增程式技術路線在續航里程方面具有優勢是客觀事實,但不能無限誇大,尤其是在能耗、噪音方面,依然有著不可逾越的短板,甚至失去了新能源節能減排的基礎作用。

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當PHEV被剔除出新能源汽車範疇之後,新能源汽車

只剩下了增程式和純電兩種技術路線。

5月15日,工信部裝備工業司發布《2019年新能源汽車標準化工作要點》,對新能源汽車的標準化工作做了多項部署要求。其中,及時更新電動汽車標準化路線圖、開展增程式電動汽車能量消耗試驗方法標準制定引發了行業的密切關注。

增程式作為新能源技術路線的一個分支,長期以來一直被諸多廠商作為技術路線之一加以研究探討,但卻始終未走近市場主流。

從當初的別克VELITE 5

到寶馬i3,增程式在純電動技術路線的競爭下,被寶馬和通用逐漸邊緣化,成為小眾化的技術產品。

但隨著理想製造ONE的上市,增程式這一技術路線開始變得炙手可熱,成為業界關注的焦點。尤其是在續航方面優於純電動汽車的天然優勢表現,更令媒體血脈高漲。有媒體人甚至大放厥詞稱:「在當前純電動汽車續航情況下,增程式是最好的技術路線選擇。」

增程式技術路線有何優勢?增程式技術路線是否可以作為純電動暫時的技術替代路線?為什麼理想落子增程式技術路線?為此,汽車預言家採訪了長期關注電動汽車發展的業內人士後發現,增程式技術路線在續航里程方面具有優勢是客觀事實,但也不能無限誇大,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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無法逾越的40%熱效率極限

理想智造ONE採用的是增程式技術,新能源技術在2011年就誕生了,但是時至今日,該技術也並沒有取得重大技術上的突破,因此全世界採用該技術的車型寥寥無幾。

增程式電動汽車本質上是電氣化程度更高的一類插電式混合動力汽車(PHEV),又可以被定義為純電型插電式混合動力汽車(All Electric Range,AER PHEV)。

嚴格意義上而言,增程式電動汽車是一類電氣化程度更高、更加接近純電動的插電式混合動力汽車。

從原理上分析,增程式電動汽車是用發動機推動發電機進行發電,電動機進行驅動的車輛。增程器(發動機+電動機)發出的電能可以為電池充電,也可直接服務電機,驅動車輛行駛。

值得注意的是,在現有增程式電動汽車定義中,增程器並不直接和驅動系統機械式相連進行能量傳遞,而是通過電能轉化的方式達到驅動結果。

客觀而言,增程式電動汽車與相同容積的純電動汽車相比可以有效的提升續航里程。但也正是由於增程式電動汽車的「機械-電-機械」的能量變化,讓單位里程的能耗不斷攀升,違背電動汽車節能環保的初衷。

理想ONE增程器

其中,增程器的效率,成為影響增程式電動汽車能耗水平的重要指標。而增程器的高效性是則是建立在高效發動機和發電機基礎上。

發動機層面,目前國際主流認定標準,發動機熱效率要達到40%或非常接近這個目標纔可被認定為高效發動機。

但對於大多數廠家而言,能夠將熱效率提高1%並不是一個簡單的工作,發動機熱效率直接影響發動機的能量油耗水平。通俗來講,熱效率越高,單位燃料轉化為機械能的能力越高,自然也就更加環保節能。

資料顯示,目前僅有豐田、本田、大眾等大型車企具有生產最大熱效率40%以上發動機的能力。國內相關企業對於高效發動機的研發較為遲滯,只有吉利擁有最大熱效率超過40%的發動機產品。

以目前國內最火的增程式電動汽車產品理想ONE為例,該增程器發動機部分採購自東安動力,官方回應綜合熱效率36%。但根據此前專家測算,該發動機正常工作熱效率低於30%。

東安動力官方網站

東安動力被業界人士稱為中國汽車發動機批發商。資料顯示,東安動力初期為哈飛汽車關聯公司,同屬中國航空工業集團公司,主業為微型汽車發動機生產。在隨後的發展中,中航工業和長安汽車產業整合,東安動力成為長安汽車下屬公司,旗下擁有合資公司:東安三菱。

憑藉控股子公司東安三菱的技術支持,東安動力擁有多個排量類型發動機,服務大部分自主品牌,包括北汽株洲、北汽昌河、北汽福田、長安汽車、一汽吉林、長安跨越、保定長客、福汽新龍馬等企業。其中,東安三菱4G系列發動機更是創造了中國自主品牌裝機數量歷史。

東安動力1.2T發動機點火儀式

此次理想採購的1.2T發動機,東安動力於2015年2月點火成功。略顯蹊蹺的是,根據當時的媒體報道,長安汽車意欲在旗下緊湊級車型上裝載此發動機,但至今尚未裝車。

除了發動機熱效率,發電機最大工作功率也是考量整個增程器效率的重要指標。目前儘管外界已經將發電機功率挖掘到98%的水平,但需要穩定在高效的轉速區間,這意味著和發動機的高效運轉區間產生了一定衝突。

同樣以理想ONE為例,目前官方公佈NEDC標準續航里程超過800km,純電續航里程為180km,增城續航為520km,油箱容積為45L,所以換算下來不算電費,單是百公里的油耗就約為5.62L/100km

但從數據分析,這樣的油耗已經接近市面上常見的節能型燃油車相當。如果特殊工況下,增程式車型油耗水平還將繼續上升。

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續航與舒適之間的「增程悖論」

對於新能源電動汽車而言,最重要的優勢在於舒適性。由於少了發動機,變速箱等機械運動部件,新能源汽車在舒適性,噪音控制等方面都有明顯的優勢。

寶馬i3增程器採用後置佈局

但增程式電動汽車由於增加了一個「增程模塊」,卻對整車的性能、散熱系統、電控效率、NVH等產生了較大影響,可以說是牽一髮而動全身,而且任何一項都要比想像中複雜的多。

增程式的目的就是為了提高車輛續航,但增程模塊(發動機、發電機、油箱、排氣等)進一步增加了負載和車重,並影響了整車比重平衡,車輛的基礎續航能力也被同步削減。

以理想汽車為例,其採用的東安1.2T發動機重量為100KG左右,加上發電機,油路系統,該車整個增程器的重量或將超過150KG。但從車身整備質量而言,這與目前車身輕量化目標背道而馳。

理想ONE車輛整備質量達到了2.27噸

為了平衡犧牲掉的各項性能指標,增程模塊就必須從效率上彌補回丟掉的那部分續航損失,但事實上並不容易。

一方面,續航的增加需要成本的提升,消費者需要為增程系統額外買單;另外一方面,整車因為增程系統的進入,產生了諸多併發症,其中最集中的表現在噪音和發電機介入時,整車的NVH和平順性的表現。

由於發動機的用途是帶動發電機給電池組充電,所以在功率上沒有過高的要求,比如i3使用的是一臺0.65L發動機,A1 e-tron則使用的是一臺0.254L的轉子發動機,理想ONE則使用一臺1.3T發動機。

儘管排量不大,但受制於發動機最佳輸出功率和轉速之間的關係,為了達到最佳的發動機工作功率,需要保持一定轉速,這對於車輛平順性和噪音控制提出了更高的要求。

此外,由於增程式佈局結構的問題,發動機與發電機的位置離車艙更近,對於乘客而言,在發電機運轉時的噪音是很難被徹底解決掉的難題。

除了噪音加振動會對乘坐舒適度造成影響,發電機的介入也對行駛品質有較大影響。以理想ONE為例,該車型在電池30%剩餘電量的時候會開啟增程器,此時增程器的電量會在保證車輛正常運行的基礎上,對電池進行電量補充。

在運行期間,理想ONE將增程器的工作最高轉速限制在4000轉以下,提供60千瓦的最大功率。但於此相悖的是,有人士質疑:該轉速條件下,發電機的最佳效率能否發揮?

但值得注意的是,由於此時車輛儲備電量只有30%左右,當驅動輪電機用電量增加時(高速巡航、長距離爬坡)無法提供足夠的電能補充,發動機就必須提高轉速來加大發電,保持較高轉速的同時帶來了整車噪音的提升,整體的動力穩定性也會受到影響。

實際上,上述問題的核心在於,充電效率和動力輸出需求的不等價

舉例說明,高壓直流快充的功率最高是80千瓦時,增程器的發電功率通常不會超過40千瓦時,大多數都在30千瓦時以內,而用戶通常起步時需要的功率就要超過30千瓦時,假如是高速超車時,80千瓦時也未必夠用。

客觀的說,充電功率過大,或者充電頻率過於頻繁的話還會折損動力電池的使用壽命,因此增程模式下的化油充電方案通常也需要調校得比較保守。

「試想一下,為了維持功率,在電池電量低時就要忍受一臺超過5千轉發動機的咆哮,」行業人士對汽車預言家表示,增程式電動汽車,要麼為了續航放棄舒適性、NVH指標;要麼就只能保持增程器底效率工作狀態,增加能量消耗水平。

此外,其它方面還包括熱管理系統要負責電池、驅動電機以及增程模塊的散熱問題,電控系統要兼顧整車能源策略、電池輸出、發電機充電效率等等,同時在複雜密集的動力系統佈局中,保證安全性也是重要的條件。

如果說一家車企能夠將「三電」技術做好已經是一件不簡單的事了,那麼如果在加上一臺發動機來發電的話,它從技術架構到整車的難度係數也將成倍增高。

坦言之,加上了增程器的電動汽車,不是造車新勢力可以完美掌握的,有分析人士如此認為。

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增程式電動汽車命脈——高效增程器

實際上,作為新能源電動汽車的一種技術路線,除了理想和國外廠商以外,其它國內廠商也曾做過積極的探索。

相關媒體梳理髮現:

2010年,奇瑞亮相了國內第一款增程式純電動汽車可實現300公里的長續航里程。

隨後,吉利汽車以帝豪EC系列為基礎,推出吉利GPECS-EC7,採用磷酸鐵鋰電池和1.0升發動機,曾預計2-3年內實現量產,最終石沉大海。 2014年,廣汽發布傳祺GA5增程式電動車,售價9.93萬-21.93萬元。純電動模式下續航里程為80公里,最大續航里程超過600公里,但並未找到相關銷量資料。

造車新勢力也青睞這類車型。除了理想已經推出的理想ONE,金康新能源推出了SF5增程式版本,泰克魯斯·騰風宣佈打造增程式超跑,萬向汽車也曾表示打造增程式電動車。

金康SF5 增程型已經開啟預定

儘管嘗新勢頭火爆,但增程式電動車始終未能成為市場主流車型,甚至無人問津。

對於造車新勢力對增程式熱衷的原因,多位行業人士表示,一方面增程式從表面上看技術壁壘更高;另外一方面,造車新勢力大多選擇純電動路線,選擇增程式更具有炒作資本。

換言之,造車新勢力選擇增程式的原因是為融資找到獨特的噱頭,換取資本關注,對於增程式電動汽車技術壁壘顯然認識不夠,行業人士如此評論。

在採訪中,有行業人士直言,增程式電動車最重要的技術瓶頸還是在高效率增程器研發上。以目前國內主流發動機製造水平,在技術相對不完善的情況下,增程式電動車的優勢很難體現。另一方面,在國家補貼政策下,增程式電動車的扶持力度相對較小,促使企業更傾向純電動車型。

國家新能源汽車創新工程項目專家組組長 王秉剛

國家新能源汽車創新工程項目專家組組長王秉剛對汽車預言家表示,增程式電動汽車的關鍵技術瓶頸在增程器的發動機選擇上。「發動機需要定向開發,適應增程式電動車需要。隨便拿現在車用小排量發動機+發電機的模式,繼承了發動機的低效率,也並不環保。」

多位行業人士表示,實際應用中,增程式電動車技術路線應當適用於商用車領域。道路合適工況既能滿足增程式電動車高效工作區間,也相對於純電動具有一定續航優勢。

在採訪中,王秉剛表示,如果採用清潔能源作為驅動源,將有利於增程式電動車的發展。「清潔能源將是增程式電動車的發展突破口,無論是甲醇還是氫燃料,前景都比目前汽油機更好。」


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