理想ONE增程式電動汽車動力系統(tǒng)解析

玉環(huán)職教中心 金嬌榮

2015年7月，在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)深耕多年的李想創(chuàng)立了一家命名“車和家”的新能源汽車公司，這家公司與2019年3月更名為“理想”，理想智造的英文品牌名稱為“LEADING IDEAL”，品牌商標“LI”為其英文名稱的首字母。理想汽車于2018年10月發(fā)布首款增程式智能電動車——理想ONE，截至2019年12月，理想ONE增程式電動汽車共生產(chǎn)1 530輛，交付量超過1 000輛。

1 增程式電動汽車的概念

所謂增程式電動汽車（Range Extend Electric Vehicle，簡稱REEV），是在純電動汽車基礎(chǔ)上增加了1個稱之為“增程器”的小型輔助發(fā)電機組，用于在動力電池電量不足時為動力電池進行充電。

眾所周知，動力電池組的容量大小決定了純電動汽車的續(xù)行里程的長短，動力電池組容量越大，純電動汽車的續(xù)行里程越長。但由于受動力電池組重量、體積及成本的限制，其容量又無法無限增大，為此，整車廠便需要在續(xù)行里程和動力電池組方面進行平衡。但由于動力電池?zé)o法突破目前的技術(shù)瓶頸，純電動汽車的續(xù)行里程及充電速度便無法消除消費者對純電動汽車的“里程焦慮”。而為純電動汽車增加一個成本低、重量輕的增程器，在動力電池組電量不足時，增程器便起動發(fā)電為動力電池組進行充電（這就相當于純電動汽車上帶了一個移動充電寶），從而不但可以大幅減少動力電池的數(shù)量，還可以消除消費者對純電動汽車的“里程焦慮”。目前，增程器的最佳選擇自然是發(fā)動機。由此可見，增程式電動汽車其實只有一套電力驅(qū)動系統(tǒng)（包括電動機、控制電路、動力電池等），電動機利用動力電池組的電能直接驅(qū)動車輛行駛，發(fā)動機僅用于帶動發(fā)電機發(fā)電向動力電池組充電，并不直接參與汽車的動力輸出，為此用于增程器的這臺發(fā)動機并不需要很強的動力，一臺小排量的發(fā)動機即可滿足需求。

2 理想ONE增程式智能電動汽車動力系統(tǒng)概述

理想ONE增程式電動汽車搭載增程式混合動力系統(tǒng)（圖1），它主要由3缸直噴1.2T發(fā)動機+40.5 kWh三元鋰電池+前100 kW后140 kW雙電機+100 kW發(fā)電機組成。

理想ONE增程式電動汽車采用的高功率增程器是由理想與德爾福、AVL共同研發(fā)的，可實現(xiàn)620 km的增程電動續(xù)行，且能源補給方便。增程器不直接參與驅(qū)動，驅(qū)動方式是前后雙電機四驅(qū)。其發(fā)動機采用哈爾濱東安汽車動力股份有限公司獨立自主研發(fā)的、型號為DAM12TD的1.2T渦輪增壓、3缸直列式、DOHC（雙頂置式凸輪軸）、單缸4氣門、直噴、雙VVT（Variable Valve Timing，可變氣門正時）、滿足國Ⅵ B排放標準的發(fā)動機，額定功率為85 kW，最大功率為96 kW（對應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為5 500 r/min），最大轉(zhuǎn)矩為174 N·m。另外，該發(fā)動機還采用了偏置曲柄機構(gòu)、輕量活塞連桿、低彈力氣門彈簧、超薄低張力活塞環(huán)等技術(shù)。發(fā)動機不參與驅(qū)動，只用于發(fā)電。

圖1 理想ONE增程式電動汽車動力系統(tǒng)各部件在車上的布置

前驅(qū)動電機采用的是聯(lián)合電子提供的永磁式驅(qū)動電機，其中集成了GKN變速器，功率為100 kW，轉(zhuǎn)矩為240 N·m；后驅(qū)動電機采用博格華納的eDM電驅(qū)動橋（集成了電機和減速器），功率為140 kW，轉(zhuǎn)矩為290 N·m，增速齒輪速比為4.0；發(fā)電機是由聯(lián)合電子提供的同步電機，峰值功率為100 kW，峰值轉(zhuǎn)矩為100 N·m。動力系統(tǒng)總轉(zhuǎn)矩為530 N·m，最高車速可達172 km/h，官方公布的0 km/h～100 km/h加速時間為6.5 s；電控系統(tǒng)由匯川動力提供。

電池包由寧德時代負責(zé)電芯和PACK設(shè)計，在常州溧陽寧德時代與車和家合資的電池工廠生產(chǎn)，采用355 V/110 Ah的CATL/NCM523三元鋰電芯（水冷），電池容量為40.5 kWh，可用容量為37.2 kWh，總重量為249.5 kg，能量密度為170 Wh/kg，續(xù)行里程可達180 km，能滿足城市零排放通行需求。動力電池采用高強度防護梁與高強度鋁合金外殼組成的雙重保護結(jié)構(gòu)，即使按照美規(guī)柱碰標準，依然能保障動力電池組在碰撞中的安全性能。常規(guī)增程狀態(tài)下，動力電池SOC（State of charge，荷電狀態(tài)）降至70%時增程發(fā)動機起動發(fā)電。采用快充時，0.5 h可以達到80% SOC，采用慢充時6 h可以充滿。

3 理想ONE增程式電動汽車增程系統(tǒng)的工作模式

根據(jù)不同的使用環(huán)境，理想ONE增程式電動汽車有增程模式與混動模式兩種駕駛模式，其中“增程模式”用于有充電條件的用車環(huán)境，即優(yōu)先用動力電池組的電，在表顯SOC降低至17%時增程器才介入，這樣可有效降低油耗；混動模式下，增程器會在SOC降低至72%時介入，但表顯SOC低于60%時，混動模式將無法開啟，以保障動力電池有足夠的電量確保車輛的加速性能。理想ONE增程式電動汽車的增程系統(tǒng)有4種工作模式。

（1）純電模式。在此模式下，如圖2所示，動力電池組輸出電能，驅(qū)動電機帶動車輛行駛，直到動力電池的電量達到相應(yīng)模式的閾值，比如動力電池電量達到純電模式30%或增程模70%前的輸出狀態(tài)。

（2）勻速行駛模式。如圖3所示，在增程勻速行駛模式下，電能由增程器通過發(fā)電機直接輸出給驅(qū)動電機，驅(qū)動車輛行駛。此時電耗在所有低于增程器最優(yōu)有效功率的情況下，不需要給動力電池補電。

圖2 純電模式

圖3 勻速行駛模式

（3）急加速行駛模式。如圖4所示，在急加速時，由增程器通過發(fā)電機輸出穩(wěn)定功率，而動力電池也通過相應(yīng)放電倍率放電，兩者同時為驅(qū)動電機供電，以保證驅(qū)動電機大功率運轉(zhuǎn)，驅(qū)動車輛行駛。此模式下，動力電池組會消耗掉一定的電量，使動力電池電量小于模式閾值電量。

圖4 急加速行駛模式

（4）勻速補電模式。在車輛回到勻速行駛后，繼續(xù)由增程器通過發(fā)電機直接輸出電量給驅(qū)動電機，驅(qū)動車輛行駛，同時，也由增程器通過發(fā)電機對動力電池進行補電，讓動力電池電量回到模式閾值電量。