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增程式电动汽车开发及应用前景

王长江:公共好,这日思与公共分享一下本身正在增程电动汽车这方面的分析,以及正在增程器开荒方面的少少心得领略,重要从以下几个方面与公共研究。

目前,对增程式电动车的界说有些笼统,活着界边界内尚没有一个苛苛的界说。如图一所示,我把咱们国家以及美国对增程式电动车的界说及六个症结词列了出来:电动汽车、纯电续航里程、伸长续航里程、辅助电动力单位、无呆板动力链接和低排放。增程式电动汽车开始是一个电动汽车;什么是电动汽车,电动汽车即是用电动机驱动车轮的汽车,况且电动机是独一的呆板动力的单位。其次,对增程式电动汽车有纯电续航里程的条件,电池是必需的,它的电量大凡由续航里程定夺。正在这方面中国和美国的区别蛮大的,咱们国家对纯电续航里程条件是80公里,美国条件起码120公里。然后,一朝电池电量用完了,需求一种举措把续航里程伸长,本来即是处理用户最亲切的续航里程题目。

为了伸长续航里程,最节约、最直观和最实际的做法是增长一套发电体系,它既可能给电池充电,同时还可能直接给主驱电机供电,到达直接驱动主驱电机的方针,这即是所谓的辅助电动力单位。纵然增长了一套异常的装备及附件体系,但因为电池电量的减小,大凡约为纯电车的1/3足下,整车的创制陈本可消重10%足下。除了可有用处理里程焦躁题目外,增程式电动车还处理了目前纯电车固有的充电难、安好性差和本钱上等题目,于是被公认是向纯电车过渡的有用技艺计划之一,正在国表里惹起了普通的眷注。针对辅助动力单位寻常有两个基础条件:一是有特地苛苛的排放条件,不行超标,差异国家和区域正在差异的岁月有差异的条件;二是不行有呆板动力的相连,所认为什么说增程式电动汽车已经是电动汽车。

客观上讲,用于增程式电动汽车的辅助电动力单位,目前技艺上斗劲成熟是基于内燃机的发电体系,其他技艺也可能用于增程方针,如燃料电池、空压机、飞轮等,只消能发电,都可能研商。图二是一个特地模范的增程式电动汽车的布局架图,右上角绿色方框图代表的是辅助动力单位(Auxiliary Power Unit),正在业内公共都叫它增程器。如前所述,这个增程器可能采用百般各样的能源,但从技艺成熟度来看,仍旧基于燃油鼓动机的增程器斗劲容易适用化和物业化,图二所示的恰是基于燃油鼓动机的增程式电动汽车的基础架构。增程器内部有两个最重要的单位:鼓动机(Engine)和发电机(Generator),它们有各自的限度单位器,EMS以及GCU。右上角APU是增程器限度器,用于限度通盘增程器,当电池电量不敷时,它可能启动鼓动机,由发电机向电池充电,同时给主驱动电机供给电动力。APU的另一个重要效用是优化鼓动机和发电机的工况,确保增程器的高效运转,这正在增程式限度方面口角常紧急的一环。

增程式电动汽车和插电式搀杂动力汽车之间,事实哪一个更好,正在产物途径层面上国表里都存正在差别,加倍是对增程式电动车技艺途径褒贬纷歧。咱们做了少少斗劲事情,正在这里与公共分享一下,尽量争取客观少少,最终结论由公共本身来采用。

为便于斗劲,图三示意了纯电动、增程和插电等三种常睹的架构。与纯电比拟,可能昭彰看到,增程众了个增程器,它们的主驱动部门齐全相仿,即车轮仅由主驱动电机驱动,两者的主驱动电机功率相仿;与纯电和增程比拟,插电有两个呆板动力源,电机和鼓动机,也即是说鼓动机和电机可能同时驱动车轮,即是所谓的混动。从观点上分析,混动必然要有两个或两个以上的动力源;即使惟有一个动力源,必然不是混动,它要么是纯电,要么是纯油。正由于插电可能由鼓动机和发电机同时驱动,电机功率可能小少少;此外,电池的容量条件也要小的众。是以,插电的本钱相对来说会低少少,后面会有周密的本钱斗劲。然而,插电需求一个高机能变速器,目前思找一款斗劲好的国产变速器已经不太容易,是插电面对的一个困难。就整车策画广泛亲切的少少重点,图一对纯电﹑增程和插电做了定性斗劲。仅从布局上看,增程相对单纯一点,但其主驱动电机的功率要较插电大的众,会增长整车的策画本钱。从体系出力来看,插电正在高速巡航境况下会较增程好少少。

就公共对新能源汽车广泛亲切的题目,表二对纯电﹑增程和插电做了较为一共的斗劲。较着,增程和插电均没有里程焦躁题目,与纯电一律,增程基础上没有没有限行题目,但插电正在良众都市是被限行的。技艺瓶颈方面,相对来说插电要纷乱少少,确实也存正在良众技艺壁垒,一方面是因为海外的专利,另一方面没要技艺堆集,咱们需求花岁月来寻求。表三是针对纯电﹑增程和插电的本钱估算,三款车的载重和几何尺寸都差不众,动力性和经济性条件也大致相仿。这是咱们本身内部做的测算,可能看出插电和增程正在本钱上的区别重要正在于电池和变速器。总的说来,插电正在本钱上是有必然上风的,正在机能上也略好于增程,但正在开荒方面难度较大。

个别以为,任何一种技艺计划都有它的上风,也有它的劣势;至于采用哪种技艺途径,需求加夸大研,没有考查探求和翔实的剖判,就不应当有措辞权。企业要凭据自己的实践要求、研发才能及产物商场定位来订定技艺途径,不行采用拿来主义,无论哪种技艺途径都需求长久的参加,产物开荒是个一贯完美和体味堆集的经过,没有捷径好走,不要老思着弯道超车。此外,任何一种技艺途径都不或许包打天地,不行拾人涕唾鲁莽地采用一个公共都说好的技艺途径,也不行轻率地否认一个公共有争议的技艺途径。就增程而言,国表里良众企业都正在做,即使把增程做到极致,其归纳机能基础上可能与任何混动计划相媲美。

图四列出了国表里推出的增程式电动汽车,国内以理思One为代表,海外以Nissan Note e-Power 为代表。

表四列出了国内增程式电动汽车的整车机能参数,这些参数均是从公然荒布的原料获取的,有些尚不清楚,给公共做个参考。大致可能看出,国内的产物基础笼罩了大、中、小型乘用车,纯电续航里程均不低于80 km,总续航里程多数正在500 km 以上,重要由油箱的巨细来定;B形态燃料消磨量变动边界斗劲大,但工信部加权油耗都斗劲低。

表五列出了国内增程式电动汽车动力部件参数,整车厂颁发的通告是重要数据出处,不是很全。较着,小排量鼓动机是主流,以三缸和四缸机为主,但没有鼓动机万有弧线音信,很难判别其出力性格,咱们置信最超越力应当不低。正在业界有一个共鸣,对增程式电动汽车来说,症结是要有高效鼓动机;没有高效鼓动机,就不要研商增程计划,不然必然是做一个腐化一个。发电机方面,研商到出力擢升,基础上都采用永磁同步发电机。动力电池方面,以三元锂电为主,应当都是功率型。

表六列出了海外增程式电动汽车的重要整车机能参数,与我国差异,海外增程以小型车为主,中大型车增程确实不众,当然正在少少商用车和专用车利用周围也有增程,这不正在这里研究。从该表可能看出,纯电续航里程变动较大,相像没全部的准则,但总续航里程与我国一律,多数高于500 km,以越过增程的特质。

表七列出了海外增程式电动汽车的动力部件参数,值得提神的一点是海外鼓动机计划斗劲众元化,有两缸、三缸、四缸,部门采用阿特金森轮回来擢升出力,也有公司也采用转子鼓动机技艺来擢升出力,增程式电动汽车的症结已经是鼓动机。

图五是海外对增程式电动汽车的商场预测,上半部门是英国里卡众公司的预测,下半部门是美国一家磋议公司的预测。从里卡众的预测可能看出,目前海外有四家主机厂正在量产增程式电动汽车,尼桑、宝马、马自达和福特;此外,增程式电动汽车的重要商场正在中国、北美、欧洲和日本。从美国磋议公司的预测来看,到2028年,也即是以来十年,增程式电动汽车的总销量每年将到达1100万辆;即使按环球年产量一亿来算,增程式电动汽车将到达10% 的商场份额,席卷民众交通、私家交通以及军事等周围;此外,增程式电动车正在军事上的利用特地普通,况且依然有很长的一段史册了。需求阐明的是,这里所说的增程,席卷百般各样的计划,如前面提到的飞轮、甲烷、燃料电池、酒精等等,百般发电形式都可能用于增程方针;他们的结论是,增程式电动汽车以来应当是新能源汽车的重要技艺途径之一。这里值得一提的是日本,正在过去的几年里,尼桑的Note ePower 依然得到了精良的商场功效,他们正在把增程计划用于其他车型,进一步扩展商场份额;马自达也正在加快其正在增程式电动汽车方面的组织,并依然有了量产策划。总之,商场是查验技艺途径的重要准则,增程式电动汽车是否能承载人们的等待,需求岁月和商场来验证。

汉腾汽车是一家新的车企,设立于2013年,本年是咱们的第六个岁首。汉腾不但坐蓐古代油车,同时也研发和创制、出售新能源汽车;正在坐蓐整车的同时,咱们正在症结重心零部件方面也下了良众的期间。

如图六所示,汉腾有四家子公司,腾勒动力、精骏电控、麦可斯韦和优特技艺,分辨从事鼓动机、电机和电控、动力总成和动力电池及BMS的研发和创制,目前均有成熟产物出售。汉腾正在2017年就开首调研增程式电动汽车技艺和商场,2018年与英国里卡众公司配合,连结开荒系列化增程器,以搭载汉腾的乘用车。里卡众是宝马I3增程器鼓动机的策画者,正在高效鼓动机策画和增程器利用方面有较好的技艺堆集和充足的整车搭载体味,这是咱们与里卡众配合的重要由来。汉腾依然订定了增程式电动汽车动力总成体系的周密开荒流程,从预案、选型、机能剖判、策画、整车搭载、周密策画、评审、样品加工、样机测试直到整车标定,每一个合头都有本身相应的策画因素,同时针对每一个因素均都有周密的测验验证,正在通盘产物开荒经过中酿成闭环,确保产物的牢靠性。

就增程器而言,它是个特地纷乱的体系,正在策画上不但仅要研商出力、安好、本钱、牢靠性,同时还要研商轻量化以及创制同等性等身分。由于其纷乱性,如图七所示,咱们将增程器的开荒事情分为五个子工作:测试评估、专用鼓动机策画、专用发电机策画、鼓动机和发电机的一体化、整车搭载优化策画。正在限度方面,增程器限度器APU和发电机限度器GCU是重要的研发对象。

图八示意了咱们正在增程器开荒中采用的少少重要技艺,来告终高效化、轻量化、安好性、牢靠性等标的,并处理增程器的少少共性题目,如NVH等。

效用安好是一个新的观点,本来十年前,正在座的汽车界事情家都了解,良众效用安好的实质当时就依然实践了,只是现正在把效用安好又从头界说了一下,这是件好事,由于从头界说今后,咱们就有了国际准则,就有了ISO26262。正在效用安好方面,从观点策画到产物下线,咱们的增程器策画基础上是遵从ISO26262准则来实践的,如图九所示。

就增程器而言,除了鼓动机策画,最重要的即是增程器限度战术策画。整车运转时,怎么限度鼓动机和发电机知足司机的驾驶需求,是APU的首要工作。这个限度战术特地紧急,其重心是标的功率计划。怎么正在差异工况下确定增程器的输出功率,有各方面的考量,正在知足诸众机能目标的境况下,如出力目标和NVH目标,既要研商增程器自己的才能束缚,还要研商各零部件的实践事情要求及它们之间的协和,图十示意了基于功率跟从的鼓动机事情点的扼要确定举措。

标的功率设定之后,再有两个事件需求做:1. 确定标的转速和标的转距,鼓动机和发电机是直连的,一个是事情正在转矩限度形式,一个是事情正在转速限度形式;公共的做法纷歧律,咱们条件发电机处于转速限度形式,鼓动机处于转矩限度形式;标的功率确定今后,下一步需求确定鼓动机的转距和发电机的转速。APU凭据如今事情形式和自己最大才能,对VCU乞求功率举行束缚,凭据鼓动机最佳事情弧线及NVH束缚,将标的功率认识成标的扭矩和标的转速,分辨分派给鼓动机和发电机,并筹划体系实践发电功率与标的功率误差,通过安排鼓动机扭矩告终功率闭环;2. 怎么启动和逗留鼓动机,APU接到启动指令后,由发电机通过转速形式将鼓动机带到标的转速,再使能鼓动机喷油燃烧;APU接到停机指令后,直接乞求鼓动机断油,鼓动机自行降扭;待鼓动机扭矩降至0,乞求发电机由转速形式切换为扭矩形式,将发电机扭矩由如今值降至0。

任何整车都有NVH的题目,也是增程式电动汽车曰镪的重要题目。这里把常睹的几个NVH题目列了出来,不但对它们做了基础的刻画,也把它们发生的由来和常用对策加以阐明,如表八所示。

基于目前鼓动机策画和创制秤谌,为降低出力,斗劲靠谱的是阿特金森轮回,还要研商排放以及颤动噪声等一系列题目。

发电机和鼓动机一律,即是要夸大超越力;此外,因为发电机和鼓动机采用直联形式,鼓动机将颤动会一切通报给发电机,于是看待发电机的布局强度条件特地高;其次,因为发电机和鼓动机齐全呆板耦合,鼓动机发生的热也会传过来;加倍是正在前舱,事情处境斗劲卑劣,于是对发电机的牢靠性条件特地高;再者,因为前舱体积束缚,发电机的功率密度要尽或许的高。把发电机做好,需求从各个方面下期间。咱们采用扁平化技艺计划,正在资料选型、创制工艺、布局策画和热照料等方面思了良众法子,到达高效、高强度、高牢靠性及高功率密度的方针。

良众整车厂都测试过增程式电动车,大部门都反映电池寿命短的题目。大致由来可能总结为以下几点:1. 电池的选型,大凡需求功率型;2. 热照料方面没有做好;3. 电池充放电过于频仍,APU限度战术缺失。

目前国表里还没有特意针对增程器的测试准则,咱们凭据国家依然颁发的针对鼓动机、电机和效用安好的少少准则,订定汉腾内部增程器测试典范,席卷五大类:机能测试、输入输出性格、处境、耐久和效用安好。测试准则方面咱们还要赓续下期间,把需求做的项目进一步完美,知足增程器的整车搭载条件。

行动一个技艺途径,增程式电动汽车确实处理了目前纯电动汽车存正在的少少焦躁题目,如里程焦躁、充电焦躁、本钱焦躁和安好焦躁等。目前,商场上真正的量产的增程式电动汽车确实很少,但凭据依然公然的音信,国表里良众主机厂都正在做。斗劲越过的是尼桑,尼桑会把增程技艺扩展到更众的车型;再有马自达,马自达采用转子鼓动机,来岁就有量产策划,这两家公司都正在特地郑重做增程产物。他们这么做自然有他们的意思,咱们不行盲从,然而行动一个计划咱们不行方便放弃。与其他混动计划比拟,固然增程布局单纯,但技艺开荒一点都不光纯,无论开荒哪一种技艺都谢绝易,都需求长久的相持和参加。任何一种计划都不或许包打天地,咱们应当争取把每一种技艺都做到极致,才智把产物做好,最终的查验准则仍旧商场。再次夸大一下,对增程式电动汽车而言,必然要有高效鼓动机和高效发电机,还要把它们之间的协同限度做好。

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作者: sheep

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