車東西(公眾號:chedongxi)
作者 | 昊晗
編輯 | 曉寒
增程到底是不是落後技術?
上週,華為餘承東在接受媒體採訪表示“説增程車不夠先進的都是胡扯,增程模式是目前最適合的新能源車模式。”
此話一出,再次引發行業和消費者對於增程式混動技術(以下簡稱增程)的激烈討論。並且像是理想CEO李想、威馬CEO沈暉、魏牌CEO李瑞峯等一眾車企大佬都發表了自己的觀點。
而魏牌CEO李瑞峯在微博上更是直接跟餘承東隔空對話,表示“打鐵還需自身硬,增程式混動技術落後是行業共識。”並且,魏牌CEO隨即自購了一輛問界M5準備開始測試,給這場討論再添了一股火藥味。
魏牌CEO微博截圖
其實在這波有關“增程是否落後”的討論之前,理想和大眾的高管也曾就這個問題展開過“激烈討論”,大眾中國CEO馮思翰更是直言“增程式是最糟糕的方案。”
縱觀近幾年國內車市可以發現,新造車們普遍都選擇了增程或純電兩種動力形式,鮮有涉足插電式混合動力,而傳統車企反之,其新能源產品要不就是純電,要不就是插混,根本不“care”增程。
但隨着市面上採用增程系統的新車越來越多,更有像是理想ONE、問界M5等爆款車的出現,讓增程逐漸被消費者熟知,成為當今市面上主流的一種混動形式。
而增程的快速崛起,勢必會對傳統車企的燃油、混動車型銷量造成影響,上述傳統車企與新造車之間爭執的根源也就在此。
那麼,增程到底是不是落後技術?跟插混又有什麼區別?新造車為什麼都選增程?帶着這些問題,車東西在深入研究了兩種技術路線後,找到了一些答案。
一、增程、插混本是同根生 增程結構更簡單在討論增程和插混之前,先介紹一下這兩種動力形式。
根據國家級標準文件《電動汽車術語》(GB/T 19596—2017),電動汽車被分為純電動汽車(以下簡稱純電)和混合動力電動汽車(以下簡稱混動)。
串聯、並聯、混聯式混動(從左到右)
而混動汽車又可以按照動力結構分成串聯式、並聯式、混聯式。其中,串聯式是指車輛的驅動力只源於電機;並聯式是指車輛的驅動力由電機及發動機同時或單獨供給;混聯式是指同時具有串/並聯式兩種驅動方式。
增程就是串聯式混動,由發動機和發電機組成的增程器為電池充電,電池驅動車輪,或者增程器直接為電機供電驅動車輛。
理想ONE的增程系統
但插混的概念就相對複雜。在《電動汽車術語》中,混動還可以按照外接充電能力分成可外接充電式混合動力、不可外接充電式混合動力兩種。
顧名思義,只要有充電口、能外接充電的就是可外接充電式混合動力,也可以稱之為“插電式混合動力”。如果按照這個分類標準,增程就是插混的一種。
同樣,不可外接充電式混合動力就沒有充電口,無法外接充電,只能通過發動機、動能回收等方式為電池充電。
插電式混動車型(PHEV)
但是,現在市面上多以動力結構區分混動類型,這時所説的插混就是並聯或混聯式混動系統。相較於增程(串聯式),插混(混聯式)的發動機不僅可以為電池、電機提供電能,還可以通過混合動力變速箱(ECVT、DHT等)直驅車輛,以及與電機形成合力共同驅動車輛。
像是長城檸檬混動系統、吉利雷神混動系統、比亞迪DM-i等插混系統都屬於混聯式混動。
而增程器中的發動機不能直接驅動車輛,必須通過發電機發電,將電量儲存在電池或直接供給電機,電機作為整車驅動力的唯一出口,為車輛提供動力。
長城的DHT油電混動系統
所以,增程系統的三大件——增程器、電池、電機之間就不涉及機械連接,全部由電氣連接,整體結構也就相對簡單;而插混系統的結構就更為複雜,需要通過變速箱等機械部件將對不同動力域之間進行耦合。
普遍來説,混動系統中的大部分機械傳動部件都擁有技術壁壘高、應用週期長以及專利池的特點,“求快”的新造車們顯然沒時間去從一顆顆齒輪做起。
但對於傳統燃油車企來説,機械傳動正是他們的強項之一,並擁有較深的技術積累和量產經驗。在電動化大潮來臨之際,讓傳統車企完全放棄幾十年甚至百年的技術積累,重新起跑,顯然也不可能。
畢竟,船大掉頭難。
所以,結構更簡單的增程也就成為新造車的不二之選,而既可以讓機械傳動發揮餘熱且降低能耗的插電混動,就成為傳統車企轉型的第一選擇。
二、增程始於百年前 電機電池曾是拖油瓶在講清楚插混和增程的區別,以及為什麼新造車普遍選增程,傳統車企都選插混之後。
那麼對於增程來説,結構簡單是否意味着落後呢?
首先,從時間上説,增程確實是一種落後技術。
增程的歷史最早可以追溯至19世紀末,當時保時捷的創始人——費迪南德·保時捷造出了全球第一輛串聯式混動汽車——Lohner-Porsche。
Lohner-Porsche(後製版)
Lohner-Porsche是一輛電動汽車,前軸上有兩個輪轂電機用於驅動車輛,但由於續航里程太短,費迪南德·保時捷為了給車輛提升續航里程,便裝上了兩個發電機,也就形成了一套串聯式混動系統,成為增程的鼻祖。
既然增程這項技術已經存在了超過120年之久,那麼為什麼沒有快速發展起來呢?
首先,在增程系統中,電機是輪上動力唯一的來源,而增程器也就可以理解成一個太陽能充電的大號充電寶,前者輸入化石燃料,輸出電能,後者輸入太陽能,輸出電能。
所以,增程器的本質作用就是轉化能量類型,先將化石燃料中的化學能轉化為電能,再將電能通過電機轉化為動能。
理想L9前軸“五合一”動力系統
根據基礎物理知識,在能量轉化過程中勢必產生一定的消耗,而在整個增程系統中,至少涉及兩次能量轉換(化學能-電能-動能),所以增程的能量效率相對更低。
在燃油車蓬勃發展的年代,傳統車企一心撲在開發燃油效率更高的發動機和傳動效率更高的變速箱之上。當時哪家能將發動機熱效率提升1%,甚至都能接近諾貝爾獎。
所以,增程這種不僅不能提升,反而降低能量效率的動力結構,也就被一眾車企們拋在腦後,置之不理。
豐田Dynamic Force系列發動機熱效率可達40%
其次,除了能量效率低之外,電機和電池也是限制增程發展的兩大原因。
在增程系統中,電機是車輛動力的唯一來源,但在20~30年前,車用驅動電機技術並不成熟,且成本較高,體積也相對較大,動力也無法單獨驅動車輛。
而電池當時的處境與電機類似,無論是能量密度還是單體容量,都無法與現在的電池技術相提並論,想要容量大就需要更大的體積,也就帶來更貴的成本和更重的車重。
試想一下,如果在30年前,按照理想ONE的三電指標來組裝一輛增程車,成本直接原地起飛。
理想ONE
但增程是完全由電機驅動,而電機又擁有無扭矩遲滯、安靜等優點。所以,增程在乘用車領域普及之前,更多是應用在像坦克、巨型礦車、潛艇等對於成本和體積並不敏感,對於動力、安靜、瞬時扭矩等有較高要求的車船之上。
總結來看,魏牌和大眾的CEO説增程是一種落後技術並非沒有道理。在燃油車蓬勃發展的時代,成本更貴、效率更低的增程確實是一種落後技術。而大眾和長城(魏牌)也正是兩個在燃油時代成長起來的傳統品牌。
時間來到現在,雖然從原理上説,現在的增程技術和一百多年前的增程技術並沒有發生質的變化,依然還是增程器發電,電機驅動汽車,依然可以叫它“落後技術”。
但是,在一個世紀之後,增程技術終於等來了電機、電池技術的飛速發展,原來的兩個拖油瓶,已經成為其最重要的競爭力,抹平增程在燃油時代的劣勢,開始反噬燃油市場。
三、城區工況選增程 高速工況選插混對於消費者來説,他們其實並不在乎增程是不是落後技術,而是在乎增程和插混哪個更省油,哪個開起來更舒服。
上文提到,增程是一種串聯結構,增程器不能直驅車輛,所有動力均來源於電機。
所以,這也就讓採用增程系統的車輛擁有跟純電車類似的駕駛感受和行駛特點。而在電耗方面,增程也與純電類似——城市工況電耗低、高速工況電耗高。
具體來説,由於增程器只為電池充電或為電機供電,所以增程器多數時間都可以維持在一個比較經濟的轉速區間,甚至在純電優先模式(率先消耗電池的電量)下,增程器甚至可以不啓動,也就不產生油耗。而燃油車的發動機無法一直固定在一個轉速區間運轉,需要超車加速就要提高轉速,堵車就會長時間怠速。
理想ONE
所以在正常駕駛的情況下,增程在城市低速路況的能耗(油耗)普遍要低於搭載同排量發動機的燃油車。
但是,增程跟純電一樣,高速工況下的能耗高於低速工況;而燃油車卻恰恰相反,高速工況的能耗要低於城市工況。
這也就代表在高速工況下,電機的能耗更高,電池電量也就會更快地被消耗,增程器就需要長時間“滿負荷”工作。並且,由於電池包的存在,同等尺寸的增程車的車重普遍大於燃油車。
而燃油車得益於變速箱的存在,在高速工況下,車輛可以升至較高檔位,讓發動機處於經濟轉速,能耗也就相對更低。
所以普遍來説,增程在高速工況下的能耗與同排量發動機的燃油車型幾乎相同,甚至更高。
理想ONE的高速能耗
在講完增程和燃油的能耗特點後,那麼有沒有一種混動技術可以將增程車低速能耗低、燃油車高速能耗低的優點相結合,在更廣的速度範圍都可以擁有更經濟的能耗呢?
答案是有,也就是插混。
簡單來説,插混系統比較討巧,相較於增程,前者可以在高速工況下用發動機直驅車輛;相較於燃油,插混也可以像增程一樣,發動機為電機供電,驅動車輛。
此外,插混系統中還擁有混動變速箱(ECVT、DHT),這也就讓電機、發動機各自的動力實現“融合”,以應對急加速或高動力需求。
但俗話説,有舍才有得。
插混由於存在機械傳動機構,結構更為複雜,體積也相對更大。所以在相同級別的插混和增程車型之間,增程車型上的電池容量都要大於插混車型,也就能帶來更長的純電續航里程。如果用車場景僅在城區通勤的話,增程甚至可以做到不加油只充電。
舉個例子,2021款理想ONE的電池容量為40.5kWh,NEDC純電續航里程為188km,與其尺寸接近的奔馳GLE 350 e(插混版)、寶馬X5 xDrive45e(插混版)的電池容量只有31.2kWh和24kWh,NEDC純電續航里程只有103km和85km。
同尺寸增程、插混車型電池容量對比
而比亞迪的DM-i車型之所以當下備受追捧,有很大一部分原因就是因為相較老款DM車型,前者車型上的電池容量更大,甚至超過同級別增程車型。在城市通勤可以做到,只用電不用油,用車成本也就隨之降低。
比亞迪DM-i與DM車型電池容量對比
結語:純電將是最優解綜上所述,對於新造車來説,結構更復雜的插混(混聯)不僅需要更長的預研和開發週期,還需要對整個插混系統進行大量可靠性測試,顯然從時間上快不了。
而隨着電池、電機技術的飛速發展,結構更簡單的增程就成為新造車的一個“捷徑”,直接邁過了造車最難的動力部分。
但對於傳統車企的新能源轉型來説,他們顯然不想放棄投入多年精力(人力、財力)研發的動力、傳動等系統,然後另起爐灶,從頭再來。
而像插混等既可以發揮發動機、變速箱等燃油車組件餘熱,又可以大幅降低油耗的混動技術,就成為國內外傳統車企的共同選擇。
所以,無論是插混還是增程,其實都是目前電池技術瓶頸期的週轉方案。而當未來徹底解決電池續航里程和補能效率的問題,油耗也就徹底清零。增程、插混等混動技術或成為少數特種設備的動力方式。