增程式技术路线在续航里程方面具有优势是客观事实,但不能无限夸大,尤其是在能耗、噪音方面,依然有著不可逾越的短板,甚至失去了新能源节能减排的基础作用。

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当PHEV被剔除出新能源汽车范畴之后,新能源汽车

只剩下了增程式和纯电两种技术路线。

5月15日,工信部装备工业司发布《2019年新能源汽车标准化工作要点》,对新能源汽车的标准化工作做了多项部署要求。其中,及时更新电动汽车标准化路线图、开展增程式电动汽车能量消耗试验方法标准制定引发了行业的密切关注。

增程式作为新能源技术路线的一个分支,长期以来一直被诸多厂商作为技术路线之一加以研究探讨,但却始终未走近市场主流。

从当初的别克VELITE 5

到宝马i3,增程式在纯电动技术路线的竞争下,被宝马和通用逐渐边缘化,成为小众化的技术产品。

但随著理想制造ONE的上市,增程式这一技术路线开始变得炙手可热,成为业界关注的焦点。尤其是在续航方面优于纯电动汽车的天然优势表现,更令媒体血脉高涨。有媒体人甚至大放厥词称:「在当前纯电动汽车续航情况下,增程式是最好的技术路线选择。」

增程式技术路线有何优势?增程式技术路线是否可以作为纯电动暂时的技术替代路线?为什么理想落子增程式技术路线?为此,汽车预言家采访了长期关注电动汽车发展的业内人士后发现,增程式技术路线在续航里程方面具有优势是客观事实,但也不能无限夸大,尤其是在能耗、噪音方面,依然有著不可逾越的短板。

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无法逾越的40%热效率极限

理想智造ONE采用的是增程式技术,新能源技术在2011年就诞生了,但是时至今日,该技术也并没有取得重大技术上的突破,因此全世界采用该技术的车型寥寥无几。

增程式电动汽车本质上是电气化程度更高的一类插电式混合动力汽车(PHEV),又可以被定义为纯电型插电式混合动力汽车(All Electric Range,AER PHEV)。

严格意义上而言,增程式电动汽车是一类电气化程度更高、更加接近纯电动的插电式混合动力汽车。

从原理上分析,增程式电动汽车是用发动机推动发电机进行发电,电动机进行驱动的车辆。增程器(发动机+电动机)发出的电能可以为电池充电,也可直接服务电机,驱动车辆行驶。

值得注意的是,在现有增程式电动汽车定义中,增程器并不直接和驱动系统机械式相连进行能量传递,而是通过电能转化的方式达到驱动结果。

客观而言,增程式电动汽车与相同容积的纯电动汽车相比可以有效的提升续航里程。但也正是由于增程式电动汽车的「机械-电-机械」的能量变化,让单位里程的能耗不断攀升,违背电动汽车节能环保的初衷。

理想ONE增程器

其中,增程器的效率,成为影响增程式电动汽车能耗水平的重要指标。而增程器的高效性是则是建立在高效发动机和发电机基础上。

发动机层面,目前国际主流认定标准,发动机热效率要达到40%或非常接近这个目标才可被认定为高效发动机。

但对于大多数厂家而言,能够将热效率提高1%并不是一个简单的工作,发动机热效率直接影响发动机的能量油耗水平。通俗来讲,热效率越高,单位燃料转化为机械能的能力越高,自然也就更加环保节能。

资料显示,目前仅有丰田、本田、大众等大型车企具有生产最大热效率40%以上发动机的能力。国内相关企业对于高效发动机的研发较为迟滞,只有吉利拥有最大热效率超过40%的发动机产品。

以目前国内最火的增程式电动汽车产品理想ONE为例,该增程器发动机部分采购自东安动力,官方回应综合热效率36%。但根据此前专家测算,该发动机正常工作热效率低于30%。

东安动力官方网站

东安动力被业界人士称为中国汽车发动机批发商。资料显示,东安动力初期为哈飞汽车关联公司,同属中国航空工业集团公司,主业为微型汽车发动机生产。在随后的发展中,中航工业和长安汽车产业整合,东安动力成为长安汽车下属公司,旗下拥有合资公司:东安三菱。

凭借控股子公司东安三菱的技术支持,东安动力拥有多个排量类型发动机,服务大部分自主品牌,包括北汽株洲、北汽昌河、北汽福田、长安汽车、一汽吉林、长安跨越、保定长客、福汽新龙马等企业。其中,东安三菱4G系列发动机更是创造了中国自主品牌装机数量历史。

东安动力1.2T发动机点火仪式

此次理想采购的1.2T发动机,东安动力于2015年2月点火成功。略显蹊跷的是,根据当时的媒体报道,长安汽车意欲在旗下紧凑级车型上装载此发动机,但至今尚未装车。

除了发动机热效率,发电机最大工作功率也是考量整个增程器效率的重要指标。目前尽管外界已经将发电机功率挖掘到98%的水平,但需要稳定在高效的转速区间,这意味著和发动机的高效运转区间产生了一定冲突。

同样以理想ONE为例,目前官方公布NEDC标准续航里程超过800km,纯电续航里程为180km,增城续航为520km,油箱容积为45L,所以换算下来不算电费,单是百公里的油耗就约为5.62L/100km

但从数据分析,这样的油耗已经接近市面上常见的节能型燃油车相当。如果特殊工况下,增程式车型油耗水平还将继续上升。

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续航与舒适之间的「增程悖论」

对于新能源电动汽车而言,最重要的优势在于舒适性。由于少了发动机,变速箱等机械运动部件,新能源汽车在舒适性,噪音控制等方面都有明显的优势。

宝马i3增程器采用后置布局

但增程式电动汽车由于增加了一个「增程模块」,却对整车的性能、散热系统、电控效率、NVH等产生了较大影响,可以说是牵一发而动全身,而且任何一项都要比想像中复杂的多。

增程式的目的就是为了提高车辆续航,但增程模块(发动机、发电机、油箱、排气等)进一步增加了负载和车重,并影响了整车比重平衡,车辆的基础续航能力也被同步削减。

以理想汽车为例,其采用的东安1.2T发动机重量为100KG左右,加上发电机,油路系统,该车整个增程器的重量或将超过150KG。但从车身整备质量而言,这与目前车身轻量化目标背道而驰。

理想ONE车辆整备质量达到了2.27吨

为了平衡牺牲掉的各项性能指标,增程模块就必须从效率上弥补回丢掉的那部分续航损失,但事实上并不容易。

一方面,续航的增加需要成本的提升,消费者需要为增程系统额外买单;另外一方面,整车因为增程系统的进入,产生了诸多并发症,其中最集中的表现在噪音和发电机介入时,整车的NVH和平顺性的表现。

由于发动机的用途是带动发电机给电池组充电,所以在功率上没有过高的要求,比如i3使用的是一台0.65L发动机,A1 e-tron则使用的是一台0.254L的转子发动机,理想ONE则使用一台1.3T发动机。

尽管排量不大,但受制于发动机最佳输出功率和转速之间的关系,为了达到最佳的发动机工作功率,需要保持一定转速,这对于车辆平顺性和噪音控制提出了更高的要求。

此外,由于增程式布局结构的问题,发动机与发电机的位置离车舱更近,对于乘客而言,在发电机运转时的噪音是很难被彻底解决掉的难题。

除了噪音加振动会对乘坐舒适度造成影响,发电机的介入也对行驶品质有较大影响。以理想ONE为例,该车型在电池30%剩余电量的时候会开启增程器,此时增程器的电量会在保证车辆正常运行的基础上,对电池进行电量补充。

在运行期间,理想ONE将增程器的工作最高转速限制在4000转以下,提供60千瓦的最大功率。但于此相悖的是,有人士质疑:该转速条件下,发电机的最佳效率能否发挥?

但值得注意的是,由于此时车辆储备电量只有30%左右,当驱动轮电机用电量增加时(高速巡航、长距离爬坡)无法提供足够的电能补充,发动机就必须提高转速来加大发电,保持较高转速的同时带来了整车噪音的提升,整体的动力稳定性也会受到影响。

实际上,上述问题的核心在于,充电效率和动力输出需求的不等价

举例说明,高压直流快充的功率最高是80千瓦时,增程器的发电功率通常不会超过40千瓦时,大多数都在30千瓦时以内,而用户通常起步时需要的功率就要超过30千瓦时,假如是高速超车时,80千瓦时也未必够用。

客观的说,充电功率过大,或者充电频率过于频繁的话还会折损动力电池的使用寿命,因此增程模式下的化油充电方案通常也需要调校得比较保守。

「试想一下,为了维持功率,在电池电量低时就要忍受一台超过5千转发动机的咆哮,」行业人士对汽车预言家表示,增程式电动汽车,要么为了续航放弃舒适性、NVH指标;要么就只能保持增程器底效率工作状态,增加能量消耗水平。

此外,其它方面还包括热管理系统要负责电池、驱动电机以及增程模块的散热问题,电控系统要兼顾整车能源策略、电池输出、发电机充电效率等等,同时在复杂密集的动力系统布局中,保证安全性也是重要的条件。

如果说一家车企能够将「三电」技术做好已经是一件不简单的事了,那么如果在加上一台发动机来发电的话,它从技术架构到整车的难度系数也将成倍增高。

坦言之,加上了增程器的电动汽车,不是造车新势力可以完美掌握的,有分析人士如此认为。

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增程式电动汽车命脉——高效增程器

实际上,作为新能源电动汽车的一种技术路线,除了理想和国外厂商以外,其它国内厂商也曾做过积极的探索。

相关媒体梳理发现:

2010年,奇瑞亮相了国内第一款增程式纯电动汽车可实现300公里的长续航里程。

随后,吉利汽车以帝豪EC系列为基础,推出吉利GPECS-EC7,采用磷酸铁锂电池和1.0升发动机,曾预计2-3年内实现量产,最终石沉大海。 2014年,广汽发布传祺GA5增程式电动车,售价9.93万-21.93万元。纯电动模式下续航里程为80公里,最大续航里程超过600公里,但并未找到相关销量资料。

造车新势力也青睐这类车型。除了理想已经推出的理想ONE,金康新能源推出了SF5增程式版本,泰克鲁斯·腾风宣布打造增程式超跑,万向汽车也曾表示打造增程式电动车。

金康SF5 增程型已经开启预定

尽管尝新势头火爆,但增程式电动车始终未能成为市场主流车型,甚至无人问津。

对于造车新势力对增程式热衷的原因,多位行业人士表示,一方面增程式从表面上看技术壁垒更高;另外一方面,造车新势力大多选择纯电动路线,选择增程式更具有炒作资本。

换言之,造车新势力选择增程式的原因是为融资找到独特的噱头,换取资本关注,对于增程式电动汽车技术壁垒显然认识不够,行业人士如此评论。

在采访中,有行业人士直言,增程式电动车最重要的技术瓶颈还是在高效率增程器研发上。以目前国内主流发动机制造水平,在技术相对不完善的情况下,增程式电动车的优势很难体现。另一方面,在国家补贴政策下,增程式电动车的扶持力度相对较小,促使企业更倾向纯电动车型。

国家新能源汽车创新工程项目专家组组长 王秉刚

国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚对汽车预言家表示,增程式电动汽车的关键技术瓶颈在增程器的发动机选择上。「发动机需要定向开发,适应增程式电动车需要。随便拿现在车用小排量发动机+发电机的模式,继承了发动机的低效率,也并不环保。」

多位行业人士表示,实际应用中,增程式电动车技术路线应当适用于商用车领域。道路合适工况既能满足增程式电动车高效工作区间,也相对于纯电动具有一定续航优势。

在采访中,王秉刚表示,如果采用清洁能源作为驱动源,将有利于增程式电动车的发展。「清洁能源将是增程式电动车的发展突破口,无论是甲醇还是氢燃料,前景都比目前汽油机更好。」


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