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电池技术突破之前,增程式电动车或许是最好的过渡

2020-05-22 12:00:01 电池世界   浏览次数:40

在特斯拉异军突起之前,我曾经认为,电动汽车短时间内电池储能技术不会出现飞跃性发展或颠覆性革命。当前,虽然特斯拉能够在电池安全性管理领域实现巨大的突破,但我依旧认为“纯电动汽车”不是面向消费者最好的产品,在可以预见的未来,能够战胜燃油车以及混动车的并不是“纯电动车”,而应该是像通用汽车生产的VOLT以及车和家的理想ONE这一类“增程式电动车”。

什么是增程式电动汽车?

增程式电动车采用串联混合动力型结构,属于插电式混合动力汽车的一种,由电机直接驱动车辆,发动机不参与驱动。可以看作是一辆小容量的纯电动车,再额外增加了一台发电机让车辆边行驶边充电。当电池电量不足时,车辆通过增程发动机工作来发电,将所发出的电能一部分用于直接驱动电机,另一部分为蓄电池进行充电。

当蓄电池的电能达到某一上限,增程发动机停止工作,由电池来直接驱动电机;随着行驶时间和行驶里程的加长,蓄电池的消耗越来越大,蓄电池的电能低于某一下限,增程发动机再次开始启动工作。如此往复,增程发动机将一直处于循环工作状态,而发动机的启停,完全取决于蓄电池的电能供给。

与“混合动力车既有燃油系统,又有电动系统”不同的是,增程式电动车虽然在长途行车时也需要汽油、氢气等燃料的配合,但汽油只用于发电,用电力驱动汽车,而非像混动那样在电力耗尽的情况下用汽油直接驱动汽车,甚至连变速箱都用不着,所以其结构要比混动车以及插电式混动车简单的多;而且增程模式下,其发动机一直工作在最佳转速区间,无频繁启停,相比普通混动车节能效率高。

另外,“增程式电动车”本身可以利用外部电源为其所搭载的电池充电,与插电式混沌车一样,同时可以在刹车减速时,通过能量回收为电池供电。所以,增程式电动车既有纯电动汽车的行驶品质,又能有效解决目前电动汽车续航里程不足的问题。基于此,我认为,在短时间内电池储能技术不会出现飞跃性发展或颠覆性革命的前提下,“增程式电动车”将大行其道,受到市场的普遍追捧与欢迎。

增程式电动车的优势是什么?

增程式电动汽车与混合动力车型相比,混动车在发动机开启时,通常都会在高转速、大功率的固定工作点,会使发动机燃油经济性下降,而当发动机能量过剩时,会以能量先传输到电池组再到驱动电机的方式存储一部分能量。增加了传输过程的同时,也增加了能量的损耗。但增程式车在增程器开启后会根据驱动电机的需求功率,调整发动机的输出功率,尽量让其工作在最好工作曲线,达到较好的经济性能。

与传统燃油发动机相比,增程器所配备的发动机排量较小,工作时比传统发动机功率小、噪音也小,工作效率却更高。而且在整车结构设计中,增程器只有发电机与发动机组成,结构简单,具有较高的能量传输效率,且燃油消耗与排放都较为理想。另外,增程式汽车的电机还可以回收车辆制动和下坡的能量,减少能量损失。

与一般纯电汽车相比,增程式电动汽车的增程器可以随车行驶为动力电池充电,大大增加了车辆的续航里程。同时,其配备的车载动力电池远远小于同类车型的纯电动汽车动力电池,这样车辆的制造和生产成本大幅度降低。另外,增程器开启时,还可以分担动力电池组过度放电的风险,有利于提升电池组的使用寿命。

在行驶中,车辆完全由电机驱动,所以发动机可以全程保持“最佳转速”来发电。在这样的情况下,即使是“先用油发电,再用电行驶”,也要比很多直接用油驱动的车辆更加节能。而且,绝大多数增程式电动汽车中使用的发动机排量都比较小,有很多甚至仅有0.5L,虽然用来驱动车辆有些困难,但却能够很好的完成发电的任务,油耗自然也要比动不动1.5L、2.0L的车型低得多,动力上却依旧可以像纯电动车一样,在瞬间爆发出强大的低速扭矩、比较快的起步速度。

况且,几乎所有的增程式电动汽车本身也支持使用充电桩来充电,在动力电池的容量范围内,车辆仍然可以保持0排放行驶一段距离,更进一步降低了整体的油耗和排放。再加上其发动机排量低等因素,工作噪音也较之大排量发动机更低,车辆的静音效果优于大多数传统燃油车。

增程式电动车工作原理是什么?

目前就增程式的技术方案来说,应该有2个趋势的方向:

1、基于纯电动汽车的构架,插空布置小型增程器。可插电的纯电续航在soC30%触发增程的条件下,也应保证纯电的实际驾驶工况(而不是NEDC)的城市通勤续航,建议是折合NEDC续航200km以上。然后,小型增程器应当尽可能简化和轻量化,简化工况。这种增程式架构可以基于纯电动架构开发。

2、基于微混/混合动力构架的发动机发电直驱式。取消变速箱和驱动轴,电驱动的前驱和四驱皆可。其中,重要的一点是务必要控制电池电量,降低成本。发动机的功率要大于等于电机额定功率(或峰值功率一半以上),通过策略的优化,尽可能在考虑发动机各种工况直驱的条件下,依然要确保发动机尽可能窄的工况范围。这样发动机就可以避免做成全工况发动机,至少锁定转速,简化正时系统的复杂程度。

增程器能否直接参与驱动?

通常我们说的插电式混合动力和非插电式混合动力,电机和发动机都能够驱动车辆,所以在底盘和车辆动力结构方面的设计十分复杂。而增程式电动汽车的发动机并不直接参与驱动车辆,所以在设计和生产时的难度都降低了不少。

那么,有没有可能在拥堵不堪的城市路段,增程式电动车上的发动机只用来发电,而到了畅通无阻的高速路况下,增程式电动车上的发动机也能直接参与车辆的驱动,从而达到同时在城市拥堵路段和高速畅通路段都能大幅节油的效果呢?

答案是:对于新型增程式电动车来说,还真能!

事实上,雪佛兰VOLT上使用的VOLTEC技术就已经具备了这样的功能,通过双电机、一个行星齿轮组和动力分配模块组成。这个双电机+行星齿轮的组合,很容易让人想起丰田的THSII。事实上,它们在基础原理上确实有着相当的相通性,两个电机与行星齿轮组协同工作,达到改变传动比和动力混合的目的。不同的是,丰田的THSII更侧重于常规行驶状态下发动机的直接输出,而VOLTEC则更注重双电机的协同工作。

有了这套系统以后,VOLT的增程式电动与现在流行的插电混动就有了本质区别。它更像是一套深度混动技术基础上,加入了类似插电的做法,不仅当时没有,现在也是极少的。

别克VELITE5上使用的技术与第二代雪佛兰VOLT基本相同,甚至更进一步。事实上,也正是基于第一代VOLT的发展,通用开始对深度混动有了心得,然后将其应用在新一代增程式电动车别克VELITE5的研发上。

通用的这套新混动系统,相当于在之前VOLT混动的基础上再加入了一个行星齿轮组,由此形成双行星齿轮+双电机协同工作的效果。双电机中,有一个为“主驱动电机”,另一个是在城市拥堵等路况下承担“发电机”的任务,而在畅通路况下需要时,可以直接参与车辆驱动,避免“油转电”的过程,从而弥补之前增程式电动车在高速工况下效率下降的缺点。

值得一提的是,在增程式电动车产品中,车和家的理想ONE从产品角度来讲会更具竞争力,原因有一下几点:

第一,作为前汽车之家创始人李想创办车和家后的第一款SUV产品,我认为李想是一个会打造、想打造好产品的人;第二,“理想ONE”可以说是现在已量产的、续航里程最高的纯电动汽车,解决了当前谈论较多的续航问题(虽然是增程式);第三,理想是目前为止纯电动汽车的量产车中,我认为完成度最高的(对消费者是福音);第四,作为豪华大七座SUV,理想的价格确实同级别里价格难得偏下的。

小编有话说

增程式对新能源产业的发展的正面意义有三方面:一是市场认可。短中期内能够满足消费者不同出行场景,市场接受程度高,能够促进纯电动的普及;二是技术接近纯电动。由于增程纯电里程长,因而必须在电池管理、轻量化、热管理、电驱动等诸多技术命题上大力投入,而这些技术与纯电动车是共通的,有利于技术积累;三是充电基础设施扩展。增程式在内的插电式混合动力同样需要充电,随着插电式混合动力的推广,会持续带动充电基础设施建设,从而为纯电动打下基础。

从市场实用性与产品来讲,我认为“增程式电动车是传统燃油车和未来纯电动车之间最为契合承前启后的产物,将大限度的继承传统汽车工业的优点,在不过多摧毁传统汽车工业产业链的前提下,与逐渐成熟的电池储能技术一起,慢慢地推动全社会过渡到纯电动车阶段。

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