徐向阳：新能源技术路线再思考——燃油与电动的关系
2024年3月10日，在创新技术论坛暨第十二届汽车与环境系列论坛上，北京航空航天大学交通科学与工程学院教授、国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任徐向阳在会上抛出了几个问题：欧美电动化步伐放缓，中国电动化加速进入价格战淘汰赛，国外放缓，国内加速，新能源汽车技术路线如何发展？电动化大趋势下，燃油车是否该放弃了？混合动力该如何发展？
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徐教授认为，能源安全、资源安全、双碳目标、国际化和国内庞大的市场规模等综合决定：混动汽车和必将也必须长期共存、战略互补！混动汽车和电动汽车相互竞争，油车仍然不能放弃，发动机技术需持续创新。
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各种混动技术路线各有优缺点，混动技术多样化是发展趋势，没有最好的技术路线和产品，只有最适合企业优势和车型的技术路线。企业针对不同目标客户群体和不同产品定位，需要有不同的混动技术路线组合，模块化、平台化开发是关键。
混合动力变速器技术和产品，国内已实现从跟随到引领。混动是增量市场，尽管竞争开始日趋激烈，但由于自主产品和市场形成只是近几年的事情，因此，对混动产品企业而言，市场机会仍然很大，成本和性能竞争是未来竞争的关键。
混动构型创新、电机电控电传关键零部件持续优化、基于的混动智能能量管理策略是混动动力持续发展竞争的关键。电动和低碳化背景下，混动长期看好，是企业的核心竞争力。
徐向阳 | 北京航空航天大学交通科学与工程学院教授、国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任
以下为演讲内容整理：
当前，欧美电动化步伐放缓，中国电动化加速进入价格战淘汰赛。在此背景下，我们需要寻找汽车技术新路线。
电动化大趋势下，燃油车是否该放弃了？
汽车发展历经了三个阶段，分别是蒸汽机时代、电动车时代、内燃机时代。实际上，电动车出现比内燃车还早五年。1910年，内燃车进入快速发展轨道，逐渐取代电动车的地位，而今电动车又重新成为主要发展方向。
图源：演讲嘉宾素材
1900年，费迪南-保时捷发明了世界上第一辆混合动力汽车，根据当前的定义即增程式、且是轮毂电机分布式电驱车辆，用发动机给带动发电机发电，发电后再让轮毂电机电驱动。1997年，丰田汽车公司发明了世界上第一辆功率分流混合动力汽车，此后油电的融合速度较快。
2010年开始，低碳化、电动化、智能化成为汽车行业的新发展趋势。在此背景下，出现了关于是否应该放弃燃油车的问题。回顾历史，美国汽车的发展历程值得我们参考。19世纪20年代，美国燃油车取代了电动车，有如下原因。一是自福特汽车公司推出T型车后，内燃车购车成本大幅降低，价格上存在优势；二是石油价格大幅度降低，油车用车成本降低；三是内燃车续航里程大幅度增长，没有当时电车所存在的里程焦虑问题；四是加油站等基础设施日益完善，内燃车加油续航便捷。
由此可见，当前环境下电动车尚未具备完全替代燃油车的上述四个条件。尽管当前电动车购车成本和使用成本下降，但里程焦虑和充电不便捷的问题依旧存在。因此，要想满足消费者的多重需求，油车和电车是需要并存的。
从市场规模看，燃油车仍旧占据很大份额。2023年，我国分别为3016.1万辆和3009.4万辆，新能源产销分别为958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长35.8% 和37.9%，市场占有率达到31.6%。EV为668.5万辆，同比增长24.6%，占比70.7%；PHEV为280.4万辆，同比增长84.7%，占比29.3%；HEV销量为81.5万辆。尽管电动化发展很快，但带燃油发动机的汽车（HEV/PHEV/ICEV）仍然占77.8%，EV占比仅22.2%。
预计2030年新能源汽车市场份额EV和PHEV会相对持平，总占据60%，混动仍然占据一定市场份额，燃油车约25%，带内燃机的汽车比例占比70%左右。在此情况下，内燃机作为HEV和PHEV的核心总成，内燃机仍然占据很重要的地位。
另外，未来几年带燃油发动机的汽车仍然是传统造车势力销量的主要来源，燃油车以及整个产业链的优势应当继续保持，不应轻易放弃燃油车。
当前，国内自主品牌以及在中国的合资汽车企业都面临海外出口的问题，如何实现国际化成为一大关键。要实现国际化，必然要满足国际市场的多元化需求。
2023年，我国燃油车出口量相比2022年增加127.7万辆，电动车增加174.9万辆。出口带来的燃油车增量抵消了国内电动车对燃油车市场侵蚀的73%。考虑到海外市场需求结构，未来中国汽车出口继续增加，燃油车出口增量会很大程度上抵消EV对国内市场燃油车销量的侵蚀。
此外，目前我国存在能源安全和资源安全的双重问题。我国发展纯电动的金属对外依存度较高，铂的对外依存度超过95%，远超石油对外依存度的70%。要想平衡能源和资源问题，就需要多元化的动力技术。
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节能减排层面，当前火电仍旧是主要电力。尽管BEV的排放比内燃车低20%，但综合全生命周期制作过程来看，BEV的碳排放比HEV高，因此HEV和PEV仍旧是有效的节能技术，提高发动机的热效率是改善混合动力系统的重要途径。
混动是目前降低碳排放成本、降碳最有效的途径。随着未来氢、氨等低碳和零碳发动机技术的突破，混动也将是降低能耗的有效途径。因此，在积极拥抱电动化的同时，我们不应轻易放弃燃油车。内燃机热效率需要持续优化，车用动力需要多元化。同时，混合动力也是低碳和零碳燃料发动机的节能关键技术，混合动力（HEV/PHEV）与纯电动会长期战略并存。
电动化大趋势下，混合动力该如何发展？
基于多元化动力的需求，我们需要发展混和动力。回顾混合动力的发展历程，从1900年至今，混合动力形成了串联、并联和混联三种技术路线，混联还可以分为串并联和功率分流。不同的混动技术路线都有其优缺点，适应场景有所不同。
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我们的团队曾对各种混动技术路线的动力性、经济性和成本进行了评估，评估过程中通过参数遍历消除不同参数对性能评估的影响，同时采用全局最优能量管理策略消除不同能量策略对性能评估的影响。
我们对A/B/C级三种车型在三种驾驶工况下进行综合对比，发现串并联混动系统的燃油经济性明显优于串联混动系统（增程）。其次，在功率需求较大的高速驾驶工况下，串并联混动系统比串联（增程）的节油潜力更显著。A级车在城市工况内，串并联混动系统与串联混动系统的燃油消耗差异最小，但对于B级以上车型，在高速工况运行，串并联混动系统与串联混动系统的燃油消耗差异明显增大。
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为解决串联高速和大车型上能耗高的问题，我们可以通过尽量增大电池容量以纯电行驶为主，尽量减少增程器的使用。针对增程亏点高速行驶时噪音过大的问题，需要进行必要的隔音处理。
从燃油经济性和碳排放角度看，串联混动更适合小型汽车、以城市短途行驶为主要应用场景的PHEV车型、经常需要长途行驶但有里程焦虑问题的场景。
串并联混动有不同的挡位，挡位数量不同动力性和经济性表现也不同。综合来看，串并联3DHT优于2DHT优于1DHT。我们发现，增加发动机的挡位给节能效果带来的影响十分明显，但从两挡增加到三挡对燃油性的改善不大，但系统会增加复杂度。此外，电机挡位数的增加对燃油经济性有所改善，但不如增加发动机的挡位数量对经济性的改善明显。
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我们发现P2类型的混动系统构型从六挡增加到七挡或八挡后，所带来的燃油改善十分有限。此外，功率分流的模式越多，其动力性和经济性越好。经过研究，我们进行了综合排序，总体来看多挡位的串并联构型最优，其次是双模功率分流，然后是P2构型、不增设挡位的串并联、单模功率分流、单挡串并联，串联构型最差。
当前国内的自主混动技术路线主要是做串并联和多挡化构型，串联的代表有日产的e-Power、国内的理想等车型。从2023年开始，国内有大量串联技术路线车型进入市场。并联路线中，欧洲比较推崇多挡位P2的并联，主要是用于满足高速行驶的需求。串并联则是目前国内最主要的技术路线。功率分流层面，丰田是最具代表性的产品，其四代为了改善动力性、动力性，在功率分流基础上加了2AT和4AT。
从技术发展的角度看，构型创新中串并联构型中多挡化，可获得更好的动力性和经济性；可以考虑类似长城Hi4混动构型创新的思路，通过把串并联构型中的两个电机分解成前桥P1，后桥P4，实现电机串并联四驱的混合动力系统，使混动系统有更好的动力性以及更好的NVH表现和驾车体验。从产品开发角度看，我们需要进一步优化电机、电控、机电耦合核心零部件技术的效率，提高其集成度，使设计开发做得更高效、更集成、更可靠。总成方面，需要解决耦合振动的问题，从原端到终端全过程地进行优化。
当构型创新达到一定程度后，要进一步优化混动系统，无论是对HEV还是对PHEV而言，核心都是智能能量管理控制，要围绕智能能量管理策略做更多工作。针对智能网联技术的发展，如何将信息融入能量管理策略中是企业在混动竞争中的关键要素。
混动技术和电动化要想持续优化，就需要有不同的技术路线，有适配不同场景的产品。企业要结合产品的定义和需求选择最合适的路线，只有这样才能使产品更具竞争力。
（以上内容来自北京航空航天大学交通科学与工程学院教授、国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任徐向阳于2024年3月10日在新能源汽车创新技术论坛暨第十二届汽车与环境系列论坛发表的《新能源技术路线再思考——燃油与电动的关系》主题演讲。）
