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不知道各位有沒有聽過這么一類說法:“世上只有兩種混動,一種是XX,一種是其他。”這里的XX不管是誰,反正和中國品牌沒有關系。但如今,我們可以自豪地說,不管世上有幾種混動,都一定有比亞迪DM-i一席之地。節能減排是當下全球的主旋律,許多國家和
不知道各位有沒有聽過這么一類說法:“世上只有兩種混動,一種是XX,一種是其他。”這里的XX不管是誰,反正和中國品牌沒有關系。但如今,我們可以自豪地說,不管世上有幾種混動,都一定有比亞迪DM-i一席之地。
節能減排是當下全球的主旋律,許多國家和地區都宣布了純燃油車的“禁售時間表”,許多汽車制造商也將研發的重心轉移到了純電車型上。
純電也許會是未來汽車的形態,但基建的支持、能源結構的改變非一日之功,可以預見,在未來很長一段時間內,內燃機和純電動還將共存,而共存的形式必然是混合動力。
雖然混合動力像是過渡產品,但它同時需要應用到內燃機和電驅動兩大領域的技術,研發門檻高、難度大。目前擁有先進混動技術的汽車制造商主要集中在日本、美國、韓國,而歐洲廠商對混動并不熱衷,推出的產品更像是在應付法規。為什么這么說?后文會有解釋。
中國的汽車工業起步晚,等到我們有實力開始研發混動技術時,國外品牌早已筑起了層層專利壁壘。不少車企發現,在夾縫中研發出的產品效果一般,難以與國外品牌匹敵。莫非我們就只能交“專利稅”?
比亞迪不信這邪,在2008年推出比亞迪F3DM雙模混動車型,想來相關的研發在更早之前就已經開始。查詢當年比亞迪申請的專利,以及F3DM的圖紙可以發現,這款比亞迪DM車型的鼻祖,同時也是如今第三代DM技術——DM-i超級混動的原型。
當年F3DM市場表現不佳,是因為時機和技術尚不成熟。如今DM-i的發布就像吹響了變革的號角:憑什么只有國外品牌能做好混動?憑什么它們的插電混動車賣那么貴?機電一體化,我們也不差。
比亞迪DM-i到底有多強?它的意義只是省油嗎?接下來,我給各位仔細分析分析。
★ DM-i為什么能省油?
關于混動系統的分類,各位可以翻看之前的《講堂》欄目,里面已經有了非常詳細的講解。排除插電混動車純電行駛的情況,混合動力之所以能實現省油,主要是通過兩個方法:
第一,制動能量回收。第二,讓內燃機工作在高效區間。
第一點很簡單也很好理解,把原本通過剎車系統耗散掉的動能回收到電池,需要的時候再拿出來用,自然能夠節約燃油的消耗。
第二點則復雜得多。相信各位都聽說過發動機熱效率,近些年來越來越多的廠商會對這個參數進行宣傳。然而最高熱效率只是發動機萬有特性圖上的一小塊區域,車輛在實際行駛時發動機不一定處于這一工況。
從上面這張萬有特性圖可以看出,這款發動機(型號待查)的最高效率點(燃油消耗率最低,顏色最深)大概在1500rpm左右,中等扭矩輸出,這對應的是高速巡航工況,所以我們通常會感覺跑高速油耗低。而一旦偏離這個工況,油耗就會明顯上升。
對于純燃油車來說,只能通過變速箱擋位切換來盡量維持在高效區間,但這還不夠,開車難免會加速、會堵車、會怠速,發動機難免要進入低效區間。而一套優秀的混動系統能夠最大程度地將發動機“保護”在高效區間。
用一個詞來概括混動系統的工作邏輯就是:“削峰填谷”。當車輛的動力需求較低時,只讓電機來驅動,發動機休息;或者讓發動機輸出多余的動力,驅動車輛的同時給電池充電。
當車輛動力需求較高時,電機和發動機協同工作,發動機依然只顧自己“舒服”,缺的動力讓電機來補。當然,急加速的時候系統也會讓發動機脫離舒適圈,提供最大輸出。
許多人其實都有一個疑問:讓發動機發電給電池,然后再用電驅動車輛,不會有二次損耗嗎?反而還省油?
是的,能量轉化的損耗一定會有,但經過計算,只要這種損耗小于讓發動機工作在低效區間的損耗,這么做就是劃算的。
“削峰填谷”說起來簡單,但實現起來難度極大。豐田和通用使用的是行星齒輪組方案(詳細解析見往期講堂),偏向機械層面;本田的i-MMD和比亞迪DM-i使用的是電控耦合方案,偏向電子層面。
順便說一句,i-MMD和DM-i雖然理念有些類似,但結構、原理都有區別。而且i-MMD推出時間比DM晚了5年,之前的IMA則是完全不一樣的東西。
以比亞迪宋PLUS DM-i為例,它有純電、并聯混動、串聯混動(增程)、直驅,四種驅動模式,而大部分混動車都做不到并聯和串聯共存。不同模式間的切換極其平順而且安靜,用戶基本感受不到。
更多樣的驅動模式,意味著發動機能夠在更多工況下維持高效輸出。另一方面,這也對電驅系統的性能提出了更高的要求。
DM-i混動的核心是一套名為EHS的電混系統,它包含兩臺最高轉速16000rpm的高速永磁同步電機,一臺負責驅動,一臺負責發電。沒有變速箱,依靠電機寬泛的調速范圍和功率平臺滿足車輛的行駛需求。
如何讓一臺發動機和兩臺電機協同工作,同時滿足最優效率,想想就讓人頭疼,這也是這套系統最大的設計難點。這一方面需要優秀的軟件算法,另一方面需要強大的硬件性能,也就是IGBT,可以看做是自動化控制領域的CPU,這里先不展開。
而比亞迪擁有完全自主知識產權的第四代IGBT技術,是國內唯一一家,電控綜合效率98.5%,這就相當于電腦廠商自己掌握著CPU技術,這意味著什么,大家可以想象。
電機同樣是比亞迪自研,使用扁線8層繞組,槽滿率更高,功率密度可達44.3kW/L。同時采用內置油冷方案,直接冷卻熱源,散熱能力更強。電機最高效率達97.5%;效率>90%占比90.3%。
說了這么多,比亞迪DM-i通過軟件、硬件、電機、電控各方面的努力,打造出了一套高效智能的系統,為發動機提供了一個極其“舒適”的環境,但發動機本身也不能拖后腿。
宋PLUS DM-i搭載了驍云-插混專用1.5L發動機,運行阿特金森循環,壓縮比15.5,最高有效熱效率43.04%。這可了不得,全球頂尖的熱效率,配上頂尖的混動系統,不省油就怪了。
為了實現超高的熱效率,這款1.5L發動機采用了先進的加工工藝,最大程度降低摩擦損耗;將壓縮機、機油泵、水泵等傳統輪系移除,轉而由電機驅動,降低發動機的運行負載;再加上諸如低溫廢氣再循環之類的技術,最終完成了這一杰作。
宋PLUS DM-i在虧電狀態下依然能實現百公里4.4L的油耗(110km版本為4.5L),放眼全球,這也是極其優秀的水準。
★ DM-i和其他混動系統的區別?
上文提到,豐田THS混動的核心是行星齒輪組,行星架、太陽輪和外齒圈分別連接發動機、1號電機、輸出端&2號電機。整套結構非常精妙,節能效果極佳。但是受限于固定的齒比,發動機無法發揮出全部性能,電機純電行駛的能力也比較差。這些情況直到最新的第四代THS有所改進。
歐系的混動車型要么是48V輕混,要么是插電混動。其中插電混動大多是P2或P3結構,電機與變速箱集成,發動機的動力輸出依然需要通過變速箱,和電機無法形成高效協作,虧電時性能下降明顯,同時削峰填谷的能力也將下降。優點是不需要對原本的底盤架構進行大幅修改。
最近增程式混動也是一大熱門,它的優點是結構簡單、方便控制,發動機和電動機之間是解耦的,是一種純串聯混動。缺點是在適合發動機直驅的工況下,發動機無法直驅,依然只能充當增程器的角色,承擔能量轉化的損耗,燃油經濟性無法達到最優。同時,由于增程器功率往往較低,在虧電狀態下增程混動車型性能會有明顯下降。
而DM-i是一種相對全面的混動結構,沒有變速箱的它輸出極其平順,有較好的高速行駛能力,燃油經濟性也十分優秀。而且對消費者來說非常重要的是,它并不貴。
★ DM-i為什么這么實惠?
以比亞迪宋PLUS為例,燃油版頂配的旗艦PLUS指導價為14.38萬,而配置大致相同的宋PLUS DM-i 51km尊榮型,指導價為15.68萬,僅高出1.3萬元。至于宋PLUS DM-i 110km旗艦PLUS,指導價為16.98萬,也僅高出2.6萬元。
這里之所以用“僅”字,是因為宋PLUS DM-i終究是一款插電混動車,而對比其他的插電混動車型,例如本田CR-V銳?混動e+,豐田RAV4雙擎E+,售價都比對應的燃油車型貴5-6萬。
固然,豐田本田的混動技術也非常優秀,但如此之大的差價讓人很難下手。除非是在限牌城市,算上購置稅和牌照成本后,這樣的售價才有合理性。
而比亞迪DM-i不同,不僅是宋PLUS DM-i,其他車型的DM-i版本也是一樣,相比燃油版價格只高出一兩萬。如果算上購置稅減免,實際購車成本差別更小,而這部分成本在后期用車過程中將很容易被更低的油費所抵消(即使不充電使用)。
試想,一年半之后,現行的新能源補貼政策到期,若是插電混動車型的補貼全面取消,那些高價的插混車型將直接失去存在的意義,唯有DM-i這樣價格合理的車型才能繼續活躍于市場上。
比亞迪是怎么做到的?大家可能也猜到了——自己動手,豐衣足食。上文提到,比亞迪DM-i的電機、電控、發動機都由比亞迪自主研發,至于電池更不必說,老本行了。DM-i配備的功率型刀片電池,實惠好用,還賊安全。
比亞迪的這些技術,每一項單獨拎出來,也許不全是世界最好的,但性能/成本比一定是首屈一指的。這也算是中國企業的一個特點:不僅產品比你(外國企業)好,價格還更便宜,氣不氣?
全產業鏈一手抓,自然會導致運營成本增加,風險增大。但只要能保證技術的領先,這些就都會化作技術和成本的優勢。更何況,三電系統這種核心技術,只要有可能,一定要握在自己手里。見到了華為的遭遇后,相信不會有誰還抱有僥幸心理。
從初代DM到現在DM-i,我們看到的是13年磨一劍,但比亞迪實際付出的心血一定更多。正是因為他們的堅持研發和創新,讓我們能夠買到便宜實惠的混動車型,讓我們不再受制于專利壁壘,讓中國的汽車行業擁有更光明的未來。
DM-i是新高,相信也是新的起點,比亞迪憑借著DM系列混動車型和刀片電池,讓中國品牌“新能源汽車領導者”的名號實至名歸。期待它在未來能給我們更多的驚喜,也期待其他中國品牌在新能源領域開花結果,在未來的競爭中提前占領高地。
本文作者為踢車幫 敖奕豐
陳原遠