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汽車業全面電動化 動力總成如何破局

隨著《節能與新能源汽車技術路線圖(2.0版)》(以下簡稱2.0版技術路線圖)的正式發布,中國汽車產業開啟了全面轉型電動化之路。

2.0版技術路線圖指出,到2035年,中國節能汽車與新能源汽車年銷量將各占一半,傳統能源動力乘用車將全部轉為混合動力,從而實現汽車產業的全面電動化轉型。

全面轉型電動化路徑下,中國汽車動力總成產業無疑面臨諸多挑戰。眼下來看,受制于安全、續航、成本、壽命以及基礎設施等多重瓶頸,純電動汽車距離真正普及還需要一定的時間,同時,面向未來越發嚴苛的排放標準及雙積分壓力,單純提升汽油機熱效率依舊難以達標。

那么,中國汽車動力總成究竟該如何實現電氣化轉型?又該以怎樣的技術路線滿足市場需求?在電氣化轉型過程中,又會面臨哪些問題與挑戰?

12月3-4日,在由蓋世汽車主辦的“2020中國汽車動力總成電氣化國際峰會”上,行業領袖、企業大咖、資深專家聚焦上述話題進行深入分析和探討。

多元化的動力總成電氣化路徑

據了解,隨著汽車節能技術的持續提升,當前我國乘用車新車平均油耗持續下降,已接近2020年百公里 5L的目標值,目前已大量應用高壓縮比(12-13)+米勒循環+變排量附件+低摩擦技術等先進節能技術,汽油機熱效率逐漸靠近40%的國際先進水平;自動變速器占比已經達到70%以上,7DCT和8AT相繼實現量產;CVT方面,CVT180 、CVT250相繼量產。

但面向未來越發嚴苛的排放標準,單純提升汽油機熱效率依舊難以達標。國家新能源汽車創新工程項目專家組組長王秉剛此前在接受蓋世汽車采訪時表示,鑒于我國國情,多元化的汽車技術和能源種類更為合適,要在發展汽車電動化的同時,重視傳統汽車的轉型。因此,專家組一致認為,今后15年中國傳統汽車要全面向混合動力車型去轉變。

在此次峰會期間,作為車企代表,東風汽車技術中心新能源動力總成總工程師章國光表示,東風汽車的節能技術路徑主要圍繞著“新四化”技術展開,包括電動化、智能化、網聯化和輕量化,其中智能化的范圍要大于電動化。電動化主要是動力方面的,包括純電動、混合動力、氫燃料電池等;智能化則集中在使用方面,是除了動力以外的對電子等附件的管理。

“從車廠的角度來講,我們一直認為電動化是最基本的出發點,我們剛開始做了微混,后來又做輕混,發現油耗限值與實際的差距太大,僅僅通過這些手段已經不足以應對未來的挑戰。因此,我們必須要做混合動力、插電混合動力和純動力,技術路線是并存的,不會是一個路線走到底。”在章國光看來,2.0版技術路線圖提到的2035年愿景,從現狀來講是可行的方案,就看如何打開消費市場以及產業鏈怎么做。

全新路虎發現運動版P300e(圖片來源:奇瑞捷豹路虎)

奇瑞捷豹路虎產品開發部動力總成與新能源部高級經理蔣恒飛則表示,作為傳統動力總成的工程師,其一直在動力總成的動力性、燃油經濟性和排放之間找平衡點。據介紹,為了開發出更貼合中國市場、更貼合用戶需求的車型,奇瑞捷豹路虎制定了動力總成電氣化的發展策略,又稱xEV策略,這是一個涵蓋12V、48V的啟停系統、300V以上的插電混合動力系統以及純電動汽車的電氣化動力體系。產品方面,從2020年開始捷豹路虎集團要實現所有車型百分之百的電氣化。

一汽新能源電驅開發主任王斯博也介紹了未來紅旗電驅動技術規劃,在他看來,新能源電機驅動系統未來將朝著高效率、高功率密度、高集成的發展。在電驅動集成化方面,紅旗的電驅動系統堅持三合一的集成方向,未來有輪轂電機的技術路線。關鍵技術重點布局高速化技術、高壓化技術、高等級功能安全、高等級電磁兼容以及低噪音技術。在混動技術路線上,目前主要是橫置雙電機和縱置單電機兩種方式,縱置發動機以驅動為主,電機是輔助,注重動力性的同時兼顧經濟性。在構型層面,會研究三電機后驅矢量控制的高性能系統,同時研究前驅的帶斷開裝置的總成,也會打造單電機或雙電機兩檔減速電驅平臺。

更高效的動力總成電氣化關鍵技術

從上述代表車企各自的動力總成電氣化發展路徑可以發現,每一家車企對于自己下一代驅動系統的規劃不盡相同,當中有類似的部分,同時也存在諸多差異,這與各車企自身的定位、背景以及未來的發展規劃有關。而動力總成電氣化過程中呈現的多元化的技術路線和能源種類,勢必會對相關供應商提出新的需求和挑戰。

對此,博格華納中國總部先期工程總工程師龔熙坦言:“很難去概括多樣化的下一代驅動系統產品是什么樣的,所以暫時只能用一個黑盒來表示,就像做數學題一樣,把不知道的東西抽象化,如通過必要的基本元素來分析下一代驅動系統。”在他看來,未來的驅動系統應該具備扭矩、氣壓、熱力、軟件和集成等基本元素,因為無論什么樣的驅動系統,最終都要處理扭矩的問題;同時下一代驅動系統并非僅限于純電動汽車,其中仍有內燃機參與,因此如何去處理氣壓也是一個非常重要的基本元素。

“一個供應商能夠真正把上述所有元素功能都提供良好的解決方案,那么他就能真正更高效的實現下一代驅動系統,而這樣的供應商必須具備全面的產品組合,對每個產品有深刻的認識,還要有靈活的服務和可靠的交付,整個這樣一套下來才能真正滿足或者實現下一代的驅動系統,博格華納則具備這樣全面的能力。”龔熙說到。

博格華納電氣化產品解決方案(圖片來源:博格華納)

據了解,博格華納通過收購德爾福科技,一方面鞏固了其在混合動力和電驅動系統領域的業務優勢,另一方面則增強了其汽車電子和功率電子的業務規模、技術、人才和系統能力,更重要的是完善了其作為驅動系統供應商所應該擁有的面向未來的下一代動力總成所需要的能力。

作為動力總成電氣化全方位解決方案的提供商,上汽變速器開發了高轉速深度集成電橋。據上海汽車變速器有限公司前瞻技術總監陸季波介紹,這是一款三合一的驅動電橋,實現了高轉速、高速永磁同步電機以及高性能控制器MCU一體化的深度集成。驅動電機最高轉速可達16000rpm;減速器是借鑒德國大眾MEB要求來進行設計開發的,峰值功率可以達到165KW,峰值扭矩是300Nm,車輪端的扭矩達到3900Nm;同時該驅動電機還分高、低功率不同版本,減速器可以使用不一樣的速比,可以用于SUV、轎車等等各種各樣的車型。

華為技術有限公司數字能源產品線車載電源領域副總裁彭鵬則提出了自己對下一代電驅動電力電子架構的思考。“只有自主掌握核心技術,才能在下一個汽車百年中占據先機,華為希望通過對下一代電驅動電力電子架構等技術的研發,在未來引領整個行業趨勢,最終把數字世界帶入每一輛車。”

今年9月,在北京車展期間,華為推出多合一電驅動系統DriveONE,為業界首個超融合電源與解決方案,可提供開放平臺與跨代技術,助力車企造好車。據介紹,“O”為Open Platform(開放平臺),包括軟件平臺AutoSar架構、硬件平臺 CCA架構、數字化開發平臺PDDP;“N”為New Generation(跨代技術),包括第一代多部件方案、第二代融合方案、第三代動力域方案;“E”則是Excellent Experience(卓越體驗),致力于融合極簡、安全可靠、AI云智等。

華為DriveONE(圖片來源:華為)

實際上,“ONE”還有另外一層含義,即把產品做到融合極簡,“動力域走向高度集中化,將使整車布置演進更簡單;而融合架構下創新的功能安全設計,可以使得從部件到系統的融合更高集成度,更安全;從單機模擬到場景驗證更智能、更安全。”彭鵬表示。

極具潛力的動力總成電氣化市場前景

在2.0版技術路線圖的指導下,車企及零部件供應商轉戰電氣化的決心可見一斑。對于動力總成而言,盡管電氣化路途中會存在多種挑戰,但是這一極具發展潛力的市場仍然值得所有人心向往之。

蓋世汽車研究院總監盧晏分析指出,2018-2020年,中國整個乘用車市場經歷了將近2年多的衰退,但電氣化乘用車的銷量一直處于增長期。“把新能源汽車和混合動力汽車拆分來看,今年前幾個月新能源汽車市場雖然出現了一定下滑,但是目前來看,還是處于保持比較良好的增長態勢;混合動力汽車這幾年的增長率基本上在50%以上,前幾年甚至都是在百分之百以上,混動在沒有政策鼓勵的情況下能保持這么高速的發展非常不易。”

最新銷量數據顯示,2020年10月,新能源乘用車批發銷量突破14.4萬輛,同比增長119.8%,環比9月增長15.9%。隨著新能源汽車市場的回暖態勢明顯,整個乘用車市場開始復蘇。“我們看了整個保險數據、終端銷量,從7月份開始整個市場的增速都是在百分之百以上,這反映出新能源市場拉動了整體銷量的增長。”另外,在市場滲透率上,盧晏說到,目前電氣化的滲透率已經達到了9%左右,整體的滲透率預計能夠突破9.5%。

長期堅持混合動力系統研發的國家新能源汽車技術創新中心段志輝依舊表達了其對混合動力市場的樂觀看法。“隨著2.0版技術路線圖的發布,我們預期混合動力在短期內會有比較大的發展。混合動力車到2025年要占到燃油車的20%,這個市場空間非常大,國內企業要選擇好正確的混合動力技術路線,奮起直追。”據了解,當下國內外的混合動力系統多達90多種,其中較為主流的有動力分流、串并聯和P2或者P2.5三種,這三種技術各有長處,同時也各有弊端。“企業在大力發展混合動力技術的時候,別被一種錯誤的概念誤導而選擇了一個不太好的路線。”段志輝呼吁到。

對于混動技術路線的選擇,盧晏表示:“我們首先要考慮市場集中度、產品成本、政策的可能性變化,還有產業鏈成熟度,最后也是最重要的還要綜合企業自身的資源稟賦,切勿盲目發展。”

文章來源:蓋世汽車

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