基于增程式電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究 Research on Development Status and Trend of Electric Vehicle Based on Incremental Programming

潘榮星 PAN Rong-xing

摘要： 近些年隨著我國對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的的大力扶植，國內(nèi)新能源汽車得到了空前未有的蓬勃發(fā)展，其中純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程不足，充電時(shí)間較長及充電設(shè)施等不完善的問題也進(jìn)一步凸顯。這些問題也阻礙了很多想買新能源汽車的用戶，正是因?yàn)橐陨锨闆r，增程式電動(dòng)汽車憑借其自身特點(diǎn)和優(yōu)勢，符合當(dāng)前廣大消費(fèi)者的需求，在新能源汽車市場中開辟了另外一條路。

Abstract： In recent years， with the strong support of the country for new energy vehicles， the domestic new energy vehicles have been unprecedented vigorous development， in which the battery electric vehicle range is insufficient， charging time is long and charging facilities and other imperfect problems are further highlighted. These problems have also troubled many users who want to buy new energy vehicles. In view of the above situation， extended range electric vehicles， with its own advantages and characteristics， meet the needs of the current majority of consumers and become a new force in the current new energy vehicle market.

關(guān)鍵詞： 增程器;高效;新能源汽車

Key words： range extender;efficient;new energy vehicle

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0178-02

最近幾年，新能源汽車在國內(nèi)獲得飛快的發(fā)展，正是因?yàn)閲艺叩拇罅σ龑?dǎo)和支持，在2020年全年中國新能源汽車產(chǎn)銷量累計(jì)分別完成136.6萬輛和136.7萬輛，從細(xì)分車型看，純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量累計(jì)分別完成110.5萬輛和111.5萬輛，插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷量累計(jì)分別完成26萬輛和25.1萬輛，燃料電池汽車量累計(jì)產(chǎn)銷均完成0.1萬輛，從數(shù)據(jù)上可知，我國市場上的新能源汽車大多數(shù)還是走的純電動(dòng)車路線，但是，由于續(xù)航里程不足、充電時(shí)間較長等問題的仍未解決，導(dǎo)致消費(fèi)者在使用電動(dòng)汽車的過程中產(chǎn)生了諸多憂慮。

雖然純電車型相比傳統(tǒng)燃油車使用成本更低，但是純電車型的續(xù)航里程和充電時(shí)間這兩個(gè)至關(guān)重要的問題仍無法有效解決。從實(shí)際續(xù)航的角度來講，純電車很少能突破500公里，而且純電動(dòng)汽車的充電時(shí)間都是比較長，即便是使用快充，從虧電狀態(tài)充至80%的電量的也至少需要40分鐘，如果是在家里充電的話沒有問題，但是在外面充電就比較麻煩了，這兩個(gè)缺點(diǎn)也讓電動(dòng)車的活動(dòng)半徑相比傳統(tǒng)燃油車型要小不少，長途出行對于電動(dòng)車來說幾乎是不可能的。越來越多的專業(yè)人士提出我們應(yīng)該從新能源汽車目前所遇到的瓶頸來考慮，鼓勵(lì)和發(fā)展不同技術(shù)路線的道路，而增程式電動(dòng)車的出現(xiàn)其實(shí)主要解決的就是純電車型的這兩個(gè)痛點(diǎn)。

增程式電動(dòng)車采用串聯(lián)混合動(dòng)力型結(jié)構(gòu)，屬于插電式混合動(dòng)力汽車的一種，從表現(xiàn)文字上來看，就是給車輛“增加續(xù)航里程”，也就是改善純電動(dòng)車?yán)锍滩蛔愕娜秉c(diǎn)。從它的工作原理來講，增程式電動(dòng)汽車只依賴電機(jī)來輸出動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)車輪，增程器并不會(huì)與傳統(tǒng)汽車一樣用來驅(qū)動(dòng)車輪，只是起到發(fā)電作用。在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池中電量饋電時(shí)，通過增程器啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)向車輛輸入一定的外部能量，使車輛能夠繼續(xù)行駛。此時(shí)增程器作為發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給汽車的動(dòng)力電池進(jìn)行儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的電能用于給電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪。如此往復(fù)，增程發(fā)動(dòng)機(jī)將一直處于循環(huán)工作狀態(tài)，而發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停，完全取決于蓄電池的電能供給。與“混合動(dòng)力車既有燃油系統(tǒng)，又有電動(dòng)系統(tǒng)”不同的是，增程式電動(dòng)車雖然在長途行車時(shí)也需要汽油的配合，但汽油只用于發(fā)電，用電力驅(qū)動(dòng)汽車，而非像混動(dòng)那樣在電力耗盡的情況下用汽油直接驅(qū)動(dòng)汽車，甚至連變速箱都用不著，所以其結(jié)構(gòu)要比混動(dòng)車以及插電式混動(dòng)車簡單的多;而且增程模式下，其發(fā)動(dòng)機(jī)一直工作在最佳轉(zhuǎn)速區(qū)間，無頻繁啟停，相比普通混動(dòng)車節(jié)能效率高。

電動(dòng)車發(fā)展高峰的19世紀(jì)到20世紀(jì)初，費(fèi)迪南德·保時(shí)捷為了改善純電動(dòng)汽車Lohner-Porsche的續(xù)航里程，特意加了一個(gè)內(nèi)燃機(jī)來發(fā)電，因此被業(yè)界稱作最早的增程式電動(dòng)汽車。但費(fèi)迪南德·保時(shí)捷打造早起的增程式電動(dòng)汽車只是單純的“技術(shù)狂熱”，初衷并非節(jié)能減排。增程式電動(dòng)車重新進(jìn)入我們的視線是在2007年的北美車展上，雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)概念車亮相。但與油電混合動(dòng)力汽車不同的是，沃蘭達(dá)車上的發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與動(dòng)力輸出，而是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能供給電動(dòng)機(jī)繼續(xù)行駛。這樣約35升的油箱容積可以把雪佛蘭達(dá)沃藍(lán)達(dá)的續(xù)航里程再提高約490公里。在城市路況下的百公里油耗為1.2升。原理和百年前費(fèi)迪南德時(shí)代的增程電動(dòng)車原理大致相同。2011年法蘭克福國際車展上寶馬推出了i3純電車型和增程車型，電動(dòng)機(jī)采用了帶有集成電子裝置的混合動(dòng)力發(fā)電機(jī)和充電器、同步機(jī)。峰值扭矩達(dá)到250Nm，最大輸出功率達(dá)到125kW，并且配備了一塊容量為19kWh的鋰離子電池組，增程版使用了一個(gè)約0.64L的直列雙缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，峰值扭矩能達(dá)到56Nm/4500rpm的動(dòng)力輸出，最大輸出功率達(dá)到了28kW/5000rpm。i3增程版的零百加速時(shí)間僅為為7.9s，滿電情況下綜合續(xù)航里程可達(dá)285公里。以此同時(shí)奧迪也不甘下風(fēng)，幾乎同時(shí)推出奧迪A1e-tron增程版，在純電動(dòng)行駛模式下，車輛連續(xù)續(xù)航可達(dá)50公里，一旦當(dāng)行程超過50公里，A1e-tron上配備的小型發(fā)動(dòng)機(jī)開始對蓄電池進(jìn)行充電，增加車輛的行駛里程。該發(fā)動(dòng)機(jī)排量僅為0.254L，峰值轉(zhuǎn)速可達(dá)到5000r/min，帶動(dòng)一個(gè)功率為15kW的發(fā)電機(jī)。2014年，國內(nèi)車企廣汽傳祺也推出國GA5增程版，系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)同樣只用來發(fā)電而不參與動(dòng)力輸出，但這款車在2016年后就停產(chǎn)了。上面幾款量產(chǎn)的增程式電動(dòng)車并沒有獲得市場的認(rèn)可，都因?yàn)殇N量低迷而逐漸走向停產(chǎn)。

目前國內(nèi)電動(dòng)車市場主力軍為純電動(dòng)車和插電式混動(dòng)車，增程式車型相對較少。國內(nèi)近幾年來只有零星幾家車企布局增程式汽車項(xiàng)目。車和家于2018年發(fā)布其首款增程式電動(dòng)車“理想ONE”。2021年4月，第十九屆上海國際汽車展覽會(huì)上，華為與賽力斯聯(lián)合打造的賽力斯華為智選SF5正式上市。6月份東風(fēng)旗下高端新能源嵐圖FREE也正式上市。

以理想ONE為例，其續(xù)航里程能夠達(dá)到800公里。正是因?yàn)榕鋫湟慌_(tái)1.2T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)和容量為45升的油箱，再加上在純電情況下綜合續(xù)航里程能達(dá)到180公里。但其綜合燃油消耗量每百公里大概7升上下，雖然這對于一輛大型7座SUV來講，油耗水平算是比較低的，但是作為一輛新能源汽車，百公里耗油進(jìn)7升，其環(huán)保性如何確實(shí)值得商榷。國外品牌中寶馬i3雖然使用的是0.7L雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但增程模式下油耗為5.35L/100km，油耗表現(xiàn)其實(shí)也并不樂觀。這也是增程式電動(dòng)汽車自身技術(shù)的一個(gè)弊端，增程式電動(dòng)車需要能量轉(zhuǎn)換（油轉(zhuǎn)電），這個(gè)轉(zhuǎn)換過程容易造成能量損失。

增程式車型在增程模式下進(jìn)入高速巡航狀態(tài)由于其能效問題，會(huì)造成油耗偏高。而插電式混合動(dòng)力車型在油耗表現(xiàn)上可圈可點(diǎn)，市區(qū)與高速的油耗表現(xiàn)都較好。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在處于巡航工作時(shí)也可以通過電機(jī)輔助來調(diào)整工作點(diǎn)。不至于像增程式那般偏科。通過以上我們也可以看到增程式車型的一些缺點(diǎn)，它整體的能效并其實(shí)并不比插電式混合動(dòng)力要高。另外在造價(jià)成本上，因?yàn)槠浔举|(zhì)上還是以電驅(qū)為主，所以一般增程式車均會(huì)配備大容量的動(dòng)力電池。這樣成本反而會(huì)比插電式混合動(dòng)力車型要高。另一邊，增程式純電車一直都是使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)只負(fù)責(zé)默默發(fā)電，所以在駕駛體驗(yàn)的一致性上，增程式更有優(yōu)勢。其次，增程式對充電樁的依賴更小。所以未來增程式汽車大有可為。當(dāng)然增程式自身技術(shù)的完善程度以及油耗和環(huán)保問題等依然存在，正所謂機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。

燃油消耗——減半或清潔能源替代。中國工程院院士楊裕生近十年來在各個(gè)場合都主張，增程式技術(shù)需要得到國家的大力發(fā)展和扶持。雖然增程式技術(shù)也是需要消耗燃油，但不是我們最終所要達(dá)到的目標(biāo)。楊院士提出如果我國汽車的油耗降到一半以下，這樣年節(jié)原油2億噸，將提高能源安全，改善環(huán)境。我國的汽車強(qiáng)國之路將邁進(jìn)一大步。當(dāng)然純電動(dòng)車未必是最終目標(biāo)，電池體積大，裝配多，耗電大。特斯拉就因?yàn)楹碾娺^高，相應(yīng)的排放嚴(yán)重，就曾在新加坡受到相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)處罰。所要未來新能源汽車應(yīng)考核全過程的節(jié)能減排。增程式電動(dòng)車不一定需要燒油，而是燒其他清潔能源，比如乙醇，不增排CO2。

車企——尋找安靜、高效的增程器。目前在增程式電動(dòng)車上，如何高效，出色的能將發(fā)動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)與之匹配”的企業(yè)鳳毛麟角。理想ONE使用的也不過是一臺(tái)技術(shù)過時(shí)的三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，好的增程器產(chǎn)品在市場上基本沒有。本來在燃油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上，國內(nèi)的技術(shù)相對于較弱，而且傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)與適合增程式的發(fā)動(dòng)機(jī)也是大不相同，效率低、噪音大是比較突出的問題?！皣鴥?nèi)找不到資源，只能從國外引入，這又涉及成本和成熟度不足的問題，這些困難不僅存在于國內(nèi)車企，也是國際車廠所要面對解決的。即使我們開發(fā)出了高效，節(jié)能、靜音、舒適的增程器，車企還必須掌握經(jīng)濟(jì)、合理的的車輛結(jié)構(gòu)布置型式，把增程器和散熱系統(tǒng)、動(dòng)力電池等如何組合起來，實(shí)現(xiàn)性能平衡是需要解決的一大難題。與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，增程式的運(yùn)行工況相對比較簡單，技術(shù)開發(fā)難度也相對較低。發(fā)動(dòng)機(jī)與增程器的工況是不完全一樣，開發(fā)高效，節(jié)能并適合增程式的發(fā)動(dòng)機(jī)去擺在各大車企面前的難題，車企應(yīng)加大對這方面的研發(fā)投入。

最后，增程式電動(dòng)汽車技術(shù)上即使被攻克，其發(fā)展是離不開國家政策的支持。隨著新能源汽車市場的興起，對于純電動(dòng)車的補(bǔ)貼政府也開始開始逐年下降。在這樣的政策背景下，增程式電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)就慢慢顯現(xiàn)出來。國家規(guī)定，新獲得的新能源汽車生產(chǎn)資質(zhì)只能生產(chǎn)純電動(dòng)汽車和增程式純電動(dòng)汽車，在純電動(dòng)汽車市場環(huán)境日益惡化的情況下，新能源汽車廠可以把增程式純電動(dòng)車作為其核心產(chǎn)品線的一個(gè)重要選擇。工業(yè)和信息化部近日發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》征求意見稿將增程式電動(dòng)汽車列為“三縱”，這也是增程式電動(dòng)汽車首次被列入“三縱”。此次增程式電動(dòng)汽車能進(jìn)入征求稿，表明其自身具備純電動(dòng)汽車所沒有的優(yōu)點(diǎn)，市場機(jī)會(huì)較大。2020年新能源補(bǔ)貼政策全面取消，中國市場上的增程式電動(dòng)汽車也有望迎來一個(gè)發(fā)展窗口。

目前純電動(dòng)車想要完全替代傳統(tǒng)汽車還有很長一段路程要走，充電時(shí)長，續(xù)航里程、充電樁覆蓋范圍等，也是純電動(dòng)車目前的不足。此外插電式混合動(dòng)力存在技術(shù)門檻的問題，增程式是在混合動(dòng)力和增程式之間取了一個(gè)比較好的平衡點(diǎn)。增程式電動(dòng)車的到來，在一定程度解決里程焦慮，現(xiàn)階段不失為消費(fèi)者的一個(gè)新選擇。

綜上所述，增程式電動(dòng)車能在新能源汽車市場嶄露頭角，其自身的優(yōu)勢也是可圈可點(diǎn)，廠家不斷改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，在政策利好的情況下，相信增程式電動(dòng)汽車在市場上將會(huì)有一個(gè)美好的前景。

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