最資訊丨電機效率“雙90”如何實現？馬赫動力MHD混動技術詳解

2021年，東風馬赫動力推出了MHD混動系統，這套混合動力系統由一臺1.5T高效版的混動專用發動機配合一臺HD120混動電驅組合而成，目前已覆蓋HEV和PHEV車型搭載需求。

2022年12月9日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆混動技術發展論壇中，東風汽車公司技術中心新能源動力總成技術總工程師陳亙表示，長期來看，電動化趨勢明確，BEV和P/HEV車型的市場份額將穩步增長、并行發展、而傳統燃油車份額則會逐步降低。

其中，BEV將持續迎來新車型的密集投放，HEV滿足法規和節能的需求，將逐步替代傳統燃油車，PHEV可以彌補BEV在里程和充電上的痛點，考慮到政策補貼和技術創新，其價格會進一步逼近HEV。

(資料圖片僅供參考)

陳 亙 | 東風汽車公司技術中心新能源動力總成技術總工程師

以下為演講內容整理：

我是來自東風汽車公司技術中心的陳亙，我的匯報主要分三個部分，第一，對混動市場趨勢的分析，第二，混動技術路線分析，在此基礎上跟大家交流下馬赫動力MHD混動系統關鍵技術。

混動技術路線發展的四大邏輯

我們主要從以下幾個維度對市場趨勢進行分析，首先是政策法規，在國家雙碳戰略和雙積分政策的指引和驅動下，整個汽車行業在加速推進節能減排，這是大的行業背景。

就汽車節能的技術路線而言，根據《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，可以看到兩大趨勢：第一，汽車動力的電動化趨勢；第二，多技術路線并行發展、長期共存的趨勢。

根據《路線圖2.0》的預測，2035年將呈現出HEV與NEV兩分天下的局面，要解讀這一局面，就要剖析其背后的邏輯。首先，從宏觀的角度，也就是從全生命周期碳排放的視角看，國家當前的能源結構以火電為主，基于這種能源結構，我們也做了一些調研，業內的一些研究報告指出：基于國家當前的能源結構，PHEV和HEV車型的全生命周期碳排放其實與BEV相當。

當然，需要強調的是，我們國家的能源結構仍然在不斷優化升級，也在逐步降低火力發電的份額，所以從長期而言，BEV車型的全生命周期碳排放是有望進一步降低的。

第二個邏輯，要看電動車背后的資源支撐，在這里重點分享一下IEA國際能源署在2021年5月份發布的一份報告，這份報告詳盡地指出了新能源汽車行業背后資源的情況，我們主要從中截取了四點進行說明：

首先，BEV使用礦產原料和傳統燃油車的對比，BEV使用的礦產燃料總量大概是傳統燃油車的6倍。第二，銅、鋰、鎳、鈷這些關鍵資源的需求跟實際的產能情況有一定差距，關鍵資源的需求在不斷攀升，這導致供需之間的矛盾不斷加大，這也是新能源行業發展背后的隱憂。第三，關鍵礦產資源集中于少數幾個國家，這關系到供應鏈的穩定性。第四，EV所使用礦產資源主產地的水資源壓力普遍較高。總而言之，BEV對于銅、鋰、鎳、鈷、稀土等關鍵礦產資源的需求遠超過傳統燃油車，而且隨著電動車市場的擴大，供需之間的矛盾正不斷加大，對于車企而言，要考慮到供應的穩定性，就需要提前看到這些礦產資源的集中程度，提前識別風險。

第三個邏輯，針對市場普遍存在對BEV的里程焦慮和充電焦慮。一方面，需要開發端通過技術創新消除這些焦慮，另一方面，也需要基礎設施的建設來對這些焦慮予以緩解。

第四個邏輯是政策的變化，近年來，針對BEV、PHEV的新能源補貼正在逐步退坡，新能源市場正在由政策驅動轉向市場驅動，另外一個變化點是：雙積分管理正在以產品端為中心向產業上下游延伸，從而促進整個汽車產業鏈條的協同減碳。

正是基于以上這些邏輯，我們預測，未來的新能源發展一定是多個路線并行發展，而混動在可預見的一段時間內都將是關鍵的路徑。

新能源發展的實際市場表現

接下看實際的市場表現，我們基于乘聯會的數據進行了整理：近幾年來，BEV和PHEV的市場份額穩步增長，而傳統燃油車的份額是逐步降低。

針對細分市場而言，BEV跟PHEV的增幅非常明顯。我們預測，由于近年來新車型的密集投放，BEV的份額會穩步增長，HEV將逐步替代ICE，以滿足法規和節能的需求。

考慮到HEV和PHEV之間的硬件差異，HEV相對PHEV在成本上仍有一定的優勢，PHEV未來會以兩類為主：第一，長純電續航里程的車型，彌補BEV充電上的短板，既可以有純電的駕駛感受，也沒有里程和充電焦慮，這種車型會有很強的市場前景。

第二，短里程、高性價比的車型，其價格會逼近HEV。

總而言之，電動化的趨勢是非常明確的，而BEV、PHEV、HEV的市場份額都會穩步增長且并行發展，傳統燃油車的市場份額則會逐步降低。

混動的原理分析與發展方向

再分享一下我們對混動技術路線的認識，先介紹下混動原理，通常而言，發動機的高效區往往集中在中高速區間內，而電機的效率是普遍較高的，基本都在90%以上，混動節油的基本原理就是，在整車的運行工況中，在低車速小負荷的情況下，用電機進行驅動，在高車速大負荷的情況下，充分利用發動機的高效區驅動，通過這種方式實現整個混動總成的節油。

根據動力耦合的不同實現形式，就衍生出多種技術流派和路線，比如串聯、并聯、串并聯、功率分流等。

各種構型都有各自的優缺點。串聯主要是以電機位置的P1+P3為主，它的主要優勢是發動機跟輪端解耦，可以使發動機總是運行在高效區，而且結構相對比較簡單，主要是EV驅動和串聯驅動兩種模式。缺點在于，串聯需要首先發電，將電能再轉化為機械能，存在能量的二次轉化，因此能量傳遞效率會低于并聯。另外，因為純靠電機驅動，其功率和性能的要求相對更高，電機系統的成本也更高。

對并聯而言，一般都是單電機，電機的位置都是P2或者P2.5，其優點在于發動機和電機可以共用多檔數，可以對電機轉速、功率進行調整，將電機系統的成本降低。其缺點在于，如果采用單電機的并聯模式，在城市工況下油耗會更高。

因為考慮并結合了串聯、并聯的特點，串并聯是目前市場上的主流構型。

大部分串并聯的核心原理在于增加離合器，通過離合器的通斷可以實現串聯和并聯多種模式，優點就是可以在并聯模式上實現發動機直驅，提高能量的傳遞效率，缺點在于如果采用單檔構型，其單檔數可能沒有辦法兼顧中低速，導致中低速很難進入并聯工況，還是要依靠電機。

再看以豐田為代表的功率分流路線，將發動機的一部分功率用來發電，一部分用來直驅，由于一部分功率直接來源于發動機，所以電機性能可以做進一步優化。此外，發動機跟輪端也可以實現解耦，可以通過電機調速實現發動機在高效區的持續運轉。

但是它的缺點也比較明顯，就是控制相對更加復雜，相對并聯而言不是完全直驅，所以在高速工況下，功率分流的系統能量傳遞效率不如串并聯。

總而言之，從1997年，豐田的Prius——世界第一款量產油電復合動力車型誕生到現在，混動的整體發展仍然非常快，主要有兩大趨勢，第一多種構型并存，第二就是中國自主品牌正在混動領域持續發力，大多數主機廠基于同一個DHT平臺滿足HEV和PHEV的需求。

東風馬赫動力混動系統關鍵技術

基于以上的市場趨勢分析和對混動路線的回顧，接下來分享下馬赫動力在混動方面的工作。

首先回顧一下馬赫動力品牌，馬赫動力品牌是為了滿足國家雙碳目標和用戶的實際需求，在2021年由東風集團發布的自主乘用車動力品牌。

接下來簡單介紹一下馬赫動力的產品序列，馬赫動力包含發動機、變速箱和混動動力總成。其中發動機產品覆蓋了1.0到2.0升多款機型，變速箱產品包括6檔和8檔濕式雙離合變速箱，混動總成已推出馬赫MHD混動總成。目前我們正在開發新一代多檔化混動系統，在不久的將來也會進行發布，覆蓋HEV和PHEV的需求。

馬赫動力的混動平臺包括混動發動機平臺和混動電驅動平臺，混動發動機平臺在很多已量產的行業領先技術上都有布局，比如超高壓噴射系統，抗爆震快速燃燒技術，排放熱管理等技術。我們也針對一些前沿黑科技進行了布局：包括發動機噴水技術、超高壓縮比、超高EGR率技術等。對于混動電驅動而言，在主動潤滑技術、高效制冷電機技術上已經實現了量產，針對高壓SiC技術、智能熱管理和主動加熱技術也做好了儲備，會根據市場需求在未來進行投放。

目前第二代馬赫雙擎MHD混動技術已經在東風風神的多款車型上搭載，目前的市場反響較好，且在行業內也獲得了多個獎項，比如中國“新十佳發動機”，中國汽車盛典評委會特別獎等一系列行業獎項，這也是行業對我們的認可。

接下來介紹一些主要的關鍵技術，從控制系統來講，我們掌握了軟件與標定的關鍵技術，并實現了VECU與MTCV的控制集成，值得注意的是，基于AUTOSAR的架構，我們實現了ECU跟VCU的集成，這樣可以使整個控制更加快速和精準。

在模式管理方面，我們針對當前電量、扭矩分配等對油耗進行貢獻度分析，以最低油耗為目標，確定最優模式切換邊界；基于模式切換策略，結合虛擬標定技術對能量管理策略進行優化。

在標定匹配方面，我們充分利用動態臺架，將混動車型的很多標定工作前移，包括起燃油、換擋、啟動、斷油，排放環節的很多工作都可以提前開展，以便于盡早地識別風險并進行優化，可以提升整個混動開發的效率和質量。

軟件之外，我們在硬件方面也掌握了核心技術。如DHT的智能冷卻潤滑技術，可以保證整個混動電驅動的可靠運行，我們采用循環冷卻系統+按需控制電子泵，可以實現高效冷卻潤滑，支撐達成總成效率和法規工況綜合效率。

在高效油冷電機方面，電機的冷卻關系到電機的效率和性能實現，也會直接影響到電機壽命，我們主要使用的是兩大技術，一個是定子噴淋技術，采用多點噴淋冷卻來保證定子表面溫度的均衡分布，并且直接對繞組進行冷卻，從而有效降低銅線的發熱溫度。另一個是轉子軸心冷卻技術，在轉子內部采用獨特設計，使得冷卻液在離心力的作用下冷卻硅裝片，最終提升電機的功率和壽命。

正因為以上關鍵技術，我們電機的最高效率可以達到97.5%以上，同時90%以上高效區的占比超過了92%，達成“雙90”的目標。

由于用戶對NVH的要求越來越高，所以我們在電驅動的低噪聲設計方面也做了不少工作，采用低噪聲電機及低噪聲齒輪設計和制造技術，在電磁方案多目標優化，采用8段斜級；采用高速齒輪噪聲控制技術，TE優于市場主流EV產品；采用電機齒輪共軸技術，減少連接間隙，增加齒輪軸的剛度。 通過設計和工藝上的優化，我們的產品在多次噪聲測試中的表現都優于目前市場主流的EV產品。

我們正在開發新一代多檔混動電驅動，可以兼顧動力性、油耗、NVH的需求，多檔化可以讓混動總成的輸出功率得到大幅提升，除了串聯、并聯之外，還可以實現更多的模式，覆蓋客戶多場景、全速域、全場景的需求。

以上是DHT的關鍵技術，我們在專業發動機DHE方面也進行了很多工作，主要從以下三點進行介紹：

首先是極致降摩擦，我們針對發動機活塞、曲軸、閥系等運動件，附件、潤滑系統等都做了非常深入的摩擦優化工作，最后的結果是，我們的摩擦功位處于目前整個行業的數據帶下限。

在熱管理方面，我們通過主動流量分配，暖風管路控制和機油溫控技術實現智能熱管理。

最后一個核心的點是燃燒系統開發方面，這里以EGR技術的應用為例： GR廢氣再循環技術的難點在于如何保證氣體能夠非常均勻而且迅速地到達每一個缸內，我們針對整個EGR分配這塊做了大量的工作，最終我們選擇1-2-4的均分結構，可以最大程度地實現各缸燃燒的均衡性和響應性。

最后做一個簡要的總結，第一，就政策、技術和市場趨勢而言，我們認為BVE、PHEV會多路線并行發展、長期共存，但混動無疑是當前的關鍵路徑。

第二，就技術路線而言，串聯、并聯、串并聯多種混動構型各有各的優缺點，但存在共性的趨勢，那就是多檔化的產品不斷涌現，該領域各家車企都在緊鑼密鼓地開發中。

第三，馬赫動力MHD混動系統關鍵技術從控制系統、模式管理、標定匹配、DHT/DHE的硬件設計優化方面都做了大量的工作，可以為客戶提供全場景、全速域的高效體驗。

（以上內容來自東風汽車公司技術中心新能源動力總成技術總工程師陳亙于2022年12月9日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆混動技術發展論壇發表的《馬赫動力MHD混動系統關鍵技術》主題演講。）