大电池触发“基因突变”，比亚迪DM-i为插混改命

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这篇是《混动100年中两度落败，为何现在痛击燃油车？（四）》汽车混动界元老，日本的丰田、本田，都不曾想过，有朝一日插电式混动汽车会和燃油车短兵相接，硬生生撕裂燃油车市场；更不会想到，这一幕竟是以价格战的方式开启。甚至，以DM-i插混车型暴击燃油车的比亚迪也不曾想到，自家的插混技术兜兜转转十几年后，会突然脱胎换骨，完成惊世蜕变。▍电池大王比亚迪的“核武器”2003年，丰田第二代普锐斯上市。这一年，“电池大王”比亚迪收购秦川汽车，涉足汽车行业。当时，比亚迪是全球第二大充电电池制造商。很少有人注意，在进入汽车行业的前一年，比亚迪就开始了车用动力电池的研发。比亚迪推出的首款新车是燃油车F3，但电池巨头动了造车的念头，真正的意图是要造电动汽车，造燃油车不过是为了“以油养电”。

▲2005年，比亚迪推出首款新车F3

比亚迪当时一位高层对媒体透露出野心：“凭借电池技术优势，比亚迪可以在未来让发动机变成废铁”。收购秦川汽车当年，比亚迪就启动纯电、混动汽车研发。2006年，比亚迪首款电动汽车F3e出现在北京车展，标称续航300公里，最高时速150公里。这款车最核心的技术，就是让比亚迪日后称霸的“铁电池”——当时名为“ET—POWER”，现在演化为“刀片电池”。

▲比亚迪早期研发的车用“铁电池”

当时，全球电动汽车还处于试验阶段，动力电池多用镍氢电池甚至更古老的铅酸电池，能量密度低，续航差。先进的锂离子电池能支持更长续航，但要想用在汽车上，尚有很多安全问题需要解决，而且成本极高。ET-POWER铁电池一出，王传福称其为“比亚迪的核武器”，这个“核武器”的威力主要是：低成本、高容量、高安全。但两年后，纯电车F3e没有如约而至，真正登场的是比亚迪F3DM。2008年12月，F3DM上市，这是全球第一款量产的插电式混合动力汽车，售价14.98万元。

▲比亚迪F3DM于2008年在深圳发布

更早亮相的F3e无疾而终，是因比亚迪意识到公共充电设施一片空白，纯电车很难存活；而F3DM是一款“双模车”，即能纯电，又能混动，比亚迪称其为“全球第一款不依赖专业充电站的电动车”。▍通用、丰田为何“晚点”？比亚迪F3DM上市时，丰田和通用都已掌握插混技术，相关车型却迟迟未能上市。2007年1月，通用的插混概念车雪佛兰Volt（沃蓝达）在北美车展露面，但距离量产还有很长的路要走，其中最大的障碍是电池。当时锂电池技术迅速进步，但市场上尚无汽车可用的动力锂电池。通用汽车从全球找了20多家电池供应商，经过一年多的筛选测试，才敲定一家供货。又过了一年多的开发测试，雪佛兰Volt终于在2010年底上市。

▲雪佛兰Volt是通用公司首款插混车

丰田的插混之路甚是奇特，几乎是被用户逼上梁山。二代普锐斯2003年上市后，某些车主好奇心过剩，开始琢磨解锁它的“纯电模式”。丰田的THS混动起步靠电机驱动，到一定速度时发动机再介入，等于自带隐藏“纯电模式”；普锐斯的电池小，只能支撑纯电跑1公里多，如果加大电池，岂不是能当个纯电车开？丰田对此毫无兴趣。原因在于，THS混动的开发初衷是为降低汽车油耗，丰田头疼的的是如何降低混动系统成本，进一步打开市场，怎么会为增加一点纯电里程而换用更昂贵的电池？得不到官方支持，美国一些普锐斯车主选择了DIY，到2008年时，改装方案已经有模有样，甚至一些丰田经销商也提供成套服务。他们在后备箱备胎位置加上一块锂电池，再在车尾开个洞装上充电装置，如此一来，普锐斯就变成一辆魔改的插混车，外接充电后纯电能行驶五六十公里。普锐斯在美国不便宜，这款卡罗拉级别的车卖到了凯美瑞的价钱；车主们把普锐斯DIY成插混更不便宜，要花一万美元左右，差不多是普锐斯车价的一半。也许是车主们的热情激励了丰田，也许是看到了汽车电动化的趋势，在2009年第三代普锐斯上市后，丰田顺风使舵，在这款车基础上开发出插混版，并于2012年上市。▍一块电池难倒汽车巨头丰田在插电混动上迟迟放不开手脚，一方面是THS受机械结构所限，升级成插电混动有点技术问题（比如二代普锐斯纯电最高时速只能到50公里左右，三代结构有升级），更主要的原因是电池实在太贵。丰田混动系统一直用镍氢电池，这种电池比较便宜，但能量密度低、电压低，还有记忆效应，无法长时间支撑大功率电机。如果升级成插电混动，必须换用锂电池，方能维持更长的纯电里程。三代普锐斯的镍氢电池容量1.3度电，插混版改用4.4度锂电池，纯电续航增加到20公里左右——这增加的3度电、20公里续航价值多少？一万美金！
三代普锐斯在美国起售价2.1万美元，而插混版则高达3.2万美元，直接跳涨50%。售价如此昂贵，丰田也没指望能大卖，初代插混普锐斯的主要任务是验证技术和试探市场。

▲丰田普锐斯插混版上市前在多个国家进行演示验证

雪佛兰Volt装了16度电的锂电池，纯电续航50公里左右，售价更是高达4万美元。本田的i-MMD混动主打“电驱”，天生适合升级插混。2013年，雅阁也推出插混版，装了6.7度的锂电池，纯电续航20公里左右，售价比混动版雅阁出贵出1万美元。看来，当时的行情就是一万美元能买20公里纯电续航。

▲雅阁插混版前翼子板上多了一个充电口

本田同样没指望插混版雅阁能卖出去多少，在日本本土，干脆只租不卖，而且主要租给政府部门和企业。日产汽车开头步子迈得大，2010年就推出全球首款面向大众市场的纯电车Leaf（聆风），但由于锂电池成本居高不下，时任日产首席运营官志贺俊之透露说：“EV（电动汽车）卖的越多亏损就越大的状态一直持续”。这导致日产被迫修改技术路线，后来不再押注纯电车，转而专注于小电池的“e-POWER电驱混动”（2016年正式推出）。

▲日产e-POWER用小电池实现纯电驱动

日产e-POWER主打“电驱”，属串联式混动，发动机只发电，车子用电机驱动，开起来和电车无异。日产用一块不到两度电的电池，把“全时电驱”玩儿得高效顺溜，也是业界一绝。▍比亚迪F3DM拓荒看到这里，你应该明白王传福为什么把自家的“铁电池”称为“核武器”。所谓“铁电池”，实际就是磷酸铁锂电池，锂离子电池的一种。这种锂电正极中没有稀有而昂贵的钴等材料，能量密度不及三元锂，但成本低、安全性好，寿命也长。即便比亚迪手握“核武器”，但进击之路也是一波三折。F3DM在2008年上市时定价14.98万元，几乎是汽油版F3的三倍（同年的F3汽油版起步价仅为5.58万元）。比亚迪雄心勃勃想在汽车电动化上大展拳脚，但F3DM毕竟是个拓荒者，高价、陌生的新技术、充电设施等等都是绊脚石。丰田、本田研发混动是为了给燃油车降油耗，而比亚迪的F3DM则是想让电动车增加续航；换个角度说，当时“两田”的混动本质上是燃油车，而比亚迪的F3DM本质上是个电动车。比亚迪F3DM自带16度电的磷酸铁锂电池，标称纯电续航100公里；电池电量消耗到20%左右时，切换到混动模式。

▲比亚迪F3DM使用了磷酸铁锂电池

F3DM的混动系统属于“双电机串并联”，一个发动机和两个电机配合，车子主要靠电机驱动，发动机主要用来发电，必要时也能直接驱动。没错，这跟本田几年后发布的i-MMD同属一类，构型和工作模式大同小异。现在回头来看，F3DM的表现有些青涩，比如电机功率较小导致性能并不惊艳；比如发动机热效率不高并且介入时运转粗糙；比如保电能力一般，无法让电驱尽性发挥等等。F3DM牛就牛在：它是全球首款量产插电式混动车；它还是全球首款量产“双电机串并联”混动车。

▲比亚迪F3DM混动构型为“双电机串并联”

它不如本田的i-MMD整体效率高，运行逻辑相对简单，控制也不似i-MMD那般绵密精细——但它比i-MMD早上市了5年。▍两代DM执着狂野性能F3DM让比亚迪在电动化上迈出第一步，但这款车价格高而性能平淡，除“新能源”外，并无抢眼卖点。比亚迪决定接着放大招，向世人展示一下“电驱”威力。2013年，DM2.0技术推出；2014年，比亚迪发布“542战略”。5代表百公里加速5秒以内，4代表电四驱，2代表百公里油耗2升以内。此时，比亚迪进入汽车行业十余年，主打“垂直整合”，几乎所有零部件都自研自制。发动机和自动变速箱都已搞定，铁电池能量密度提升，电机也升级成高电压、高转速……比亚迪一把甩出手头好牌，整合出性能豪横的DM2.0。DM2.0放弃了“双电机串并联”，改用发动机和电机并联，目的是大力出奇迹。2014年发布的新车唐是比亚迪首款“542”车型。唐有“三擎四驱”，2.0T发动机、110kW前轴电机、110kW后轴电机可并联发力，百公里加速4.9秒，性能让大排量燃油车也相形见绌。

▲比亚迪第二代DM突出高性能

DM2.0技术用“542”夺人耳目，但软肋是没有专门的发电机，电池电量消耗后不能高效补充，出现所谓“有电一条龙，无电一条虫”。为补“保电”缺陷，比亚迪又在2018年发布DM3.0。DM3.0主要进化点是增加BSG启停一体电机，可由发动机带动串联发电，此电机还能随时调整发动机转速，让变速箱换档更平顺。

▲第三代DM性能又有提升

DM2.0百公里加速4.9秒已然傲视同侪，比亚迪自恃“三电”技术领先，DM3.0把后轴电机功率由110kW加大到180kW，唐DM百公里加速提至4.5秒。这个动力，只能用狂暴二字形容。然而，DM3.0仍有缺憾：比如发电功率小，保电能力一般；比如亏电油耗并不出色——最大的问题是，发动机、变速箱、各种电机叠床架屋，机械结构越搞越复杂，成本也越堆越高。▍DM-i扭转插混命运在走过一些弯路后，比亚迪终于领悟到大道至简，于2021年初发布震动业界的DM-i超级混动。

▲DM-i是比亚迪插混技术的重要转折点

DM-i在机械上大做减法，电气上大做加法。基本架构沿用初代DM的“双电机串并联”，由“机械混动”重回“电气混动”，当然，比亚迪此时的“三电”和发动机的技术水平，与10年前相比已经完全不是一个境界。DM-i有“插混三宝”：热效率高达43%的混动专用发动机、功率型刀片电池、EHS电混系统（双电机串并联）。DM-i专用发动机主要为发电工况设计，不再考虑高低转速性能，可高效发电。功率型刀片电池可高倍率充放电，能驱动更大功率的电机。

▲比亚迪为DM-i开发专用刀片电池

EHS电混系统中的电机、电控设计高度集成化，功率大而效率高。除“插混三宝”外，比亚迪还有压轴的杀招：业内独步天下的“垂直整合”。电池自产，电机、IGBT（电控核心部件）自产，几乎所有汽车零部件全都自产（比亚迪向来有“除玻璃和轮胎外全都自己造”的名声），DM-i也省去了变速箱等复杂的机械结构，又用高度集成化设计大幅削减零部件数量——于是，很多汽车公司想都不敢想的一幕出现了：插混汽车和燃油车卖一个价！比亚迪秦PLUS百公里加速8秒多，是燃油车2.0T的水平；亏电油耗百公里4升多，仅是2.0T一半。秦PLUS可以当电车开，又能当混动车开，现在起售价还不到9万，油车和混动车瞬间都不香了。

▲比亚迪的DM-i车型与燃油车直接竞争

比亚迪几乎是单枪匹马改变了插混技术的命运。在2019年时，插混车型销量惨淡，插混技术已成很多车企棋盘上的弃子。到了2021年，比亚迪DM-i突然成汽车技术流量明星，相关车型销量暴涨，一时引来其它车企纷纷效仿，插混技术重回主流。▍大电池解下插混“紧箍咒”从本田i-MMD和日产e-POWER可以看出，这两家其实很早就领悟到，“电驱”能让混动系统解锁出惊人潜力。两家的“三电”水平也属全球一流，本可以大有作为，但一块昂贵的动力电池，让精于成本控制并以平价打天下的日系公司缩手缩脚。本田推出i-MMD插混版后，自诩已“无限接近于电驱”，但迟迟不肯把插混版推上C位；日产e-POWER死守小电池，一门心思推高发动机燃效（日产宣称已研发出热效高达50%的专用发动机），从无加大电池升级成插混的消息传出。两家的心病，始终是那块动力电池。

▲日产宣称e-POWER专用发动机的热效率可达50%

动力电池很贵，一度电就是一度电的价钱，有些厂商死守小电池有它的道理。但很多人并不清楚，加大电池，并非只是增加纯电续航那么简单，大电池还能解下“电气混动”的一道紧箍咒，提升性能和效率。所谓“电气混动”，是说能量传输主要以电气路径为主（具体可参见上篇文章）。双电机混动（包括串联和串并联）就是典型的电气混动，车子以电驱为主，发动机主要用以发电。其中的技术关窍，一言以蔽之：多用电、少用油。多用电，是因为电机驱动效率高而性能强大。少用油，自然是为省油。性能强而油耗低，看似矛盾，但靠“电与油互补”的混动方式确实可以做到，其中的一个关键，就是电池电量要够大。车子的高性能，需要大功率电机支撑；大功率电机，又需要大容量大功率电池支撑。如果电池小，电量瞬间尿崩，车子必然“无电一条虫”。大电池存电多，发动机发电之余，有大把时间可以休息。不像小电池，存的电很快放完，发动机刚喘口气就要接着启动发电，来来回回折腾。比如比亚迪DM-i即便是在亏电状态下（电池电量低至20%左右），城市工况中发动机工作时间只有20%左右。小电池混动，通常是抑制性能而求省油，一旦提升性能，油耗数据就不好看。最明显的例子就是日产奇骏e-POWRE版，百公里加速能到7秒左右，百公里油耗也直奔7升，比油车好不了多少。从比亚迪DM-i可以看到，“电气混动”加大电池升级成插混，可以在更高段位上达成性能与油耗的平衡。当然，大电池的重量会对油耗有点不利影响，但瑕不掩瑜，何况DM-i亏电油耗也很低，更何况它充电后综合油耗更是低到没朋友。这种插混车型，开起来像电车一样爽，用起来比混动更省钱，挂的还是绿牌——如果价钱再降到油车的水平，场面正如我们所见：插混乱拳打蒙油车老师傅！回顾混动技术演化，是为了解其中的“技术哲学”。篇幅所限，具体技术的高下优劣只能看出大概。“机械混动”和“电气混动”谁能走更远？双电机串并联要不要增加档位？插混的尽头是不是增程？回头一一分解。

来源：https://view.inews.qq.com/k/20240102A0227800
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