增程式節能汽車技術要點分析

李華文

摘要：增程式電動汽車的動力來自于驅動電機，行駛中只消耗電能。其機械結構介于純電動汽車與混合動力電動汽車之間。增程式電動汽車結構簡單，可以在多種模式下工作。本文通過對傳統燃油汽車能耗的介紹，系統分析了增程式電動汽車的工作原理及技術特別，并總結了其節能優勢及未來需改進的地方，旨在為汽車節能環保領域提供考。

關鍵詞：電動汽車；增程式汽車；節能；油耗

1引言

隨著國民經濟的快速發展，我國城市規模不斷的擴大，城鎮人口大幅增加。城市化進程的進一步加快，使城市機動車數量不斷增加，由此給環境帶來了巨大的污染，也造成了能源的大量消耗，而增程式電動公交客車低噪聲、低排放，可綜合利用能源等突出優點，時有效解決能源、環保等突出問題的重要途徑。因此，大力發展增程式電動汽車，對改善城市環境，提高人們生活質量，以及實現能源結構多樣化，加強能源安全有著極其重要的意義。

2傳統汽車工作原理

傳統汽車通過發動機，將燃油化學能轉化成機械能，經過變速箱減速，通過傳動軸將機械能傳至車輪，驅動車輛行駛。傳統車的燃料利用率都不高，以普通轎車（即歐洲標準A級車）為例，一般油耗在6.5至8.5L/100km。

根據《世界能源導報》報道，美國環境保護局以乘用車在城市高速公路上行駛能源分配試驗得出以下結論：設燃料的總熱能100%，由于能量的轉換和功率傳動中的損失，轉化成機械功率只相當于總熱能的25%，而驅動功率只有12%，可見汽車的燃料經濟性不高。汽車節能就是要解決如何降低圖中的熱能損失和降低摩擦的問題。

3傳統汽車油耗分析

（1）發動機負荷低，實際比油耗高，效率低。發動機負荷率為80%～90%時，油耗最低；一般車輛勻速行駛，發動機負荷只占10%至25%，比油耗310至380g/kwh。

（2）汽車整備質量大。傳統車輛零件多，車體結構復雜。車身大部分采用鋼材制造，整備質量一般在1.2至1.5噸，總質量增加10%，油耗增加8.8%。

（3）汽車傳統傳動系復雜，損耗大。根據數據分析，傳動系損耗約占發動機機械能的52%，占發動機燃料化學能的13%。

（4）發動機水溫不穩定，發動機能耗大。傳統汽車發動機是唯一動力源，冬天早晨發動機水溫低，需要暖機；起步、加速時發動機做功多，水溫迅速升高，需要風扇強制風冷；勻速或減速、怠速時，發動機負荷低，燃料消耗少，產熱少，水溫急劇下降。數據顯示，發動機正常水溫（80～90℃）下降10℃，多耗油2.5%；發動機水溫降至60℃時，多耗油8-10%；發動機水溫降至40℃時，多耗油12%。

除了發動機比油耗高，還有其它問題。如傳統車發動機噪音大，特別是柴油發動機，NVH技術難點大。傳統車發動機轉速隨著車速變動而變動，發動機工作波動大，故障率也偏高。

4增程式介紹

為了解決傳統車發動機使用比油耗高、整車整備質量大、傳動系效率低、發動機水溫不穩定，增程成孕育而生。增程式電動汽車是一種集外接充電和車載充電的純電驅動汽車，主要由純電驅動系統和增程器（APU）組成（如圖1所示）。純電驅動系統由直驅電機系統、電源系統和整車控制系統組成，是整車動力系統核心，車輛以純電動行駛。增程器分燃油增程器、燃氣增程器、燃料電池系統等等。以燃油增程器為例，主要由發動機、發電機、發電機控制器、燃料系統組成。發動機專職發電，在整車控制器的指揮下與純電驅動系統協同工作。在電源系統電量不足時，自動啟動APU發電；當電量充裕時，APU自動停止工作。發動機始終工作在最佳工作點上，保證熱功效率最高，污染物排放最低。

增程式電動車異于純電動汽車，車載有獨立的電能補充裝置，電池容量相對較小，電池可以淺度DOD放電，延長了電池的使用壽命；不要建立充電站即可運行，在小型充電設施的輔助下，更進一步提高系統經濟性；車輛續航能力可以與其它任何型式的混合動力汽車相同，避免純電動汽車“里程焦慮”。

增程式異于混合動力氣車，系統采用電機直驅，無離合器、無變速箱，結構簡單，可靠性高；電池處于良性平臺淺充放，保證了電池使用壽命；電池容量大，能進行純電模式驅動；發動機一直處于最佳工作轉速工作，排放小、效率高；具有PLug-in外接充電模式，能充分利用夜間低谷電。

增程式異于插電式汽車，一般插式汽車系統結構與混合動力汽車無差別，僅增加了外部充電的功能，系統結構未能得到簡化，系統復雜對機械及電氣有著更高的要求。增程式電動汽車驅動100%來自驅動電機，混合部分僅僅是能源的混合，而不是驅動力的混合，車載輔助發電系統APU僅為發電系統。

5案例分析

為了更好對比增程式的優勢，列舉國內某款增程式電動汽車進行對比。該車外形尺寸、整備質量有效載荷都與上面對比傳統車相當。

該增程式汽車純電續駛里程104km，滿足日常市區行駛，能耗費用只需0.115元/km，只有傳統車1/4。當運行里程>100km，增程器自動啟動，增加續駛里程。一次加油可以行駛600km，滿足長途運行需要。在不外接充電情況下，百km油耗2.56L，能耗費用只需0.156元/km，只有傳統車1/3。

不同客戶可以選擇不同運根據不同行駛里程油耗不同：一般日常上下班代步，純電行駛就可以滿足，耗油量0；中等行駛里程（如100至300km），先純電行駛，再啟動發動機增程，百km油耗1至1.7升，每km能耗費用約0.12至0.14元。

5.1增程式優勢

（1）發動機單點工況，恒定功率輸出，工作在最佳經濟點，油耗低。

（2）發動機恒定轉速，方便做吸音、減震。

（3）發動機工作穩定，潤滑、散熱良好，延長使用壽命。

5.2增程式預期及后續技術改進措施

（1）發動機采用帕金森循環，改變壓縮比，延長發動機做功時間，可以提高發動機燃油轉發效率10%至20%。

（2）采用永磁同步發電機、定向開發，可以提高發電效率2%至5%。

（3）精細化控制發動機進氣溫度、冷卻水溫度、機油稠度和溫度、排氣溫度，進一步提高發動機熱工效率2%至12%。

（4）利用新型車體技術，碳纖維車體，可以使整備質量降低30%；單位能耗降低20%至30%。

6結語

（1）增程式汽車利用整車一體化設計技術，整備質量比一般混合動力汽車輕10%至20%，驅動系統采用低磁間隙技術，并運用汽車級IGBT技術的控制器，純電行駛電耗0.115kwh/km，比其它混合動力汽車低10%至25%。

（2）增程式發動機工作在恒定轉速、恒定功率，一直處于最佳經濟點。以國內模型發動機為例，增程式可以用在發動機最低比油耗244g/kwh，而傳統車平均比油耗只能使用在345g/kwh，效率提高30%；增程式取消傳統發動機附件、離合器、變速箱等傳動系，節約損耗20%至30%。

（3）由于柴油發動機熱功效率比汽油發動機高10%至15%。增程式運用新型柴油發動機，集合高效率永磁發電系統，最后1L燃油可以發出4.48kwh電能。

（4）集成車體輕量化、驅動高效率、選用柴油發動機作為動力源，增程式電動汽車百km耗油2.56升（不外接充電情況下）；若充滿一次電，100km內不需要耗油；一次性運行200km，油耗1.23L/100km。