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吉利汽车王瑞平:动力总成电气化转型思考

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吉利汽车王瑞平:动力总成电气化转型思考智能化是下一步对于混合动力把节能效果做到极致的非常关键的核心技术。

2020年12月10日,由国内行业最具影响力的整车厂、高等院校、科研机构及零部件供应商60余家相关单位共同提议、吉利汽车牵头,中国内燃机工业协会乘用车动力总成专业委员会成立大会在宁波杭州湾召开。大会期间,吉利汽车副总裁动力研究院院长 王瑞平女士《动力总成电气化转型思考》为题发表了主题报告。

吉利汽车王瑞平:动力总成电气化转型思考

以下为演讲实录:

大家好!

经过今天上午几位行业的领导和我们的顶级专家对于我们整个行业的分析,给我们明确了方向。我们现在应该看到了未来整个行业发展确实是充满了挑战,现在不确定因素非常之多,各种变化,我们怎么应对我们现在提出来口号,内燃机要拥抱电气化,包括今天我们也在谈、可能还可以再拥抱更多的像氢能源等等可以有无限的空间去施展。行业的分析几位老师已经分析得非常清晰了,我想跟大家分享关于《动力总成电气化转型思考》,承接几位老师对于行业前瞻性的分析和方向性的跟进,也是在行业这种大方向既定的前提下,企业如何来进行落地,我想各位可能也会有类似的想法。

先来简单介绍一下吉利动力的规划。吉利动力总成是隶属于吉利汽车集团的,吉利汽车集团下面包含了五个品牌:吉利汽车、几何汽车、领克、宝腾和路特斯汽车。这是吉利三代动力总成发展的历程。从十多年前我们开始开发了1.0时代自然吸气发动机,2014年开发出了2.0时代直喷增压,2017年我们投放了一个混合动力平台是3.0时代的产品,包括了1.0T、1.5T和2.0T,加上我们的混动动力总成平台。这些平台可以覆盖到从A0级到A级、B级车型的使用和包含了轿车到SUV、MPV全方位的多功能的应用。

3.0时代的产品重要的是体现了多元化的应用,特别是对于混合动力的导入。我们分析的这个行业发展在这种多元化的市场中归纳为四个方面,也就是内燃机的高效化、动力的电气化、燃料的多样化以及控制的智能化。这是我们3.0时代主打的一个动力平台,我们也称为黄金动力平台,因为应用领域最宽,主要是由1.5TD+7DCT330这个平台来组成的。1.5TD这个发动机平台可以扩展到6个变型的机型应用,包括传统机型、高效动力和48V米勒循环以及HEV和插电式、增程,也包括了灵活燃料的应用。而变速箱可以覆盖到从300扭米到的450扭米的范围,也覆盖了传统动力和混合动力。

刚才那个动力总成也获得了今年中国汽车工业科学技术进步的一等奖,感谢各位领导和专家的支持。3.0时代产品混合产品应用情况搭载在了吉利集团下面的14个平台车型,已经投放了市场,涵盖了轻混、深混、插混和增程式应用,包括了国际和国内的各种品种。也包含了我们在欧洲的豪华车型的应用,包括伦敦出租车以及其他地区的使用情况。

对于电气化产品的战略布局重点考虑HEV的应用情况,根据我们了解的使用场景和我们自己对未来的思考,我们认为48V的应用会相对面比较宽,从A0级到C级都会有使用空间。但是对于HEV或者包括PHEV是集中在大中型的车辆上,因为对于大中型规模的产品,一个是节油效果明显,另一个就是可以有效地吸收成本。对于增程,这个小型的串联式的实际上指的是现在日产在市场上推出的,真正的增程式更多的应用还是在纯电的平台上,我们认为应该会更有前景,对于一些中大型的纯电车型。

对于未来动力总成电气化的技术趋势,随着整个电机化的深入,这个大的趋势一定是发动机将更加地高效,动力总成更加趋向于简洁,这就意味着发动机可以在纯粹、局部高效区域工作,也就使得可以把热效率做得更高,今天上午几位领导和专家提到可以高到45%-50%,混合动力至少达到50%,传统车型要达到45%。对于变速箱会随着电气化的加深由多档化到少档化,从传统动力的6-9档到混合动力的1-4档,再到电动车1-2档。

这是一个案例,为了开发更加高效的混合动力的发动机,我们也做了一些高效热效率的研究,在这个预研的领域已经达到了指示效率49.5%。

接下来我想聚焦到混合动力的话题,这是我们李骏院士提出来的,未来我们2.0的技术路线图主要的方向。我们也都看到了到2035年混合动力和电动车要各占50%,面对这样的份额怎么才能从现在的3%和5%在接下来短短的15年之间有一个这样的突破性的跨越和增长,所以我觉得各个企业肯定也是我们大家所面临的问题,也是大家正在思考的、关心的问题,所以想把这个话题提出来和大家共享。

这就是李骏院士提出的节能路线图,这是我们现在调查到的目前从今年前三季度和2019年对比,我们可以发现中国市场HEV的增长还是比较明显的,跟2020年相比增长了25%?当然这个肯定主要是日系车,大家也都知道,我们国产的基本上在市场上还没有什么体量。

在欧洲也可以看到整个西欧的情况,受政策的激励,BEV和PHEV的同比增长达到了一倍以上。日本由于长期的税收和节能的联动政策,使混合动力的占比高达了25%左右。我们再来看一下从传统到强混、插电和纯电对比一下可以发现强混方面是对于高速充电,包括城市充电、电网扩容方面对电力没有需求,可以不充电,没有依赖的,使用便利性比较好。对于各种用途方面,长途、中短期或者网约车、专车,强混这种混合动力也都可以使用,所以选择面和应用面都是非常宽泛的。

这里从能量流的维度来分析一下传统动力和混合动力在节能方面的差一点在哪里,如何来理解。从这个图可以看到,中间的这个蓝色的小山一样的图代表了常用的运行工况,这里可以看到多数是在发动机的低转速区,也就是发动机的低效区,在高效区的工况不是特别多,所以这也导致了油耗和效能是比较低的。

主要损失实际上体现在工况不能聚焦到高效区和制动能量无法回收。而这个是混合动力的一个示意图,从循环工况图可以看到,在混合动力发动机的这种工作原理上,工作工况基本上聚焦在了中间的大面积高效区域,也是我们李骏院士上午提到的,逐步会往高效区集中,我们努力的方向就是要把工作的区域往这个中间的高效区去集中。

现在我们开发的混合动力的产品基本上是按照这样的逻辑实现这样的一个目标。也就是在工况区域方面还有加上制动能量回收,可以看到将近10%的能量回收,这就大大地提高了整个系统的效率。我们从这两这图也可以看到,如果行驶相同的循环,这些数据是根据一个循环计算出来的,基于一个1.7吨的SUV的实测的输入边际条件为基础来做的测算。它的能量可以看到从上面的这个6万多焦可以降到37000多焦,也就是节能效率基本上达到了40%。

再来看一下混动和电动基础技术之间的关系,我们可以看到其实有很好的共同性。这个共同就是指基础技术三电,电机、电控和电池是一样的,它的技术基本上是在一个领域的。能源技术,我们当然既需要充电,又需要加油的混动。对于这上面三个种类,HEV、PHEV和BEV是体现了这样的特点。    

混动和电动在这个共通性上面有哪些体现呢?首先在基础零部件方面是共通的,比如在动力总成领域,无论你是纯电的还是机电耦合等等技术,基础零部件都是来自于驱动电机控制器和机电耦合装置,这部分都是相通的,核心的材料以及元器件,像这些电子电器元件都是相通的,在基础支撑方面,一些先进的检测、先进的工艺也是相通的。

在控制上面其实有很强的共用性。这是一个混合动力系统控制图,左边代表了发动机、右边代表了变速器,发动机和变速器中间有一部分绿色的,拿出来其实就是电动车的控制部分,整个混合动力的控制部分实际上覆盖了传统和电动双向模块的需要。你做得了混动就一定做得了电动,做电动是相对简化了。你掌握了最复杂的技术,所以再做其他的技术会轻而易举地胜任,所以大家要有足够的信心。

这里想谈一下混合动力和中国的道路实际使用情况,我们认为也是比较相符的。我们可以看到上面是中国的人口密度的分布,下面是欧洲的,可以看到中国绿色的柱子,我们的人口聚集密度是欧洲的三倍,在这样的情况下我们的城市大多是高楼大厦,所以要达到每家每户充电便利的条件肯定不是一蹴而就的。由于城市聚集的密集也导致了城市的车速比较低,拥堵严重,在欧洲最堵的城市平均车速在50公里。为什么说混合动力适合这个工况呢?因为混合动力恰恰可以解决充电的不便利,因为不需要充电,而且又可以解决城市拥堵带动的发动机不能在高效区工作,因为它可以在低速的时候以电为主导,而在高速的时候以油为主导,这样就可以使得发动机集中在高效区域工作,充分地发挥这样的系统化优势。

下面来谈一下混合动力技术系统的难点,从三个方面:合理构型、智能控制、产品保障

第一,构型。从P1、P2、P3到P2.5、P1+P2、P1+P3,也有双电极的混联和双电极的串联等等,日系基本上是以双电机为主导的,而欧系是以单电机的P2或者P2.5为主导的。国内的各大企业,我们早期应该有很多做P2的,现在基本上在欧系和日系两大技术路线上跟进。

混合动力的系统理想构型,这个构型它的定义实际上决定了你这个系统的先进性,怎么样才是一个理想的构型?你要充分地考虑到整个系统的最优化设计,也就是你的各方面的定义对发动机、变速箱、电机、离合器等等所有关键系统、部件、功能模块都要做到最佳配合和合适的要求。

这是吉利的GHS1.0时代的混合动力。吉利在混合动力领域实际上在十多年前做了很多的基础研究和推广。我们去年在广州发布,在市场上实现了试运行。

这是我们的GHS2.0系统,这个系统是我们的发动机动力总成,实际上是4.0的混合动力,专用的发动机和变速箱正在开发之中。

难点二是关于智能及精确的动态控制,包括了燃烧系统到驱动系统,一直到整车的逻辑性、系统化联动的精准控制。

另外就是发动机的智能操作系统是从燃烧管理到扭矩管理、燃油管理、热管理等等一系列都需要和智能系统、智能管理进行联动起来。智能化控制,驾驶的过程中如何最大限度提升节油的混动效率?我们可以看到使用中的过程的工况从起步到城市运行工况到高速运行工况,每种工况下如何进行储能,包括坡路怎么样进行自学习和自动响应,这里面都是智能化的应用。所以智能化会是下一步对于混合动力把节能效果做到极致的一个非常关键的核心技术,这也是我们各个企业下一步重点应该去研究和攻克的。现在我相信各个企业都在做了,这是我们下一步要努力提高的。

第三方面就是产品的保障。因为混合动力是一个新生事物,所以产品验证的规范实际上现在积累还比较少,我们还没有足够多的数据,所以这个过程如何才能够保证我们的产品投放市场是一个可靠的,这个可靠性是经过充分验证的,然后让我们的客户用得放心。所以这个过程是我们对大量的数据测试研究的过程,也是我们在制定标准的过程,整个测试要从部件级到总成级到整车级进行系统化的标准制定,需要大量数据输入。吉利这些年通过跟沃尔沃在混合动力领域的合作,我们也输入了很多包括道路的路谱,包括全世界各种地区工况的路谱,沃尔沃有大量的积累,这方面获益很大,沃尔沃相对于整个欧洲行业都是非常高的。拿我们的变速箱耐久实验为例就比整个欧洲行业里面耐久性的24万公里高出了将近50%,要求35万公里,所以吉利现在所有的开发都是按照欧洲豪华标准的定位来做高端开发的

如何让这些标准得到验证,我们也是在整个完善的开发能力保障之下,我们也组织了很强大的车队,在全球典型市场做了大量现场实际的实车验证,也积累了大量的一手资料。

最后想谈一些行业的难点和建议。行业的难点也和大家这些天有很多的交流和沟通,我们归纳有四点:资源、市场、成本、规模

由于混合动力在初期发展阶段,供应链还不够完善,技术人才也缺乏;

现在市场体量还不够大,客户对购买混动的热情还不够高;

成本方面由于油电技术的叠加使得成本有所增长,所以这样使得规格品种多,也导致了体量效益差;

由于产业的规模小,资质的准入也比较难,所以这个规模效应还体现不出来。

我们来对标一下这是欧洲针对碳排放的一个关联性的政策,可以看到它是把购置税的税收和碳排放的数量直接挂钩的。在二氧化碳排放达到了255g以上的时候税收达到了2000多英镑以上。右边这个图是日本的节油政策,和消费税挂钩。这个政策可以看到对于重量税大于40%的时候就全免了,排量税大于30%的时候可以减免75%,环境税大于20%的时候就可以全面,跟节油率密切挂钩,这样从需求端就激发了客户购买的热情。

最后我们也提一个建议呼吁一下,我们作为会员的理事长单位,所以也想代表会员的心声,我们也呼吁一下:

一、是否能够寻求一些政策的支持比如说能够满足把HEV和其他的PHEV或者EV增程一样的政策,在双积分的比例、补贴、减免购置税、或者路权免牌照等等这些方面享受同等待遇,同时参考欧洲和日本的节能减排政策把排放和购买方面直接联动;

二、能否推动供应共享车站的使用;

三、能不能在国家行业领域组织一些牵头合作对关键技术进行联合公关,最后营造一种文化氛围;

四、希望国家和行业牵头推动零部件的标准化、通用化,降低研发成本和制造成本,同时携手培育相关领域的供应链。当然如果能够得到行业的支持,也将更有利于供应链的培养;

五、希望把混动能够纳入支持性产业,在投资准入方面都能够给予支持。

以上就是我的报告,非常感谢大家的聆听,也感谢大家对乘动会的支持,谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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