原創(chuàng)丨混動(dòng)技術(shù)構(gòu)建零碳轉(zhuǎn)型橋梁

由《汽車與運(yùn)動(dòng)》雜志主辦的“中國心”年度十佳發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)選活動(dòng),始創(chuàng)于2006年,是中國汽車行業(yè)最具權(quán)威性和影響力的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)評(píng)選之一。該活動(dòng)以“推動(dòng)中國汽車動(dòng)力技術(shù)突破,助力本土品牌創(chuàng)新發(fā)展”為宗旨,每年通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試與專業(yè)評(píng)審,評(píng)選出國內(nèi)市場上表現(xiàn)最卓越的燃油及新能源動(dòng)力系統(tǒng),被譽(yù)為中國汽車動(dòng)力技術(shù)的“風(fēng)向標(biāo)”。
今年,是“中國心”年度十佳發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)選活動(dòng)走過的第20個(gè)年頭。在這一關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn),《中國汽車報(bào)》與《汽車與運(yùn)動(dòng)》雜志社推出特別策劃“評(píng)委之聲”,邀請(qǐng)歷年來參與活動(dòng)的專家評(píng)委回顧“中國心”活動(dòng)所走過的歷程,展望未來汽車動(dòng)力技術(shù)發(fā)展方向。
韓志玉|同濟(jì)大學(xué)教授
在汽車產(chǎn)業(yè)百年變革的浪潮中,混合動(dòng)力技術(shù)正以驚人速度重塑行業(yè)格局。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2023-2024年中國市場,僅插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)和增程電動(dòng)汽車(REEV)的新車銷量便分別達(dá)到280萬和514萬輛。同期全球混合動(dòng)力汽車銷量(包括非插電混合動(dòng)力HEV)分別約為900萬輛、1200萬輛,展現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場生命力。這場變革不僅關(guān)乎技術(shù)路線選擇,更預(yù)示著動(dòng)力總成系統(tǒng)的深度重構(gòu)。
混合動(dòng)力技術(shù)之所以成為轉(zhuǎn)型期的"黃金方案",源于其獨(dú)特的三重物理優(yōu)勢:第一,能量回收的節(jié)能增益。電動(dòng)機(jī)通過制動(dòng)能量回收系統(tǒng),將下坡和剎車過程的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并使用,顯著提升燃油經(jīng)濟(jì)性并減少碳排放。第二,雙動(dòng)力源的協(xié)同效應(yīng)。內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)可根據(jù)工況智能切換,形成互補(bǔ)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)"二重唱",實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)效率最大化。第三,充電焦慮的根本化解?;旌蟿?dòng)力車通過雙動(dòng)力源設(shè)計(jì),在電池耗盡時(shí)仍可依靠內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力,有效消除用戶的長途續(xù)航擔(dān)憂。行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示,70%以上消費(fèi)者選擇混動(dòng)的核心動(dòng)因正是"無里程焦慮的電動(dòng)體驗(yàn)"。同時(shí),這種技術(shù)特性也完美契合了當(dāng)前汽車低碳化轉(zhuǎn)型的市場需求。
混動(dòng)技術(shù)的終極價(jià)值在于構(gòu)建零碳轉(zhuǎn)型橋梁。當(dāng)綠色氫能、綠色甲醇和合成燃料(e-fuel)技術(shù)成熟時(shí),混動(dòng)系統(tǒng)可無縫切換至碳中和燃料。國外研究表明,現(xiàn)有混動(dòng)平臺(tái)改用合成燃料后即可實(shí)現(xiàn)全生命周期碳排放降低90%以上。這種技術(shù)延展性很可能使其成為應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型不確定性的最優(yōu)解。
混動(dòng)技術(shù)標(biāo)志著汽車動(dòng)力系統(tǒng)邁入第四代進(jìn)化階段。與發(fā)動(dòng)機(jī)前三代機(jī)械控制、電子控制、直噴增壓的漸進(jìn)式改進(jìn)不同,本次變革本質(zhì)是系統(tǒng)架構(gòu)的重構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)從驅(qū)動(dòng)動(dòng)力"獨(dú)唱者"轉(zhuǎn)型為"合唱者"?;靹?dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)通過收窄工作區(qū)間實(shí)現(xiàn)熱效率(即燃料利用率)的大幅度提升。
全球車企加速布局混合動(dòng)力領(lǐng)域。日系代表豐田依托先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢,持續(xù)推出高性能混動(dòng)車型搶占全球市場;中國車企則通過創(chuàng)新構(gòu)型技術(shù),正在形成差異化競爭優(yōu)勢。隨著全球汽車市場對(duì)低碳、環(huán)保和節(jié)能技術(shù)的需求日益增強(qiáng),混合動(dòng)力技術(shù)的未來前景非常廣闊。預(yù)計(jì)到2030年,全球混動(dòng)市場份額將達(dá)30%,中國市場更有望突破60%。PHEV、REEV與HEV將形成多元技術(shù)矩陣,滿足不同消費(fèi)需求。
在重型卡車的低碳轉(zhuǎn)型道路上,混動(dòng)技術(shù)也將擔(dān)負(fù)重任。重型卡車是物流運(yùn)輸?shù)摹爸髁姟?,也是交通領(lǐng)域的“排放大戶”。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球運(yùn)輸業(yè)約22%的二氧化碳排放來自重卡,而在中國,重卡僅占汽車總量的3.1%,卻貢獻(xiàn)了近40%的行業(yè)碳排放。因此,在推廣低碳新能源乘用車的同時(shí),解決重卡排放問題成為當(dāng)務(wù)之急。受限于高速公路充電設(shè)施不足和動(dòng)力電池過重導(dǎo)致車輛運(yùn)載能力下降,純電新能源重卡在長途運(yùn)輸領(lǐng)域里的推廣受到嚴(yán)重阻力。
如何在不犧牲運(yùn)輸效率的前提下實(shí)現(xiàn)減排?混合動(dòng)力技術(shù)正在為這一難題提供創(chuàng)新解決方案。特別是混合動(dòng)力與低碳燃料的組合,將成為重卡節(jié)能增效的“黃金方案”,研究表明,對(duì)比傳統(tǒng)柴油動(dòng)力,混合動(dòng)力可以降低燃料消耗和碳排放15%-20%,同時(shí)可以減少全生命周期擁有成本,實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排和增加經(jīng)濟(jì)效益的高度契合。重型卡車的混動(dòng)化開始成為新戰(zhàn)場,這一趨勢預(yù)計(jì)在未來十年逐步顯現(xiàn),2030年或?qū)⒊蔀樾袠I(yè)主流。
放眼未來,運(yùn)輸重卡的節(jié)能減排之路是短期優(yōu)先發(fā)展柴油混合動(dòng)力,不需要大規(guī)模投入電力基礎(chǔ)設(shè)施,可以降低 15%-20%的燃油消耗和碳排放,且兩年內(nèi)即可收回與傳統(tǒng)柴油車的成本差。中期發(fā)展碳中性新燃料:甲醇卡車需提升燃燒效率,氫能卡車依賴綠氫產(chǎn)業(yè)鏈突破。長期布局電動(dòng)化:電池技術(shù)突破與電網(wǎng)清潔化將推動(dòng)純電動(dòng)卡車普及,屆時(shí)并行發(fā)展純電重卡和碳中性燃料混合動(dòng)力重卡,以滿足不同運(yùn)輸場景和區(qū)域能源優(yōu)勢的需要。
盡管汽車電動(dòng)化浪潮洶涌,內(nèi)燃機(jī)仍將長期存在。預(yù)計(jì)2030年中國仍有60%乘用車和80%商用車依賴內(nèi)燃機(jī)。電動(dòng)化非但不是內(nèi)燃機(jī)的終章,反為其進(jìn)化之路揭開新篇。內(nèi)燃機(jī)將迎來重生并成為適應(yīng)電動(dòng)化技術(shù)和新燃料需求的“新內(nèi)燃機(jī)”。
新生代內(nèi)燃機(jī)將呈現(xiàn)四大大特征:第一,與混合動(dòng)力系統(tǒng)高度集成。第二,熱效率峰值向50%突破。第三,新燃料適應(yīng)性提升。第四,控制系統(tǒng)深度融入整車智能化架構(gòu)。未來的內(nèi)燃機(jī)將突破傳統(tǒng)石油燃油限制,兼容甲醇、氫氣等新型碳中性燃料,通過與電動(dòng)機(jī)的智能協(xié)同,在提升系統(tǒng)性能的同時(shí)減少碳排放。
混合動(dòng)力汽車憑借油電協(xié)同優(yōu)勢,已在全球市場展現(xiàn)強(qiáng)大生命力,發(fā)展浪潮奔涌向前。近年銷量曲線持續(xù)上揚(yáng),印證其不可替代的產(chǎn)業(yè)地位。隨著技術(shù)進(jìn)步,混動(dòng)汽車將持續(xù)擴(kuò)大市場版圖,成為汽車產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的中堅(jiān)力量。在此進(jìn)程中,涅槃重生的新內(nèi)燃機(jī)融合混合動(dòng)力與低碳燃料,將與新能源技術(shù)協(xié)同共進(jìn),共繪全球汽車產(chǎn)業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展的未來圖景。