增程式電動汽車的發(fā)展前景

方楊偉

摘 要：隨著國家對新能源汽車的大力扶持，國內(nèi)新能源汽車業(yè)得到了前所未有的蓬勃發(fā)展。目前新能源電動汽車主要動力源有鉛酸電池和鋰電池兩種，但都面臨充電難的問題，以及充電樁少又難找等各種充電不便的困擾，加上最重要的一點(diǎn)是其續(xù)航里程非常有限，這個問題困擾了許多想買新能源汽車的用戶，他們都在觀望和猶豫中，因?yàn)樾履茉雌囯m然耗電量少，非常節(jié)能，但是廣大用戶擔(dān)心其續(xù)航里程這個短板，不敢跑長途，嚴(yán)重制約了新能源汽車市場的發(fā)展。基于上面這些市場環(huán)境，以及所面臨的眾多挑戰(zhàn)，電動汽車的增程，成了必然的選擇，它不僅解決了純電動汽車?yán)锍虘n慮問題，還能夠充分享受純電動汽車的優(yōu)勢，充電開車，不用油，加速快，噪聲小，非常節(jié)能。增程式電動汽車具有以上優(yōu)點(diǎn)，一定會被廣大用戶認(rèn)同，具有廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：增程式電動汽車;增程器;里程憂慮

1 增程式電動汽車概念與定義

增程式電動汽車顧名思義，它是加裝了可用來發(fā)電的增程器系統(tǒng)的電動汽車。它是一種新能源汽車，它的電池容量較純電動汽車小;能量可以來源于電池和增程器系統(tǒng)，既可以由電網(wǎng)充電，也可由增程器系統(tǒng)給電池充電，可理解為純電動汽車的增程。增程式電動汽車首先是電動汽車，只是加裝了增程器，可以在行車過程中，電池虧電時，給電池充電以及直接給驅(qū)動電機(jī)供電，滿足用車需求。增程式電動汽車對電池容量要求不高，只需純電動汽車容量的30-70%，制造成本可大幅度下降;它可以利用電網(wǎng)夜間的“谷電”或利用午間司乘人員的休整間隙充電，白天不足電量由增程器供給，不需要大規(guī)模完善的充電設(shè)施和充電占用時間。

2 增程式電動汽車的工作原理

增程式電動汽車是由驅(qū)動電機(jī)直接驅(qū)動車輛前進(jìn)的一種電動汽車，發(fā)動機(jī)不直接參與驅(qū)動;當(dāng)動力電池電量不足時（一般是30%左右，電池管理系統(tǒng)BMS可以設(shè)定限值），增程器開始工作，發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)可以給驅(qū)動電機(jī)直接供電以及給動力電池充電。當(dāng)動力電池充到一定的SOC值時（一般是80%左右，電池管理系統(tǒng)BMS可以設(shè)定限值），增程器就停止工作，進(jìn)入純電工作模式。當(dāng)動力電池耗電后，電量不足時，再次促發(fā)增程器工作，從而周而復(fù)始的運(yùn)行。增程器的啟停，完全取決于整車控制器（VCU）的控制策略，見圖1。

3 增程器的組成及工作原理

高效增程器作為新能源汽車重要的動力組成部分，主要由：增程器控制器、發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)（EMS）、電機(jī)（ISG）、發(fā)電機(jī)控制器（GCU）五部分構(gòu)成，見圖2、圖3。

3.1 增程器控制器（RECU）

增程器控制器（RECU）是控制整套增程器系統(tǒng)的大腦，它接受整車控制器（VCU）的指令，根據(jù)VCU的發(fā)電功率請求，增程器控制器（RECU）給發(fā)動機(jī)控制器（EMS） 及發(fā)電機(jī)控制器（GCU） 發(fā)送轉(zhuǎn)速和扭矩需求，發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)根據(jù)各自的控制器的指令進(jìn)行工作，增程器控制器（RECU）對發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)（EMS）、發(fā)動機(jī)、電機(jī)控制系統(tǒng)（GCU）和電機(jī)（ISG）的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并發(fā)送實(shí)時的調(diào)整指令，通過執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)工況的運(yùn)行，保證系統(tǒng)的安全可靠。

3.2 發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)（EMS）

發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)運(yùn)行控制的大腦，它運(yùn)行時接收發(fā)動機(jī)上所有傳感器所發(fā)送的信息，還接收增程器控制器的指令，將這些信息分析處理后，通過控制相應(yīng)的執(zhí)行器來調(diào)整發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，確保發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行;同時滿足排放、經(jīng)濟(jì)性和動力性要求。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)（EMS） 運(yùn)算速度快，可以瞬間測定發(fā)動機(jī)工況，并根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況和控制MAP圖迅速作出響應(yīng)，控制各執(zhí)行器正常運(yùn)行。

3.3 ISG 電機(jī)及電機(jī)控制器（GCU）

ISG 電機(jī)采用永磁同步電機(jī)，根據(jù)發(fā)動機(jī)后端面結(jié)構(gòu)，根據(jù)發(fā)動機(jī)的高效MAP 深度擬合的電機(jī)設(shè)計(jì)，使電機(jī)的運(yùn)行處在高效區(qū)。電機(jī)控制器（GCU）根據(jù)增程器控制器（RECU）的CAN 指令，可以對電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速或者恒扭矩控制，通過增程器系統(tǒng)優(yōu)化匹配，調(diào)整各功率點(diǎn)的轉(zhuǎn)速、扭矩MAP，使ISG 電機(jī)和GCU 在指定工況下高效率運(yùn)行。

4 純電動汽車的缺點(diǎn)

（1）同樣配置下，比燃油汽車價格高。

（2）續(xù)航里程達(dá)不到燃油汽車水平。燃油車加滿油跑高速時可以跑600公里，電動汽車跑高速普遍達(dá)不到標(biāo)稱續(xù)航里程，因?yàn)樵诟咚傧掳俟锬芎臅芨摺?/p>

（3）電動汽車充電速度慢，快充80%大概要30分鐘至60分鐘，而加油一般不超過10分鐘。

（4）電動汽車充電樁數(shù)量少，需要長時間等待。

（5）電動汽車保值率低，電池衰退快。

（6）電動汽車安全性低于燃油汽車，尤其在碰撞、進(jìn)水等情況下。

（7）電動汽車在低溫環(huán)境下，電池續(xù)航能力下降明顯。

5 增程式電動汽車的優(yōu)點(diǎn)

增程器發(fā)電可自動控制到最佳工況，有效的降低了發(fā)動機(jī)的燃油消耗，使得發(fā)動機(jī)的性能更加穩(wěn)定可靠;而電機(jī)工作的特點(diǎn)，增程器長時間待機(jī)后可以立刻進(jìn)入工作狀態(tài)，低轉(zhuǎn)高扭的特性動力性能佳。

與傳統(tǒng)油電混合汽車相比，增程式電動汽車排放性能與經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)突出，每個功率點(diǎn)都處在最優(yōu)工況，污染少，熱效率高，都處在低油耗區(qū)。與純電動汽車相比，增程式電動汽車的行駛里程大大增加，不需要長時間的充電等待，只要加上油就可以繼續(xù)運(yùn)行，具有很大優(yōu)勢。

增程式電動汽車本身就是一輛電動車，既可以外接充電，也可以啟動增程器充電。電池充滿電之后，可以續(xù)航一定里程，可滿足上下班代步需求。增程式電動車完全與純電動汽車相同，都能實(shí)現(xiàn)零排放、零污染;另外，增程式電動車還配備了充電機(jī)，可以避免白天的用電高峰，在夜間進(jìn)行蓄電池的充電。

與混合動力汽車相比，增程式電動汽車電池容量更大，純電狀態(tài)下（增程器不工作）可以行駛更長的距離，一般而言，增程式電動汽車的電池容量為30-40度之間，純電續(xù)航里程在150-200公里左右。也就是說，只要滿電狀態(tài)出門，平時上下班，基本都不用啟動增程器了。如果純粹是日常代步的話，基本上充電就可以基本滿足日常出行的需求。

6 增程器電動車發(fā)展趨勢

整車的駕乘性能很大程度上受到增程器的性能影響，因此，從技術(shù)角度來看，增程器還可以從以下幾方面進(jìn)行提升。

首先，整車動力系統(tǒng)與增程器的有效匹配。根據(jù)整車的設(shè)計(jì)指標(biāo)，電動汽車所需要的最大功率，匹配合適的增程器，盡可能選擇滿足要求的小功率發(fā)動機(jī)，改善增程器的燃油經(jīng)濟(jì)性。

其次，提高增程器的發(fā)電效率。目前，應(yīng)用于增程器的電機(jī)不成熟，電機(jī)廠家都是傳統(tǒng)的電動機(jī)廠家，在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用還缺乏經(jīng)驗(yàn)，如何才能獲得性能優(yōu)良的高效電能，且滿足驅(qū)動電機(jī)的用電需求的電能還要深入研究。

第三，增程器的結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化。整車空間狹小，需要結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧的增程器與之匹配，以便不改變汽車底盤結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)良好的匹配，可以降低整車制造成本。

7 增程器汽車的發(fā)展前景

增程式電動汽車與電動汽車相比，在能源利用效率、價格、使用的方便性等方面均具有明顯優(yōu)勢。

目前，在純電動車的續(xù)航里程不足的情況下，增程式電動汽車比純電動和混合動力車更適合中國國情，它將在10-20 年內(nèi)穩(wěn)步發(fā)展。當(dāng)電池的比能量發(fā)展到可以滿足純電動汽車的需要時，增程式電動汽車也將是純電動汽車的理想的補(bǔ)充車型，是可持續(xù)發(fā)展車型。

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