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和我們一起重新思考汽車

大家好，我是電動車公社的社長。

前段時間，有好幾位小伙伴都在評論區(qū)留言，想知道幾家自主品牌的混動車型到底該怎么選。

當然，在比亞迪4月銷量再次突破10萬臺之后，也有小伙伴直呼別讓比亞迪一家獨大。

比亞迪：阿嚏！聽說有人在cue我？

但要說其他國產(chǎn)混動沒抓緊，還真有點冤枉他們。

最近這一兩年，自主品牌就好比“下航母”一樣，瘋狂推出混動技術(shù)。手里沒捏著點混動技術(shù)，都不好意思跟友商打招呼。

除了比亞迪的DM-i超級混動之外，還有吉利的雷神混動、長城的檸檬混動、奇瑞的鯤鵬混動、長安的iDD混動等等。而最離譜的廣汽，手里居然捏了兩套混動系統(tǒng)……

好家伙，這內(nèi)卷也沒有這么卷的吧？

而且這幾家混動技術(shù)的表現(xiàn)，也完全顛覆了人們對自主品牌的刻板印象，一點都不菜。發(fā)動機熱效率是一個賽一個地高，油耗也是一個賽一個地低。

社長簡單翻了一下參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在前幾年說自己是混動第二、就沒人敢稱第一的豐田，單論省油，竟然還不如上面這幾家！

純電領(lǐng)域喊了多年的彎道超車，似乎都還在超越過程中。到了混動系統(tǒng)這，怎么我們直接就直線超車了？

真說起來，混動技術(shù)到底哪家強？

這一切，還要從混動系統(tǒng)的原理開始講起。

（今天的內(nèi)容會有些硬核，我盡量用最通俗易懂的方式來跟大家講明白）

01. 燃油車最大的短板：發(fā)動機

汽車工程師們之所以要這么大動干戈，其實是因為發(fā)動機有自身無法避免的缺陷。

最重要的一點，是量產(chǎn)汽油發(fā)動機的效率（也被稱之為熱效率）目前還無法達到50%。

這也就是說，有至少一半的汽油都會變成熱量散發(fā)到空氣中，這既不經(jīng)濟，也不環(huán)保。

而且即使是同一臺發(fā)動機，在不同的工況下，它的工作效率也有著天壤之別。

我們平時聽車企宣傳的什么41%、43%熱效率，那都是最高熱效率。這個最高點往往不能維持很久，甚至用轉(zhuǎn)瞬即逝來形容都不為過。

那么，發(fā)動機的熱效率最低會低到多少？

我們以豐田凱美瑞/亞洲龍上的這臺A25A發(fā)動機為例。雖然它的最高熱效率能達到40%，但在低功率區(qū)間的熱效率還不到22%，5L汽油里有4L都被白白燒掉了！

正因如此，工程師們才發(fā)明了變速箱。

在同等功率輸出的前提下，發(fā)動機能從40N·m@2500rpm（1擋）變成100N·m@1000rpm（3擋），熱效率也由此從27%提高到了35%，能省接近四分之一！

要是紅線轉(zhuǎn)速這種超級費油的工況，省一半都不是沒可能。

而發(fā)動機“效率低”，其實還有另一層因素。

我們在等紅綠燈、或者停在路邊等人的時候，只要“點火”了，發(fā)動機就會燒油。但這時車可是沒挪一步，也就是說熱效率為0！

為了解決發(fā)動機的缺陷，就輪到發(fā)動機的老朋友——電機出馬了。

說它是老朋友，是因為早在一百年前的燃油車上，人們?yōu)榱嗣馐堋笆謸u點火”的辛苦，發(fā)明了把發(fā)動機從0轉(zhuǎn)速帶到怠速轉(zhuǎn)速的起動機。

而這個起動機，正是由電驅(qū)動的電機：

這時，汽車工程師們靈機一動：既然電機能把發(fā)動機帶到怠速，那為什么不把電機做大做強、讓它干發(fā)動機不擅長的工作呢？

于是，混動系統(tǒng)的雛形，逐漸出現(xiàn)了。

02. 發(fā)動機的好朋友：電機

俗話說得好，一口吃不成個胖子

。

在汽車發(fā)展史上，電機逐漸取代發(fā)動機的地位，也是一步步來的。

最早，還得追溯到距今已有50年的1970年——

當時的豐田，就曾經(jīng)嘗試加強起動機，從而讓它能更頻繁、更快速地啟動發(fā)動機，使得汽車能夠在停車1.5秒后主動熄火并重新啟動，這也成了自動啟停技術(shù)的雛形。

這項技術(shù)僅憑怠速停機這一項就能夠節(jié)油10%，在當時來說可是一個不小的數(shù)字！（現(xiàn)在也是）

但隨著1973年石油危機、以及排放法規(guī)的影響日益深入，這點節(jié)油效果越來越不夠看。在這段時間里，所有車企都開始瘋狂研究到底怎么搞發(fā)動機，才能省油。

這時，一個重大的利好消息出現(xiàn)了：鎳氫電池和鋰離子電池先后問世，一舉讓電池大步邁進了新時代。

由一個個小電芯先串聯(lián)、后并聯(lián)組成的大電池包，能夠提供比鉛酸電池更高的能量密度。更高的放電功率。

也讓大功率電機取代發(fā)動機，成為汽車的動力來源有了可能性。

這樣一來，發(fā)動機在低效區(qū)間完全可以停機，低速區(qū)間幾kW最多幾十kW的驅(qū)動功率，對電池電機來說也是毛毛雨。

到了車速跑到中高速、熱效率提高上來之后，發(fā)動機再啟動，用來驅(qū)動車輪。

在發(fā)動機輸出功率高、或者電池電量低的時候，發(fā)動機還能給電池充電。

這就形成了一個完美的閉環(huán)。

但要想設計出一套合格的混動系統(tǒng)，可不只是在燃油車的基礎之上增加電機、電池那么簡單。

工程師們不僅要確定電池、電機的大小和布局，還要控制熱管理和電池安全，而且還得考慮到發(fā)動機和電機協(xié)同工作的穩(wěn)定性。

畢竟混動系統(tǒng)有至少兩個動力源，還要考慮到變速箱擋位。

這就好比一個四元N次方程，發(fā)動機、變速箱、電機、電池中哪個未知數(shù)變了，整個公式的結(jié)果都會發(fā)生變化。

如何針對每一個常數(shù)，都找出這個方程所對應的最優(yōu)解，也是一個大工程。

就像往一個現(xiàn)成的樂高成品里硬塞進去好幾塊新積木，還得保證積木不倒，這可是難倒了工程師們。

所以直到1997年，“說自己混動第二，沒有人敢稱自己是第一”的豐田才推出了第一臺混動車型——豐田普銳斯。

而此時距離電機開始輔助發(fā)動機，已經(jīng)過去了接近30年。

但這臺車的造價，卻一點都不低。算上研發(fā)和制造成本，一臺車要賣到3.2萬美元，基本已經(jīng)摸到了豪華車的門檻。但售價卻僅有1.7萬美元，賣一臺要虧接近一倍！

當然，同期的電動車通用EV1也是一個樣，但通用的玩法更狠：干脆不售只租，租期到期了就回收銷毀。這又是另一個故事了。

如果對這個故事感興趣的話，戳這里：這家百年車企曾經(jīng)破產(chǎn)倒閉！如今卻扛起了新時代的大旗？

直到今天，如果一臺車既有燃油版、又有混動版車型，混動的價格也往往要比燃油版高出不少。

而且不管是豐田大眾這類合資品牌，還是長城比亞迪這類自主品牌，都是如此。

03. 混動系統(tǒng)的大難題：變速箱

豐田的混動之所以會賣這么貴，除了電池、電機本身需要占用一定的成本之外，更重要的原因，其實是變速箱。

要知道，燃油車的自動變速箱在某些極端狀況下，效率甚至有可能會低于50%！

沒錯，車企們宣傳的那個傳動效率，也是最高效率

。

為了讓起步和換擋的時候能夠更加平順、也減少不必要的磨損，發(fā)動機和自動變速箱必須軟連接，因此要增加液力變矩器之類的傳動機構(gòu)。

再加上齒輪摩擦、液壓機構(gòu)等都會有傳動損耗，最高傳動效率能超過90%都已經(jīng)算高效了，所以燃油車才會有曲軸馬力和輪上馬力之分。

但就是這么個影響效率的東西，居然會是某些家用燃油車里最貴、也最復雜的零部件，地位甚至比發(fā)動機還要高！

所以，混動工程師們開始對變速箱“先下手為強”，而下手的深淺，也從側(cè)面證明了混動系統(tǒng)的技術(shù)含量。

（豐田的那套混動系統(tǒng)，變速箱用上了行星齒輪組，非常復雜）

混動系統(tǒng)中最簡單的，就是徹底不要變速箱的增程式，也就是單純的串聯(lián)：

增程式車輛的發(fā)動機不參與驅(qū)動車輪，發(fā)動機也基本維持在高效區(qū)間，它唯一的作用就是發(fā)電。

因此，只需要配備電機使用的1擋變速箱，在變速箱上極為高效。

還記得社長剛才舉的四元N次方程的例子嗎？

增程式就好比把四元給簡化成了二元……只剩兩個未知數(shù)了，這題不就好做了嘛！

從這個角度來看，增程還真就好比一臺電池更小的純電動車，用省下來的成本和空間換了一臺發(fā)動機和油箱，它還真不是油車。

平時，能當做純電動車來開；出遠門的時候可以加油，來提高補能效率和續(xù)航能力。

但從不好的角度來看，由于發(fā)動機不參與直驅(qū)，發(fā)動機產(chǎn)生的動力要先轉(zhuǎn)化成電能、再轉(zhuǎn)化成機械能，所以會多一次能量損耗。

因此如果純跑高速的話，增程式甚至要比同級別的燃油車還要費油，而且費不少。就比如理想ONE純跑高速下的油耗要接近10L/100km，比其他C級SUV高了近20%。

這也是為什么一年以前，大眾中國CEO馮思翰批評增程式電動車“沒有想象中那么環(huán)保，是最糟糕的解決方案”的原因。

既然增程聊過了，社長再給大家簡單介紹一下還有什么混動形式，它們又都有什么優(yōu)缺點。

04. “魔改”燃油車：單/雙電機并聯(lián)型

有沒有相對環(huán)保、又特別簡單的方案呢？

工程師們想了個簡單的辦法，就是保留原有的發(fā)動機和變速箱不變，在燃油車的基礎之上直接增加一個或多個電機、以及給電機供電的電池，也就是單/雙電機并聯(lián)型。

最典型的例子，就是大眾帕薩特PHEV、寶馬5系PHEV這兩臺“政策綠牌車”。

而根據(jù)并聯(lián)的位置不同，也把電機分為P0、P1、P2、P3和P4電機。數(shù)字越大，距離發(fā)動機就越遠，輸出功率也會越高（大多數(shù)情況下）。

那P0-P4都是什么意思，它們又起著什么樣的功能？在這里，照搬一下@王元祺的結(jié)論：

總結(jié)一下，P0電機單純是為了啟停功能、節(jié)約停車油耗用的，也能提供動能回收；

P1電機多了輔助驅(qū)動功能，一般48V輕混車型會用到它；

P2電機開始才是真正的驅(qū)動電機，但僅僅是簡單粗暴地把它加在發(fā)動機和變速箱之間。大眾、寶馬、英菲尼迪等混動系統(tǒng)（不一定是綠牌），都是最典型的P2電機；

P2.5電機其實就是把電機整合進變速箱，能夠獲得變速箱放大扭矩的效果。但因為系統(tǒng)復雜，調(diào)校難度比較高，一般不太常見；

P3電機相當于更“深入直接”的P2電機，跳過了變速箱、直接連接在輸出軸上。像早期的比亞迪秦DM、本田的i-MMD，就是P3電機；

而P4電機是完全獨立于發(fā)動機變速箱的，比亞迪唐DM、沃爾沃的T8混動，都是P4電機。

無論是電機布局在哪里，它的地位都是發(fā)動機的輔助，只不過在省油和提升動力兩者之間有所取舍。

所以單/雙電機并聯(lián)型混動的本質(zhì)，其實還是一臺“加強版”的燃油車。

05. 魔改”變速箱：雙電機功率分流型

最為復雜的，還得說是豐田。

豐田直接舍棄了燃油車原有的變速箱，換成了一套超級復雜的行星齒輪組，并且配上了2個電機來輔助發(fā)動機運行。

這么做的好處，是把省油效果一舉拉到了50%以上！

這種方式，也被稱之為功率分流型。它的原理看似復雜，但理解起來并不難。

最外面的大圓是外齒圈，連接車輪的它，也連接著負責動力輸出的2號電機。

在低速狀態(tài)下，2號電機可以單獨工作，實現(xiàn)純電行駛。

減速時候，在深綠色太陽輪上的1號電機可以反轉(zhuǎn)，來進行動能回收。

發(fā)動機則是連接在后方淺色的行星架上，通過與太陽輪、外齒圈嚙合的深黃色行星輪，來和太陽輪、外齒圈組成了三個同心圓。

于是，外齒圈（車輪）、行星輪（發(fā)動機）、太陽輪（1號電機）這三者就變成了一個三元一次方程組——

只有其一轉(zhuǎn)速固定的時候，另外兩者的轉(zhuǎn)速可以任意轉(zhuǎn)換。只有兩個未知數(shù)都確定的時候，第三個未知數(shù)才有解。

這也就是說，發(fā)動機和車輪之間的傳動比可以無極變化，比傳統(tǒng)變速箱輸出更加平順，也因此被命名為E-CVT。

而這，就是發(fā)動機功率分流的雛形：

發(fā)動機的輸出功率會被行星齒輪組分成兩部分，一部分走機械路徑，傳遞給車輪；

另一部分走機電路徑，通過1號電機回收成電能，再由2號電機輔助發(fā)動機進行功率輸出。

看起來，這套混動系統(tǒng)已經(jīng)達成了最初的設想，讓發(fā)動機能夠盡可能維持在高效率區(qū)間。但實際使用起來，卻有一個最致命的問題。

豐田的HEV由于電池電量比較小，也沒辦法在發(fā)動機高效運轉(zhuǎn)的時候儲存太多的電量。

這也就導致了在中高速工況、發(fā)動機高效運轉(zhuǎn)一段時間之后電量會很滿，就不得不熄火，用純電來運行。

這時，由于“同心圓”作用、以及出于發(fā)動機介入平順的考慮，電機要帶動發(fā)動機內(nèi)部的活塞高速運轉(zhuǎn)，無形中增加了行駛阻力、降低了效率；

而且相比于純機械連接，這種功率分流成電能存儲進電池、再由電機輸出成動力的行為屬于能量的第二次轉(zhuǎn)換，損耗也會增加。

因此豐田THS系統(tǒng)跑高速的效率雖然比燃油車好，但某些時候甚至比增程還低！

畢竟增程只需要一次轉(zhuǎn)換（不及0次轉(zhuǎn)換的直驅(qū)），還沒有發(fā)動機阻力。

所以豐田的混動，只能說是“在非高速路段非常省油的燃油車”，這也給了我們自主品牌在工信部油耗上直線超車的機會。

當然功率分流型也不只豐田一家，通用等企業(yè)也有另一種構(gòu)型，今天就不在這里展開了。

06. “變種”最多：單/多電機串并聯(lián)型

說變種最多，是因為它的方案實在是太多了——

發(fā)動機有自吸有渦輪，變速箱上有1擋、2擋、3擋、6擋，電機上有單電機、雙電機甚至三電機，電池也有40kWh大電池、9kWh小電池等等，不一而足。

大家想看哪家的技術(shù)分析，歡迎在評論區(qū)留言。

今天社長先挑了4臺自主品牌的插混SUV，簡單列了個表：

這部分的原理，由于篇幅有限，社長今天就不在這里講太多了。

總之，它兼顧了增程式（串聯(lián)）和“魔改燃油車”（并聯(lián)）雙方的優(yōu)點。

在低速狀態(tài)下是串聯(lián)運行，盡可能用電來驅(qū)動車輛，發(fā)動機隨時處于高效區(qū)間；

高速狀態(tài)下則是并聯(lián)運行，發(fā)動機可以和車輪純機械連接，提高效率。

而且在純電運轉(zhuǎn)和動能回收狀態(tài)下，也沒有功率分流型的能量二次轉(zhuǎn)換問題，總體效率是最高的。

而唯一的難點，僅在于發(fā)動機熱效率。

這一點不得不提，我們的自主品牌能夠技術(shù)井噴，離不開一家名為AVL的公司的幫助。這個話題，我們下次有機會再聊。

有了AVL的燃燒包之后，我們的自主品牌才在熱效率上迅速突破，這才在同級別車型的油耗上反超了豐田、本田。

而且相比之下，由于它的兼容性和擴展性最強，也和能上綠牌的PHEV最配。

畢竟隔壁的豐田PHEV賣得很貴，電池包還要占用車內(nèi)空間；本田不僅性能變差了，連油箱都縮水了……

無論是純電續(xù)航、油耗、還是空間，目前來看還是自主品牌最香。

但這種混動也不是沒有缺點。由于系統(tǒng)零部件多、比較復雜，會在一定程度上提高成本、影響售價，可靠性也比較依賴品控。

07. 寫在最后

如果能耐住寂寞、看完這五千多字，相信你已經(jīng)對混動系統(tǒng)有了最基本的了解。

然而關(guān)于大家對“混動技術(shù)哪家強”的爭議，說實話，也沒有一個絕對的定論。

一方面，混動非常吃發(fā)動機。熱效率差1%，放到實際的油耗體驗很有可能會差5%，因此我們的自主品牌也在大力研發(fā)發(fā)動機技術(shù)，都在飆熱效率。

所以拋開發(fā)動機談混動技術(shù)的含金量，其實是在耍流氓。

另一方面，不同的混動技術(shù)也有不同的側(cè)重點，也會在油和電中間采用不同的比例。

所以如果真的深究“工信部同樣是3.8L/100km的饋電油耗，到底哪臺車油耗更低？”這個問題，可能只需要實測才能知道。

畢竟每個人的駕駛習慣和駕駛工況都不一樣。有些大腳開省油、有些溫柔開省油；有些市區(qū)開省油，有些高速開省油……不能一概而論。

但其實實測的差距，并不會很大——0.2L/100km，已經(jīng)是一個比較大的差距了。

所以關(guān)于小伙伴們問“選車怎么選”的問題，比起挑混動系統(tǒng)來說，不如去看看車其他的部分，比如性價比。

畢竟這個世界上沒有不能買的車，只有不能買的價格
。

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