请参阅最后一页的重要声明
证券研究报告·行业深度研究
新能源汽车产业趋势之五:增程
插混,蓦然回首,已非吴下阿蒙
推进“节油”和“以电代油”是我国乘用车发展必然选择
我国自然资源禀赋多煤、贫油、少气,原油对外依存度高。
降低机动车油耗、维护国家能源安全是汽车产业发展的硬约束条
件。同时,我国电力工业发达,可再生能源电力占比逐年提高,
“以电代油”是汽车产业发展的长期趋势。对于汽车保有量和增
量主体的乘用车而言,同时推进“节油”和“以电代油”是其发
展的必然选择。
混合动力技术是节油优选手段
对传统燃油乘用车而言,节油途径众多。其中,混合动力技
术引入动力电池、电机系统,可通过发动机-电机串联、并联、混
联等不同的动力构型设计不同程度地弥补发动机的短板。当前,
已有多个成功的混合动力车型体现了显著的节油效果。
插电式技术是以电代油适宜载体
近年来,电池性能的提升、成本的下降大幅降低了动力电池
在整车上规模应用的门槛。除了纯电动乘用车依托大容量动力电
池和电力系统彻底实现了使用过程中的“去油化”外,“混合动
力构型”+“可直接充电”的插电式混合动力乘用车在兼顾传统
燃油乘用车使用习惯同时具备以电代油能力。作为我国新能源乘
用车的重要组成部分,插混也初步涌现出优秀动力结构和车型。
增程插混务实有效,取长补短珠联璧合
我们认为,插电混动的终极目标是在动力性、驾驶舒适度、
极限续航、平台开发便利度满足需求的情况下,A 状态电耗、B
状态油耗均较低,实际纯电续航比例较高且 BOM 成本较低。
综合比较不同几种动力构型设计的插混乘用车,以发动机-
发电机串联构型为核心特征的增程式插混乘用车通过优化增程
器、动力电池和电机,可以以较低成本基本达到节油和低电耗以
电代油的目的,并很好地兼容纯电平台;具备高效增程功能的混
联构型插混乘用车可以实现全工况节油、较低电耗以电代油。此
外,增程式对下一代动力电池、燃料电池都是较合理的动力结构。
我们认为,优质增程式/具高效增程功能的插混乘用车将享
受新能源乘用车增速大于传统燃油乘用车、插混乘用车增速不低
于新能源乘用车和增程渗透率提升、增速高于插混乘用车的三重
趋势红利,具备技术先进性和成本控制能力的标的有望受益。
投资建议
建议投资者关注产品具备增程功能的插混乘用车龙头企业
上汽集团、比亚迪、广汽集团,将推出高效增程插混动力构型平
台及相应乘用车的小康股份。
3汽车
行业深度研究报告
目录
一、“节油”+“以电代油”,汽车产业长期趋势 ................................................................................................. 1
1、原油对外依存度高,节油意义重大 ......................................................................................................... 1
2、资源禀赋宜电,以电代油空间广阔 ......................................................................................................... 3
二、混合动力,节油最优选择 ............................................................................................................................... 7
1、节油途径众多,混合动力综合优势明显.................................................................................................. 7
2、动力构型差异,串并混联各有所长 ......................................................................................................... 9
3、多车型实证节油能力,混动扬帆起航.....................................................................................................11
三、插电式,“以电代油”适宜载体 ................................................................................................................... 17
1、插电混动,“插”协同“混”提升电驱地位.......................................................................................... 17
2、电池飞速进步,弥补燃油短板 ............................................................................................................... 22
3、多指标综合考虑,自主插混渐露峥嵘.................................................................................................... 22
四、增程插混务实有效,取长补短珠联璧合 ..................................................................................................... 26
1、增程器-电池需优化配置,简洁构型旧貌换新颜 .................................................................................. 26
2、多目标综合评定,增程插混待领风骚.................................................................................................... 27
3、放眼新能源可能的终极未来,增程设计仍是有效选项........................................................................ 29
投资建议................................................................................................................................................................. 31
风险分析................................................................................................................................................................. 31
图表目录
图表 1: 我国一次能源消费总量(万吨标煤) .................................................................................................. 1
图表 2: 我国一次能源消费结构占比 .................................................................................................................. 1
图表 3: 我国一次能源对外依存度 ...................................................................................................................... 1
图表 4: 不同阶段的汽车燃料消耗量限值目标 .................................................................................................. 2
图表 5: 远期汽车燃料消耗量均值目标 .............................................................................................................. 2
图表 6: 燃料消耗量系数加权计算方法 .............................................................................................................. 3
图表 7: 我国历年全社会用电量(亿 kWh)...................................................................................................... 3
图表 8: 我国电力消费结构占比 .......................................................................................................................... 4
图表 9: 补贴调整表格,等补贴退坡方案 .......................................................................................................... 4
图表 10: 新能源积分计算规则 ............................................................................................................................ 5
图表 11: 限购限行地区的主要相关政策规定..................................................................................................... 5
图表 12: 我国充电桩建设情况(至 2018 年底) .............................................................................................. 6
图表 13: 发动机效率传递及增效途径 ................................................................................................................ 7
图表 14: 涡轮增压发动机示意图 ........................................................................................................................ 7
图表 15: 阿特金森循环示意图 ............................................................................................................................ 7
图表 16: 丰田 Dynamic Force Engine 2.0L 发动机效率 map 图(图中新款) ................................................ 8
图表 17: 宝马 i3 永磁电机(升级版)效率 map 图........................................................................................... 8
图表 18: 特斯拉 Model S 交流电机效率 map 图................................................................................................ 8
图表 19: 典型发动机、电动机动力性能对比 .................................................................................................... 9
请参阅最后一页的重要声明汽车
行业深度研究报告
图表 20: 典型电池性能指标对比 ........................................................................................................................ 9
图表 21: 国产混合动力汽车电池类型配套比例 ................................................................................................ 9
图表 22: 串联式混合动力系统示意图 .............................................................................................................. 10
图表 23: 并联式混合动力系统示意图 .............................................................................................................. 10
图表 24: 混合动力汽车中电动机的不同位置 ...................................................................................................11
图表 25: 混合动力汽车中不同位置电动机的作用和特点................................................................................11
图表 26: 日产 Note e-power ............................................................................................................................... 12
图表 27: e-power 动力系统................................................................................................................................ 12
图表 28: 日产 Note e-power 行驶模式(电池供电;发动机一拖二)........................................................... 12
图表 29: 日产 Note e-power 行驶模式(发动机电池同时供电;制动回收)............................................... 12
图表 30: 日本 2015 年燃油乘用车节油榜(含混合动力,km/L,JC08 测试标准)................................... 13
图表 31: 丰田 E-CVT 混合动力变速器中的行星齿轮组................................................................................. 13
图表 32: 丰田 THS 动力系统(第 1-3 代)原理.............................................................................................. 13
图表 33: 丰田 THS 动力系统(第 4 代)原理................................................................................................. 14
图表 34: 本田 i-MMD 系统结构........................................................................................................................ 15
图表 35: 本田 i-MMD 系统燃油经济性优化结果............................................................................................ 15
图表 36: 本田 i-MMD 系统可实现不同行驶模式............................................................................................ 16
图表 37: 插电式混合动力汽车示意图 .............................................................................................................. 17
图表 38: 插电式混合动力汽车典型续航组成 .................................................................................................. 17
图表 39: 纯电续航里程比例 UF:(A1+A2)/ΣAi........................................................................................... 18
图表 40: 纯电续航里程比例和乘用车最大纯电续航关系............................................................................... 18
图表 41: 我国历年新能源汽车销量和产品类型 .............................................................................................. 19
图表 42: 我国历年新能源汽车销量结构 .......................................................................................................... 19
图表 43: 我国纯电动乘用车销量结构 .............................................................................................................. 20
图表 44: 我国插混乘用车销量结构 .................................................................................................................. 20
图表 45: 2018 年新能源汽车销量前 10 名车型 ............................................................................................... 20
图表 46: 近期自主车企插混车型布局(部分) .............................................................................................. 21
图表 47: 近期国际车企插混车型布局(部分) .............................................................................................. 21
图表 48: 典型正极材料比容量和对锂电压 ...................................................................................................... 22
图表 49: 典型正极材料综合性能对比 .............................................................................................................. 22
图表 50: 宁德时代不同性能侧重点的动力电池 .............................................................................................. 22
图表 51: 比亚迪第 1 代 DM 系统结构.............................................................................................................. 23
图表 52: 比亚迪第 2 代 DM 系统结构(后电机非必须).............................................................................. 23
图表 53: 比亚迪第 3 代 DM 系统串联驱动工作模式...................................................................................... 23
图表 54: 比亚迪第 3 代 DM 系统并联四驱工作模式...................................................................................... 23
图表 55: 搭载“绿芯混动”技术的 eRX5 系统组成....................................................................................... 24
图表 56: 上汽荣威 EDU 电驱系统结构............................................................................................................ 24
图表 57: EDU 电驱与对应典型工作模式......................................................................................................... 24
图表 58: 比亚迪秦 pro 对比丰田卡罗拉双擎 E+ ............................................................................................. 25
图表 59: 增程式混合动力汽车设计可能存在问题 .......................................................................................... 26
图表 60: 理想制造 ONE 结构............................................................................................................................ 27
请参阅最后一页的重要声明汽车
行业深度研究报告
图表 61: 理想制造 ONE 对比比亚迪唐 DM..................................................................................................... 27
图表 62: 不同 A 级乘用车 BOM 成本对比估计(单位:元;2020 年预期).............................................. 28
图表 63: 不同类型乘用车综合评定(以常规 A 级车为例).......................................................................... 28
图表 64: 不同储能体系的理论能量密度(仅考虑活性物质,以 kWh/kg 计)............................................ 29
图表 65: 锂硫电池的基本结构 .......................................................................................................................... 29
图表 66: 质子交换膜燃料电池膜电极组件结构 .............................................................................................. 29
图表 67: 增程式燃料电池汽车动力系统结构 .................................................................................................. 30
请参阅最后一页的重要声明1
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
一、“节油”+“以电代油”,汽车产业长期趋势
1、原油对外依存度高,节油意义重大
我国是能源消费大国,能源消费总量位居全球首位,近年来一次能源消费总量在 45 亿吨标煤,且将持续增
长。按一次能源消费结构占比估计,原煤占据绝对优势,占比仍达 60%;其次是原油,占比接近 20%。天然气、
一次电力占比均逐步提升。
图表1: 我国一次能源消费总量(万吨标煤) 图表2: 我国一次能源消费结构占比
资料来源:国家统计局,中信建投证券研究发展部 资料来源:国家统计局,中信建投证券研究发展部
“富煤、贫油、少气”是我国化石能源资源禀赋的基本特征。在各类一次能源中,原煤对外依存度较低,
天然气逐步增加,原油居高不下,处于 60%以上。

汽车用油是我国原油消费的关键组成部分,推进节油对于保证国家能源安全意义重大。根据 2017 年 4 月发
布的《汽车产业中长期发展规划》,我国新车到 2020 年的平均燃料消耗量将降至 5L/100km 以下。该阶段的燃料
消耗量目标相比于上一阶段,降幅在 17%到 37%不等,整备质量越大的车型对应的降幅一般越高。

单车油耗的控制手段是2017年9月发布的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,
即双积分管理办法,该政策规定了企业平均燃料消耗量的目标值、达标值和实际值的计算方法。目标值(达标
值/实际值)为企业在核算年度生产或进口车型燃料消耗量目标值(达标值/实际值)与对应生产或进口量乘积之
和除以当年度生产或进口总量计算出的平均燃料消耗量。 企业平均燃料消耗量积分为达标值与实际值的差额与
车型核算数量的积。实际值低于达标值产生的积分为正积分,高于达标值产生的积分为负积分,不同类型的车
型有不同。3
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
图表6: 燃料消耗量系数加权计算方法
年度
注 1:
BEV/FCV/PHEV(R≥50)
注 2:
FC≤2.8L/100km
2016-2017 年 Wi=5 Wi=3.5
2018-2019 年 Wi=3 Wi=2.5
2020 年 Wi=2 Wi=1.5
其余车型,核算 CAFC 时生产或进口量倍数 Wi=1
注 1:新能源汽车是指纯电动乘用车、燃料电池乘用车、纯电动驱动
模式综合工况续驶里程达到 50km 及以上的插电式混合动力乘用车。
注 2:节能汽车是指除新能源汽车外,油耗≤2.8L/100km 的乘用车。
注 3:2020 年后新能源汽车、节能汽车倍数优惠另行规定。
资料来源:工信部,中信建投证券研究发展部
乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分管理要求纳入乘用车生产企业及产品准入条件。乘用车企业
平均燃料消耗量负积分未抵偿归零的,或在其负积分抵偿归零前,对其燃料消耗量达不到《乘用车燃料消耗量
评价方法及指标》车型燃料消耗量目标值的新产品,不予列入《道路机动车辆生产企业及产品公告》或者不予
核发强制性产品认证证书,并可以依照《汽车产业发展政策》《强制性产品认证管理规定》等有关规定处罚。
2、资源禀赋宜电,以电代油空间广阔
煤炭、一次电力适宜以电能形式消费。据中电联统计,我国发用电量持续增长;据国网能源院研究估计,
至 2050 年,我国电气化水平(终端电能消费占终端用能比例)将达到约 48%,是当前水平的 2 倍,接近发达经
济体水平。
图表7: 我国历年全社会用电量(亿 kWh)
资料来源:中电联,中信建投证券研究发展部
我国清洁能源电力(非化石能源电力,水电、核电、风电、太阳能)占比逐年提升。至 2017 年,清洁能源
电力占比已接近消费总量的 30%。随着清洁能源电力装机增速逐步增长、消纳能力逐步增强、平价上网逐步清
晰、电力市场建设逐步推进,清洁能源电力占比有望持续提升。同样据国网能源研究院估计,至 2035 年,非化
38,977 39,457 41,498
3,330 3,816 4,060
11,127 11,748 11,931 1,714
2,132 2,481 1,856 2,409
3,034
395 665
1,166
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
70,000
2015 2016 2017
煤电 其他火电 水电 核电 风电 太阳能4
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
石能源在一次能源消费中的占比将超过 1/3。
图表8: 我国电力消费结构占比
资料来源:中电联,中信建投证券研究发展部
较高的电气化水平、逐步攀升的清洁能源电力占比使得以电代油成为和节油同等重要的降低原油对外依存
度的手段。远期,以我国新能源汽车(以纯电动/插电混动计,不区分车型和百公里电耗差异)总保有量 1 亿辆,
平均年行驶里程 15000 公里,平均百公里电耗 20kWh 估算,新能源汽车年用电量约为 0.3 万亿 kWh,也远低于
我国 2017 年全社会用电量 6.3 万亿 kWh。
国家对纯电动(BEV)、插电混动(PHEV)、燃料电池(FCV)等新能源汽车的长期扶持是“以电代油”
的具体体现,涵盖补贴、新能源乘用车积分、路权(限购限行)、基础设施等各方面。
对纯电、插混乘用车而言补贴政策已处于退坡最后阶段。在退坡过程中,电池系统能量密度、整车百公里
电耗等关键参数的门槛要求逐渐提升。
图表9: 补贴调整表格,等补贴退坡方案
2017/2018 纯电/插混乘用车国家补贴方案对比(单位:主要指标-万元;技术门槛-系数)
补贴关键参数 方案 2017 方案 2018
分档标准 补 贴 金 额 /
系数
分档标准 补贴金额/系

主要指标-续航里程(KM) 100≤R<150 2 150≤R<200 1.5
150≤R<250 3.6 200≤R<250 2.4
R≥250 4.4 250≤R<300 3.4
无 300≤R<400 4.5
R≥400 5
技术门槛-
电池系统能量密度(Wh/kg)
E<90 0 E<105 0
90≤E<120 1 105≤E<120 0.6
E≥120 1.1 120≤E<140 1
无 140≤E<160 1.1
E≥160 1.2
67.91% 65.51% 64.67%
5.80% 6.34% 6.33%
19.39% 19.51% 18.59%
2.99% 3.54% 3.87%
3.23% 4.00% 4.73%
0.69% 1.10% 1.82%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
2015 2016 2017
煤电 其他火电 水电 核电 风电 太阳能5
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
2017/2018 纯电/插混乘用车国家补贴方案对比(单位:主要指标-万元;技术门槛-系数)
技术门槛-百公里电耗实际值
优于政策上限的比例
优于能耗限值 0%≤Q<5% 0.5
5% ≤ Q <
25%
1
Q≥25% 1.1

地补比例 50% 50%
2017 年:能耗水平设置调整系数。按整车整备质量(m)不同,工况条件下百公里耗电量(Y)
应满足以下要求:m≤1000kg 时,Y≤0.014×m+0.5;1000<m≤1600kg 时,Y≤0.012×m+2.5;
m>1600kg 时,Y≤0.005×m+13.7。
2018 年:能耗水平设置调整系数。按整车整备质量(m)不同,工况条件下百公里耗电量(Y)
应满足以下门槛条件:m≤1000kg 时,Y≤0.0126×m+0.45;1000<m≤1600kg 时, Y≤0.0108
×m+2.25;m>1600kg 时,Y≤0.0045×m+12.33。
插混 2.4 2.2
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
“双积分”政策是补贴退坡后配额形式的长效扶持政策。积分设置方面,纯电动乘用车积分和续航里程正
相关,插电混动乘用车积分固定,燃料电池乘用车积分和系统额定功率正相关。
图表10: 新能源积分计算规则
车辆类型 标准车型积分 备注
纯电动乘用车 0.012×R+0.8 (1)R 为电动汽车续驶里程(工况法),单位为 km。
(2)P 为燃料电池系统额定功率,单位为 kW。
插电式混合动力乘用车 2 (3)标准车型积分上限为 5 分。
燃料电池乘用车 0.16×P (4)车型积分计算结果按四舍五入原则保留两位小
数。
积分调整规则:
条件一:m≤1000 时,Y≤0.014×m+0.5;1000<m≤1600 时, Y≤0.012×m+2.5;m>1600 时,Y≤0.005×
m+13.7。
条件二:m≤1000 时,Y≤0.0098×m+0.35;1000<m≤1600 时, Y≤0.0084×m+1.75;m>1600 时,Y≤0.0035
×m+9.59。
优于条件二 1.2 倍,不足条件一 0.5 倍,其他 1 倍。
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
鉴于我国经济相对发达地区环境容量较小、居民购买力较高,且新能源汽车使用过程中无大气污染物排放,
在相应地区对燃油乘用车限购限行乃至逐步扩大限购限行力度、扩展限购限行地域是并仍将是有效提升新能源
汽车保有量并发挥新能源汽车积极作用的关键手段。
图表11: 限购限行地区的主要相关政策规定
北京 传统车摇号、限行,纯电动汽车排号且不限行。
深圳 纯电动、混动资格审查通过后可直接配置指标。
上海 传统车牌照拍卖,新能源汽车控制总量免费发放牌照;新能源汽车不限行。6
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
北京 传统车摇号、限行,纯电动汽车排号且不限行。
贵阳 传统车摇号,清洁能源汽车无限制。
广州
每个人只能持有 1 张普通车牌照;企业年缴税 1 万以上或其他条件可申请牌照,按照缴税
额或其他条件增加申请限额。
石家庄 家庭不得购买第三辆普通车。
天津 传统车摇号,新能源汽车无限制。
杭州 传统车摇号、竞价,新能源汽车无限制。
海南 传统车排号,新能源汽车优先配置。
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
营运车辆的新能源化也在进行中。截至 2018 年底,已有深圳、大连、惠州、昆明、佛山等地要求新增/更
新网约车必须为纯电动乘用车。
截至 2018 年底,我国的公共充电桩累计数量约 30 万个,私人充电桩累计数量约 47 万个。新能源汽车累计
保有量超过 260 万辆,车桩比持续处于高位。
2018 年底,发改委、能源局、工信部和财政部联合下发“关于《提升新能源汽车充电保障能力行动计划》
的通知”。《计划》明确了多项重点任务,力争用 3 年时间大幅提升充电技术水平,提供充电设施产品质量,加
快完善充电标准体系,全面优化充电设施布局,显著增强充电网络互联互通能力,快速升级充电运营服务品质,
进一步优化充电基础设施发展环境和产业格局。
图表12: 我国充电桩建设情况(至 2018 年底)
资料来源:中国充电联盟,公安部,中信建投证券研究发展部
综上所述,“节油”和“以电代油”的基本方向将共同引导我国汽车产业发展。
3.00
3.10
3.20
3.30
3.40
3.50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2017年 2018年
公共充电桩累计数量 私人充电桩累计数量 车桩比7
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
二、混合动力,节油最优选择
1、节油途径众多,混合动力综合优势明显
节油能力对应燃油发动机主要性能指标(动力性指标、经济性指标)中的(燃油)经济性。同等动力性能
的燃油发动机,有效效率越高则节油能力越强。对于燃油发动机的任何一个工况点(特定转速-扭矩-功率-效率),
均在理想的卡诺循环及对应的理想热效率基础上存在能量损失:燃烧不完全,造成燃烧损失;传热与排气过程
存在大量能量耗散,造成传热损失和排气损失,获得指示功及对应的指示效率,指活塞获得的能量大小及对应
的效率;此后还有摩擦、泵气和附件损失,最终获得有效功及对应的有效效率,指发动机对外输出的能量大小
及对应的效率。
图表13: 发动机效率传递及增效途径
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
从理想热效率到有效效率的每部分损失均有相关的发动机/外围协同技术予以优化,有关的研究与应用均在
不同程度推进。如小排量发动机+涡轮增压,可以同时降低传热损失、摩擦损失、泵气损失并节约有用功(对部
分污染物排放可能增加的问题可通过后处理加以弥补);通过阿特金森循环分离发动机在压缩冲程和做功冲程的
理论压缩比,减少泵气损失等。
图表14: 涡轮增压发动机示意图 图表15: 阿特金森循环示意图
资料来源:广汽集团,中信建投证券研究发展部 资料来源:中信建投证券研究发展部8
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
当前,汽油发动机的最高热效率已经突破 40%。如丰田 Dynamic Force Engine 2.0L 发动机,通过阿特金森
循环、高压缩比和双喷射等技术手段达到了最佳工况下的高燃效。
图表16: 丰田 Dynamic Force Engine 2.0L 发动机效率 map 图(图中新款)
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
但是发动机机内优化也存在较大局限性。发动机低转速工况下效率低,燃油经济性差,同时扭矩也低,动
力性差;小排量涡轮增压发动机在 WLTP 测试工况下相比于大排量自然吸气发动机不具优势,且驾驶平顺度差;
采用阿特金森循环的发动机在提升燃油经济性的同时牺牲了部分动力性。正如尾气后处理和机内技术对于减排
都有重要作用一样,以其他动力系统弥补发动机的弱点对于节油乃至全面增强整车性能都有重要作用。
电动机和发动机相比,具有效率高(意味着电能-机械能转化更有效)、高效区间大(意味着绝大多数工况
下电能-机械能)转化效率高等优点,和发动机耦合后可以有效规避发动机的低转速高油耗区间,并实现制动能
量回收以进一步降低实际油耗。
图表17: 宝马 i3 永磁电机(升级版)效率 map 图 图表18: 特斯拉 Model S 交流电机效率 map 图
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部 资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
另外,电动机起步扭矩高,最大功率、扭矩高,搭配具备较高倍率性能的动力电池后再和合适排量的阿特
金森循环发动机耦合可以充分发挥后者的高燃油经济性并弥补其可能的动力性不足现象。9
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
图表19: 典型发动机、电动机动力性能对比
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
我国混合动力汽车使用的动力电池多为镍氢电池和锂电池。
图表20: 典型电池性能指标对比 图表21: 国产混合动力汽车电池类型配套比例
资料来源:中信建投证券研究发展部 资料来源:交通部,中机中心,中信建投证券研究发展部
可见,以发动机-电动机-动力电池协同为基础,能够从可消耗的燃料以及其他能量储存装置获取能量用于汽
车驱动的混合动力技术是综合优势明显的汽车动力系统技术,具备节油、改善汽车动力性和驾驶体验等作用。
据 Markets and Markets 2018 年中估计,2018 年全球混合动力汽车市场将达 416.9 万辆,预计到 2025 年市
场规模达 759.3 万辆,期间年复合增长率为 8.94%。
2、动力构型差异,串并混联各有所长
根据国家标准 GB/T 19656-2017(电动汽车术语)定义,混合动力汽车按照动力系统结构形式不同可分为串
联式、并联式和混联式三种。
串联式混合动力电动汽车,指车辆的驱动力只来源于电机的混合动力电动汽车。其核心特征是前端供能装
置-发电机串联;后端仅有电动机进行功率-扭矩输出。
Energy
Safety
Life Cost
Power
铅酸电池
镍镉电池
镍氢电池
锂离子电池
0%
20%
40%
60%
80%
100%
2015 2016 2017
铅酸 三元锂电 镍氢 锰酸锂等汽车
行业深度研究报告
图表22: 串联式混合动力系统示意图
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
并联式混合动力电动汽车,指车辆的驱动力由电机及发动机同时或单独供给的混合动力电动汽车。其核心
特征是发动机-电动机并联,输出功率可以叠加。
图表23: 并联式混合动力系统示意图
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
混联式混合动力电动汽车,指同时具有串联式和并联式驱动方式的混合动力电动汽车。与串联式、并联式
相对简单直观的系统构型不同,混联式构型复杂、灵活度高,但对各方面的技术要求也最高。
混合动力汽车(对并联式、混联式)通常也以电动机的位置不同进行进一步细分。
请参阅最后一页的重要声明
1011
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
图表24: 混合动力汽车中电动机的不同位置
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
从 P0 到 P4 分别表示的电机布置方式是:P0-位于发动机前端的皮带上;P1-位于发动机的曲轴上;P2-
位于发动机与变速箱中间靠变速箱一侧,与发动机间有离合器;PS-位于变速箱内部;P3-位于变速箱后;
P4-和发动机不同轴。不同位置的电机可发挥的作用与特点有区别。
图表25: 混合动力汽车中不同位置电动机的作用和特点
电机布置方式 作用和特点
P0(BSG 电机) 自启停、扭矩辅助、能量回收,成本低
P1(ISG 电机) 自启停、扭矩辅助、能量回收、短距离纯电驱动,成本较低
P2 扭矩辅助、能量回收、短距离纯电驱动,成本低
PS 扭矩辅助、能量回收、纯电驱动,体积小、效率高
P3 扭矩辅助、能量回收、纯电驱动,功率扭矩较大、效率高
P4 扭矩辅助、能量回收、纯电驱动,功率扭矩大、四驱
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
3、多车型实证节油能力,混动扬帆起航
时至今日,混合动力汽车已有若干不同构型车型实现了较高的节油效果。
日产 e-power 动力系统,证实了串联式动力构型在节油方面的能力。
日产 Note e-power 的构型为串联式,动力系统主要部件包括发动机、发电机、逆变器、电池和电动机。其
中发动机 HR12DE 为 1.2L 排量三缸机,具备连续可变气门(部分工况下实现阿特金森循环),优化的摩擦阻力
和燃烧室设计,以及和四缸机接近的振动/噪声水平。e-power 的对应燃油版本 Note 名列日本 2015 年燃油乘用
车节油榜前五。12
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
图表26: 日产 Note e-power 图表27: e-power 动力系统
资料来源:日产,中信建投证券研究发展部 资料来源:日产,中信建投证券研究发展部
日产 Note e-power 的工况和控制策略就是典型的串联式混合动力汽车工况和控制策略。具体包括:
动力电池电量较高时,发动机不工作电池供电。电池电量不足时,发动机发电驱动车辆同时给电池充电。
图表28: 日产 Note e-power 行驶模式(电池供电;发动机一拖二)
资料来源:日产,中信建投证券研究发展部
上坡、行车急加速时,发动机发电,电池辅助供电共同驱动车辆。下坡、刹车时,进行动能回收。
图表29: 日产 Note e-power 行驶模式(发动机电池同时供电;制动回收)
资料来源:日产,中信建投证券研究发展部
最终,日产 Note e-power 的油耗水平在日本 JC08 测试标准下达到了 37.2km/L,名列日本 2015 年燃油乘用13
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
车节油榜(含混合动力)次席;同时实现了 80kW 最大功率和 254Nm 峰值扭矩。
图表30: 日本 2015 年燃油乘用车节油榜(含混合动力,km/L,JC08 测试标准)
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
丰田 THS 系列动力系统,通过 E-CVT 混合动力变速器进行功率分流实现高效节油。
丰田 THS 系列动力系统在普锐斯、卡罗拉、凯美瑞、雷凌等混动车型上广泛应用,其精髓是高效发动机、
电动机配合下的 E-CVT 混合动力变速器(对应电机构型为 PS)。前三代 THS 的系统结构中发动机和 1 号电机
在齿轮组一侧,2 号电机在另一侧,三者同轴。
图表31: 丰田 E-CVT 混合动力变速器中的行星齿轮组 图表32: 丰田 THS 动力系统(第 1-3 代)原理
资料来源:丰田,汽车之家,中信建投证券研究发展部 资料来源:汽车之家,中信建投证券研究发展部
E-CVT 混合动力变速器中的行星齿轮座圈连接发动机,通过中心齿轮和外齿圈的直径比设计将 72%扭矩分
配给外齿圈,将 28%扭矩分配给恒星齿轮(太阳轮)。太阳轮衔接 1 号电机,外齿圈衔接 2 号电机和动力输出。
因为不同工况下齿轮和座圈的运转速度甚至方向可变类似差速器,所以扭矩耦合但很大程度上动力解耦,省略
了变速箱和离合器。
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45汽车
行业深度研究报告
热车阶段,发动机带动行星齿轮座圈正向旋转同时行星齿轮反向旋转,外齿圈不动,太阳轮正转带动 1 号
电机发电。起步阶段,太阳轮正转带动 1 号电机发电同时 2 号电机驱动整车起步。低速逐步加速,行星齿轮反
向自转逐步减弱直至停止只剩下公转,此时进入发动机的高燃油经济性区间,发动机通过行星座、行星齿轮推
动外齿圈输出动力,推动太阳轮、1 号电机给动力电池充电。最后,2 号电机工作在发电机模式,发动机和 1 号
电机输出动力。上述不同控制过程由行车电脑和电控系统完成。可见 E-CVT 的本质是动力分配系统,低速行驶
时动力输出来自电池组,正常速度时输出来自发动机,高速时电动机、发动机通过 E-CVT 一起共同为汽车提供
动力。
丰田第三代 THS 系统具备 1.8L 阿特金森循环发动机,发动机输出 73kW 最大功率和 142Nm 峰值扭矩;电
机可输出 60kW 最大功率和 207Nm 峰值扭矩。在日本 JC08 测试标准下油耗水平超过 40km/L。
最新的第四代 THS 系统的结构设计有所改变,发动机和 1 号电机仍然同轴,2 号电机改为平行轴设计,通
过一个反转从动齿轮和行星齿轮座圈结合。
图表33: 丰田 THS 动力系统(第 4 代)原理
资料来源:汽车之家,中信建投证券研究发展部
第四台 THS 对应的 E-CVT 减少了轴向长度,降低了机械损耗,改善了噪音和振动性能;进一步解耦 1 号
电机和 2 号电机,最终提升纯电驱动的速度上限,改善了高速巡航时的油耗。
本田 i-MMD 动力系统,串并联结构同样可以实现高效节油作用。
同属混联构型,本田 i-MMD 系统也具备一个可实现阿特金森循环功能的 2.0L 发动机(i-MMD 的发动机具
备双凸轮,分别为对应奥拓循环的动力凸轮和对应阿特金森循环的燃油经济性凸轮)、双电机和动力电池组。它
和丰田的主要区别在变速机构。
请参阅最后一页的重要声明
14汽车
行业深度研究报告
图表34: 本田 i-MMD 系统结构
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
本田 i-MMD 系统搭载 P1+P3 双电机。双电机的驱动轴以空心轴形式嵌套,在解决了强度、高精度对中和
冷却问题后,增加了变速比自由度。工程师可以自由调节电机与发动机的工作点,增加高效区间。
图表35: 本田 i-MMD 系统燃油经济性优化结果
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
本田 i-MMD 系统可实现不同的行驶模式。启动和加速过程中由带电量 1.3kWh 的锂离子动力电池组供电进
行纯电驱动;低速及逐步加速阶段,发动机工作在阿特金森循环下,通过发电机-电动机的双电机系统输出功率,
动力电池执行功率跟随进行动态充放电;中高速及高速巡航时发动机工作在奥托循环下,可通过离合器直接输
出功率。
请参阅最后一页的重要声明
15汽车
行业深度研究报告
图表36: 本田 i-MMD 系统可实现不同行驶模式
资料来源:本田,搜狐汽车,中信建投证券研究发展部
最终,搭载 i-MMD 系统的本田雅阁和搭载 THS 系统的丰田普锐斯具备相近的燃油经济性;其发动机具备
107kW 最大功率和 175Nm 峰值扭矩,电动机具备 135kW 最大功率和 315Nm 峰值扭矩。
混合动力汽车的节油作用显著,但较小且不可联网充电的动力电池限制了以电代油的能力。真正意义上的
以电代油功能需通过“插电”实现。
请参阅最后一页的重要声明
16汽车
行业深度研究报告
三、插电式,“以电代油”适宜载体
1、插电混动,“插”协同“混”提升电驱地位
常规混合动力汽车中,发动机居于主导地位,动力电池和配套电动机居于从属地位。作为混合动力汽车的
一种,插电式混合动力汽车的核心特征除了“混”之外还有“插”,即动力电池可通过外电路充电,整车同时具
备加油和充电两种能量补充途径;整车还应具备相对较大的动力电池和较长的纯电驱动续航(相比于常规混合
动力汽车),利于实现“以电代油”作用。
图表37: 插电式混合动力汽车示意图
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
不论构型如何,插电式混合动力汽车在实际行驶过程中均可包含两个典型的阶段。其一,电量下降阶段,
对应纯电驱动及相关续航;其二,电量保持阶段,对应燃油驱动及相关续航(同时也可能具备第三/四个阶段,
即燃油驱动,电池供电电动机辅助驱动/电池利用富余燃油动力充电)。可以认为对插混汽车而言,电动机已不
再是发动机的补充,二者在动力系统中具备同等地位。
图表38: 插电式混合动力汽车典型续航组成
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
请参阅最后一页的重要声明
1718
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
鉴于插混汽车(乘用车)实际上至少纯电续航和燃油续航,其能量消耗也分为 A 状态电耗(百公里耗电量,
和纯电动乘用车类似)和 B 状态油耗(百公里耗油量,和燃油乘用车类似),同等动力性条件下二者均越低越好。
不同国家采取不同简化计算手段获取插混乘用车燃油消耗量/综合工况油耗(能耗)。
我国根据国家标准 GB/T 19753-2005(19753 型轻型混合动力电动汽车电量消耗量试验方法)定义:
燃油消耗量=25km*油耗/(25km+纯电续航)
即假定插混乘用车均运行在“综合工况”下:一次循环过程中纯电续航完全发挥,25km 燃油续航后充满电
进行下一次循环,单次循环油耗覆盖单次循环的总续航。该方法简单直观,但“综合工况”的定义是否足够合
理值得商榷,且同样的综合工况续航可能对应不同实际能耗车型(电池小、省油,或者电池大、费油)。
美国 EPA 标准则将电耗和油耗统一,规定 8.9kWh 电能=1L 汽油。该方法好处是综合能耗直观,坏处是不
同的电力结构(如火电和风电光伏,不同度电煤耗的火电)的折算方法一致,对实际节能减排作用不公平。
我们认为,对插电混动乘用车的能耗合理衡量方式是同时标出 A 状态电耗和 B 状态油耗。2018 年新能源
汽车补贴政策即规定,工况法纯电续驶里程低于 80km(位于 50~80km 之间)的插电式混合动力乘用车 B 状态
燃料消耗量(不含电能转化的燃料消耗量)与现行的常规燃料消耗量国家标准中对应限值相比小于 65%,比值
介于 60%(含)-65%之间的车型按 0.5 倍补贴,比值小于 60%的车型按 1 倍补贴。工况法纯电续驶里程大于等
于 80km 的插电式混合动力乘用车,其 A 状态百公里耗电量应满足纯电动乘用车门槛要求。这样根据纯电续航
里程不同对 A 状态电耗和 B 状态油耗作出了要求,有利于清晰明确地引导产业发展。
除 A 状态电耗、B 状态油耗均越低越好之外,实际纯电续航比例也是衡量“以电代油”效果的重要考虑因
素。有研究者依托用户真实出行特征计算不同续航里程插混乘用车的纯电续航比例,得出结论车型本身的理论
纯电续航里程越高,则用户的实际纯电续航里程和比例(UF)也越高。理论纯电续航里程达到 100km,则纯电
里程续航比例迅速攀升至 70%;进一步增加理论纯电续航里程,纯电续航里程比例提高幅度不大。可以认为,
理论纯电续航里程达到 100km,插混乘用车就能够统计意义上很大程度发挥“以电代油”的作用。
图表39: 纯电续航里程比例 UF:(A1+A2)/ΣAi 图表40: 纯电续航里程比例和乘用车最大纯电续航关系
资料来源:中国知网,中信建投证券研究发展部 资料来源:中国知网,中信建投证券研究发展部
我国新能源汽车产业飞速发展。2018 年新能源汽车销量已逾 125 万辆,约为 2015 年的 4 倍;累计销量接
近 300 万辆。作为新能源汽车的重要组成部分,同年插混乘用车销量 26.5 万辆,仅次于纯电乘用车;插混车型19
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
以 A 级、B 级为主,相比于纯电 A00 占据半壁江山的局面,整体定位更高。
图表41: 我国历年新能源汽车销量和产品类型
资料来源:中汽协,中信建投证券研究发展部
2018 年插混乘用车销量占比超过新能源汽车总量的 20%和新能源乘用车的 25%。虽然纯电续航多在
50-100km 区间,但插混乘用车动力电池用量较少,单车电池矿产资源和后处理压力也较小,且对用户使用习惯
兼容性更好。
图表42: 我国历年新能源汽车销量结构
资料来源:中汽协,中信建投证券研究发展部
和纯电动乘用车相比,插混乘用车单车所获补贴更少,2018 年国补标准为单车 2.2 万元;同时车型结构定
位更高,以 A 级车、B 级车为主。可以预见,在更市场化的购车消费和绝大多数地域的路权扶持之下,补贴退
11.3
25.4
44.9
78.8
6.4
8.0
10.7
26.5
15.4
17.3
23.5
20.3
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
2015年 2016年 2017年 2018年
纯电乘用车销量(万辆) 插混乘用车销量(万辆) 新能源商用车销量(万辆)
34.2%
50.0% 56.7% 62.7%
19.2%
15.8%
13.6%
21.1% 46.6%
34.2% 29.7%
16.2%
0.0%
20.0%
40.0%
60.0%
80.0%
100.0%
120.0%
2015年 2016年 2017年 2018年
纯电乘用车销量占比 插混乘用车销量占比 新能源商用车销量占比20
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
坡对插混乘用车的影响也相对较低。
图表43: 我国纯电动乘用车销量结构 图表44: 我国插混乘用车销量结构
资料来源:乘联会,中信建投证券研究发展部 资料来源:乘联会,中信建投证券研究发展部
我国 2018 年销量居前的新能源乘用车中,插电混动车型占据四席,年销量在 3-5 万辆之间;动力系统结构
多为混联或并联。
图表45: 2018 年新能源汽车销量前 10 名车型
资料来源:电动邦,中信建投证券研究发展部
0.0%
20.0%
40.0%
60.0%
80.0%
100.0%
A00级占比 A0级占比 A级占比 B级占比 C级占比
0.0%
20.0%
40.0%
60.0%
80.0%
100.0%
2015年 2016年 2017年 2018年
A级占比 B级占比 C级占比
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
10000021
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
2019-2020 年,自主品牌发力插混乘用车。上汽、比亚迪、长安、长城、广汽、奇瑞、吉利、一汽等车企均
有 SUV 车型推出/更新。
图表46: 近期自主车企插混车型布局(部分)
车企 车型 车企 车型
比亚迪 宋 Pro DM 吉利 嘉际 PHEV
宋 MAX DM 星越 PHEV
秦 Pro DM 缤越 PHEV
唐 DM 缤瑞 PHEV
长安 CS75 PHEV 领克 02 PHEV
长城 WEY P8 GT 领克 03 PHEV
广汽 传祺 GS4 PHEV 帝豪 GS PHEV
传祺 GA35 PHEV 帝豪 GL PHEV
上汽 名爵 ZS PHEV 奇瑞 星途 TX
名爵 HS PHEV 瑞虎 5Xe
荣威 erx5 一汽 红旗 HS7
荣威 SUV 插电
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
2019-2020 年,多款国际车企插混车型将参与我国市场角逐。如已在天津一汽丰田下线的卡罗拉双擎 E+,
搭载一套 1.8L 阿特金森循环自然吸气发动机以及双电机 E-CVT 混动系统,发动机最大功率 73kW,最大扭矩
142Nm;电机最大功率为 53kW,最大扭矩 207Nm;在插电混动模式下极限续航接近 1000km;综合工况百公里
油耗为 1.3L,混动模式下百公里油耗(B 状态油耗)为 4.3L;动力电池总容量约 10.5kWh,纯电模式下续航 55km,
直接估算其百公里电耗(A 状态电耗)为 19kWh,实际百公里电耗或为 17kWh 左右;纯电驱动时速上限为 125km/h。
图表47: 近期国际车企插混车型布局(部分)
车企 车型 车企 车型
丰田 卡罗拉双擎 E+ 福特 全顺 CUSTOM PHEV
雷凌双擎 E+ Escape PHEV
大众 途锐 PHEV Expedition PHEV
蔚揽旅行轿车 GTE 版 宝马 X5 xDrive45e iPerformance
帕萨特 PHEV 330e iPerformance
途观 L PHEV 745Le xDrive
迈腾 GTE Concept 沃尔沃 Polestar 1 PHEV
探岳 GTE Concept XC40 PHEV
本田 Clarity PHEV S60 PHEV
Pilot PHEV 奔驰 S560e PHEV
日产 奇骏 PHEV GLE PHEV
逍客(ePower 混动系统) 路虎 揽胜极光 PHEV
三菱 GT-PHEV
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部22
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
2、电池飞速进步,弥补燃油短板
相对较长的纯电续航里程需求使得插混乘用车对高性能动力电池的需求比常规混合动力乘用车更高。除倍
率性能、安全性和成本问题外,能量密度、日历/循环寿命等因素也很重要。这使得各类锂离子电池成为插混乘
用车的首选。以正极材料区分,磷酸铁锂、三元材料和锰酸锂都有涉及。
图表48: 典型正极材料比容量和对锂电压 图表49: 典型正极材料综合性能对比
资料来源:Web of Science,中信建投证券研究发展部 资料来源:Web of Science,中信建投证券研究发展部
当前,三元材料和磷酸铁锂正极技术进展较快,以方形电池单体能量密度为例,磷酸铁锂进步至 160Wh/kg
以上,三元材料进步至 240Wh/kg 以上;后续硅碳负极技术也可能将电池能量密度进一步推高。针对不同需求
的插混乘用车,侧重于倍率性能或能量密度的车型可分别选择合适的动力电池作为纯电驱动的动力来源。
同时,动力电池循环寿命也取得了较大提升。假设插混乘用车纯电续航 100km,对应整车动力电池包循环
2000 次后容量衰减到 80%,则可支撑纯电续航约 20 万 km,基本能够满足整车应用需求。
在循环寿命提升较大的情况下,具备不同性能侧重点的动力电池也得到了研发。
图表50: 宁德时代不同性能侧重点的动力电池
电池类型 能量型三元 综合型三元 功率型三元 能量型铁锂 功率型铁锂
电芯容量(Ah) 156 168 74 202 92
单体能量密度
(Wh/kg)245 240 210 163 115
循环寿命(次) 1500 3500 3000 3500 6000
快充倍率(C) 0.8 1.2 4 / /
资料来源:宁德时代,中信建投证券研究发展部
3、多指标综合考虑,自主插混渐露峥嵘
插电混动乘用车的政策性扶持及底层技术的进步共同为自主品牌搭建了广阔的舞台。采用不同动力构型的
插混乘用车初现自主技术峥嵘。23
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
比亚迪 DM 系统,多代技术持续探索不同构型。
比亚迪的前后共 3 代 DM 系统分别对应不同构型。1 代 DM 系统属于串联式构型,2 代 DM 系统属于混联
式构型(P3,或 P3+P4 四驱)。前者增程器功率偏小,后者电池电力不足时发动机带动大电动机反转发电效率
不高。前两代 DM 系统 B 状态油耗均较高且电池电量不足时驾驶体验存在顿挫感较明显等短板。
图表51: 比亚迪第 1 代 DM 系统结构 图表52: 比亚迪第 2 代 DM 系统结构(后电机非必须)
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部 资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
比亚迪第 3 代 DM 系统在第 2 代系统基础上增加了可实现自启停、能量回收功能的 25kW P0(BSG)电机
配合连接 6 档变速器的发动机,发电效率大幅提升至 80%以上;在秦 pro DM 版、唐 DM 版上,分别相当于采
用 P0+P3 前驱构型,和 P0+P3+P4 四驱构型。二者均可以实现纯电驱动、并联前驱、串联驱动和能量回收等工
作模式;唐 DM 还具备串联四驱工作模式。总体而言,对变速箱和相对大功率电机的需求使得比亚迪混动系统
相对复杂,但是多电机和发动机、变速箱协同也使得其系统自由度较高。
图表53: 比亚迪第 3 代 DM 系统串联驱动工作模式 图表54: 比亚迪第 3 代 DM 系统并联四驱工作模式
资料来源:太平洋汽车网,中信建投证券研究发展部 资料来源:太平洋汽车网,中信建投证券研究发展部
最终,比亚迪第三代 DM 技术在秦 pro 和唐的对应车型上分别体现出了能耗控制为主和动力性为主的性能
特点。秦 pro DM 的 1.5T 发动机具备 113kW 最大功率和 240Nm 峰值扭矩;P3 电机具备 110kW 最大功率和 250Nm
峰值扭矩。其 B 状态油耗为 4.3L,大幅优于 2020 年燃料消耗目标(轿车在仅考虑油耗和整备质量时相比于 SUV24
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
更易达标)。唐 DM 的发动机具备 151kW 最大功率和 320Nm 峰值扭矩;P3 电机具备 110kW 最大功率和 250Nm
峰值扭矩;P4 电机具备 180kW 最大功率和 380Nm 峰值扭矩。在动力性强大、具备 5 秒内破百的加速能力同时,
其 B 状态油耗仅为 7.6L,微逊于 2020 年燃料消耗目标。
上汽荣威“绿芯混动”系统,混联构型油电表现均衡。
上汽荣威用于其插混乘用车的“绿芯混动”三电系统,包含 EDU 电驱、HCU 电控和 ESS 三元锂离子电池
包。其中电控实现工作模式切换,电池用于纯电驱动及均衡能耗。其主要亮点在于 EDU 电驱设计。
图表55: 搭载“绿芯混动”技术的 eRX5 系统组成 图表56: 上汽荣威 EDU 电驱系统结构
资料来源:汽车之家,中信建投证券研究发展部 资料来源:汽车之家,中信建投证券研究发展部
和本田 i-MMD 系统类似,荣威“绿芯混动”系统同样采用了 P1+P3 双电机。P1 对应的 ISG 电机具备 30kW
最大功率和 150Nm 峰值扭矩,用于功率跟随充电、启停与制动能量回收;P3 对应的 TM 电机具备 56kW 最大
功率和 318Nm 峰值扭矩,用于驱动车辆。其具备纯电驱动、串联、并联、制动能量回收等多种工作模式。大扭
矩电机的使用使得其在助力发动机工作方面优势较明显。
图表57: EDU 电驱与对应典型工作模式
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
与 i-MMD 不同的是,“绿芯混动”技术通过平行轴-两档变速器在规避了嵌套轴的工程技术难题同时保留了
变速比(两个不同的速比),可以实现调节电机和发动机工作点的效果。25
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
搭配最大功率 124kW、峰值扭矩 250Nm 的 1.5T 涡轮增压发动机后,采用“绿芯混动”技术的荣威 eRX5
具备 704kW 的峰值扭矩和 1.6L 的综合工况油耗。其动力电池容量 12kWh(含冗余),纯电驱动续航 60km,可
计算得其 A 状态电耗约 20kWh/百公里,B 状态油耗约 5.4L。eRX5 的 A 状态电耗优于国家标准,B 状态油耗优
于 2020 年燃料消耗目标 1 档整备质量。
虽然国际车企插混产品有大军压境之势,但自主品牌龙头的技术进步使得其并非没有还手之力。以比亚迪
秦 pro DM 和丰田卡罗拉双擎 E+对比,前者在整备质量更高的情况下保持了和后者相当的 B 状态油耗,且纯电
续航里程更长。
图表58: 比亚迪秦 pro 对比丰田卡罗拉双擎 E+
产品
电机功率
(kW)
电机扭矩
(Nm)
发动机
功率
(kW)
发动机
扭矩
(Nm)
排量
带电量/电池
容量(kWh)
纯电续航
(km)
百公里电耗
(kWh)*
综合油耗
(L/100km)
B 状态油耗
(L/100km)
整备质量
(kg)
秦 pro 2018 120 280 / / / 53 420 13.8 / / 1650
秦 pro DM 110 250 113 240 1.5 14.3 80 17.88 1.0 4.2 1665
卡罗拉双擎
E+
53 207 73 142 1.8 10.5 55 19.09 1.3 4.2 1540
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部,*百公里电耗为计算值,未考虑电池冗余可能的不同造成的绝对和相对差异
当前的优质插混车型已相当程度上可发挥节油、以电代油作用,但 A 状态电耗仍不同程度有待优化。如比
亚迪秦 pro 纯电和插混版对比,插混版百公里电耗相当程度偏高,可能的原因包括电机功率扭矩需和发动机匹
配造成效率妥协、动力电池包带电量较小相对放电倍率高内阻增加电耗增加等。动力电池包的问题可能需要选
择合适性能特点的电池并优化成组加以部分解决,而电机功率扭矩和发动机匹配的问题则可能通过采取串联结
构的增程式插混方案加以解决。26
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
四、增程插混务实有效,取长补短珠联璧合
1、增程器-电池需优化配置,简洁构型旧貌换新颜
2018 年 12 月公布的《汽车产业投资管理规定》对混合动力汽车、插电混动汽车和增程式电动汽车的分类
表述方面有所区别。常规混合动力系统技术和产品属于节能汽车范畴;插电混动汽车产品属于新能源汽车范畴;
增程式插电混动汽车除了也属于新能源汽车之外,在投资项目方面也和纯电动、燃料电池汽车并列,具有最高
的建设地位。
根据国家标准 GB/T 19656-2017(电动汽车术语)定义,增程式电动汽车的动力构型核心特征(在纯电动模
式下可以达到其所有的动力性能,具备车载辅助供电装置为动力系统提供电能,以延长续航里程)隶属串联式,
但纯电动模式达到所有动力性能对动力电池的要求在串联式动力结构中较高(和发动机-电动机、动力电池同时
输出才可达到所有的动力性能相区分),甚至也高于插电式混合动力汽车(具备较长纯电续航,但不要求动力性
能均由动力电池输出功率满足)。另外,可以认为串联、混联结构的插电混动车型都具备不同程度的增程工作能
力(发动机作为车载辅助供电装置为动力系统提供电能)。
增程插混汽车的技术复杂度适中,但对增程器(发动机,采用阿特金森循环为佳;搭配发电机)、动力电池
(容量适中、适度考虑倍率性能为佳)、整车平台(偏向纯电为佳)的设计匹配优化等都有相当要求。
图表59: 增程式混合动力汽车设计可能存在问题
组成部分 设计可能存在问题 实际后果
增程器 功率偏小 B 状态下无法满足高速定速巡航等需求,使用体验局限性大
功率偏大 合适工作点不易标定,B 状态油耗偏高
发电效率低 B 状态油耗偏高,发热大
动力电池 容量偏小 A 状态下纯电续航短、动力性差、损耗大,使用体验局限性

容量偏大 整车重量偏大,A 状态电耗/B 状态油耗均受影响
倍率性能不足 A 状态下损耗大,快充能力受限,使用体验局限性大
整车平台 油改电 性能局限性大,动力性/A 状态电耗/B 状态油耗难于兼顾
资料来源:中信建投证券研究发展部
前述比亚迪 DM1 代,及宝马 i3 增程版等车型,受限于较低的增程器功率,在 B 状态下整车动力性严重受
到制约,用户体验不佳。日产 Note 则因动力电池容量较小,纯电续航里程比例受限。
车和家推出的理想制造 ONE 采用中等大小增程器配备大电池的增程方案。和采取更复杂混联构型,以动力
性为主要卖点的的比亚迪唐 DM 相比,理想制造 ONE 尺寸稍大、A 状态电耗较低,比亚迪唐 DM 极限续航更
长、B 状态油耗更低(理想制造 ONE 的 B 状态油耗通过综合续航 700km、纯电续航 180km、油箱容积 45L 近
似计算获得并进行比较)、动力性更强;理想制造 ONE 并未体现出综合优势。可见,增程式混合动力汽车需要
的技术优化也非一日之功。27
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
图表60: 理想制造 ONE 结构
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
图表61: 理想制造 ONE 对比比亚迪唐 DM,*
长(mm) 宽(mm) 高(mm) 整备质量(kg) 最大功率(kW) 最大扭矩(Nm) A 状态电耗B 状态油耗 百公里加速(s) 极限续航(km)
理想制造 ONE 5020 1960 1760 2300 240 530 20.6 8.6 5.9 700
比亚迪唐 DM 4870 1950 1725 2390 441 950 22.6 7.6 4.5 750
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部;*部分数据为根据车型参数计算获得,或有一定误差
2、多目标综合评定,增程插混待领风骚
插混乘用车动力构型本身并无高下之分,A 状态电耗、B 状态油耗、实际纯电续航比例、极限续航、动力
性、BOM 成本、平台开发便利度等共同决定了构型的前景。我们假定增程式插混乘用车的增程器优化充分,动
力电池类型的储能规模适宜,控制策略优化充分,同时比较典型常规 A 级燃油、并联、增程、混联和纯电乘用
车,分情况讨论如下:
各类含电驱车型的 A 状态表现相近,在城市怠速、城市行车、极限加速方面表现良好,高速行车方面表现
一般。增程插混由于电动机功率扭矩无需和发动机匹配妥协从而更适于纯电驱动,其 A 状态电耗总体占优。仅
高速行车单一工况表现一般。
各类含电驱车型的 B 状态表现区别较大。并联插混乘用车 B 状态下和燃油乘用车近似,仅怠速过程中表现
稍好,总体油耗偏高;增程插混发动机用于高效发电,意味着 B 状态其使用体验也和纯电乘用车类似,且具备
更高的极限续航;更“全能”的混联插混在高速行车工况下油耗占优,B 状态油耗最低。
再考虑用户的实际使用情况(充电习惯不易完全培养,基础设施建设滞后影响随时充电导致 B 状态用车时
间偏多),增程插混和混联插混的纯电续航比例更高,二者相比增程插混的发电机效率略胜一筹。增程工作模式
仅需对整车噪声、振动与声振粗糙度(NVH)进行进一步优化即可获得较好的用户体验。
动力性方面,具备并联输出功能的车型稍占优势。增程式和纯电乘用车可以通过选用更大功率电机/多电机
并联方式提高动力性,但会影响 BOM 成本。28
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
续航方面,各类混动车型通常具备 50L 或以上的油箱,冬季空调用能也无需额外消耗电力,可以做到完全
没有“里程焦虑”。
最后考虑平台开发和 BOM 成本,增程插混乘用车的平台和纯电乘用车更接近且通用性强,具备一定成本
优势。
图表62: 不同 A 级乘用车 BOM 成本对比估计(单位:元;2020 年预期)
资料来源:中信建投证券研究发展部
综上所述,纯电乘用车价格昂贵,纯电续航最长;燃油乘用车价格最便宜;不同插混乘用车中,并联式成
本较低,但对充电习惯和基础设施要求相对较高影响实际纯电续航比例;增程式成本较低,节电且对充电习惯
要求也低(相当于具备实际纯电续航比例更高),只有高速工况表现一般;混联插混 BOM 成本较高,开发难度
较大,综合性能最佳,但只有增程功能优化充分,才可能取得较低的 A 状态电耗。
图表63: 不同类型乘用车综合评定(以常规 A 级车为例)
评价指标 A 状态电耗 B 状态油耗 纯电续航比例 动力性 极限续航 BOM 成本 平台开发便利度
燃油 / 一般 / 良 优 优 优
并联插混 良 良 一般 优 优 良 良
增程插混 优 良 良 良 优 良 良
混联插混 良 优 良 优 优 良 一般
纯电 优 / 优 良 一般 一般 良
资料来源:中信建投证券研究发展部
我们认为,如果增程器设计合理,动力电池搭配适当,整车平台开发深入,噪声、振动与声振粗糙度(NVH)
控制有效,增程式插混乘用车具备相当强的综合竞争力。
推而广之,当前我国销量居前的插混乘用车不同程度具备增程能力,但增程功能多居于从属地位。我们认
为,未来将有若干综合性能优秀的增程式插混车型入围销量榜,高效增程式/具备增程功能的插混乘用车在年产
销方面有望享受新能源乘用车增速大于传统燃油乘用车、插混乘用车增速不低于新能源乘用车和增程式渗透率
提升、增速高于插混乘用车的三重趋势红利;具备高效增程能力将成为插混乘用车越来越重要的技术特征;插
电混动的终极目标是在动力性、驾驶舒适度、极限续航、平台开发便利度满足需求的情况下,A 状态电耗、B
状态油耗均较低,实际纯电续航比例较高且 BOM 成本较低的高效增程式/具备增程功能的插混乘用车有望接近
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
燃油A 三元A 增程A 并联A 混联A29
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
甚至达到这个终极目标。
3、放眼新能源可能的终极未来,增程设计仍是有效选项
当前纯电动乘用车使用的以正极-负极(活性物质)-电解液-隔膜-封装结构(辅助组元)为基本组成的锂离
子电池,成组后配合电机、电控已可以获得性能表现均衡的动力系统。但是和燃油乘用车车相比,常规体系锂
离子电池与燃油的巨大理论能量密度差距使得续航里程方面纯电动乘用车仍然存在部分续航短板。
图表64: 不同储能体系的理论能量密度(仅考虑活性物质,以 kWh/kg 计)
资料来源:中信建投证券研究发展部
截至目前,纯电动乘用车对续航不足的可能的解决路径包括研发具备更高容量/电势差的正负极材料(富锂
锰基正极、硫正极等,硅碳负极、锂金属负极或者其他活泼金属/合金负极),并佐之以更高物理化学稳定性的
辅助组元(各类液体/固体电解质),最终获得更高能量密度的二次电池(可充电电池);或者研发依托空气正极
和氢/其他活泼金属负极组成的更高能量密度的一次电池(开放式体系,不可充电,需加氢/更换金属负极)。
图表65: 锂硫电池的基本结构 图表66: 质子交换膜燃料电池膜电极组件结构
资料来源:Web of Science,中信建投证券研究发展部 资料来源:Web of Science,中信建投证券研究发展部
更高能量密度的一次/二次电池在具备理论能量密度优势同时也存在日历/循环寿命对高倍率/功率波动敏感
0
5
10
15
20
25
30
35
能量密度(各类燃料所需氧气一并计算)
能量密度(各类燃料所需氧气不计)汽车
行业深度研究报告
的问题。这种敏感及寿命衰减多和微观界面的不稳定相关,难于在材料层面取得根本性改善。
可能的解决方式是在整车层面采取增程式结构进行电电动力混合:高能量密度一次/二次电池起增程作用,
后端具备更好倍率性能的常规锂离子动力电池进行功率跟随,平抑输出波动,最终兼顾续航里程、寿命和动力
性能;有快充条件时为常规锂离子动力电池充电满足基本通勤等需求;有长时间充电/加氢条件时为高能量密度
电池充电/加氢满足长续航需求,最终实现新能源全使用场景高效覆盖。我们认为,在可见的未来,增程式结构
和下一代动力电池体系的联系将非常紧密,相应技术积累一定程度上具备“战未来”能力。
图表67: 增程式燃料电池汽车动力系统结构
资料来源:公开资料整理,中信建投证券研究发展部
请参阅最后一页的重要声明
30汽车
行业深度研究报告
投资建议
建议关注插混乘用车产品具备增程功能,且油耗控制较好的乘用车龙头企业上汽集团、比亚迪、广汽集团
等;将推出高效增程插混动力构型平台及相应乘用车的小康股份。
风险分析
增程器效率优化不及预期,整车 NVH 控制不及预期,成本控制不及预期,政策风险。
请参阅最后一页的重要声明
3132
行业深度研究报告
汽车
请参阅最后一页的重要声明
分析师介绍
余海坤,清华大学工商管理硕士,8 年汽车产业经验,3 年汽车行业研究经验,汽车
流通与后服务专家。曾在某汽车品牌担任销售总监负责北方市场销售管理工作,在某
汽车电商负责全国线下渠道开发与品牌推广活动工作,并有汽车后市场 2 年创业经历,
投资与研究领域涉及车联网 CRM、汽车金融、新能源电池材料、充电桩与 O2O 汽车服
务等。2017 年加入中信建投证券。
报告贡献人
张亦弛,清华大学工学学士、博士,2 年能源材料领域实业工作经验,2 年清华大学
下属研究院研究经验,储能技术与产业政策专家。承担了多项国家部委、地方政府、
央企咨询项目,并为多个汽车、能源、材料领域投资项目提供咨询顾问服务。在学及
就业期间发表多篇 SCI 及中文核心论文,申请多项国家专利并获得授权。2018 年加入
中信建投证券。
评级说明
以上证指数或者深证综指的涨跌幅为基准。
买入:未来 6 个月内相对超出市场表现 15%以上;
增持:未来 6 个月内相对超出市场表现 5—15%;
中性:未来 6 个月内相对市场表现在-5—5%之间;
减持:未来 6 个月内相对弱于市场表现 5—15%;
卖出:未来 6 个月内相对弱于市场表现 15%以上。


回复

使用道具 举报

    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

    本版积分规则

    Powered by Discuz! X3.4  © 2001-2013 Comsenz Inc.