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大电池触发“基因突变”,比亚迪DM-i为插混改命
傅雪峰
作者:傅雪峰评论评论:点击率点击率:

发表时间: 2024-01-03 12:51:17

作者介绍

汽车博主,特约汽车评论员。用平静而幽默的笔触解读汽车变革。

  这篇是《混动100年中两度落败,为何现在痛击燃油车?(四)》

  汽车混动界元老,日本的丰田、本田,都不曾想过,有朝一日插电式混动汽车会和燃油车短兵相接,硬生生撕裂燃油车市场;更不会想到,这一幕竟是以价格战的方式开启。

  甚至,以DM-i插混车型暴击燃油车的比亚迪也不曾想到,自家的插混技术兜兜转转十几年后,会突然脱胎换骨,完成惊世蜕变。

电池大王比亚迪的“核武器”

  2003年,丰田第二代普锐斯上市。这一年,“电池大王”比亚迪收购秦川汽车,涉足汽车行业。当时,比亚迪是全球第二大充电电池制造商。

  很少有人注意,在进入汽车行业的前一年,比亚迪就开始了车用动力电池的研发。

  比亚迪推出的首款新车是燃油车F3,但电池巨头动了造车的念头,真正的意图是要造电动汽车,造燃油车不过是为了“以油养电”。


▲2005年,比亚迪推出首款新车F3


  比亚迪当时一位高层对媒体透露出野心:

  “凭借电池技术优势,比亚迪可以在未来让发动机变成废铁”。

  收购秦川汽车当年,比亚迪就启动纯电、混动汽车研发。

  2006年,比亚迪首款电动汽车F3e出现在北京车展,标称续航300公里,最高时速150公里。这款车最核心的技术,就是让比亚迪日后称霸的“铁电池”——当时名为“ET—POWER”,现在演化为“刀片电池”。

▲比亚迪早期研发的车用“铁电池”


  当时,全球电动汽车还处于试验阶段,动力电池多用镍氢电池甚至更古老的铅酸电池,能量密度低,续航差。先进的锂离子电池能支持更长续航,但要想用在汽车上,尚有很多安全问题需要解决,而且成本极高。

  ET-POWER铁电池一出,王传福称其为“比亚迪的核武器”,这个“核武器”的威力主要是:低成本、高容量、高安全。


  但两年后,纯电车F3e没有如约而至,真正登场的是比亚迪F3DM。2008年12月,F3DM上市,这是全球第一款量产的插电式混合动力汽车,售价14.98万元。


▲比亚迪F3DM于2008年在深圳发布


  更早亮相的F3e无疾而终,是因比亚迪意识到公共充电设施一片空白,纯电车很难存活;而F3DM是一款“双模车”,即能纯电,又能混动,比亚迪称其为“全球第一款不依赖专业充电站的电动车”。

通用、丰田为何“晚点”?

  比亚迪F3DM上市时,丰田和通用都已掌握插混技术,相关车型却迟迟未能上市。

  2007年1月,通用的插混概念车雪佛兰Volt(沃蓝达)在北美车展露面,但距离量产还有很长的路要走,其中最大的障碍是电池。

  当时锂电池技术迅速进步,但市场上尚无汽车可用的动力锂电池。通用汽车从全球找了20多家电池供应商,经过一年多的筛选测试,才敲定一家供货。又过了一年多的开发测试,雪佛兰Volt终于在2010年底上市。


▲雪佛兰Volt是通用公司首款插混车


  丰田的插混之路甚是奇特,几乎是被用户逼上梁山。

  二代普锐斯2003年上市后,某些车主好奇心过剩,开始琢磨解锁它的“纯电模式”。丰田的THS混动起步靠电机驱动,到一定速度时发动机再介入,等于自带隐藏“纯电模式”;普锐斯的电池小,只能支撑纯电跑1公里多,如果加大电池,岂不是能当个纯电车开?

  丰田对此毫无兴趣。原因在于,THS混动的开发初衷是为降低汽车油耗,丰田头疼的的是如何降低混动系统成本,进一步打开市场,怎么会为增加一点纯电里程而换用更昂贵的电池?

  得不到官方支持,美国一些普锐斯车主选择了DIY,到2008年时,改装方案已经有模有样,甚至一些丰田经销商也提供成套服务。他们在后备箱备胎位置加上一块锂电池,再在车尾开个洞装上充电装置,如此一来,普锐斯就变成一辆魔改的插混车,外接充电后纯电能行驶五六十公里。

  普锐斯在美国不便宜,这款卡罗拉级别的车卖到了凯美瑞的价钱;车主们把普锐斯DIY成插混更不便宜,要花一万美元左右,差不多是普锐斯车价的一半。

  也许是车主们的热情激励了丰田,也许是看到了汽车电动化的趋势,在2009年第三代普锐斯上市后,丰田顺风使舵,在这款车基础上开发出插混版,并于2012年上市。

一块电池难倒汽车巨头

  丰田在插电混动上迟迟放不开手脚,一方面是THS受机械结构所限,升级成插电混动有点技术问题(比如二代普锐斯纯电最高时速只能到50公里左右,三代结构有升级),更主要的原因是电池实在太贵。

  丰田混动系统一直用镍氢电池,这种电池比较便宜,但能量密度低、电压低,还有记忆效应,无法长时间支撑大功率电机。如果升级成插电混动,必须换用锂电池,方能维持更长的纯电里程。

  三代普锐斯的镍氢电池容量1.3度电,插混版改用4.4度锂电池,纯电续航增加到20公里左右——这增加的3度电、20公里续航价值多少?

  一万美金!

  三代普锐斯在美国起售价2.1万美元,而插混版则高达3.2万美元,直接跳涨50%。售价如此昂贵,丰田也没指望能大卖,初代插混普锐斯的主要任务是验证技术和试探市场。

▲丰田普锐斯插混版上市前在多个国家进行演示验证


  雪佛兰Volt装了16度电的锂电池,纯电续航50公里左右,售价更是高达4万美元。

  本田的i-MMD混动主打“电驱”,天生适合升级插混。2013年,雅阁也推出插混版,装了6.7度的锂电池,纯电续航20公里左右,售价比混动版雅阁出贵出1万美元。

  看来,当时的行情就是一万美元能买20公里纯电续航。

▲雅阁插混版前翼子板上多了一个充电口


  本田同样没指望插混版雅阁能卖出去多少,在日本本土,干脆只租不卖,而且主要租给政府部门和企业。


  日产汽车开头步子迈得大,2010年就推出全球首款面向大众市场的纯电车Leaf(聆风),但由于锂电池成本居高不下,时任日产首席运营官志贺俊之透露说:

  “EV(电动汽车)卖的越多亏损就越大的状态一直持续”。

  这导致日产被迫修改技术路线,后来不再押注纯电车,转而专注于小电池的“e-POWER电驱混动”(2016年正式推出)。

▲日产e-POWER用小电池实现纯电驱动


  日产e-POWER主打“电驱”,属串联式混动,发动机只发电,车子用电机驱动,开起来和电车无异。日产用一块不到两度电的电池,把“全时电驱”玩儿得高效顺溜,也是业界一绝。

比亚迪F3DM拓荒

  看到这里,你应该明白王传福为什么把自家的“铁电池”称为“核武器”。

  所谓“铁电池”,实际就是磷酸铁锂电池,锂离子电池的一种。这种锂电正极中没有稀有而昂贵的钴等材料,能量密度不及三元锂,但成本低、安全性好,寿命也长。

  即便比亚迪手握“核武器”,但进击之路也是一波三折。

  F3DM在2008年上市时定价14.98万元,几乎是汽油版F3的三倍(同年的F3汽油版起步价仅为5.58万元)。比亚迪雄心勃勃想在汽车电动化上大展拳脚,但F3DM毕竟是个拓荒者,高价、陌生的新技术、充电设施等等都是绊脚石。

  丰田、本田研发混动是为了给燃油车降油耗,而比亚迪的F3DM则是想让电动车增加续航;换个角度说,当时“两田”的混动本质上是燃油车,而比亚迪的F3DM本质上是个电动车。

  比亚迪F3DM自带16度电的磷酸铁锂电池,标称纯电续航100公里;电池电量消耗到20%左右时,切换到混动模式。

▲比亚迪F3DM使用了磷酸铁锂电池


  F3DM的混动系统属于“双电机串并联”,一个发动机和两个电机配合,车子主要靠电机驱动,发动机主要用来发电,必要时也能直接驱动。

  没错,这跟本田几年后发布的i-MMD同属一类,构型和工作模式大同小异。

  现在回头来看,F3DM的表现有些青涩,比如电机功率较小导致性能并不惊艳;比如发动机热效率不高并且介入时运转粗糙;比如保电能力一般,无法让电驱尽性发挥等等。

  F3DM牛就牛在:它是全球首款量产插电式混动车;它还是全球首款量产“双电机串并联”混动车。


▲比亚迪F3DM混动构型为“双电机串并联”


  它不如本田的i-MMD整体效率高,运行逻辑相对简单,控制也不似i-MMD那般绵密精细——但它比i-MMD早上市了5年。


两代DM执着狂野性能


  F3DM让比亚迪在电动化上迈出第一步,但这款车价格高而性能平淡,除“新能源”外,并无抢眼卖点。


  比亚迪决定接着放大招,向世人展示一下“电驱”威力。

  2013年,DM2.0技术推出;2014年,比亚迪发布“542战略”。

  5代表百公里加速5秒以内,4代表电四驱,2代表百公里油耗2升以内。

  此时,比亚迪进入汽车行业十余年,主打“垂直整合”,几乎所有零部件都自研自制。发动机和自动变速箱都已搞定,铁电池能量密度提升,电机也升级成高电压、高转速……比亚迪一把甩出手头好牌,整合出性能豪横的DM2.0。

  DM2.0放弃了“双电机串并联”,改用发动机和电机并联,目的是大力出奇迹。

  2014年发布的新车唐是比亚迪首款“542”车型。唐有“三擎四驱”,2.0T发动机、110kW前轴电机、110kW后轴电机可并联发力,百公里加速4.9秒,性能让大排量燃油车也相形见绌。


▲比亚迪第二代DM突出高性能


  DM2.0技术用“542”夺人耳目,但软肋是没有专门的发电机,电池电量消耗后不能高效补充,出现所谓“有电一条龙,无电一条虫”。

  为补“保电”缺陷,比亚迪又在2018年发布DM3.0。

  DM3.0主要进化点是增加BSG启停一体电机,可由发动机带动串联发电,此电机还能随时调整发动机转速,让变速箱换档更平顺。


▲第三代DM性能又有提升


  DM2.0百公里加速4.9秒已然傲视同侪,比亚迪自恃“三电”技术领先,DM3.0把后轴电机功率由110kW加大到180kW,唐DM百公里加速提至4.5秒。这个动力,只能用狂暴二字形容。

  然而,DM3.0仍有缺憾:比如发电功率小,保电能力一般;比如亏电油耗并不出色——最大的问题是,发动机、变速箱、各种电机叠床架屋,机械结构越搞越复杂,成本也越堆越高。

DM-i扭转插混命运

  在走过一些弯路后,比亚迪终于领悟到大道至简,于2021年初发布震动业界的DM-i超级混动。

▲DM-i是比亚迪插混技术的重要转折点


  DM-i在机械上大做减法,电气上大做加法。基本架构沿用初代DM的“双电机串并联”,由“机械混动”重回“电气混动”,当然,比亚迪此时的“三电”和发动机的技术水平,与10年前相比已经完全不是一个境界。

  DM-i有“插混三宝”:热效率高达43%的混动专用发动机、功率型刀片电池、EHS电混系统(双电机串并联)。

  DM-i专用发动机主要为发电工况设计,不再考虑高低转速性能,可高效发电。

  功率型刀片电池可高倍率充放电,能驱动更大功率的电机。

▲比亚迪为DM-i开发专用刀片电池


  EHS电混系统中的电机、电控设计高度集成化,功率大而效率高。

  除“插混三宝”外,比亚迪还有压轴的杀招:业内独步天下的“垂直整合”。

  电池自产,电机、IGBT(电控核心部件)自产,几乎所有汽车零部件全都自产(比亚迪向来有“除玻璃和轮胎外全都自己造”的名声),DM-i也省去了变速箱等复杂的机械结构,又用高度集成化设计大幅削减零部件数量——


  于是,很多汽车公司想都不敢想的一幕出现了:

  插混汽车和燃油车卖一个价!

  比亚迪秦PLUS百公里加速8秒多,是燃油车2.0T的水平;亏电油耗百公里4升多,仅是2.0T一半。秦PLUS可以当电车开,又能当混动车开,现在起售价还不到9万,油车和混动车瞬间都不香了。

▲比亚迪的DM-i车型与燃油车直接竞争


  比亚迪几乎是单枪匹马改变了插混技术的命运。

  在2019年时,插混车型销量惨淡,插混技术已成很多车企棋盘上的弃子。到了2021年,比亚迪DM-i突然成汽车技术流量明星,相关车型销量暴涨,一时引来其它车企纷纷效仿,插混技术重回主流。

大电池解下插混“紧箍咒”

  从本田i-MMD和日产e-POWER可以看出,这两家其实很早就领悟到,“电驱”能让混动系统解锁出惊人潜力。

  两家的“三电”水平也属全球一流,本可以大有作为,但一块昂贵的动力电池,让精于成本控制并以平价打天下的日系公司缩手缩脚。

  本田推出i-MMD插混版后,自诩已“无限接近于电驱”,但迟迟不肯把插混版推上C位;日产e-POWER死守小电池,一门心思推高发动机燃效(日产宣称已研发出热效高达50%的专用发动机),从无加大电池升级成插混的消息传出。

  两家的心病,始终是那块动力电池。


▲日产宣称e-POWER专用发动机的热效率可达50%


  动力电池很贵,一度电就是一度电的价钱,有些厂商死守小电池有它的道理。但很多人并不清楚,加大电池,并非只是增加纯电续航那么简单,大电池还能解下“电气混动”的一道紧箍咒,提升性能和效率。

  所谓“电气混动”,是说能量传输主要以电气路径为主(具体可参见上篇文章)。双电机混动(包括串联和串并联)就是典型的电气混动,车子以电驱为主,发动机主要用以发电。其中的技术关窍,一言以蔽之:多用电、少用油。

  多用电,是因为电机驱动效率高而性能强大。


  少用油,自然是为省油。

  性能强而油耗低,看似矛盾,但靠“电与油互补”的混动方式确实可以做到,其中的一个关键,就是电池电量要够大。

  车子的高性能,需要大功率电机支撑;大功率电机,又需要大容量大功率电池支撑。如果电池小,电量瞬间尿崩,车子必然“无电一条虫”。

  大电池存电多,发动机发电之余,有大把时间可以休息。不像小电池,存的电很快放完,发动机刚喘口气就要接着启动发电,来来回回折腾。

  比如比亚迪DM-i即便是在亏电状态下(电池电量低至20%左右),城市工况中发动机工作时间只有20%左右。

  小电池混动,通常是抑制性能而求省油,一旦提升性能,油耗数据就不好看。最明显的例子就是日产奇骏e-POWRE版,百公里加速能到7秒左右,百公里油耗也直奔7升,比油车好不了多少。    

  从比亚迪DM-i可以看到,“电气混动”加大电池升级成插混,可以在更高段位上达成性能与油耗的平衡。当然,大电池的重量会对油耗有点不利影响,但瑕不掩瑜,何况DM-i亏电油耗也很低,更何况它充电后综合油耗更是低到没朋友。

  这种插混车型,开起来像电车一样爽,用起来比混动更省钱,挂的还是绿牌——如果价钱再降到油车的水平,场面正如我们所见:

插混乱拳打蒙油车老师傅!

  回顾混动技术演化,是为了解其中的“技术哲学”。篇幅所限,具体技术的高下优劣只能看出大概。“机械混动”和“电气混动”谁能走更远?双电机串并联要不要增加档位?插混的尽头是不是增程?回头一一分解。


  转载自傅雪峰微信公众号

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