混合动力系统的发展历程（段志辉混合动力系统）

“2016第四届汽车与环境创新论坛”现场直播！

混合动力资深专家 段志辉

题目很大，我讲的时候分开说。主要分几个方面，一是动力分流二是PS和P2比存在的优势和不足。三是PS和P2要继续改进。

经过两三年的实践发现，电动车和插电式混合动力车如果政府的补贴取消，那么这些东西还是不能够生存的。也就是需要更长的时间来完善。但是2020年到了，5升油怎么来做，实际上技术上有一个很现实的答案。混合动力实现5升，这个技术一点也不难。而且这种技术实际上已经是很成熟了。到目前为止，混合动力车在全球销售超过一千万辆。一千万辆绝对不是哪个政府能够贴过来的，完全是靠市场运作。但是在中国，不知道怎么回事。不把混合动力当一回事，我就不再说太多了，有一条大家不太注意的方面我提一下。混合动力实际上对于改善大型城市的空气污染有数字上看不到的效果。比如说在高峰时间，走走停停的车在待机状态的时候，效率非常差，排放很差。车的密度高，污染源排放源的密度非常高，就会在主要街道形成一个高密度的空气污染。而这个时候，偏偏道路上人口密度非常大，受到这种高浓度污染的人口非常大。而且这些人群都是精英或者正在劳动的骨干，上班族每天都受这个污染。

混合动力很大程度上可以缓解这个现状。在走的时候，它可以移动一两公里不用启动发动机。这个时候像北京、上海，实际上改善是很显然的。累积销售已经超过一千万辆了。丰田和大众做得非常好，他们都大量开发了混合动力的车型。丰田我看了另一个报道，已经有26款车。大众从2010-2014年的车型，除了两款是电动车，其他的都是混合动力车或者是插电混合动力车。除非特别强调，混合动力系统可以放一个大电池做插电混合也可以做一般的动力系统。

这个是国际主流的技术路线，日本的三大汽车公司，美国的三大汽车公司，其中克莱斯勒和菲亚特合作了。德国的三大，另外就是韩国的现代和法国的PSA。下一个最大的车企是三菱，好像比他们的个头小多了。他们的混合动力系统我们看。这个是动力分流系统，这个是P2，有一两个不太明显。我们认为，国际现在主流的混合动力技术主要是两条，一个是动力分流，一个是P2技术。

有的人经常说，你那只有一个电机，不能干这，不能干那。实际上如果谁有兴趣，有疑问某一种东西这种技术做不了，我们下来可以讨论。我肯定能找到，所有的功能都能实现。普锐斯这些汽车所有的功能都是能够实现的。另外，科力远也做出了动力混合系统，我为中国汽车市场感到高兴。两个主流的混合动力技术，咱们国内都有推出。科力远去年11月就做了一些技术鉴定，但是不知道是幸运还是不幸，没有我们奇瑞的车投产早。我们奇瑞今年7月投产。总的来说，国际的主流产品是混动和P2。一个已经量产，一个是定型量产，应该是年底或者是明年初。

我们比较一下，谈论一下动力分流和P2的优势和不足。这是动力分流，这是发动机，然后这两个电机，一个发电机，一个驱动电机。然后这些东西组成了一个所谓的e CVT，没有离合器，没有变速箱。P2是一个变速箱，一个电机，然后一套动力耦合系统。这个动力耦合系统是一个离合器，但是它实际上可以是一个组合的耦合系统。刚才说的奇瑞做的是一个组合。动力性方面，因为时间很紧张，很难多说。动力分流的系统，因为动力性是会稍微弱一点，这个不展开多说。P2是电机和发动机连在驱动轴上，所以动力完全可以叠加，所以它的动力性比动力分流占一点优势。不是说一定比它好，电机只要做得足够大，也可以很大马力。但是一般情况下，P2的动力性能会比动力分流稍好一些。这个不是我们主要的，我们主要是来看它节油的能力。很多时候，因为以前普锐斯是一个节油的典范，大家很多时候都觉得只有动力分流最省油。这是一个小众车，大众的XL1，它也是单点的P2系统。这些都是上市的车，证明这两种技术是一个同级别的，没有什么显著差异。然后再看一下，这是美国主流车，福特，上面是动力分流系统，下面是P2系统。我们来看一下它到底是怎么回事。这是动力分流系统，发动机输出的动力，因为我们这个是在考虑混合动力的部分先不去考虑充电。主要原动力是发动机，发动机动力出来以后一部分通过齿轮传递出去，传输效率很高，可以达到90%。另外一部分通过机械传动到电机，然后整流，然后再逆变，再去电驱动，一共有四次能量转换。其中两次是机转电，电转机。所以这一部分机械传输这一块效率很高，但是电传输这一块效率不是很高。这是本质的问题，除非你把电机的效率大幅度提高，提高到96%或者97%以上。这个系统还有一个什么好处呢？它叫e-CVT，它总能够把发动机设置在速度最合适的方面，能把发动机处于最优的状态。这个是它的效率曲线，它就可以沿着这个曲线一直保持着局部最优。那么发动机的效率高了，整体的效率就可以提高，这个是它的优的一面。

另外一面，我们从这里看一下，发动机固定的时候，上面的输出相当于车轮。发动机不动，可以允许车辆有很大的移动空间。那么这就是e-CVT的作用。相当于这个时候，车停的时候，发动机在转。从零到启动的时候，一定会产生一定的滑磨损失，但是这里就不存在。它不是像其他的用机械比如说液体来吸收掉。这个就是它的优势。简单来说，刚才提到了，动力分流有一部分走机电，这个部分的效率不是很高，有一部分是走电传送，这个效率是有限的。在城市的时候，在低负荷，低转速的时候，它走电传递的功率量值比较小。也就是说它有50千瓦，有45千瓦走的机电，有5千瓦走的电。但是如果要是车速高了，负荷大了，这个时候的效率就会有所下降。我就把这个结果说了，本来是想详细地说了。但是看今天的时间不够了。还有一个也是它的弱点，第二个电机和车轮是固定的，你跑到150公里，180公里时速的时候，这个电机的转速非常高。我们这里是6000，丰田今年第四代的最大转速是17500，17500对于做电机来说是一个了不起的成绩。但是高到那个程度的时候，它的效率必然下降。虽然你做得非常好，非常高，但是效率还是下降的。也就是说你在高速情况下，这里又出现一个效率低的问题。所以这两点至少在很大程度上解释了为什么动力分流在高速情况下不如在城市内的油耗。

接下来我们就看一下P2的系统。发动机的动力通过机械传递到变速箱。然后电机因为在变速箱之前，它也可以控制在效率高效区。四档变五档，五档变六档，档位之间的差异比较小，能够使得发动机处在一个比较好的工作状态，效率也比较高。它的弱点就是在低速的时候，一档变二档的时候速比是1.69。换档的时候，跌到2000了。它的变化和CVT就差很多了，就意味着这个地方的效率比这个地方差得多。那么发动机的效率也大大降低。也就是说在低档位的时候，相邻档位之间的速比变化比较大，发动机工作得很不舒服，在原理最优点的地方。那么这个地方肯定会对它城市工况下，它的效果有了负面影响。还有一个就是发动机起步的时候存在一个问题，发动机的转速是这么高，变速箱的输入轴是这么高，这个差异是靠摩擦过掉的，摩擦意味着有滑磨，有扭矩还有相对速度。从发动机零起步的时候，这个一直存在，它必须用DCT解决。丰田DCT还是用了这个。这一个就是对于DCT也好，AT也好，它在启动加速的过程中，不断地切换离合器，切换的过程中都是有扭矩，有摩擦扭矩在。然后它又存在着相对数，这个时候都有能量损失。而且有的时候是为了平衡性舒服一些，这个切换不敢很短，时间撑得比较长。这个就是他们两个的差异比较主要的方面，肯定还有漏掉的。

怎么改进呢？我的观点就是取长补短。动力分流系统加一个变速的，会改善不少。而P2也可以考虑用一个差速机构来做前面的动力耦合。那么问题来了，常规动力能不能用一个差速来做，不能。因为它没有电机做这个平衡的力，而混合动力有这个东西，那么就可以实现。行不行我们接下来慢慢讨论。这些东西理论上都没有问题，关键是你能不能能够在有限的空间里把它集成出来，这是一个非常大的挑战。

刚才说了，动力分流的动力性稍微弱一点，这是我说的。可能搞动力分流的人不一定喜欢，不喜欢没关系。我们看一下这是动力分流的老大，丰田给雷克萨斯做的。今年车展上展览了，那个带引号的就是写在展品边上的。低速时提高扭矩，意味着加速性弱了一点。不在这部分的时候，光是一个动力分流的系统的时候，动力性弱了。第二个就是高速巡航时，降低转速，提高燃油效率。意味着在高速的时候，效率不够好。它后面又加了一个四速的变速箱。也就是说这个至少从一个方面和我刚才的想法是一致的，就是后面加一个变速系统。

实际上看，这个是没有加变速系统的，这个是发动机，发动机的这部分是效率比较高的区域。然后这边是输出，就是和车速相关的。我们看到要是在这种情况下，这个地方是有比较大的转速，也就是电机是比较大的。我们知道电机的功率等于扭矩乘上它的速度，这个地方的扭矩和这个地方的扭矩是一个固定的值，永远不会变，就是行星齿轮决定的。但是电传动的功率的比例取决于这个的转速和这个的转速。那么什么情况下电传动的比率比较小呢，这个地方接近于零的时候，它的传送量比较小。在这个位置，它的电传动量比较少，它就是高效率。在这个时候，电机转速比较快，它是低效率的。那么我们要是在其他的地方，比如说这个地方都是和那边一样的，就是多了一个可以换一次档位。也就是它起到这儿的时候，它切换一次档位，就可以退出来。我们看一下还是在发动机效率比较高的区域，基本上是可以控制在这个范围内。短期内为了提高加速性能，可以跑出来。这个地方省油，那个地方就省不了油。可以看出，后面变一次档位，就能够很好地改善点传动的功率占的总比例。还有一个就是刚才提到的，转速要是很高，效率就很差。我们要是做一次机械变速的话，这个红的是一个原机，这个红的是高效率区，如果我们做变速的话绿的是低档位，蓝的是高档位。那么第一，它的扭矩大大地提高了很多，然后速度也扩展得很大。同时高效率区的面积和这个面积是相等。然后高效率区就加倍了。所以这个是另外一个方面，如果我们在输出端加一个档位的话，它会有利于效率提高。

我的时间到了。我再把这个讲一下。这个是电机配一个行星齿轮，增加一次速比，在这种情况下，它是一个速比，大概是1.5、1.3左右。等它锁定之后，这是1，让它多出来一个速比。另外速比范围扩大了1.5倍或者1.4倍。然后它可以实现零转速，就是无滑磨起步。这部分可以发电。其他的这些就不说了。行，不好意思。

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