增程式電動(dòng)汽車是指在純電動(dòng)汽車基礎(chǔ)上，增加一個(gè)內(nèi)燃機(jī)給動(dòng)力電池充電或直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)增加續(xù)航里程，從而克服純電動(dòng)汽車行駛里程短的電動(dòng)汽車。
通常情況下，增程式電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池存儲(chǔ)有足夠的電量，這時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力來源主要是動(dòng)力電池。在一定的行駛時(shí)間范圍內(nèi)，汽車的行駛特性與純電動(dòng)汽車相同，真正實(shí)現(xiàn)了“零油耗，零污染，零排放”。當(dāng)動(dòng)力電池的SOC值下降到某一設(shè)定下限值后，車載發(fā)電機(jī)組(增程模式)開始工作，繼續(xù)延長(zhǎng)其續(xù)駛里程。
與燃油汽車、純電動(dòng)汽車相比，增程式電動(dòng)汽車主要有以下優(yōu)勢(shì)：
圖表1 增程式電動(dòng)汽車的優(yōu)缺點(diǎn)
動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要由四部分組成：動(dòng)力電池系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、增程器和整車控制系統(tǒng)。
動(dòng)力電池系統(tǒng)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力的同時(shí)，也為增程器發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提供反拖電流。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為車輛提供動(dòng)力輸出，由電機(jī)控制器接受整車控制器的命令控制車輛行駛。
小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)和與之直接相連的發(fā)電機(jī)組成增程器，通過將發(fā)電機(jī)的交流電整流成與動(dòng)力電池電壓相匹配的直流給動(dòng)力電池充電。
整車控制系統(tǒng)提供包括增程器的控制、駕駛員輸入信息處理、各動(dòng)力部件的協(xié)調(diào)控制等整車控制功能。
圖表2 增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)
核心技術(shù)
由于動(dòng)力部件的增加，動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變，使得增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力部件的選型標(biāo)準(zhǔn)具有自己的特點(diǎn)。雖然動(dòng)力耦合的減少，減低了部分能量損耗；但頻繁的電力轉(zhuǎn)換也帶來了效率的降低。怎樣選擇動(dòng)力部件類型、配置動(dòng)力部件的參數(shù)，在保證系統(tǒng)動(dòng)力性能的情況下使經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)，成為增程式電動(dòng)汽車首先要解決的問題。
圖表3 各種動(dòng)力汽車動(dòng)力對(duì)比圖
增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的核心技術(shù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的匹配、電池管理系統(tǒng)和車載增程器等。
發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的匹配
傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)來承擔(dān)，而增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組和驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，其動(dòng)力的根本來源仍為發(fā)動(dòng)機(jī)。從能量守恒角度來說，經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)、電池組和驅(qū)動(dòng)電機(jī)后能量必然有所損耗，不能達(dá)到節(jié)省能源的目的。如果不能達(dá)到節(jié)省能源的目的，研究此電動(dòng)汽車就失去了意義，于是只能從發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的匹配角度來入手，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳燃油點(diǎn)轉(zhuǎn)速下帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，且發(fā)動(dòng)機(jī)能與發(fā)電機(jī)達(dá)到最佳匹配，這就需要做大量實(shí)驗(yàn)來尋求其最佳匹配點(diǎn)，達(dá)到用最少的能源完成對(duì)電池的充電，這樣就可以達(dá)到節(jié)省能源的目的。
電池管理系統(tǒng)
為了保持電池組性能、延長(zhǎng)電池組壽命、提高電池使用效率就必須有一套電池管理系統(tǒng)來對(duì)電池組進(jìn)行有效的管理。
車載增程器
增程式電動(dòng)汽車有兩種運(yùn)行模式，在“增程式”模式運(yùn)行狀態(tài)下需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池組充電，這其中就需要一個(gè)控制器來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。一般發(fā)動(dòng)機(jī)廠家都會(huì)有自帶的ECU控制器，在進(jìn)行增程控制器的設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的通信來完成控制發(fā)動(dòng)機(jī)的目的。同時(shí)，它還需要與電池管理系統(tǒng)進(jìn)行通信從而獲得電池的充放電狀態(tài)。
主流車型
國(guó)外在增程式電動(dòng)汽車研發(fā)生產(chǎn)上相對(duì)國(guó)內(nèi)較早，以雪佛蘭Volt和Bolt以及寶馬i3為代表。
一直以來，國(guó)內(nèi)增程式電動(dòng)車型主要以奇瑞S18D-REEV、吉利GPECS-EC7、傳祺GA5增程式電動(dòng)車等為代表。由于技術(shù)及政策等原因，增程式電動(dòng)汽車逐漸被“遺忘”，但車企并沒有停止研發(fā)的腳步。從車企自身規(guī)劃來看，漢騰汽車、萬向電動(dòng)汽車、廣汽等企業(yè)未來幾年也將有增程式新車型上市。
在商用車領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)如重汽、沈陽(yáng)華龍新能源等企業(yè)目前也開始布局。
市場(chǎng)前景
2018年1月21日召開的中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇上，中國(guó)工程院院士楊裕生表示，要想讓中國(guó)成為汽車強(qiáng)國(guó)就必須依靠自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，生產(chǎn)油耗最低、排放最少的電動(dòng)汽車，同時(shí)兼顧其他的性能?！鞍l(fā)展電動(dòng)汽車的目的是節(jié)油減排，不是為發(fā)展純電動(dòng)汽車或者是發(fā)展電動(dòng)汽車而發(fā)展電動(dòng)汽車?！?/span>
楊院士認(rèn)為，用成熟的電池做第三代增程式電動(dòng)汽車是補(bǔ)貼退坡之后電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵。在技術(shù)路線上，要以微小型純電動(dòng)汽車為突破口，而大中型車要發(fā)展純電驅(qū)動(dòng)的增程式?！霸龀淌绞请妱?dòng)汽車銷售補(bǔ)貼退坡影響走向市場(chǎng)化的最佳技術(shù)路線，是建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)的利器?！?/span>
同時(shí)萬鋼部長(zhǎng)也強(qiáng)調(diào)：從現(xiàn)在發(fā)展的趨勢(shì)上看起來，內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)化的相結(jié)合，將成為車用動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。研發(fā)高效率增程式機(jī)電混合的系統(tǒng)，將是今后的重點(diǎn)研發(fā)內(nèi)容之一。我們的混合動(dòng)力，也會(huì)把重點(diǎn)更多的放到增程式等更高效率的混合動(dòng)力方向。
另外，伴隨著“雙積分”政策臨近，新能源汽車市場(chǎng)百花齊放的局面已逐漸到來，這對(duì)于增程式電動(dòng)車而言，無疑將是一個(gè)利好。
增程式電動(dòng)
1增程式電動(dòng)名詞解釋
● 增程式電動(dòng)（又叫串聯(lián)式混合動(dòng)力，在太平洋汽車網(wǎng)中歸類到電動(dòng)車分類）
只靠發(fā)電機(jī)行駛的電氣汽車，配置的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力僅用于推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)輸出動(dòng)力等于電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力。其中最出名的是雪佛蘭Voltec、寶馬i3。
這一類車型，嚴(yán)格來說仍然是電動(dòng)車。車內(nèi)只有一套電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電機(jī)、控制電路、電池。增程型插電混合動(dòng)力車的電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，發(fā)動(dòng)機(jī)則用來于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池進(jìn)行充電。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此也不需要變速箱。這相當(dāng)于在普通的電動(dòng)車上裝載了一臺(tái)汽油/柴油發(fā)電機(jī)。
優(yōu)點(diǎn):
1.具有電動(dòng)車的安靜、起步扭矩大的優(yōu)點(diǎn)，可以當(dāng)純電動(dòng)車使用，在充電方便的條件下只充電、不加油，使用成本較低；
2.相比其他混合動(dòng)力模式，增程型混合動(dòng)力可以不用變速箱，成本略有降低。由于帶有發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，只要有加油站就可以一直跑下去，在不方便充電的地方不會(huì)被迫拖車，解決基礎(chǔ)設(shè)施不足的問題；
3.因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輪，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速、汽車速度沒有直接關(guān)系，通過控制系統(tǒng)優(yōu)化，可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)一直工作在最佳轉(zhuǎn)速，即使在充電不便時(shí)，市內(nèi)堵車路況下油耗也比較低，發(fā)動(dòng)機(jī)噪音也可以控制的非常小。
缺點(diǎn)：
1.造成功率浪費(fèi)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，造成了這部分功率的浪費(fèi)，而發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)帶來的重量并不減少。譬如：一輛增程式插電混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率50KW，發(fā)電機(jī)功率50KW，電動(dòng)機(jī)功率100KW，整車攜帶了總功率200KW發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，但是能驅(qū)動(dòng)車輪的功率只有100KW。
2.在高速路況下，油耗反而偏高。這是因?yàn)楦咚俾窙r下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，可以一直工作在最佳工作模式，而增程式插電混合動(dòng)力多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換本身要消耗能量，造成油耗反而偏高。
車型代表：這一類的代表車型有寶馬i3（可選裝增程模塊），雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)（有隱藏的直接驅(qū)動(dòng)模式），F(xiàn)isker卡瑪和奧迪A1 e-tron。
寶馬i3
2增程式電動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
● 系統(tǒng)構(gòu)成
一般來說這一類車型，嚴(yán)格來說仍然是電動(dòng)車。車內(nèi)只有一套電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電機(jī)、控制電路、電池。增程型插電混合動(dòng)力車的電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，發(fā)動(dòng)機(jī)則用來于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池進(jìn)行充電。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此也不需要變速箱。這相當(dāng)于在普通的電動(dòng)車上裝載了一臺(tái)汽油/柴油發(fā)電機(jī)。
對(duì)于增程式電動(dòng)這個(gè)類型，我們?cè)谶@里選擇具有代表特征的沃藍(lán)達(dá)作為列子進(jìn)行講解。
雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)技術(shù)解析
Voltec混合動(dòng)力系統(tǒng)是通用汽車的E-Flex插座充電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最新版本，采用1臺(tái)小型的發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)電動(dòng)機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行綜合驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。沃藍(lán)達(dá)上采用的是容量為16kWh的360V鋰電池組，電池組成T型布置，隱藏于后排座椅下及車身中部，純電動(dòng)最高行駛里程可達(dá)80km。整個(gè)Voltec混合動(dòng)力系統(tǒng)包括汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、綜合動(dòng)力分配系統(tǒng)、高容量鋰電池以及電力控制單元。
● 部件解析
沃藍(lán)達(dá)的動(dòng)力系統(tǒng)由2臺(tái)電動(dòng)機(jī)（最大功率分別為111kW和55kW）和1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)（最大功率為63kW）組成，發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于發(fā)電。其中功率較大的電動(dòng)機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)車輛，而功率較小的電動(dòng)機(jī)主要用于發(fā)電。
2臺(tái)電動(dòng)機(jī)和1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)通過1個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)以及3個(gè)離合器組成了動(dòng)力產(chǎn)生/回收/分配系統(tǒng)。和豐田THS系統(tǒng)一樣，Voltec系統(tǒng)同樣使用行星齒輪組巧妙地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的綜合分配。所不同的是，在Voltec系統(tǒng)中，太陽(yáng)輪連接到電動(dòng)機(jī)，行星架連接到減速機(jī)構(gòu)直接輸出動(dòng)力到車輪，而齒圈則根據(jù)實(shí)際情況連接到動(dòng)力分配系統(tǒng)的殼體（固定）或者連接到發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)。
3增程式電動(dòng)工作邏輯
工作邏輯
要了解系統(tǒng)的工作邏輯，首先要了解動(dòng)力分配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。從Voltec的動(dòng)力分配系統(tǒng)的控制方式與THS系統(tǒng)有一定的區(qū)別，Voltec系統(tǒng)通過3個(gè)離合器來控制動(dòng)力的分配。我們把這三個(gè)離合器分別命名為C1、C2、C3。C1用于連接行星齒輪齒圈與動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)殼體（固定）；C2用于連接發(fā)電機(jī)與行星齒輪齒圈；C3用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可參看下圖。
Voltec混合動(dòng)力系統(tǒng)一共有5種工作模式，分別為：EV低速模式、EV高速模式、EREV混合低速模式、EREV混合高速模式以及能量回收模式。
處于EV低速模式時(shí)，C1吸合，C2、C3松開，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。齒圈被固定，電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架因太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，把動(dòng)力傳輸?shù)綔p速齒輪并傳遞到車輪。
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處于EV高速模式時(shí)，C2吸合，C1、C3松開，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)此時(shí)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作，推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，功率較大的另一個(gè)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈和太陽(yáng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳到車輪。發(fā)電機(jī)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了與太陽(yáng)輪連接的另一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了其能源使用率。
處于EREV低速模式時(shí)，C1、C3吸合，C2松開，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并為電池充電；同時(shí)電池為電動(dòng)機(jī)供電推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒圈固定，行星架跟隨太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳到車輪。
處于EREV高速模式時(shí)，C2、C3吸合，C1松開，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接后推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)推動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈和太陽(yáng)輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把動(dòng)力傳到車輪。發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了與太陽(yáng)輪連接的另一電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了其能源使用率。
處于能量回收模式時(shí)，C1吸合，C2、C3松開，發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。車輪帶動(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒圈固定，太陽(yáng)輪隨著行星架轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，功率較大的電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)對(duì)電池充電。
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