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丰田封锁多年的混动技术,竟被比亚迪轻松突破了?

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  大家好,我是电动车公社的社长。

  最近,比亚迪又开始搞事情了:用一场声势浩大的发布会,推出了DM-i超级混动技术。


  根据比亚迪官方的宣传,搭载这项混动技术的PHEV车型秦Plus,在电池亏电的状态下油耗仅有3.8L/100km。

  面对“混动领域称自己是老二,没人敢称自己是老大”的丰田、以及在丰田身后紧追不舍的本田,比亚迪居然能在同一级别的车上做到更加省油!


  (此3.8L/100km的油耗是亏电油耗,不是算上纯电里程之后的油耗)

  不仅如此,比亚迪还放出豪言“发布即量产”,秦Plus DM-i、唐DM-i、宋Plus DM-i在3月份就能正式上市。最入门的秦Plus DM-i售价只要10.78万元,55km纯电续航,送绿牌还不用交购置税,让不少人直呼真香。


  其实早在2020年10月20日,国务院办公厅就印发了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》,这一规划也被坊间称为“节能与新能源汽车技术路线2.0”。

  其中有这样一句话:以纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车为“三纵”,布局整车技术创新链。

  这也就是说,在战略层面,国家第一次确认了插混车型/燃料电池车型和纯电动车相当的地位。在未来的15年内,这两种节能车型会和纯电车强强联手,目标直指燃油车。


  (燃油车躲在角落瑟瑟发抖)

  不过,这也让社长有些好奇,比亚迪的动作这么快,这手是不是早有准备?

  以及,这项技术真的有比亚迪官方吹的那么牛吗?他们是怎么做到的?

  今天就跟大家来完整回顾一下,比亚迪这些年的混动技术的发展过程,文章略长也略详细,阅读大概需要10-15分钟。

  01.比亚迪的“乾坤大挪移”

  比亚迪并不是近几年才研究混动技术的,而是从造车开始的那天,就在等待着这一刻的到来。

  2003年,比亚迪凭借着优秀的品质和低廉的价格,在十年之间一跃成为全球第二大充电电池厂商,在镍铬电池领域更是领跑全球,一时风头无两。


  彼时还有些青涩的比亚迪,却并没有局限于小小的电池行业。而是做了一件惊人的大事:大举收购秦川汽车,准备进军汽车行业。

  比亚迪的董事长王传福也公开表示:“我造车是因为我看好电动车在未来的发展,我所掌握的电池技术,将会让比亚迪在十几年后独霸江湖。”


  (和当时的比亚迪一样青涩的船夫哥)

  不过,造车却没有想象中那么简单。

  汽车行业的管理水平,标志着一个国家制造业的最高管理水平。比起当时还是劳动密集型产业的电池行业,造车的难度可是高了不止十个等级。

  春江水暖鸭先知,深知这一点的资本市场是最敏感的。在收购完成后,比亚迪的股价从18到9块直接腰斩,所有人都在等着看比亚迪的笑话。

  “连车都没造过,还想靠电池技术发展电动车?做梦!”

  这一刻的比亚迪,像极了刚刚参悟九阳神功、准备修炼“乾坤大挪移”的张无忌,没有人相信他能练成。


  但比亚迪不服输。

  在造车的第一年,王传福就给比亚迪定下了燃油汽车、电动汽车和混合动力汽车三条腿并行的政策。

  短短的一年之后,比亚迪就在车展上推出了锂电子混合动力概念车和纯电动概念车,开始了对于混动和纯电动车型的长期探索。这一探索,就是十几年。


  2008年,比亚迪基于爆款车型比亚迪F3,推出了自己的第一代混合动力车型F3 DM,正式揭开了中国自主品牌研发插电混动技术的序幕。

  DM,就是Dual Mode的缩写,意为同一台车能够在纯电和混动两种模式之间切换。它的核心诉求只有两个字:省油。


  为什么混动能省油?社长给大家举个简单的小例子。

  我们需要动力让车跑起来,就好比麦田里的小麦需要浇水,才能茁壮成长。

  燃油车的发动机,就好比自然环境里的降雨:下多了农作物吸收不了,还得排水(刹车),水就被浪费掉了;下少了水又不够,得请人工降雨(多踩油门),又是一笔不小的开支。

  机智的劳动人民灵机一动:如果能够建个蓄水池,在降雨多的时候把水存起来,降雨少的时候通过灌溉系统给小麦浇水,不就能解决了吗!

  比亚迪的初代DM系统,就像是这样一个蓄水池,通过“削峰填谷”来让发动机尽可能在高效率区间运转。


  在混动模式下,发动机不会直接驱动车轮,而是给发动机发电,由发电机驱动车辆前进。

  如果发电机的电发多了,就存到电池里;发电机发的电还不够的时候(比如急加速),就喊来电池和电机帮忙出力。

  而在纯电模式下则是由电池给电机供电,再由电机驱动车辆前进,NEDC续航100公里。

  电池的电,既可以通过插枪充电补充,也可以通过动能回收补充,实在不够用的话,也可以通过烧油发电来补充。

  从下面这张图也能看出,初代DM,更像是以电为主导的混动技术。


  (发电机+驱动电机进行串并联架构,国内最早的尝试)

  驾驭了油电切换能力的比亚迪,练就了“乾坤大挪移”的第一层。

  功夫小成之后,武林新锐比亚迪成功吸引了股神巴菲特的注意。

  “这位中国企业家就像是艾迪生+韦尔奇*的结合体,你真的不投他吗?”巴菲特的好友查理·芒格在一次会面中,直接把王传福吹上了天。 *韦尔奇是通用电气集团CEO,退休时被誉为“全球第一CEO”、“美国当代最成功最伟大的企业家” 随后,便有了巴菲特实地考察的那个故事:王传福在宣传自己的电解液绿色环保的时候,直接干了一杯电解液,取得了巴菲特的信任。是的,把电解液直接干了。


  比亚迪凭实力,打破了巴菲特“不投高科技公司、不投科技公司”的原则。巴菲特斥资 2.3 亿美元入股比亚迪并持有至今,年复合增长率超过30%!现在比亚迪这么高的股价,社长已经高攀不起了。

  不过客观来说,初代DM依然存在大量的缺点。

  在电池电量耗尽的时候,1.0L的发动机只能输出50kW的峰值功率,计算发电损耗之后,带动1.5吨的车身非常吃力。电池充放电的寿命,也远不如现在的电池。而且当时并没有大规模铺开的商用充电桩,想要充电,只能从家里拉个接线板出来,十分尴尬。


  更主要的是,F3 DM的价格比燃油版F3要贵上一倍有余,即使按照家用电价来计算,也要跑上几十万公里才能回本。这也注定了F3 DM终将被时代埋没的命运。


02.“乾坤大挪移”初露锋芒

  然而初代DM的不成熟,恰好为比亚迪的第二代混动打下了基础。

  在缸内直喷、涡轮增压等技术的加持下,比亚迪孱弱的发动机功率得到了成倍的提升,不再是混动技术中的短板。2013年,搭载第二代DM技术的秦上市。

  既然发动机的动力更强了,还不如油电共同发力来个加速极快的版本,让全天下人侧目!

  二代DM剑走偏锋,目的从省油变成了动力强。


  所以第二代DM混动的架构和第一代有着根本性的区别,原理上也要更加复杂。相比之下,更像是以油为主导的混动技术。


  (蓝色线为发动机直驱,黄色线为发电,绿色线为电驱)

  在第二代DM混动技术中,发电机和驱动电机合二为一,并且和变速箱进行并联。除了用“削峰填谷”来避免发动机低效率运转之外,最主要的的工作就是和发动机一起并肩作战,给车辆提供更大的输出功率。

  这第二层的“乾坤大挪移”,比第一层更加精进,优势也更加明显。


  比亚迪在顿悟了武林绝学之后,急切地想要通过修炼成果,来证明自己的实力。

  体现在宣传上,就是比亚迪的“542”战略:5秒破百,4轮驱动,百公里综合油耗2L。

  这三点,无论是哪一项都话题性满满。比亚迪甚至还嚣张地把4.9s的加速时间写在车辆的尾标上,用这种特殊的方式,让所有人记住了这个“不讲武德”的年轻小伙子。


  在当时,吃瓜群众们对这套DM技术的评价非常两极分化。

  正面的声音认为,中国终于有自己的混动技术了,既能通过纯电行驶来省油,而且还能在加速能力上达成性能车的水准,值得鼓励。迪粉们不只是用真金白银来支持,还逢人便夸比亚迪,2015年一年社长打网约车/顺风车的时候就听见了不下10次,耳朵都起茧子了。

  而负面的声音,往往比正面要喊得更响亮。“有电像条龙,没电像条虫!油耗虚标!看看隔壁丰田,那才是真省油,比亚迪一辈子也不可能追得上!”


  这一代混动最大的问题,是由于变速箱的加入,电池的耗电量不能像初代DM那样及时得到补充。既然是以油为主导,舒适度就非常依赖调校(动力的耦合匹配),直到现在也依然是自主品牌尚未彻底攻克的难题。一旦没电,驾驶感受直线下降,能耗直线上升。

  5年后的2018年,拿出了第三代DM混动技术。


  第三代的DM混动技术,是比亚迪针对上一代的缺点,给出的高质量改良版。


  (蓝色线为发动机直驱,黄色线为发电,绿色线为电驱)

  它最大的特点,是加入了一台25kW的大功率BSG启动电机。可别小看这多出来的一个零部件,它几乎能解决上一代几乎所有的问题——

  发动机启动那一下感受明显?BSG启动电机让发动机从中转速启动,低速抖动成为过去时;电池电量回充慢?BSG启动电机作为发电机给发动机“削峰”,让发动机在高效区运转;混动模式有顿挫感?BSG启动电机和驱动电机一起“调教”发动机,平顺性接近纯电动车……

  这些驾驶感受上的提升,都是账面数据无法体现的。



  在十年间的发展中,比亚迪在国内市场插混车型中的市占率已经达到44.2%,销量42万+,得到了市场的广泛认可。

  不知不觉地,比亚迪的“乾坤大挪移”已经日臻化境,离真正的第七层只有一步之遥。


03.十年磨一剑,终独霸江湖

  “我造车是因为我看好电动车在未来的发展,我所掌握的电池技术,将会让比亚迪在十几年后独霸江湖。”

  许多人都没想到,十几年后,王传福当年的豪言竟然一语成谶。

  这独霸江湖的第七层“乾坤大挪移”,就是比亚迪前段时间发布的DM-i超级混动技术。


  这项技术,回归了初代DM以电为主导的初心。根据比亚迪官方的宣传,即使是在亏电状况下,也能有超过一半的时间在用纯电模式行驶,最大程度地降低油耗。


  这一设计理念,剑指做混动技术最优秀的丰田:

  在混动领域,内燃机主导的时代已经过去了。混动以电为主导,才是未来。

  同样是应用在紧凑级车型上,这套DM-i超级混动技术的3.8L/100km油耗,居然比丰田THS混动系统和本田i-MMD混动系统的4.1L/100km还要省油…… 具体什么原理?我们再来回顾一下初代DM的架构。其实DM-i超级混动技术,就是在初代DM的基础之上,增加了一条发动机直接驱动车轮的路径,从而减少一些用油发电的损耗。


  (蓝线为新增直驱路径,6挡仅为示意。中高速工况下,发动机直驱比发电+电机驱动省油)

  社长为大家总结了一份DM-i的工况全图:


  等等,这是不是和本田的i-MMD有异曲同工之妙?没错,整个动力流的路径是一样的。

  比亚迪积累多年的三电技术,在这里立了大功。

  在DM-i混动技术中,比亚迪拿出了专用的功率型刀片电池。8.3kWh-21.5kWh的容量,支持高倍率放电,能够提供50-120km的续航里程。

  这也就是说,如果本田在用蓄水池来“削峰填谷”,那比亚迪就在用三峡大坝!


  在这种状态下,可调配的电量增加了8-20倍,能让发动机长时间工作在高效率区间。更长的纯电行驶里程,也能在日常当作纯电车开。

  本田也意识到了大电池的好处,不久之前刚刚在海外推出了大电池版的i-MMD混动系统,也从侧面验证了比亚迪技术路线的正确性。

  至于刀片电池的优势社长就不再多说了,总之就是安全、体积小、强度高。DM-i还支持快充,30-80%充电仅需半小时,也可以用6.6kW的家充桩进行预约充电,在平时可以当做一辆短续航的纯电动车来开。


  这块刀片电池还搭载了全球首创的脉冲自加热功能,在冬天能够用高频率的充放电来迅速加热电池包,不再怕冷。到了夏天,则是用空调压缩机配合液冷系统给电池降温,让刀片电池能维持在最佳工作温度。


  (还有个全球独家的磷酸铁锂12V小电瓶,能给车辆减重)

  除了电池技术之外,比亚迪的电机电控技术也起到了不可替代的作用。

  借助于比亚迪自研的第四代IGBT,DM-i的电控效率达到了98.5%。电机则是在先进的成型绕组技术支持下,最高效率达到了97.5%,>90%的高效区占比90.3%。

  这两项指标,在全球范围内都称得上超一流水平(理论上比特斯拉还强)。

  不过只有三电技术是不够的,Dual Mode的另一极,是一个我们平时几乎跟大家聊得非常少的东西——内燃机。


  这台1.5L的骁云-插混专用高效发动机,最大热效率居然高达43.04%,直接拿下全球量产发动机第一名!而且比前任丰田的41%,直接提升了2%!


  最大热效率,大家可以简单理解为在发动机最高效工作的时候(也就是说有低效工作的时候,比如怠速停车状态下热效率为0),有多少比例的汽油能转化为让汽车跑起来的能量。

  这2%乍一看好像没什么,但说起来容易,做起来难。


  对于绝大多数车企来说,提升热效率的单位往往要以0.0x%来计,即使是1%的提升都要花5-10年的时间来突破。从37%提升到41%,强如丰田也花了整整20年。


  所以实际上,比亚迪这台热效率提升2%的发动机有多来之不易就显而易见了。

  对比一下丰田和本田在A级车上使用的最顶级的混动发动机,就知道比亚迪的确有料。


  比亚迪采用了牺牲最大动力水平,但更省油的阿特金森循环。就好比不让马儿干重活,但也不让马儿多吃草,来达到省草的目的。这台发动机的压缩比甚至达到了全球领先的15.5:1,就好比多喂点水让马儿细嚼慢咽,能少吃一点是一点。

  能达到如此高的压缩比的原因,也和这台骁云-插混专用发动机用上的25%EGR废气再循环系统有关。


  就好比强迫马儿“反刍”、把吐出来的草和新草一起吃一样,EGR以废气1:新鲜空气3的比例把废气送回气缸内,一是能够降低缸内温度,二是减少大约1/4的泵气损失。既然吃草要消耗能量,还不如把吐出来的再吃一次。

  然后把马鞍和马镫拆了,给马儿减负。在传统燃油车上采用的真空刹车助力泵、机械式空调压缩机、发电机皮带轮、机械节温器、机械水泵等泵系零部件全都换成了电子的,尽可能减少这台发动机的损耗。


  最后,给马儿穿上一套保温的衣服,避免调整体温消耗的能量。传承自BMS电池管理系统的发动机分体式冷却热管理技术能够通过冷车少散热、热车多散热的方式来控温,最终把热效率一步步推上了43.04%的全球顶端。


  油耗,也做到了真正的账面数据里的同级别最低。

  写 在 最 后

  其实最让社长惊讶的,还不是比亚迪的高效率,而是比亚迪控制成本的能力,和比亚迪把这部分利润让出来的决心。

  在这一点上控制得最好的,以前是擅长精益生产的丰田。

  虽然THS混动系统需要通过一套复杂的行星齿轮系统来进行功率分流,但是不多的电池容量、功率更小的电机、还有迭代了很久的发动机,都能大幅度降低生产制造成本。

  而本田的i-MMD,则是选择了用高倍率放电的电池、大功率电机来大力出奇迹,但制造成本却没办法控制得很好。从同样是A级车的本田凌派和丰田卡罗拉上就能看出来,贵了1万元的指导价,制造成本自然而然给到了车主们。


  但比亚迪这次在电池容量更多、电机功率更大、发动机效率也更高的同时,同样是顶配车型,秦Plus居然能把指导价压制到12万多,比丰田低了3万。如果算上插混车型减免的购置税,会拉大到4万的差距,已经占到了一台车的1/3。这大概也是我坐在发布会现场,当公布秦PLUS的售价时,现场有了汽车圈久违的欢呼雀跃。

  而且,这还不是一款期货,而是两个月之后就能交付的准现车。

  前段时间,在中汽研发布的2020汽车专利创新指数中,比亚迪以最高的专利质量排名第二。


  社长至今还记得,王传福多年前在CCTV专访中说的那句话:

  “我首先是个工程师,然后才是个企业家”。

  我想,这种工程思维的灵魂才是比亚迪能够走到今天、并且还将越走越远的原因吧。


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