量比例为16%,纯电动乘用车为60%,而插电式混合动力乘用车为14%;纯电动商用车为24%,插电式混合动力商用车为2%。以上说明,混动车还有比较强的生命力,尤其是插电式混合动力乘用车。

时至今日,很多纯电动(BEV)汽车的行驶里程已经能够达到400公里以上了。但是为何还没有广泛普及呢?为何现在很多厂商,特别是欧洲厂商在研制插电式混动(PHEV)呢?

2、纯电动和混动车型的定义

BEV—纯电动汽车

完全由可充电电池提供动力源的汽车,其动力系统大致由电池组、电池变换器、电动机和减速器组成。由于电动机的输出功率更加恒定,扭力更大,因此纯电动汽车的动力输出相较于同级的燃油汽车更加强劲也更为安静。

HEV—油电混合动力车

HEV最重要的特点,是不需要进行充电,操作模式与普通燃油车别无二致,车内的电池容量与电机功率都比较小,仅扮演发动机的辅助角色,通过刹车时的动能回收、适当减轻发动机负荷等方式来降低油耗。

PHEV—插电式混合动力车

PHEV的特征首先体现在“插电”这个词上,这种车型同样具备发动机、电动机和动力电池,和HEV不同的是,PHEV的电池容量要大得多,一般都在10kWh以上,而HEV的动力电池一般在1~2kWh左右。所以PHEV充满电之后,纯电续航里程基本都在50公里左右,但在实际用车过程中,发动机都会或多或少的参与驱动。

EREV—增程式混合动力车

很多人能分清HEV和PHEV,却容易在EREV和PHEV之间弄糊涂,原因是它们都需要插电线进行充电,也同样都有着发动机和驱动电机。

插电式混合动力是指可以使用外部电源对车辆进行充电的混合动力车型。一般情况下,它的电池容量比电动车小,但却要远大于普通油电混动汽车。相比纯电动车,它不单纯依靠充电桩充电,时间更为自由灵活,在配套设施还不完善的今天,这类车型是比较理想的新能源车型。

事实上,EREV(增程式)车型的纯电续航里程普遍要高于PHEV车型很多,因为在大多数工况下,EREV的工作模式都优先使用纯电行驶,在电池组有电的情况下,发动机几乎不会工作。当电池组电量不足时,发动机才会开始运转。所以相比PHEV车型来说,EREV可以真正做到0油耗0排放

就电池容量由大到小,上述几种车型排序如下:

BEV纯电动>EREV增程式>PHEV插电混动>HEV不插电混动

3、纯电动和混动的技术特点

油电混动车HEV驾驶模式和普通燃油车最像,优点是不用充电就能省油,但省油效果有限。

多数情况下,一般的混合动力汽车都是依靠发动机和电动机的动力总成来驱动车辆,红绿灯启停及低速状态下只需要由电机来进行驱动,驾驶者会觉得安静而舒适;当进行车辆制动的动作时,车辆会通过能量回收系统为电池进行充电;而发动机和电机一起工作时,则可以获得最大效率的动力输出。

插混PHEV标定的纯电动续航里程一般是几十公里,不过为了保证车辆的动力,在很多情况下发动机都会介入驱动,即使是满电状态,也依然需要消耗汽油,所以动力强劲是它的优势之一。

插电式混动汽车可以说是朝着全面电气化迈进的一小步,电池组比混动车型更大,根据车型和车主驾驶风格的不同,续航里程的变化区间会非常大;电量充足时,车辆的提速畅快但消耗巨大,如果电池的电量耗尽,开起来的感觉更像一台弱化版的混动车。

纯电动汽车BEV的优劣势就更明显了,不消耗燃油0排放0污染,续航里程相对也比较长,如今比较优秀的都做到了300千米以上。这种续航应付日常通勤绰绰有余,但遇到长途出行就力不从心了,遇到需要开空调的季节,续航又大打折扣,里程焦虑难免。

纯电动车另一个吸引人的原因就是它的驾驶感觉和传统燃油车、混合动力车都有明显的不同,无论是加速还是减速的效果都十分剧烈且刺激,甚至会让人产生眩晕感。当然纯电动车并不适合长时间的高速行驶,电量和性能都会受到直接影响。

4、从能源转化角度分析纯电动和混动技术特点

汽油的密度是0.72kg/L,燃烧热值是46MJ/kg,一升汽油燃烧热量为9.2度,但发动机的热效率最高大约40%左右,所以实际上一升汽油能释放的能量约为3.7度电。

最先进的18650锂电池,储电量为3100mAH,重量约为46克,工作电压约3.7V,一公斤锂电池的储存能量为0.25度电。

化学电池储能密度比传统燃料低了不止十倍。

为什么说电池储能是电动车无可规避的硬伤?这结论也许能有个较为直观的印象:特斯拉85kwH的电池组由7000多节小电池组成,重544公斤,储存85度电。

544公斤电池储存的能量=23升汽油(约16.5公斤)产生的能量。但电动系统的效率很高且稳定,内燃机则随路况情况波动巨大,综合而论,这544公斤电池的能量大致相当于30~40升汽油。

特斯拉Model S P85的理论续航里程为500公里,但仅仅是理论值,在城市综合路况,实测的续航大致上在350到400公里之间。而普通轿车一箱油,跑市区500公里,或跑高速800公里,然后还能放心开着车去找油站,并不算过分的要求吧?

其实电动和混合动力,都是试图改善恶劣工况下的发动机效率低下的问题。

纯电动的做法非常彻底,干脆就把发动机干掉,纯靠电池电机驱动车轮,始终保持很高的效率;混合动力,则是在恶劣工况时用电“帮助”发动机,进入平稳工况后将控制权交还给让发动机,并反过来给电池充电。

所以,电动和混动,稳定工况和恶劣工况的效率波动不大。传统内燃机汽车,高速路况和堵车路况的效率可以相差两倍以上。实际的效果大致如下:

特斯拉,典型的电动车,544公斤电池组,理论续航(定速巡航)500公里,城市路况350~400公里。

典型的混合动力汽车,约50L油箱,电池组重几十公斤,油耗保持在百公里4~6L范围,堵车还是跑高速相差不大。

典型的内燃机中级车,约70L油箱,70km/h定速巡航油耗可做到百公里5~7L,堵车路况,立刻飙升到百公里12L甚至更高。

5、电动汽车和混动汽车的充电问题及日常应用场景

有固定车位的车主,联系物业与4s店安装专用充电桩,会有一些安装费用,用充电桩充满电要6个小时;

无固定车位的,需要寻找有家用电源的充电口的停车位,但这样的充电方式慢,需要20多个小时充满;

没有固定车位且无法充电的,联系4s店使用充电桩。

环保目标下的企业选择

政策很重要,但企业的态度同样重要。在环保这件事上,各企业在产品规划上各有想法。有意思的是,很少有企业自始至终保持一个态度,多数是在进行不断的调整。

比如丰田这个企业,对氢燃料电池情有独钟。在丰田看来,续航里程、补充燃料速度都和燃油车相仿,但排放污染却几乎为零的氢燃料电池汽车,才是新能源技术路线的终点。早在上世纪九十年代,丰田就开始投身于对这项技术的研发之中。丰田对氢燃料电池的研究,最早可追溯到1992年。根据不完全统计,截至目前,丰田手中握有的氢燃料电池专利已经超过1.5万个,拥有在该领域的绝对技术壁垒。在业内,丰田也是混动的先行者,率先推出了普锐斯等车型。只是,尽管丰田更钟情于氢能源,但依然做出了适当的调整,计划在2021年推出一款小型两座纯电动汽车,该车将率先面向企业和地方政府销售约100辆,2022年以后计划面向普通消费者销售。

比如奥迪等企业,规划的是燃油车向纯电动转型的道路。在柏林气候大会上,奥迪CEO杜斯曼表示,奥迪将从2026年开始只在全球市场上推出新的纯电动车型,并将在2033年前逐步完全停产传统内燃机汽车,争取在2050年前实现零排放的目标。但是,这些计划中国市场除外。奥迪CEO杜斯曼表示,中国市场仍有燃油动力的需求。

比如国内的比亚迪、长城、北汽等,最初的着力点主要在纯电动或燃油车,后续在混动发力。拿北汽来说,几代产品都是纯电动,从EV150到EX360,续航里程不断增加。而在2020年北汽推出了首款插电混合动力车型北汽BEIJING X7 PHEV。长城汽车一直以来都是以SUV见长,最近也有转战新能源的想法,去年底,长城汽车正式对外发布了其混动系统——柠檬混动DHT,这套系统提供HEV和PHEV两种方案,未来该系统将应用到长城汽车的全部车型上。

无论是哪种,可以确定的是,燃油汽车独霸武林的时代已经一去不复返了,或归于纯电动等新能源,或归于混动等低耗车辆。

为何钟情混动

为什么诸多企业在纯电动之后要开启混动之路?在2021第六届中国汽车动力技术论坛上,中国汽车工程学会特聘顾问、电动汽车产业技术创新战略联盟技术专家委员会主任、国际欧亚科学院院士王秉刚给出了答案。他说,“想要实现双碳目标,如果不做混合动力是完成不了的。毕竟电动汽车数量还不多,在实现双碳目标的道路上能起的作用不多,主要还是要靠燃油汽车。”

除了这个原因之外,还有一个原因,那就是销量。比亚迪5月份新能源汽车的销量达到31681辆,同比增幅高达198.8%。当月,比亚迪纯电系列产品为18711辆,同比增长126.0%;而DM混动车型共售出12970辆,同比增长458.3%。按5月国内插电混动车3.3万辆的销量换算,比亚迪DM混动车也占据了半壁江山。

正如比亚迪公关总经理李云飞所说,“燃油车现在是红海,DM-i超混技术就像其中的清泉,是杀出一片蓝海。比亚迪现在想做的是利用DM-i超混技术对这区间的燃油车降维打击、直接开战。”

当然,这里说的比亚迪插电混合和我们常说的油电混合不是一个概念。但是不是同一个概念已经不重要了,终究都要直面同一个市场。

此混非彼混

混动并不是才出现在人们视野的新鲜事物。最早我们认知的混动是油电混,也就是HEV。比如丰田普锐斯,雷凌混动,卡罗拉混动,凯美瑞混动,起亚极睿,本田CR-V混动等。一般只有几公里左右的续航,前提是在40码速度以下使用纯电模式。

插电混合动力即PHEV,在短距离行程时可以当成纯电车用。目前来看,HEV和PHEV最大的区别是对于新能源的认定。HEV属于燃油车类别,而PHEV属于新能源类别。但在有些城市,插电混不在新能源车型目录里。

尽管不属于新能源车型,但对于低油耗乘用车,政策也在不断更新。在工信部等部通过的新版《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,首次提出了“低油耗乘用车”概念,并明确了积分核算的优惠细则,将2021年1月1日起施行。

也就是说,HEV和PHEV都有利好。目前,国内几家企业的方向是HEV和PHEV两条腿走路。比如,奇瑞在今年4月份车展推出了世界首创的全功能混动构型鲲鹏DHT,基于全新混合动力技术的PHEV、HEV将全面应用。 同样是在车展,由东风自主研发的“马赫动力”核心发动机东风C15TDR和HD120混合动力电驱动总成黄金组合“出道”,全面拥抱混动浪潮。

恰如曾有人议论纯电动是否真环保一样,关于混动是否环保,专家们也是各有观点。 电动车辆国家工程实验室主任孙逢春曾提出:在当前充电桩建设不足的情况下,使用插电式和增程式电动车实际上等同于使用普通混合动力汽车,并不能达到节能环保的目的。 暂且不论混动是否真环保,时间会给出答案。但愿真环保,千里共绿色

文章来源: 驱动视界问答,车业杂谈

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