电机效率“双90”如何实现？马赫动力MHD混动技术详解

2021年，东风马赫动力推出了MHD混动系统，这套混合动力系统由一台1.5T高效版的混动专用发动机配合一台HD120混动电驱组合而成，目前已覆盖HEV和PHEV车型搭载需求。

2022年12月9日，由盖世汽车主办的2022第三届混动技术发展论坛中，东风汽车公司技术中心新能源动力总成技术总工程师陈亘表示，长期来看，电动化趋势明确，BEV和P/HEV车型的市场份额将稳步增长、并行发展、而传统燃油车份额则会逐步降低。

(资料图片)

其中，BEV将持续迎来新车型的密集投放，HEV满足法规和节能的需求，将逐步替代传统燃油车，PHEV可以弥补BEV在里程和充电上的痛点，考虑到政策补贴和技术创新，其价格会进一步逼近HEV。

陈 亘 | 东风汽车公司技术中心新能源动力总成技术总工程师

以下为演讲内容整理：

我是来自东风汽车公司技术中心的陈亘，我的汇报主要分三个部分，第一，对混动市场趋势的分析，第二，混动技术路线分析，在此基础上跟大家交流下马赫动力MHD混动系统关键技术。

混动技术路线发展的四大逻辑

我们主要从以下几个维度对市场趋势进行分析，首先是政策法规，在国家双碳战略和双积分政策的指引和驱动下，整个汽车行业在加速推进节能减排，这是大的行业背景。

就汽车节能的技术路线而言，根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，可以看到两大趋势：第一，汽车动力的电动化趋势；第二，多技术路线并行发展、长期共存的趋势。

根据《路线图2.0》的预测，2035年将呈现出HEV与NEV两分天下的局面，要解读这一局面，就要剖析其背后的逻辑。首先，从宏观的角度，也就是从全生命周期碳排放的视角看，国家当前的能源结构以火电为主，基于这种能源结构，我们也做了一些调研，业内的一些研究报告指出：基于国家当前的能源结构，PHEV和HEV车型的全生命周期碳排放其实与BEV相当。

当然，需要强调的是，我们国家的能源结构仍然在不断优化升级，也在逐步降低火力发电的份额，所以从长期而言，BEV车型的全生命周期碳排放是有望进一步降低的。

第二个逻辑，要看电动车背后的资源支撑，在这里重点分享一下IEA国际能源署在2021年5月份发布的一份报告，这份报告详尽地指出了新能源汽车行业背后资源的情况，我们主要从中截取了四点进行说明：

首先，BEV使用矿产原料和传统燃油车的对比，BEV使用的矿产燃料总量大概是传统燃油车的6倍。第二，铜、锂、镍、钴这些关键资源的需求跟实际的产能情况有一定差距，关键资源的需求在不断攀升，这导致供需之间的矛盾不断加大，这也是新能源行业发展背后的隐忧。第三，关键矿产资源集中于少数几个国家，这关系到供应链的稳定性。第四，EV所使用矿产资源主产地的水资源压力普遍较高。总而言之，BEV对于铜、锂、镍、钴、稀土等关键矿产资源的需求远超过传统燃油车，而且随着电动车市场的扩大，供需之间的矛盾正不断加大，对于车企而言，要考虑到供应的稳定性，就需要提前看到这些矿产资源的集中程度，提前识别风险。

第三个逻辑，针对市场普遍存在对BEV的里程焦虑和充电焦虑。一方面，需要开发端通过技术创新消除这些焦虑，另一方面，也需要基础设施的建设来对这些焦虑予以缓解。

第四个逻辑是政策的变化，近年来，针对BEV、PHEV的新能源补贴正在逐步退坡，新能源市场正在由政策驱动转向市场驱动，另外一个变化点是：双积分管理正在以产品端为中心向产业上下游延伸，从而促进整个汽车产业链条的协同减碳。

正是基于以上这些逻辑，我们预测，未来的新能源发展一定是多个路线并行发展，而混动在可预见的一段时间内都将是关键的路径。

新能源发展的实际市场表现

接下看实际的市场表现，我们基于乘联会的数据进行了整理：近几年来，BEV和PHEV的市场份额稳步增长，而传统燃油车的份额是逐步降低。

针对细分市场而言，BEV跟PHEV的增幅非常明显。我们预测，由于近年来新车型的密集投放，BEV的份额会稳步增长，HEV将逐步替代ICE，以满足法规和节能的需求。

考虑到HEV和PHEV之间的硬件差异，HEV相对PHEV在成本上仍有一定的优势，PHEV未来会以两类为主：第一，长纯电续航里程的车型，弥补BEV充电上的短板，既可以有纯电的驾驶感受，也没有里程和充电焦虑，这种车型会有很强的市场前景。

第二，短里程、高性价比的车型，其价格会逼近HEV。

总而言之，电动化的趋势是非常明确的，而BEV、PHEV、HEV的市场份额都会稳步增长且并行发展，传统燃油车的市场份额则会逐步降低。

混动的原理分析与发展方向

再分享一下我们对混动技术路线的认识，先介绍下混动原理，通常而言，发动机的高效区往往集中在中高速区间内，而电机的效率是普遍较高的，基本都在90%以上，混动节油的基本原理就是，在整车的运行工况中，在低车速小负荷的情况下，用电机进行驱动，在高车速大负荷的情况下，充分利用发动机的高效区驱动，通过这种方式实现整个混动总成的节油。

根据动力耦合的不同实现形式，就衍生出多种技术流派和路线，比如串联、并联、串并联、功率分流等。

各种构型都有各自的优缺点。串联主要是以电机位置的P1+P3为主，它的主要优势是发动机跟轮端解耦，可以使发动机总是运行在高效区，而且结构相对比较简单，主要是EV驱动和串联驱动两种模式。缺点在于，串联需要首先发电，将电能再转化为机械能，存在能量的二次转化，因此能量传递效率会低于并联。另外，因为纯靠电机驱动，其功率和性能的要求相对更高，电机系统的成本也更高。

对并联而言，一般都是单电机，电机的位置都是P2或者P2.5，其优点在于发动机和电机可以共用多档数，可以对电机转速、功率进行调整，将电机系统的成本降低。其缺点在于，如果采用单电机的并联模式，在城市工况下油耗会更高。

因为考虑并结合了串联、并联的特点，串并联是目前市场上的主流构型。

大部分串并联的核心原理在于增加离合器，通过离合器的通断可以实现串联和并联多种模式，优点就是可以在并联模式上实现发动机直驱，提高能量的传递效率，缺点在于如果采用单档构型，其单档数可能没有办法兼顾中低速，导致中低速很难进入并联工况，还是要依靠电机。

再看以丰田为代表的功率分流路线，将发动机的一部分功率用来发电，一部分用来直驱，由于一部分功率直接来源于发动机，所以电机性能可以做进一步优化。此外，发动机跟轮端也可以实现解耦，可以通过电机调速实现发动机在高效区的持续运转。

但是它的缺点也比较明显，就是控制相对更加复杂，相对并联而言不是完全直驱，所以在高速工况下，功率分流的系统能量传递效率不如串并联。

总而言之，从1997年，丰田的Prius——世界第一款量产油电复合动力车型诞生到现在，混动的整体发展仍然非常快，主要有两大趋势，第一多种构型并存，第二就是中国自主品牌正在混动领域持续发力，大多数主机厂基于同一个DHT平台满足HEV和PHEV的需求。

东风马赫动力混动系统关键技术

基于以上的市场趋势分析和对混动路线的回顾，接下来分享下马赫动力在混动方面的工作。

首先回顾一下马赫动力品牌，马赫动力品牌是为了满足国家双碳目标和用户的实际需求，在2021年由东风集团发布的自主乘用车动力品牌。

接下来简单介绍一下马赫动力的产品序列，马赫动力包含发动机、变速箱和混动动力总成。其中发动机产品覆盖了1.0到2.0升多款机型，变速箱产品包括6档和8档湿式双离合变速箱，混动总成已推出马赫MHD混动总成。目前我们正在开发新一代多档化混动系统，在不久的将来也会进行发布，覆盖HEV和PHEV的需求。

马赫动力的混动平台包括混动发动机平台和混动电驱动平台，混动发动机平台在很多已量产的行业领先技术上都有布局，比如超高压喷射系统，抗爆震快速燃烧技术，排放热管理等技术。我们也针对一些前沿黑科技进行了布局：包括发动机喷水技术、超高压缩比、超高EGR率技术等。对于混动电驱动而言，在主动润滑技术、高效制冷电机技术上已经实现了量产，针对高压SiC技术、智能热管理和主动加热技术也做好了储备，会根据市场需求在未来进行投放。

目前第二代马赫双擎MHD混动技术已经在东风风神的多款车型上搭载，目前的市场反响较好，且在行业内也获得了多个奖项，比如中国“新十佳发动机”，中国汽车盛典评委会特别奖等一系列行业奖项，这也是行业对我们的认可。

接下来介绍一些主要的关键技术，从控制系统来讲，我们掌握了软件与标定的关键技术，并实现了VECU与MTCV的控制集成，值得注意的是，基于AUTOSAR的架构，我们实现了ECU跟VCU的集成，这样可以使整个控制更加快速和精准。

在模式管理方面，我们针对当前电量、扭矩分配等对油耗进行贡献度分析，以最低油耗为目标，确定最优模式切换边界；基于模式切换策略，结合虚拟标定技术对能量管理策略进行优化。

在标定匹配方面，我们充分利用动态台架，将混动车型的很多标定工作前移，包括起燃油、换挡、启动、断油，排放环节的很多工作都可以提前开展，以便于尽早地识别风险并进行优化，可以提升整个混动开发的效率和质量。

软件之外，我们在硬件方面也掌握了核心技术。如DHT的智能冷却润滑技术，可以保证整个混动电驱动的可靠运行，我们采用循环冷却系统+按需控制电子泵，可以实现高效冷却润滑，支撑达成总成效率和法规工况综合效率。

在高效油冷电机方面，电机的冷却关系到电机的效率和性能实现，也会直接影响到电机寿命，我们主要使用的是两大技术，一个是定子喷淋技术，采用多点喷淋冷却来保证定子表面温度的均衡分布，并且直接对绕组进行冷却，从而有效降低铜线的发热温度。另一个是转子轴心冷却技术，在转子内部采用独特设计，使得冷却液在离心力的作用下冷却硅装片，最终提升电机的功率和寿命。

正因为以上关键技术，我们电机的最高效率可以达到97.5%以上，同时90%以上高效区的占比超过了92%，达成“双90”的目标。

由于用户对NVH的要求越来越高，所以我们在电驱动的低噪声设计方面也做了不少工作，采用低噪声电机及低噪声齿轮设计和制造技术，在电磁方案多目标优化，采用8段斜级；采用高速齿轮噪声控制技术，TE优于市场主流EV产品；采用电机齿轮共轴技术，减少连接间隙，增加齿轮轴的刚度。 通过设计和工艺上的优化，我们的产品在多次噪声测试中的表现都优于目前市场主流的EV产品。

我们正在开发新一代多档混动电驱动，可以兼顾动力性、油耗、NVH的需求，多档化可以让混动总成的输出功率得到大幅提升，除了串联、并联之外，还可以实现更多的模式，覆盖客户多场景、全速域、全场景的需求。

以上是DHT的关键技术，我们在专业发动机DHE方面也进行了很多工作，主要从以下三点进行介绍：

首先是极致降摩擦，我们针对发动机活塞、曲轴、阀系等运动件，附件、润滑系统等都做了非常深入的摩擦优化工作，最后的结果是，我们的摩擦功位处于目前整个行业的数据带下限。

在热管理方面，我们通过主动流量分配，暖风管路控制和机油温控技术实现智能热管理。

最后一个核心的点是燃烧系统开发方面，这里以EGR技术的应用为例： GR废气再循环技术的难点在于如何保证气体能够非常均匀而且迅速地到达每一个缸内，我们针对整个EGR分配这块做了大量的工作，最终我们选择1-2-4的均分结构，可以最大程度地实现各缸燃烧的均衡性和响应性。

最后做一个简要的总结，第一，就政策、技术和市场趋势而言，我们认为BVE、PHEV会多路线并行发展、长期共存，但混动无疑是当前的关键路径。

第二，就技术路线而言，串联、并联、串并联多种混动构型各有各的优缺点，但存在共性的趋势，那就是多档化的产品不断涌现，该领域各家车企都在紧锣密鼓地开发中。

第三，马赫动力MHD混动系统关键技术从控制系统、模式管理、标定匹配、DHT/DHE的硬件设计优化方面都做了大量的工作，可以为客户提供全场景、全速域的高效体验。

（以上内容来自东风汽车公司技术中心新能源动力总成技术总工程师陈亘于2022年12月9日，由盖世汽车主办的2022第三届混动技术发展论坛发表的《马赫动力MHD混动系统关键技术》主题演讲。）