增程式電動汽車應用前景分析

葉衛國

（寧波吉江汽車制造有限責任公司，寧波 315104）

眾所周知，純電動汽車受目前動力電池比能量較小、價格高等因素的影響，續駛里程不能滿足遠距離出行和公交車日行駛里程的需要。為解除人們對純電動汽車續駛里程較短的 “里程焦慮”，在純電動汽車上減少電池組的配置，加裝一套由“內燃機+發電機”組成的車載發電機組，隨時可為車輛補充電能，達到延長車輛續駛里程的目的。增程式電動汽車應用和發展前景如何，本文就此進行了分析和探討。

1 增程式電動汽車結構簡析

增程式電動汽車(E-REV)通常都搭載有動力電池組和一個由“內燃機+發電機”組成的輔助動力系統（即車載發電機組，又稱增程器，簡稱APU）。增程式電動汽車與純電動汽車和串聯式混合動力電動汽車一樣采用純電驅動的方式工作，與插電式（Plugin）［1，2］混合動力汽車一樣可以外接插電，車輛典型結構見圖1。

從圖1中可以看出，在系統結構中移除增程器及車載燃油箱部分，該車就是一款典型的純電動汽車。在實際應用時，還可以根據客戶選擇是否需要加裝增程器系統來進行車型設計，當動力電池比能量提升到較高水平后，即可取消增程器配置。

2 增程式電動汽車的三種工作模式

通常情況下，當車載動力電池組有足夠的能量時，增程式電動汽車驅動電機的動力全部來源于車載電池組。在一定的行駛距離內與純電動汽車相同，為“零排放、零油耗、低噪聲”。在動力電池組能量消耗到設定的DOD狀態下，車載發電機組自動啟動，協同動力電池組一起工作，為車輛提供不間斷的電能，增加車輛的續駛里程，使車輛能夠工作至下一次計劃充電的時間節點［3］。增程式電動汽車可以通過系統的設定使其按照以下三種不同模式進行工作。

a）純電動工作模式。使用外部充電樁或者家用電源插座為車輛充電，在動力電池組的容量范圍內車輛采用純電動模式運行，與純電動汽車相同。

b）混合動力模式［4］。完全依靠車載發電機組提供電能，動力電池組起到儲能、車輛起步、加速助力和制動能量回收的作用，與串聯式混合動力電動車工作原理相同。

c）增程式工作模式［5］。車輛先使用通過充電樁或者家用電源插座獲得的電能，然后再使用車載發電機組所提供的電能來驅動車輛行駛，達到延長車輛續駛里程的目的。

通過對增程式電動車三種工作模式進行分析，可以看出增程式電動車完全不同于純電動車和串聯式混合動力車（非插電式），它所具有的c工作模式正是它與純電動車和串聯式混合動力車（非插電式）的不同之處。

3 增程式電動汽車具有高節油率和低成本的優勢

增程式電動汽車配備的輔助動力系統 (APU)中的小型內燃機唯一作用是帶動發電機發電。在發電工況時，內燃機被設定在最佳的運行區間工作，輸出恒定的功率和扭矩，實現油—電能量轉化過程，此時內燃機工作效率、排放、可靠性等均處在最佳工作狀態，系統具有較高的節油率［6］。

增程式電動車的生產及使用成本低，其可以通過車載發電機組隨時對車輛進行補充充電，因此車載動力電池只需配置同級別純電動車電池用量的30%～40%。增程器系統和動力電池組共同工作時，車載動力電池組充放電倍率大大降低，這樣有利于延長電池組的使用壽命和使用周期，車輛制造和使用成本也因此得以大幅降低。

由于增程式電動車通常配置的電池組容量較小，充電所需時間減少，因此可以利用小功率充電樁（或家用插座）進行充電，不必采用更換電池的方法來“換電”，節約了換（充）電站建設和“換電”所需的人工成本。

4 增程式電動汽車的應用實例及前景展望

美國通用汽車推出的雪佛蘭沃藍達 （Volt）增程式電動轎車，該車獲得了 “Motor Trend雜志2011年度車型”、“2011北美年度車型”和“2011沃德全球十佳發動機”等重量級獎項，現已登陸中國市場。奇瑞是國內最早研制增程式轎車的企業，2010年，奇瑞汽車自主研發了瑞麒M1-REEV增程型電驅動汽車，搭載了功率為15 kW的轉子發動機作為增程器動力源，系統采用高度集成化設計、智能化控制等技術，使整車在行駛中具備低噪聲、低振動、低油耗、高效率、多燃料等優勢。該車為消費者設計了多種可選擇的行駛模式，最大續航里程可達350 km以上。

國內客車生產企業也已將增程式電動車技術應用于大型公交客車，并列入了國家新能源示范運行推薦車型目錄，車輛已經投入公交線路運行。以下簡要介紹一款國外增程式轎車及國產12 m增程式城市客車的系統配置情況及有關技術參數。

國外某型增程式轎車：5門4座、前輪驅動、外形尺寸（長×寬×高）為 4 404×1 798×1 430mm、總質量1 700 kg。裝有一臺排量1.4 L、功率為62 kW汽油發動機。車載發電機功率55 kW，驅動電機功率111 kW，扭矩370 Nm，裝有制動能量回收裝置。鋰離子動力電池(LG)，電池組總容量 16 kWh，質量198 kg。電池質保期為8年/16萬km。最高車速160 km/h，0~100 km/h加速時間9 s。外接充電時間為4 h，一次充電續駛里程60 km，增程模式下續駛里程可達550 km。

從以上數據中可以看出，該款增程式轎車各項動力性能指標與普通轎車基本相同，但其配置的發動機功率卻遠小于普通轎車。車輛通常只需通過夜間對車輛進行補充充電，即可滿足1~2天節能環保出行的需求。在其增程式工作模式下，可以滿足長途出行的需求。

國產某型號12 m增程式城市客車：外形尺寸（長×寬×高）為 12 000×2 550×3 300 mm、總質量18 000 kg。裝有一臺排量2.77 L、功率為88 kW柴油發動機。車載發電機功率28 kW，驅動電機功率100 kW，扭矩1 005Nm，裝有制動能量回收裝置。國產鋰離子電池，電池組總容量161.4 kWh，質量1 950 kg。電池的質保期為3年/15萬km。最高車速80 km/h，0~50 km/h加速時間小于23 s。外接充電時間3 h，一次充電續駛里程120 km，增程模式下續駛里程可達300 km。

此款增程式城市客車所配備的電池組容量較大，一次充電可以滿足公交車約80%日行駛里程的需求，其余用電通過增程器發電來補充。

比較上述兩種車型的增程器設計，轎車配裝的排量1.4 L、功率為62 kW汽油發動機，車載發電機功率為55 kW。12 m增程式城市客車裝有一臺排量2.77 L、功率為88 kW的柴油發動機，車載發電機功率為28 kW。兩者相比，后者在增程器系統發動機功率利用上還存在較大差距。此外，大客車配置了高容量的電池組，導致了車輛制造成本上升。

增程式電動汽車技術方案已經在轎車和大型公交客車成功應用，通過以上使用案例進行分析得出，增程式電動汽車技術方案可以進一步推廣應用于諸如校車、郵政車、環衛車、團體旅游車、專用汽車以及各種工程機械上。

5 增程式電動汽車的屬性

依據現行國家標準 GB/T 19596-2004 《電動汽車術語》中對純電動汽車(BEV)的表述為：“由電動機驅動的汽車。電動機的驅動電能來源于車載可充電蓄電池或其他能量儲存裝置”。對混合動力（電動）汽車（HEV）的表述是：“能夠至少從下述兩類車載儲存的能量中獲得動力的汽車：可消耗的燃料及可再充電能／能量儲存裝置。對串聯式混合動（電動）汽車（SHEV）的表述是，車輛的驅動力只來源于電動機的混合動力（電動）汽車”［7］。按照國標的定義，增程式電動汽車既使用從外部獲得的電能，也使用“可消耗的燃料”，使用純電驅動，因此，增程式電動汽車是一種可插電的串聯式混合動力（電動）汽車。

6 結語

即將頒布的我國 《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》將純電動汽車（純電驅動）作為我國汽車工業轉型的主要戰略取向［8］。現今各國電動汽車發展之路，基本上都經歷了從普通混合動力車到插電式混合動力車，再到增程式電動車，進而向純電動車型過渡的發展路徑［9］。

我國對增程式電動汽車的研發尚處于起步階段，在增程式電動汽車的研發過程中，需要綜合考慮車輛的不同用途、不同使用特點及使用環境等方面的因素，特別要重視對增程器系統匹配、節能機理、動力電池（容）工作特性、整車控制策略、車輛安全性及可靠性等方面進行更深入的研究。

增程式電驅動汽車具有低成本、節油率高、低排放、基礎設施投入少等諸多優點，在動力電池技術瓶頸尚未解決之前，是向純電動車過渡的最佳技術方案。因此必將會受到社會各界的廣泛重視，得到普及推廣和應用。

［1］Antoni Szumanowski.混合電動車基礎［M］.陳清泉，孫逢春，譯.北京：北京理工大學出版社，2001.

［2］李興虎.混合動力汽車結構與原理［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］吳韶建，陶元芳.增程式電動汽車的概念與設計方案［J］.機械工程與自動化，2010，（5）：209-210.

［4］胡驊，宋慧.電動汽車［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［5］佚名.通用汽車推出增程型電動汽車［N］.經濟導報，2009(1):62-67.

［6］楊裕生.增程式電動車具有較強的過渡優勢［N］.經濟日報，2010.5.25，(14).

［7］GB/T 19596-2004《電動汽車術語》［S］.

［8］2011年《節能與新能源汽車年鑒》［M］.北京：中國經濟出版社，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.