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华体会真正的网址:《插电式混合动力汽车发展现状及趋势研判》研究报告

发布时间:2022-08-10 12:47:58 | 浏览量: 来源:华体会网页版 作者:hth华体会网页版

  本报告以国内外混合动力汽车产业相关研究数据为依据,分析评估了插电式混合动力汽车产品在国内汽车市场的作用与前景,综合阐述了混合动力汽车技术与市场的发展现状及趋势,以及国产品牌新一代混合动力技术和产品的升级特点,并从多个层面结合国内插电式混合动力汽车发展需求,提出了适合于我国的行业发展建议。

  汽车动力系统的转型升级是汽车产业可持续发展的必然选择。随着全球经济快速发展,非清洁化石能源被大量消耗,温室气体的过渡排放造成全球气候不断变暖,石油资源紧缺和生态环境恶化已经成为21世纪全人类需要共同面对的严峻问题,发展节能与新能源汽车是应对气候变化、推动绿色发展的必由之路,对建设清洁美丽世界、构建人类命运共同体具有重要意义。

  混合动力汽车是传统燃油车向新能源汽车过渡的主要路径。发展新能源汽车能够有效缓解能源和环境压力,但是当前汽车产业电动化转型正面临着来自政策、技术、成本、市场以及环境等多方面的困难与挑战。混合动力技术和产品兼具节能潜力大、成本适中、市场接受度高、能源环境友好等多种优势,在汽车电动化转型的中长期阶段将扮演不可替代的重要角色,具有良好发展前景。

  汽车行业低碳化转型是行业使命,势在必行。我国已经多次在国际会议上宣誓并承诺将力争于2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”(以下简称“3060”)。目前我国仍处于碳排放增长阶段,截至2020年,已连续三年碳排放总量超过100亿吨,约占全球碳排放量的30%,居世界首位。我国在清洁能源比例仅为欧洲50%的情况下,要求较欧洲承诺时间提前一半达到“碳中和”,可以看出“3060”任务异常艰巨,需要各行业的助力推动。

  汽车行业低碳化转型对碳中和目标的总体达成具有重要作用。中国碳排放的贡献比例中,2020年的测算数据显示,交通领域约占11.5%,其中汽车行业约占交通的78%,即汽车行业的碳排放量约占全国总体碳排放的9%,涉及道路直接碳排放量近9亿吨,虽占比小但总量大且增速较快。截止2021年底,我国汽车保有量已达到3.02亿辆,并且中国汽车保有量仍未进入饱和期,产销已开始回归正增长,预计到2030年汽车销量还将有超30%以上的增幅。因此汽车低碳化将对抑制碳排放总量增长、助力实现双碳目标起到关键作用。

  插电式混合动力汽车是汽车低碳化和电动化转型进程中的必经之路。2020年10月由工业和信息化部指导、中国汽车工程学会组织全行业1000余名专家历时一年半修订编制的《节能与新能源汽车技术路线》发布,路线图遵从汽车低碳化转型应按减碳达峰、深化低碳、碳排净零的总体路线要求,并前瞻性的提出了汽车产业未来十五年的总体发展目标和规划。预计2035年前新能源汽车销量占比将分阶段逐步达到50%以上,同时插电式混合动力汽车的节油水平将持续提升、应用领域也将逐步打开,从而促进汽车电动化转型的进一步深化。此路线规划将有助于推动转型过程中技术升级成本的稳步降低以及市场认知与普及的稳步提升,从而促进行业的有序发展。因此插电式混合动力汽车是汽车电动化转型过程中至关重要的一环。

  行业相关机构已对当前国内市场乘用车产品进行了全面的生命周期碳排放核算,2021年研究数据显示,插电式混合动力汽车相较传统汽油车型,具有12.7%的二氧化碳减排能力,在汽车产业转型发展的中短期内(2030年前),对推动汽车行业尽快实现减碳达峰,仍具有重要作用。2

  、政策标准汽车产业是双碳“1+N”政策体系中的重要组成部分,新老政策将协同作用,推动绿色低碳出行。

  自我国明确了“双碳”目标以来,国务院及国家发改委等部门抓紧研究出台相关政策措施,陆续发布了重点领域和行业碳达峰实施方案和支撑措施,构建起碳达峰碳中和“1+N”政策体系。其中汽车产业是我国国民经济支柱产业,也是基础工业和交通行业碳减排的关键节点,未来行业政策将进一步向汽车生命周期碳排放管理延伸。现行政策中,早在2017年工信部就颁布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,未来以碳交易机制为核心的低碳法规体系将是实现汽车产业有序减排的关键保证。

  2021年2月工信部发布了积分管理有关事项的通知,正式启用了循环外技术/装置的油耗减免政策,给予混合动力汽车0.15L/100km的减免额度,并将应用于2020年的积分核算。此外,早在2020年6月工信部就出台了双积分管理办法的修改方案。配合《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》标准的更新,对乘用车平均燃料消耗量设定了全新目标,即在2025年下降至4L/100km左右,而插电式混合动力车型仍可在2025年前享受电能消耗不进行折算的优惠政策,继续享受政策红利支持。

  2021年10月,新版《轻型混合动力电动汽车能量消耗量实验方法》正式实施,其核心变化之一是参照了美国SAE的评价方法,引入了纯电利用系数(UF),将基于国内出行链里程数据的拟合特征,对插电式混合动力汽车的燃料消耗量进行核算评估,新的评价方式将使得产品的能耗认证指标,更加接近插电式混合动力类产品在国内实际使用环境下的真实表现。

  随着全球汽车电动化和电气化的飞速发展,国内外车企的混合动力技术和产品都已经历了数轮的升级迭代,实现了油耗水平的持续降低。对于混合动力汽车相关的核心技术、供应链体系、基础设施建设、法律法规等方面也都获得了长足的发展和进步,混合动力汽车的规模化应用环境愈加成熟。图片来源:网络公开资料

  近年来,国内企业在混合动力系统架构、混合动力专用发动机(DHE)、混合动力专用变速箱(DHT)、驱动电机、控制系统、动力电池等方面均已实现了新的技术突破。国产混合动力产品在核心性能、可靠性等方面已经具有了接近、持平甚至部分指标超越国外品牌产品的能力和表现。国内混合动力汽车发展已经站在了新的历史起点上。

  受政策和市场影响,主要汽车生产企业均已大幅下调了未来传统动力系统的研发数量,同时混合动力系统的研发数量在逐步增加,研发投入的增加势必带来技术的进一步升级完善。同时部分混合动力技术专利壁垒的逐步瓦解,也将促成汽车生产企业间更大范围、更加深入的开展互利互惠合作,加速扩大混合动力汽车产品应用规模,保障了混合动力技术持续发展的核心动力。

  消费者出于对油耗、性能、续驶里程等方面的升级需求,促使在过去7年中,全球混合动力汽车产量增长了近3倍。2016-2021年,国内插电式混合动力汽车市场销量从9.8万辆增长至60.3万辆,需求扩大了6.2倍。未来的5-15年内,全球混合动力汽车市场尤其是中国市场,将进入较快的增长时期。

  2021年,国产品牌多款全新插电式混合动力车型产品现已陆续投放市场。部分产品性能已经达到或超越合资产品水平,同时部分车型提供了多种容量规格电池的产品可选,更加符合当下国内市场不同消费者的实际需求。综合产品力已在国内市场树立起新的标杆,并且得到了市场快速积极的反馈,将对混动系统市场渗透率快速提升起到十分重要的作用。

  1、混动技术现状及趋势插电式混合动力汽车产品核心技术优势在于动力性与经济性上做到了更好的兼顾,同时提高了整车驾驶体验。

  混合动力系统相较传统燃油汽车,得益于电动化系统和电力能源的加入,动力性和平顺性得到大幅提升。同时,发动机减少甚至消除了怠速工况,在各行驶工况下,发动机得以能够始终保持在高效率区间运行,此外在传统燃料车型上被制动系统以热量形式耗散的部分惯性动能,可以以电能的形式进行回收储存而被再次重复利用,能耗水平得以大幅下降。

  目前混合动力汽车按照电动化程度不同,主要分为油电混合HEV车型(包含轻混、中混、重混)、插电式混合动力PHEV车型和增程式混合动力REEV车型。相较HEV车型,PHEV由于具有更大容量的电池系统,并可在车辆行驶过程中消耗通过外部获取的电力能源来驱动车辆,因此具有最高可达60~90%的节油潜力。

  串联系统运行时,发动机通过发电机将燃料的化学能转换为电能,用以供给驱动电机产生动力驱动车辆行驶,在系统中能量以电能形式混合。由于发动机转速扭矩与车辆的工况解耦,通过控制系统调配,发动机可始终选择在具有最佳效率的工作区稳定运行。在市区等中低速且变化复杂的行驶工况下使用,节油表现较好。而在高速行驶工况下,车辆较大的功率需求已经可以较好的匹配发动机的高效工作区间,此时串联系统中增加的能量转换环节,往往不能获得最佳的总体效率。

  并联系统运行时,车辆的驱动力主要由发动机提供,电机的作用主要是在各工况下对驾驶员的动力需求实现“削峰填谷”,通过对发动机的动力输出实现补偿或回收,以控制保持发动机运行在较高的效率点上。优势是发动机的动力直接参与驱动车辆,效率损失更小,劣势则是由于发动机的转速和车辆车速不能解耦,发动机运行工况的调整空间相对较小,因此整体节油能力受限。

  可主要细分为功率分流和串并联形式。混联系统融合了不同混合动力模式的优势,具有更加灵活的能量分配和调度能力,可以适应更加复杂的行驶工况,并获得更低的综合油耗水平。目前混合动力汽车领域70%左右的车型均采用双电机混联的方案。

  功率分流系统运行时,通过分流机构实现了发动机转速扭矩与车辆的工况的解耦,发动机输出功率一部分通过发电机和电动机形成串联混动,另一部分通过直接参与驱动车辆形成并联混动。串并联技术发展迅速,节能潜力优势正逐步凸显。

  串并联系统运行时,可根据车辆运行工况在串联与并联模式中切换,并配合不同档位的使用(部分车型),使得系统在全工况下拥有更好的综合能效。从国内上市产品公布的油耗数据上看,串并联系统已经具有一定的领先优势并已成为国内潜在应用规模最大,且最具发展空间的技术方向。表1 不同类型混合动力架构对比

  混合动力汽车驱动电机主要使用永磁同步电机系统。目前主流产品均已采用了如低铁损高磁感硅钢片、Hair-pin扁线式绕组、油冷散热以及变频电控等先进技术,持续提高电机系统效率和性能。并使得系统实现小型化、模块化,更加有利于混合动力总成在不同车型上的搭载应用。

  混合动力汽车运行工况的特殊性,对燃油发动机提出了全新的技术要求,同时也带来了更大提升空间。混合动力专用发动机在最高热效率等性能指标上,相较传统燃油汽车发动机具有更大的提升潜力。目前推出的混动专用发动机产品主要采用了阿特金森或深度米勒循环,并搭载冷却 EGR、低摩擦和智能热管理等效率提升技术,主流产品最高热效率均已达到40%以上。

  通过正负极材料改进、成组技术升级以及电池管理系统优化,新能源动力电池系统在成本、安全、寿命、高低温和功率性能等方面已获得了跨越式发展。此外,插电式混合动力产品的电池容量规格与纯电续航里程已逐步摆脱了以技术条件和补贴标准为导向的产品定位思路,更多从满足用户不同使用场景的需求出发。目前更多规格和更大容量的电池系统方案正在逐步实现产品化应用。

  当前的能量管理系统多针对特定的工况和使用场景进行优化标定,导致控制算法无法充分适应用户个性化的使用工况,因而导致实际工况下的整车能效往往不能达到最优状态。当前依托智能网联技术的发展应用,已具备了发展基于行驶场景大数据+AI云计算平台+C-V2X的智能能量管理系统的基本条件,其可实现根据导航和车辆自带传感器等提供的实时环境信息并结合驾驶员操作风格,减小控制系统的不确定性,自适应选择最佳的动力系统运行模式、能量回收强度等,最大限度的优化整车运行效率。目前具有部分智能网联功能的自适应能量管理系统已进入了产品化应用阶段。

  “十三五”期间,国内主要车企均加大了对混合动力技术和产品的研发投入。2021年作为“十四五”的开局之年,目前已有多家车企相继发布了各自最新的混合动力技术平台,主要包含魏牌智能DHT混动、比亚迪DM-i混动、吉利GHS2.0混动、奇瑞鲲鹏混动、东风MHD混动等。其中魏牌、比亚迪、东风已经率先实现了全新产品的量产上市。根据各厂家的公开数据,国产新一代混动技术特点如下:魏牌智能DHT,PHEV车型最大纯电续航里程达320km。

  魏牌智能DHT系统采用了P1+P3的双电机串并联拓扑结构,同时发动机直驱模式下提供两个驱动档位,在35~40km/h以上车速下即可进入发动机直驱模式,实现97%的最高传动效率,以及43~50%的动力系统综合效率,玛奇朵DHT车型的NEDC工况油耗为4.7L/100km。在兼顾良好经济性表现的同时,两档设计还可以在全速域内充分发挥各动力源的最大能力,实现更好的动力加速性能,同时有效改善高速工况下的NVH性能表现。目前已具备三种不同规格的动力总成,以满足不同级别车型的需求。在PHEV架构下,即将上市的摩卡DHT-PHEV搭载39.67kWh的动力电池,其两驱长续航版可提供204km的纯电动续驶里程。后续,魏牌智能DHT还将提供320公里超长纯电动续航方案,应用的新型电池包电量达到58.96KWh,其采用了全新的L型长电芯和CTP的pack方案,整体形成了模块化布置,实现了在电压平台允许范围内的自由配组,不再受传统模组串数约束。同时使电量相较以往增加24%,能量密度增加9%,空间利用增加17%。此外,结合高精地图可实现智能预测的能量管理系统也将在魏牌混动平台上进行搭载应用,其可根据路况条件,智能动态的调整制动能量回收策略,以实现更好的节能效果。资料来源:魏牌公开资料

  比亚迪于2008年推出了搭载第一代DM技术的F3DM车型,是我国最早进入混合动力汽车市场的国产品牌,经过四轮的技术迭代,现全新推出了第四代DM-i混动技术平台。其搭载的EHS电混系统采用单档P1+P3串并联形式,由双电机、双电控、直驱离合器、电机油冷系统、单档减速器组成,实现了系统的高度集成化,相比第一代双电机系统体积减少30%,重量减少30%。电机采用了扁导线%,并采用油冷技术,电机功率密度提高至44.3kW/L。电控系统搭载了比亚迪第四代自主IGBT技术,综合效率达到98.5%。系统还配备了其最高热效率43%的骁云插混专用1.5L高效发动机和混动专用功率型刀片电池。

  吉利GHS2.0混动系统相比一代的单电机并联系统,除改为采用P1+P2的串并联架构形式外,还匹配了3档变速器,支持混动系统FOTA升级,具有20种智能驾驶模式,配合最高热效率43.32%的全新1.5T阿特金森循环混合动力专用发动机,综合节油率可达35%~40%。首款搭载GHS2.0上市的HEV车型吉利星越L,其WLTC工况下的油耗为4.79L/100km。

  鲲鹏混动系统是国产品牌中首个支持纯电动模式下由双电机共同参与驱动的混合动力系统,同时此套系统还具有目前全球量产混动系统中最多的11个组合档位,而在发动机直驱下拥有三个可选档位。

  MHD混动系统采用双电机P1+P3形式的DHT方案,可实现启停、EV行驶、串联、并联、制动能量回收、驻车发电等多种驾驶模式。匹配了最高热效率41.07%的混合动力专用发动机,发动机最大功率125kW,最大扭矩260Nm。配备的HD120混合动力电驱动总成,驱动电机功率为130kW,电驱动总成传动效率大于97%。首款HEV车型奕炫MAX,NEDC工况油耗为4.3L/100km。

  DHT配合混合动力专用的高效型发动机以及高密度高效率的电机系统,通过多种模式或多个档位的切换,将车辆运行模式进行显著特征的区分,并进行全局全模式的性能优化,确保发动机高效运行,利用模式之间的优势互补,实现系统总体的最优效率,进而降低排放和油耗,并提高整车驾驶性能。三、市场发展前景

  1、消费者满意度评价及需求评估插电式混合动力汽车产品用户满意度持续攀升,已与传统燃油车保持持平。

  根据中国质量协会开展的《中国汽车行业用户满意度(CACSI)测评》的调查评价数据和结果。插电式混合动力汽车产品在2018年,由于产品价格竞争力较弱,相比纯电动车型并不受到青睐。但2019年以后,随着新能源汽车由政策驱动向市场驱动过渡,充分的市场竞争推动了产品的技术升级和质量提升。插电式混合动力车型在感知质量、质量可靠性和性能设计满意度等方面相较燃油车型已开始逐步建立优势,用户满意度随之迅速增长,率先超过了纯电动汽车,并在2020年首次超过了燃油车评分,目前已与传统燃油车型的用户满意度水平基本保持持平,其中国产中高端产品总体满意度提升更快,评价也相对更高。当前消费者对汽车产品需求的自我认知更加清晰和成熟。

  在消费者对于混合动力汽车的需求层面,目前用户更加关注:使用成本、质量可靠性、动力性能、技术先进性、使用便利性等。插电式混合动力汽车全生命周期综合使用成本将逐步持平传统燃油汽车。

  目前厂家普遍针对三电系统提供了较长的质保周期,因此混合动力车型相较传统燃油车的使用成本差异,主要来自购车费用、燃料费、保险费以及折旧费用。基于当前市场环境,对两款具有多种动力类型的畅销车型进行使用成本差异对比。PHEV车型综合使用成本在初期仍部分高出传统燃油车型,但随着使用期限延长,使用成本差距将逐步缩小接近持平。未来随着新能源汽车普及率不断提高,购车成本降低、保值率水平升高,插电式混合动力汽车综合使用成本将持续降低。插电式混合动力汽车性能全面优于传统燃油车,环境适应性能力好于纯电动车。

  插电混合动力汽车相较传统燃油汽车做到了在动力性能与经济性能上更好的兼顾。如在城市低速工况下,主要以电驱动形式工作,面对频繁变化的路况,拥有更好的平顺性和舒适性。在大负荷加速工况下发动机和电机同时输出,可实现更大的动力系统功率,并获得更高的动力性能表现。而在高速巡航工况下可利用发动机高效直驱,获得较好的燃油经济性表现。此外插电式混合动力车型可在冬季或低温工况环境下提供更好的用户使用体验,同时更长的续航性能和多种燃料补给方式带来了更好的使用便利性,满足了国内部分消费者的切实需求。

  当前国内汽车市场的消费人群复杂多样,对新能源汽车的需求各不相同,PHEV车型可更好的满足具有一车多用需求的消费者,并可结合不同人群的出行与用车习惯,提供多种电池电量配置的车型产品,以精准匹配用户的实际需求,减少使用环节的能源浪费,提高电能利用率。在这方面,目前国产品牌为中国消费者考虑的更加全面,提供了更加多样化的产品选择。2、混合动力市场格局面临重塑

  目前国内混合动力汽车行业的集中度很高,尤其是在HEV车型领域,日系品牌在HEV车型产品上积累的优势极为明显。而在PHEV市场上,比亚迪、理想汽车和上汽荣威等国产品牌也取得了较好的市场表现。同时伴随国内混合动力市场的风向变化,2021年市场上插电式混合动力车型产品数量较去年增加19款,其中国外品牌新车比例过半,明显加大了在PHEV市场的新车投放力度。预计未来几年,国内混合动力汽车产品的市场竞争将更加激烈,消费者也将从中获得更好的产品使用和服务体验。

  2021年,插电式混合动力汽车产销分别达到60.1万辆和60.3万辆,同比分别增长1.3倍和1.4倍,保持了较好的增长势头。随着低碳消费文化深入人心,消费者对新能源汽车的认可程度越来越高。2021年部分汽车企业的传统燃油车型销售比例锐减近20%~30%,新能源车型已占据其车型产品结构中的主要份额,其中插电式混合动力车型占比近半。此外,以往插电式混合动力汽车销售只能集中在限牌限购城市的局面正在被逐渐打破。新销售区域的打开,也为正在处于政策红利逐步退坡中的插电式混合动力汽车,提供了另一个保持稳定增长的新通道。四、总结及建议

  根据《节能与新能源汽车技术路线》预测,未来十年,我国汽车产业发展的总体目标是先于国家的碳减排承诺,实现在2028年左右提前碳达峰,要实现以上目标混合动力系统将发挥不可取代的重要作用,届时混动系统的应用将成为国内市场的重要技术方案,传统燃油乘用车将基本退出消费市场。

  插电式混合动力汽车是新能源汽车的重要路线之一,目前国内市场插电式混合动力汽车产品的用户满意度已达到历史最高水平,技术发展和产品应用已经相对成熟,受到了市场的充分肯定,并保有多种动力架构促使其持续发展,未来仍有较大发展潜力。但市场供需格局还处于重塑阶段,国产品牌向上通道开启,混动技术升级产品已准备就绪,未来技术和市场的双重竞争将愈加激烈。

  :1、政策层面上,建议基于《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,继续适当加大对节能与新能源汽车的政策引导力度,推动先进混合动力技术在节能与新能源汽车上的应用。

  2、行业层面上,建议加强产业链上下游合作,组织行业内建立共用共享机制,针对混合动力系统关键零部件,如混合动力专用发动机和专用变速箱装置,形成规格化系列化产品,推动成本持续下降,避免研发资源的浪费。促进国内混动系统领域形成自主、完整的产业链体系。

  3、企业层面上,建议继续加强核心技术研发,不断提升技术和产品竞争力。同时完善售后服务体系,适当延续首任车主服务权益,提高产品保值率,降低用户综合使用成本,提高新能源汽车二手车流通性。

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