广汽集团专题报告:广汽系的混动技术实力如何?
1. 混动是双碳\双积分达标的重要技术路线
在节能减排的大背景下,诞生之初就是为了减少油耗的混动汽车具有天然的优势。与纯电动车相比,混动汽 车减少了车主的里程焦虑,且目前更容易与燃油车实现平价。发展混动技术,需要车企能够在有限的车身空 间内把两种动力系统有机结合,安全高效地在多种工况下切换模式,提高发动机热效率和降低电池成本是关键。随着我国实现双碳目标和实施双积分政策的推进,蛰伏多年的混动汽车将迎来快速增长。
1.1 推广混动汽车是汽车行业完成双碳目标的重要手段
双碳目标的完成时点明确,对国内汽车的节能汽车和新能源汽车出了更高的要求。我国的二氧 化碳排放量从 2001 年开始进入快速增长阶段,目前还未达到峰值,而欧洲、美国和日本都已经实现了碳达 峰。《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》指出,我国汽车行业的发展目标是“产业碳排放总量先于国家碳减 排承诺于 2028 年左右提前达到峰值,到 2035 年排放总量较峰值下降 20%以上”。
节能和新能源汽车的渗透率提升,是近年汽车行业碳排放量增长放缓的重要因素。汽车的碳排放量受到整车 整备质量、燃油经济性(包括油耗与电耗)等因素的影响。随着汽车轻量化程度和电气化水平的提升,汽车 全生命周期(车辆周期+燃料周期)碳排放量将减少。从全生命周期碳排放总量来看,纯电动车型、插电混 动车型和混动车型(HEV)的减排效果显著。2013 年国内交通运输用产生的二氧化碳排放量增速较前几年 明显放缓,之后保持着个位数的增速。
与纯电动车相比,混动汽车能够以更低的成本达到碳排标准,是当前时点完成双碳目标的重要手段。目前市 场上同款车型的纯电版本和插电混动版本至少存在 1-2 万元的价差,主要来自电池成本。一方面,混动汽车 的电池容量低于纯电动车,电池成本的影响相对较小;另一方面,混动汽车中的内燃机属于传统汽车部件, 完善的产业链可以摊薄成本。
混动汽车的增长潜力巨大,将逐步替代燃油车成为传统能源车型的主力。《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》 提出,到 2025、2030、2035 年混动乘用车新车销量占传统能源乘用车的比例分别达到 50%-60%、75%-85%、 100%。混动汽车的油耗表现优于燃油车,渗透率的提升将对降低汽车行业的整体油耗起到重要的推动作用。
1.2 双积分政策有利于车企生产混动车型
新版双积分政策引入“低油耗乘用车”,生产混动车型可帮助车企实现正积分目标。双积分包括企业平均燃 油消耗量(CAFC)积分和新能源汽车(NEV)积分,对降低汽车油耗和促进新能源汽车发展起到推动作用。 2020 年乘用车全行业的 CAFC 积分为-735 万分,NEV 积分为 330 万分。于 2021 年开始实施的新版双积分 政策将综合燃料消耗量满足相关要求的传统能源乘用车称为低油耗乘用车,而混动汽车(HEV)正符合该标 准。原本混动汽车由于电池容量小而被排除在双积分政策之外,此次纳入积分计算将鼓励车企生产混动车型 以应对严格的双积分考核。
在插电混动汽车享受 1.6 个新能源积分的基础上,混动汽车的产量打折计入传统能源乘用车核算。新版双积 分政策规定,2021 年度、2022 年度和 2023 年度的低油耗乘用车生产量或者进口量分别按照其数量的 0.5 倍、0.3 倍、0.2 倍计算。以 2021 年为例,车企如果生产了 2 辆混动汽车,将按照 1 辆传统能源乘用车纳入 计算,反向减少了车企为了获得新能源正积分而必须生产新能源汽车的数量。
2. 混动技术路线分析-高门槛,非过渡技术
混动汽车实现了发动机与电机的特性互补,降低油耗是设计初衷。行业通常根据电机在传统系统中的位置区分混动系统类型,主要包括以下几种分布形式:
P0:电机位于发动机前端,通过皮带与发动机曲轴连接,又称 BSG 电机。
P1:电机位于发动机后端,直接安装在发动机主轴上,又称 ISG 电机。
P2:电机位于离合器和变速箱之间,连接在变速箱的输入轴上。
P2.5:电机设置在变速箱内部,一般为是双离合变速箱,电机安装在变速箱奇或偶档位轴上。
P3:电机位于变速箱之后,与变速箱输出轴相连。
P4:电机位于后桥,电机和发动机的输出轴分离。
根据电机、发动机的驱动形式,混动汽车可实现以下几种工作模式:
串联模式:发动机不直接驱动车轮,而是为电机提供动力。这种模式允许发动机的转速独立于车速,故发动 机可以以最佳速度运行,始终在最佳效率区间工作。但由于能量传输路径较长,效率损失较大。这种模式在 绝大部分的城市使用场景下较省油,且纯电驾驶带来的平顺体验较好。
并联模式:发动机和电机同时驱动车轮。发动机和电机的扭矩通过机械耦合传递到车轮,最大输出功率较高。 这种模式可以实现中高速巡航工况下的低油耗。
串并联模式:在串联模式的基础上,通过离合器实现发动机与车轮连接与断开。这种模式融合了串联和并联 的优点,适用场景扩大。
2.1 主要混动方案及代表
根据电机位置、数量和连接形式的不同,车企推出了多种混动方案,常见的方案有以下几种:
单电机混动方案
P0 架构:该架构通过在发动机前端放置一个 BSG 电机,利用皮带传动兼顾启动和发电。该模式下,电机并 不直接驱动车辆,本文不重点讨论这种架构。
P2 架构:该架构通过在发动机和变速箱之间增加一个离合器、一个电机即可实现。这种混动架构实现方式 简单,欧系车企采用的较多,如宝马 5 系 PHEV,大众 GTE 等。P2 架构通过离合器的分离与闭合实现串并 联模式的切换。