理想ONE增程式電動汽車動力系統解析

玉環職教中心 金嬌榮

2015年7月，在互聯網行業深耕多年的李想創立了一家命名“車和家”的新能源汽車公司，這家公司與2019年3月更名為“理想”，理想智造的英文品牌名稱為“LEADING IDEAL”，品牌商標“LI”為其英文名稱的首字母。理想汽車于2018年10月發布首款增程式智能電動車——理想ONE，截至2019年12月，理想ONE增程式電動汽車共生產1 530輛，交付量超過1 000輛。

1 增程式電動汽車的概念

所謂增程式電動汽車（Range Extend Electric Vehicle，簡稱REEV），是在純電動汽車基礎上增加了1個稱之為“增程器”的小型輔助發電機組，用于在動力電池電量不足時為動力電池進行充電。

眾所周知，動力電池組的容量大小決定了純電動汽車的續行里程的長短，動力電池組容量越大，純電動汽車的續行里程越長。但由于受動力電池組重量、體積及成本的限制，其容量又無法無限增大，為此，整車廠便需要在續行里程和動力電池組方面進行平衡。但由于動力電池無法突破目前的技術瓶頸，純電動汽車的續行里程及充電速度便無法消除消費者對純電動汽車的“里程焦慮”。而為純電動汽車增加一個成本低、重量輕的增程器，在動力電池組電量不足時，增程器便起動發電為動力電池組進行充電（這就相當于純電動汽車上帶了一個移動充電寶），從而不但可以大幅減少動力電池的數量，還可以消除消費者對純電動汽車的“里程焦慮”。目前，增程器的最佳選擇自然是發動機。由此可見，增程式電動汽車其實只有一套電力驅動系統（包括電動機、控制電路、動力電池等），電動機利用動力電池組的電能直接驅動車輛行駛，發動機僅用于帶動發電機發電向動力電池組充電，并不直接參與汽車的動力輸出，為此用于增程器的這臺發動機并不需要很強的動力，一臺小排量的發動機即可滿足需求。

2 理想ONE增程式智能電動汽車動力系統概述

理想ONE增程式電動汽車搭載增程式混合動力系統（圖1），它主要由3缸直噴1.2T發動機+40.5 kWh三元鋰電池+前100 kW后140 kW雙電機+100 kW發電機組成。

理想ONE增程式電動汽車采用的高功率增程器是由理想與德爾福、AVL共同研發的，可實現620 km的增程電動續行，且能源補給方便。增程器不直接參與驅動，驅動方式是前后雙電機四驅。其發動機采用哈爾濱東安汽車動力股份有限公司獨立自主研發的、型號為DAM12TD的1.2T渦輪增壓、3缸直列式、DOHC（雙頂置式凸輪軸）、單缸4氣門、直噴、雙VVT（Variable Valve Timing，可變氣門正時）、滿足國Ⅵ B排放標準的發動機，額定功率為85 kW，最大功率為96 kW（對應發動機轉速為5 500 r/min），最大轉矩為174 N·m。另外，該發動機還采用了偏置曲柄機構、輕量活塞連桿、低彈力氣門彈簧、超薄低張力活塞環等技術。發動機不參與驅動，只用于發電。

圖1 理想ONE增程式電動汽車動力系統各部件在車上的布置

前驅動電機采用的是聯合電子提供的永磁式驅動電機，其中集成了GKN變速器，功率為100 kW，轉矩為240 N·m；后驅動電機采用博格華納的eDM電驅動橋（集成了電機和減速器），功率為140 kW，轉矩為290 N·m，增速齒輪速比為4.0；發電機是由聯合電子提供的同步電機，峰值功率為100 kW，峰值轉矩為100 N·m。動力系統總轉矩為530 N·m，最高車速可達172 km/h，官方公布的0 km/h～100 km/h加速時間為6.5 s；電控系統由匯川動力提供。

電池包由寧德時代負責電芯和PACK設計，在常州溧陽寧德時代與車和家合資的電池工廠生產，采用355 V/110 Ah的CATL/NCM523三元鋰電芯（水冷），電池容量為40.5 kWh，可用容量為37.2 kWh，總重量為249.5 kg，能量密度為170 Wh/kg，續行里程可達180 km，能滿足城市零排放通行需求。動力電池采用高強度防護梁與高強度鋁合金外殼組成的雙重保護結構，即使按照美規柱碰標準，依然能保障動力電池組在碰撞中的安全性能。常規增程狀態下，動力電池SOC（State of charge，荷電狀態）降至70%時增程發動機起動發電。采用快充時，0.5 h可以達到80% SOC，采用慢充時6 h可以充滿。

3 理想ONE增程式電動汽車增程系統的工作模式

根據不同的使用環境，理想ONE增程式電動汽車有增程模式與混動模式兩種駕駛模式，其中“增程模式”用于有充電條件的用車環境，即優先用動力電池組的電，在表顯SOC降低至17%時增程器才介入，這樣可有效降低油耗；混動模式下，增程器會在SOC降低至72%時介入，但表顯SOC低于60%時，混動模式將無法開啟，以保障動力電池有足夠的電量確保車輛的加速性能。理想ONE增程式電動汽車的增程系統有4種工作模式。

（1）純電模式。在此模式下，如圖2所示，動力電池組輸出電能，驅動電機帶動車輛行駛，直到動力電池的電量達到相應模式的閾值，比如動力電池電量達到純電模式30%或增程模70%前的輸出狀態。

（2）勻速行駛模式。如圖3所示，在增程勻速行駛模式下，電能由增程器通過發電機直接輸出給驅動電機，驅動車輛行駛。此時電耗在所有低于增程器最優有效功率的情況下，不需要給動力電池補電。

圖2 純電模式

圖3 勻速行駛模式

（3）急加速行駛模式。如圖4所示，在急加速時，由增程器通過發電機輸出穩定功率，而動力電池也通過相應放電倍率放電，兩者同時為驅動電機供電，以保證驅動電機大功率運轉，驅動車輛行駛。此模式下，動力電池組會消耗掉一定的電量，使動力電池電量小于模式閾值電量。

圖4 急加速行駛模式

（4）勻速補電模式。在車輛回到勻速行駛后，繼續由增程器通過發電機直接輸出電量給驅動電機，驅動車輛行駛，同時，也由增程器通過發電機對動力電池進行補電，讓動力電池電量回到模式閾值電量。