2021年04月19日 | 混合动力技术行业分析报告（2021）（上）

2020年10月，《节能与新能源汽车技术路线图(2.0版)》正式发布，明确指出到2035年我国节能汽车与新能源汽车年销量将各占50%，传统能源动力乘用车将全部转化为混动动力。这意味着，此前一直未获得政策明确支持的混合动力技术路线，终于迎来了发展春天。纵观国内汽车产业，混合动力技术百花齐放，以丰田、本田为代表的的国外企业，与以长城、比亚迪为代表的的自主品牌企业在混合动力技术上的竞争日趋激烈。为让行业更好地了解混合动力技术的发展现状，汽车评价研究院联合行业内专家，推出《混合动力技术行业分析报告（2021）》，以供行业参考借鉴。

一、混合动力技术概况

1.1 混合动力汽车

混合动力汽车（Hybrid Vehicle）是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle,HEV），即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。

根据电动机和内燃机的工作特性，使得混合动力系统可以按照整车实际运行工况要求，对两套动力系统的输出情况进行调控，从而让发动机尽可能保持在综合性能最佳的区域内工作，达到减少能耗、降低排放之目的。

1.2 混合动力汽车的结构及原理

根据混合动力驱动的动力传输路线分类，可将HEV分为串联式、并联式和混联式3种：

（1）串联式混合动力汽车（series hybrid electric vehicle,SHEV）：串联式混合动力汽车的混动系统由发动机、发电机和电动机3部分组成。工作原理是发动机带动发电机发电，发出的电能输送给电动机，由电动机将电能转化为机械能驱动汽车行驶。在串联式混动系统中，发动机不直接驱动车轮，驱动力全部来自电动机。

串联式混合动力电动汽车的发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，使得排放气体控制在尽可能低的范围，其从总体结构上看比较简单，易于控制，其特点更加趋近于纯电动汽车，适合于城市道路中频繁起步和低速运行的状态。

发动机、发电机、驱动电机三大部件总成在电动汽车上布置起来，有较大的自由度，但各自的功率较大，外形较大，重量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难，另外在发动机-发电机-电机驱动系统中的热能-电能-机械能的能量转换过程中，能量损失较大。串联式混合动力电动汽车适用于大型汽车上，但小型汽车上也有应用。

（2）并联式混合动力汽车（Parallel hybrid electric vehicle，PHEV）：并联混合动力系统由两个或多个独立的驱动系统联合，每个驱动系统至少与一个车载能源连接。并联式混合动力系统由发动机、电动机、蓄电池、功率变速器等组成。这种系统更接近于传统意义上的燃油汽车，该系统的发动机和电动机并列连接到驱动桥上。

由于并联式混合动力汽车的发动机和电动机相互独立，分属两套动力系统，所以并联式混合动力汽车的发动机和电机可以分别向汽车传动系统提供动力，也可以共同驱动车轮。当车辆需求转矩较大时，由电机和发动机共同工作为整车提供驱动力，需求转矩较少时，根据实际情况由电机和发动机单独给整车提供驱动力。

与串联混合动力结构相比，并联混合动力结构可采用功率相对较小的驱动电机和电池组，减少汽车的成本和质量。在纯电模式下，噪音低，使用成本小，在混动模式下，起步加速性能出色，但发动机不能保证一直处于效率最高的工况环境下工作，在低速工况下燃油经济性和排放性能均不及串联式混合动力系统。

（3）混联式混合动力汽车（Power-Split Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）：混联式混合动力汽车的混合动力系统又称动力分流系统。由电动机、发动机、发电机、蓄电池等组成，具备串、并联结构各自的特点。这种系统包含两条能量传递路线：机械能传递路线，发动机输出的机械能可通过机械装置直接驱动车轮；电能传递路线，发动机输出的机械能通过发电机转化成电能，由电动机驱动车轮，与此同时，电池连接发动机和电动机之间，可接受充电或提供辅助动力。

因此，当汽车工况变化频繁时，PSHEV采用串联式工作，当汽车在高速路段行驶时，则采用并联式工作。混联式混合动力系统结合了并联和串联两种结构的优点，在不同工况下都有工作效率高、污染气体排放低的特点，并且加速性和平稳性出色。但由于其结构形式相对复杂，车总重量相对较大，而由于工作模式多样化，其控制系统也相对复杂且要求严格，成本较高。

二、混合动力行业市场分析

2.1 混合动力行业发展环境分析

综合成本、性能等各方面优势，混动化将成为节能汽车未来发展的主流方向。混动化需要重点掌握混合动力整车集成、专用发动机、专用动力耦合机构、高性能电机、高水平功率型电池、电控系统开发优化等六项核心技术。

1896年混合动力汽车第一次诞生，距今已有125年，而距离现代混合动力汽车大批量商品化也已过去了20多年，对于在上世纪九十年代初就进入了触发期的混合动力技术而言，已经获得了足够的成长周期，即将进入全面成熟期。

市场成熟了，回顾新能源汽车市场发展进程，受国内外多种节能环保政策因素的影响，消费者和车企对混合动力汽车的需求显著增加。过去7年中，全球混合动力汽车产量增长近3倍，全球各主要车企均已在未来五年内大幅度下调了传统动力系统的研发数量，同时提高了混合动力系统的研发比例。

技术成熟了，混合动力技术经过不断的“试错”和迭代升级，不断突破核心技术实现了油耗和排放的持续降低。作为当前技术复杂程度最高的汽车产品，在混合动力系统架构、混合动力专用发动机、混合动力专用变速箱、混合动力系统控制、电池电机等多方面已趋于技术成熟和方案收敛。

对于混动系统架构，未来国内混合动力汽车的系统架构形式将进一步向着串并联形式为主、串联形式为辅的方向演进。混合动力汽车商业化发展20多年以来，由于不同国家和企业在战略规划、政策以及市场等层面上的差异，全球各车企在混合动力系统架构上的技术路线可谓纷繁多样，但近年来主流方案已逐步收敛。

丰田THS系统

在这几大主流方向中，以日系企业为代表的“三剑客”各自技术路线充分展示了主流混合动力系统架构技术方案的发展和演进过程。混联“霸主”，丰田自1997年第一代Prius面世以来，已发展至第四代THS系统，并扩展至PHEV车型。在混联功率分流领域，除了早期通用等企业推出部分车型、国内吉利与科力远开发的CHS系统之外，已鲜有企业继续研发该技术方案。

本田i-MMD系统

本田紧随其后，早期基于并联方案的IMA系统在问世的14年间完成了七代技术的迭代更新，但单电机系统各方面仍难以匹敌丰田THS系统优势，已于2012年推出i-MMD系统，凭借串并联方案实现高低速不同工况下的模式切换，并匹配了高效的专用发动机，综合能耗水平已不输THS系统。由于串并联架构较低的技术和专利壁垒，已成为越来越多企业的第一选择，是混合动力架构方案收敛的核心趋势。

日产e-power系统

日产在混合动力领域直到2016才推出了基于串联形式的e-power系统，目前有三款车型搭载在日本本土销售，2018年日产凭借Note e-power车型重获新车销量冠军。目前，国际主流串联式混合动力车型产品已寥寥无几，直至国内串联式混合动力的兴起。

WEY智能混动DHT技术

反观国内市场，虽有部分品牌涉及混合动力汽车领域，但由于技术功底较弱，在混动架构设计上都比较基础。但去年年末，WEY智能混动DHT技术的发布，打开了中国品牌在混合动力技术领域的一条先河，凭借紧凑布局、合理设计以及有效降低能耗等特点，引发了外界对于中国品牌在混合动力技术方面发展的关注。

总体来说，混联领域，由于丰田长期积累的技术和专利优势形成了较高的技术壁垒，后来者很难与之抗衡；以本田为代表的双电机串并联形式的混合动力架构，全工况下都具有较好的节能水平，受到后来者的广泛关注；以日产为代表的串联式系统，机电耦合系统设计和控制相对简单，虽然其高速工况油耗较差，但具有很好的城市工况节能水平，受到国内企业一定的关注。

对于混合动力专用变速箱（DHT），未来DHT产品技术在通过模块化、系列化、家族化的设计大幅降低成本后，多档位多模式技术方向将进一步得到深化和发展。

与前文提到的主流混合动力架构—混联和串并联形式相对应的，是与之配套的混合动力专用变速箱（DHT），这是混合动力汽车实现机电耦合的核心中的核心。相较由P0或P4与其它位置电机组成的串并联系统，DHT方案在系统集成度、成本、重量以及综合能效方面的优势，使DHT产品未来更具竞争力，从当前各企业的混合动力系统产品规划方向上也能发现这一明显趋势。

在功率分流领域，丰田通过提高MG1最高转速扩大系统调速范围、不断优化迭代控制系统等手段，持续提高其E-CVT系统的综合能效，而通用和科力远针对丰田单行星排输入式功率分流方案的自身缺陷和专利壁垒，开发过多种复合式功率分流方案，实现了更宽的高效运行区间，以及通过多个模式的切换，实现了不同模式性能优势与工况的良好匹配。

在串并联领域，其技术及产品正处在高速发展期，目前绝大部分产品是基于P1+P3形式的单档DHT方案。国外先进产品以GKN和雷诺的方案演变为例，GKN一代方案为基于P1+P3架构下的固定速比基础模式，雷诺一代方案采用单电机并联的平行轴设计，共可实现2个纯电、4个并联、能量回收和驻车充电模式。

国内外企业在DHT产品上的技术演进趋势主要是通过多种模式和多个档位的切换，将车辆运行模式作具有显著特征的区分，同时利用模式之间的优势互补，以实现系统总体的最优效率。相信未来DHT产品通过模块化、系列化、家族化设计方式大幅降低成本后，多档位多模式的技术方向将得到进一步深化和发展。

2.2 HEV是我国汽车业发展的必由之路—非过渡技术路线

从我国各地区发展的不均衡性、地理环境差异、地方政策不同以及消费水平分化等多方面综合因素来看，新能源汽车呈现多元化技术路径仍将是我国汽车行业和市场发展的主要特征。

基于越来越苛刻的法规要求以及愈发完善的体制机制，车企“钻空子”、骗补贴的可能性微乎其微，要实现降油耗、降排放的目标就必须依靠新能源汽车。但无论是纯电动汽车抑或插电式混动汽车，由于充电桩基建、使用场景、牌照政策等问题难以在短期内解决，因此，在一定程度上制约了二者的市场空间。而HEV不用额外充电、综合效率高、节油效果好等特点，使之成为更贴合政策要求和更符合市场需求的一条技术路线。

有观点认为HEV是过渡型技术路线，随着未来汽车产品电动化趋势将最终消亡，但这种论调很显然经不起推敲——《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中提出，预计到2035年节能汽车与新能源汽车年销售量占比达到50%，这意味着燃油车销量占比仍有半数之多，与此同时，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》不主张推行禁售燃油车时间表，因此，燃油车和新能源汽车仍将有较长的共存时间。

作为新能源技术的一大分支，从1997年第一辆丰田普锐斯混合动力汽车下线算起，HEV已经走过了24个年头，而按照《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的规划，HEV在我国发展至少还要再持续十几年，甚至更长时间，一个能够应用半个世纪乃至更久的技术显然并非“过渡型技术”。

如果继续用过渡性的思维和评判混合动力技术，不仅会对中国汽车企业的创新产生不恰当性的引导，阻碍新技术的研发，还会给消费者和市场造成带来不恰当的导向。