增程式電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用前景分析

葉衛(wèi)國(guó)

（寧波吉江汽車(chē)制造有限責(zé)任公司，寧波 315104）

眾所周知，純電動(dòng)汽車(chē)受目前動(dòng)力電池比能量較小、價(jià)格高等因素的影響，續(xù)駛里程不能滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離出行和公交車(chē)日行駛里程的需要。為解除人們對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程較短的 “里程焦慮”，在純電動(dòng)汽車(chē)上減少電池組的配置，加裝一套由“內(nèi)燃機(jī)+發(fā)電機(jī)”組成的車(chē)載發(fā)電機(jī)組，隨時(shí)可為車(chē)輛補(bǔ)充電能，達(dá)到延長(zhǎng)車(chē)輛續(xù)駛里程的目的。增程式電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用和發(fā)展前景如何，本文就此進(jìn)行了分析和探討。

1 增程式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析

增程式電動(dòng)汽車(chē)(E-REV)通常都搭載有動(dòng)力電池組和一個(gè)由“內(nèi)燃機(jī)+發(fā)電機(jī)”組成的輔助動(dòng)力系統(tǒng)（即車(chē)載發(fā)電機(jī)組，又稱(chēng)增程器，簡(jiǎn)稱(chēng)APU）。增程式電動(dòng)汽車(chē)與純電動(dòng)汽車(chē)和串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)一樣采用純電驅(qū)動(dòng)的方式工作，與插電式（Plugin）［1，2］混合動(dòng)力汽車(chē)一樣可以外接插電，車(chē)輛典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

從圖1中可以看出，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中移除增程器及車(chē)載燃油箱部分，該車(chē)就是一款典型的純電動(dòng)汽車(chē)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還可以根據(jù)客戶(hù)選擇是否需要加裝增程器系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行車(chē)型設(shè)計(jì)，當(dāng)動(dòng)力電池比能量提升到較高水平后，即可取消增程器配置。

2 增程式電動(dòng)汽車(chē)的三種工作模式

通常情況下，當(dāng)車(chē)載動(dòng)力電池組有足夠的能量時(shí)，增程式電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力全部來(lái)源于車(chē)載電池組。在一定的行駛距離內(nèi)與純電動(dòng)汽車(chē)相同，為“零排放、零油耗、低噪聲”。在動(dòng)力電池組能量消耗到設(shè)定的DOD狀態(tài)下，車(chē)載發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，協(xié)同動(dòng)力電池組一起工作，為車(chē)輛提供不間斷的電能，增加車(chē)輛的續(xù)駛里程，使車(chē)輛能夠工作至下一次計(jì)劃充電的時(shí)間節(jié)點(diǎn)［3］。增程式電動(dòng)汽車(chē)可以通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)定使其按照以下三種不同模式進(jìn)行工作。

a）純電動(dòng)工作模式。使用外部充電樁或者家用電源插座為車(chē)輛充電，在動(dòng)力電池組的容量范圍內(nèi)車(chē)輛采用純電動(dòng)模式運(yùn)行，與純電動(dòng)汽車(chē)相同。

b）混合動(dòng)力模式［4］。完全依靠車(chē)載發(fā)電機(jī)組提供電能，動(dòng)力電池組起到儲(chǔ)能、車(chē)輛起步、加速助力和制動(dòng)能量回收的作用，與串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)工作原理相同。

c）增程式工作模式［5］。車(chē)輛先使用通過(guò)充電樁或者家用電源插座獲得的電能，然后再使用車(chē)載發(fā)電機(jī)組所提供的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，達(dá)到延長(zhǎng)車(chē)輛續(xù)駛里程的目的。

通過(guò)對(duì)增程式電動(dòng)車(chē)三種工作模式進(jìn)行分析，可以看出增程式電動(dòng)車(chē)完全不同于純電動(dòng)車(chē)和串聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)（非插電式），它所具有的c工作模式正是它與純電動(dòng)車(chē)和串聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)（非插電式）的不同之處。

3 增程式電動(dòng)汽車(chē)具有高節(jié)油率和低成本的優(yōu)勢(shì)

增程式電動(dòng)汽車(chē)配備的輔助動(dòng)力系統(tǒng) (APU)中的小型內(nèi)燃機(jī)唯一作用是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在發(fā)電工況時(shí)，內(nèi)燃機(jī)被設(shè)定在最佳的運(yùn)行區(qū)間工作，輸出恒定的功率和扭矩，實(shí)現(xiàn)油—電能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)工作效率、排放、可靠性等均處在最佳工作狀態(tài)，系統(tǒng)具有較高的節(jié)油率［6］。

增程式電動(dòng)車(chē)的生產(chǎn)及使用成本低，其可以通過(guò)車(chē)載發(fā)電機(jī)組隨時(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行補(bǔ)充充電，因此車(chē)載動(dòng)力電池只需配置同級(jí)別純電動(dòng)車(chē)電池用量的30%～40%。增程器系統(tǒng)和動(dòng)力電池組共同工作時(shí)，車(chē)載動(dòng)力電池組充放電倍率大大降低，這樣有利于延長(zhǎng)電池組的使用壽命和使用周期，車(chē)輛制造和使用成本也因此得以大幅降低。

由于增程式電動(dòng)車(chē)通常配置的電池組容量較小，充電所需時(shí)間減少，因此可以利用小功率充電樁（或家用插座）進(jìn)行充電，不必采用更換電池的方法來(lái)“換電”，節(jié)約了換（充）電站建設(shè)和“換電”所需的人工成本。

4 增程式電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用實(shí)例及前景展望

美國(guó)通用汽車(chē)推出的雪佛蘭沃藍(lán)達(dá) （Volt）增程式電動(dòng)轎車(chē)，該車(chē)獲得了 “Motor Trend雜志2011年度車(chē)型”、“2011北美年度車(chē)型”和“2011沃德全球十佳發(fā)動(dòng)機(jī)”等重量級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，現(xiàn)已登陸中國(guó)市場(chǎng)。奇瑞是國(guó)內(nèi)最早研制增程式轎車(chē)的企業(yè)，2010年，奇瑞汽車(chē)自主研發(fā)了瑞麒M1-REEV增程型電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，搭載了功率為15 kW的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程器動(dòng)力源，系統(tǒng)采用高度集成化設(shè)計(jì)、智能化控制等技術(shù)，使整車(chē)在行駛中具備低噪聲、低振動(dòng)、低油耗、高效率、多燃料等優(yōu)勢(shì)。該車(chē)為消費(fèi)者設(shè)計(jì)了多種可選擇的行駛模式，最大續(xù)航里程可達(dá)350 km以上。

國(guó)內(nèi)客車(chē)生產(chǎn)企業(yè)也已將增程式電動(dòng)車(chē)技術(shù)應(yīng)用于大型公交客車(chē)，并列入了國(guó)家新能源示范運(yùn)行推薦車(chē)型目錄，車(chē)輛已經(jīng)投入公交線路運(yùn)行。以下簡(jiǎn)要介紹一款國(guó)外增程式轎車(chē)及國(guó)產(chǎn)12 m增程式城市客車(chē)的系統(tǒng)配置情況及有關(guān)技術(shù)參數(shù)。

國(guó)外某型增程式轎車(chē)：5門(mén)4座、前輪驅(qū)動(dòng)、外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為 4 404×1 798×1 430mm、總質(zhì)量1 700 kg。裝有一臺(tái)排量1.4 L、功率為62 kW汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。車(chē)載發(fā)電機(jī)功率55 kW，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率111 kW，扭矩370 Nm，裝有制動(dòng)能量回收裝置。鋰離子動(dòng)力電池(LG)，電池組總?cè)萘?16 kWh，質(zhì)量198 kg。電池質(zhì)保期為8年/16萬(wàn)km。最高車(chē)速160 km/h，0~100 km/h加速時(shí)間9 s。外接充電時(shí)間為4 h，一次充電續(xù)駛里程60 km，增程模式下續(xù)駛里程可達(dá)550 km。

從以上數(shù)據(jù)中可以看出，該款增程式轎車(chē)各項(xiàng)動(dòng)力性能指標(biāo)與普通轎車(chē)基本相同，但其配置的發(fā)動(dòng)機(jī)功率卻遠(yuǎn)小于普通轎車(chē)。車(chē)輛通常只需通過(guò)夜間對(duì)車(chē)輛進(jìn)行補(bǔ)充充電，即可滿(mǎn)足1~2天節(jié)能環(huán)保出行的需求。在其增程式工作模式下，可以滿(mǎn)足長(zhǎng)途出行的需求。

國(guó)產(chǎn)某型號(hào)12 m增程式城市客車(chē)：外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為 12 000×2 550×3 300 mm、總質(zhì)量18 000 kg。裝有一臺(tái)排量2.77 L、功率為88 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。車(chē)載發(fā)電機(jī)功率28 kW，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率100 kW，扭矩1 005Nm，裝有制動(dòng)能量回收裝置。國(guó)產(chǎn)鋰離子電池，電池組總?cè)萘?61.4 kWh，質(zhì)量1 950 kg。電池的質(zhì)保期為3年/15萬(wàn)km。最高車(chē)速80 km/h，0~50 km/h加速時(shí)間小于23 s。外接充電時(shí)間3 h，一次充電續(xù)駛里程120 km，增程模式下續(xù)駛里程可達(dá)300 km。

此款增程式城市客車(chē)所配備的電池組容量較大，一次充電可以滿(mǎn)足公交車(chē)約80%日行駛里程的需求，其余用電通過(guò)增程器發(fā)電來(lái)補(bǔ)充。

比較上述兩種車(chē)型的增程器設(shè)計(jì)，轎車(chē)配裝的排量1.4 L、功率為62 kW汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)載發(fā)電機(jī)功率為55 kW。12 m增程式城市客車(chē)裝有一臺(tái)排量2.77 L、功率為88 kW的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)載發(fā)電機(jī)功率為28 kW。兩者相比，后者在增程器系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用上還存在較大差距。此外，大客車(chē)配置了高容量的電池組，導(dǎo)致了車(chē)輛制造成本上升。

增程式電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)方案已經(jīng)在轎車(chē)和大型公交客車(chē)成功應(yīng)用，通過(guò)以上使用案例進(jìn)行分析得出，增程式電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)方案可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用于諸如校車(chē)、郵政車(chē)、環(huán)衛(wèi)車(chē)、團(tuán)體旅游車(chē)、專(zhuān)用汽車(chē)以及各種工程機(jī)械上。

5 增程式電動(dòng)汽車(chē)的屬性

依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 19596-2004 《電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)》中對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)(BEV)的表述為：“由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電能來(lái)源于車(chē)載可充電蓄電池或其他能量?jī)?chǔ)存裝置”。對(duì)混合動(dòng)力（電動(dòng)）汽車(chē)（HEV）的表述是：“能夠至少?gòu)南率鰞深?lèi)車(chē)載儲(chǔ)存的能量中獲得動(dòng)力的汽車(chē)：可消耗的燃料及可再充電能／能量?jī)?chǔ)存裝置。對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)（電動(dòng)）汽車(chē)（SHEV）的表述是，車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力只來(lái)源于電動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力（電動(dòng)）汽車(chē)”［7］。按照國(guó)標(biāo)的定義，增程式電動(dòng)汽車(chē)既使用從外部獲得的電能，也使用“可消耗的燃料”，使用純電驅(qū)動(dòng)，因此，增程式電動(dòng)汽車(chē)是一種可插電的串聯(lián)式混合動(dòng)力（電動(dòng)）汽車(chē)。

6 結(jié)語(yǔ)

即將頒布的我國(guó) 《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》將純電動(dòng)汽車(chē)（純電驅(qū)動(dòng)）作為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向［8］?，F(xiàn)今各國(guó)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展之路，基本上都經(jīng)歷了從普通混合動(dòng)力車(chē)到插電式混合動(dòng)力車(chē)，再到增程式電動(dòng)車(chē)，進(jìn)而向純電動(dòng)車(chē)型過(guò)渡的發(fā)展路徑［9］。

我國(guó)對(duì)增程式電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)尚處于起步階段，在增程式電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)過(guò)程中，需要綜合考慮車(chē)輛的不同用途、不同使用特點(diǎn)及使用環(huán)境等方面的因素，特別要重視對(duì)增程器系統(tǒng)匹配、節(jié)能機(jī)理、動(dòng)力電池（容）工作特性、整車(chē)控制策略、車(chē)輛安全性及可靠性等方面進(jìn)行更深入的研究。

增程式電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)具有低成本、節(jié)油率高、低排放、基礎(chǔ)設(shè)施投入少等諸多優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力電池技術(shù)瓶頸尚未解決之前，是向純電動(dòng)車(chē)過(guò)渡的最佳技術(shù)方案。因此必將會(huì)受到社會(huì)各界的廣泛重視，得到普及推廣和應(yīng)用。

［1］Antoni Szumanowski.混合電動(dòng)車(chē)基礎(chǔ)［M］.陳清泉，孫逢春，譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.

［2］李興虎.混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)與原理［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］吳韶建，陶元芳.增程式電動(dòng)汽車(chē)的概念與設(shè)計(jì)方案［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010，（5）：209-210.

［4］胡驊，宋慧.電動(dòng)汽車(chē)［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［5］佚名.通用汽車(chē)推出增程型電動(dòng)汽車(chē)［N］.經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)，2009(1):62-67.

［6］楊裕生.增程式電動(dòng)車(chē)具有較強(qiáng)的過(guò)渡優(yōu)勢(shì)［N］.經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)，2010.5.25，(14).

［7］GB/T 19596-2004《電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)》［S］.

［8］2011年《節(jié)能與新能源汽車(chē)年鑒》［M］.北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2011.

［9］ Tate，E.D.et al.The Electrification of the Automobile:From Conventional Hybrid，to Plug-in Hybrids，to Extended-Range Electric Vehicles［J］.2008 SAE International World Congress，2008.