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電池技術突破之前,增程式電動車或許是最好的過渡

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年07月01日  

在特斯拉異軍突起之前,我曾經認為,電動汽車短時間內電池儲能技術不會出現飛躍性發展或顛覆性革命。當前,雖然特斯拉能夠在電池安全性管理領域實現巨大的突破,但我依舊認為“純電動汽車”不是面向消費者最好的產品,在可以預見的未來,能夠戰勝燃油車以及混動車的并不是“純電動車”,而應該是像通用汽車生產的VOLT以及車和家的理想ONE這一類“增程式電動車”。

什么是增程式電動汽車?

增程式電動車采用串聯混合動力型結構,屬于插電式混合動力汽車的一種,由電機直接驅動車輛,發動機不參與驅動。可以看作是一輛小容量的純電動車,再額外增加了一臺發電機讓車輛邊行駛邊充電。當電池電量不足時,車輛通過增程發動機工作來發電,將所發出的電能一部分用于直接驅動電機,另一部分為蓄電池進行充電。

當蓄電池的電能達到某一上限,增程發動機停止工作,由電池來直接驅動電機;隨著行駛時間和行駛里程的加長,蓄電池的消耗越來越大,蓄電池的電能低于某一下限,增程發動機再次開始啟動工作。如此往復,增程發動機將一直處于循環工作狀態,而發動機的啟停,完全取決于蓄電池的電能供給。

與“混合動力車既有燃油系統,又有電動系統”不同的是,增程式電動車雖然在長途行車時也需要汽油、氫氣等燃料的配合,但汽油只用于發電,用電力驅動汽車,而非像混動那樣在電力耗盡的情況下用汽油直接驅動汽車,甚至連變速箱都用不著,所以其結構要比混動車以及插電式混動車簡單的多;而且增程模式下,其發動機一直工作在最佳轉速區間,無頻繁啟停,相比普通混動車節能效率高。

另外,“增程式電動車”本身可以利用外部電源為其所搭載的電池充電,與插電式混沌車一樣,同時可以在剎車減速時,通過能量回收為電池供電。所以,增程式電動車既有純電動汽車的行駛品質,又能有效解決目前電動汽車續航里程不足的問題。基于此,我認為,在短時間內電池儲能技術不會出現飛躍性發展或顛覆性革命的前提下,“增程式電動車”將大行其道,受到市場的普遍追捧與歡迎。

增程式電動車的優勢是什么?

增程式電動汽車與混合動力車型相比,混動車在發動機開啟時,通常都會在高轉速、大功率的固定工作點,會使發動機燃油經濟性下降,而當發動機能量過剩時,會以能量先傳輸到電池組再到驅動電機的方式存儲一部分能量。增加了傳輸過程的同時,也增加了能量的損耗。但增程式車在增程器開啟后會根據驅動電機的需求功率,調整發動機的輸出功率,盡量讓其工作在最好工作曲線,達到較好的經濟性能。

與傳統燃油發動機相比,增程器所配備的發動機排量較小,工作時比傳統發動機功率小、噪音也小,工作效率卻更高。而且在整車結構設計中,增程器只有發電機與發動機組成,結構簡單,具有較高的能量傳輸效率,且燃油消耗與排放都較為理想。另外,增程式汽車的電機還可以回收車輛制動和下坡的能量,減少能量損失。

與一般純電汽車相比,增程式電動汽車的增程器可以隨車行駛為動力電池充電,大大增加了車輛的續航里程。同時,其配備的車載動力電池遠遠小于同類車型的純電動汽車動力電池,這樣車輛的制造和生產成本大幅度降低。另外,增程器開啟時,還可以分擔動力電池組過度放電的風險,有利于提升電池組的使用壽命。

在行駛中,車輛完全由電機驅動,所以發動機可以全程保持“最佳轉速”來發電。在這樣的情況下,即使是“先用油發電,再用電行駛”,也要比很多直接用油驅動的車輛更加節能。而且,絕大多數增程式電動汽車中使用的發動機排量都比較小,有很多甚至僅有0.5L,雖然用來驅動車輛有些困難,但卻能夠很好的完成發電的任務,油耗自然也要比動不動1.5L、2.0L的車型低得多,動力上卻依舊可以像純電動車一樣,在瞬間爆發出強大的低速扭矩、比較快的起步速度。

況且,幾乎所有的增程式電動汽車本身也支持使用充電樁來充電,在動力電池的容量范圍內,車輛仍然可以保持0排放行駛一段距離,更進一步降低了整體的油耗和排放。再加上其發動機排量低等因素,工作噪音也較之大排量發動機更低,車輛的靜音效果優于大多數傳統燃油車。

增程式電動車工作原理是什么?

目前就增程式的技術方案來說,應該有2個趨勢的方向:

1、基于純電動汽車的構架,插空布置小型增程器。可插電的純電續航在soC30%觸發增程的條件下,也應保證純電的實際駕駛工況(而不是NEDC)的城市通勤續航,建議是折合NEDC續航200km以上。然后,小型增程器應當盡可能簡化和輕量化,簡化工況。這種增程式架構可以基于純電動架構開發。

2、基于微混/混合動力構架的發動機發電直驅式。取消變速箱和驅動軸,電驅動的前驅和四驅皆可。其中,重要的一點是務必要控制電池電量,降低成本。發動機的功率要大于等于電機額定功率(或峰值功率一半以上),通過策略的優化,盡可能在考慮發動機各種工況直驅的條件下,依然要確保發動機盡可能窄的工況范圍。這樣發動機就可以避免做成全工況發動機,至少鎖定轉速,簡化正時系統的復雜程度。

增程器能否直接參與驅動?

通常我們說的插電式混合動力和非插電式混合動力,電機和發動機都能夠驅動車輛,所以在底盤和車輛動力結構方面的設計十分復雜。而增程式電動汽車的發動機并不直接參與驅動車輛,所以在設計和生產時的難度都降低了不少。

那么,有沒有可能在擁堵不堪的城市路段,增程式電動車上的發動機只用來發電,而到了暢通無阻的高速路況下,增程式電動車上的發動機也能直接參與車輛的驅動,從而達到同時在城市擁堵路段和高速暢通路段都能大幅節油的效果呢?

答案是:對于新型增程式電動車來說,還真能!

事實上,雪佛蘭VOLT上使用的VOLTEC技術就已經具備了這樣的功能,通過雙電機、一個行星齒輪組和動力分配模塊組成。這個雙電機+行星齒輪的組合,很容易讓人想起豐田的THSII。事實上,它們在基礎原理上確實有著相當的相通性,兩個電機與行星齒輪組協同工作,達到改變傳動比和動力混合的目的。不同的是,豐田的THSII更側重于常規行駛狀態下發動機的直接輸出,而VOLTEC則更注重雙電機的協同工作。

有了這套系統以后,VOLT的增程式電動與現在流行的插電混動就有了本質區別。它更像是一套深度混動技術基礎上,加入了類似插電的做法,不僅當時沒有,現在也是極少的。

別克VELITE5上使用的技術與第二代雪佛蘭VOLT基本相同,甚至更進一步。事實上,也正是基于第一代VOLT的發展,通用開始對深度混動有了心得,然后將其應用在新一代增程式電動車別克VELITE5的研發上。

通用的這套新混動系統,相當于在之前VOLT混動的基礎上再加入了一個行星齒輪組,由此形成雙行星齒輪+雙電機協同工作的效果。雙電機中,有一個為“主驅動電機”,另一個是在城市擁堵等路況下承擔“發電機”的任務,而在暢通路況下需要時,可以直接參與車輛驅動,避免“油轉電”的過程,從而彌補之前增程式電動車在高速工況下效率下降的缺點。

值得一提的是,在增程式電動車產品中,車和家的理想ONE從產品角度來講會更具競爭力,原因有一下幾點:

第一,作為前汽車之家創始人李想創辦車和家后的第一款SUV產品,我認為李想是一個會打造、想打造好產品的人;第二,“理想ONE”可以說是現在已量產的、續航里程最高的純電動汽車,解決了當前談論較多的續航問題(雖然是增程式);第三,理想是目前為止純電動汽車的量產車中,我認為完成度最高的(對消費者是福音);第四,作為豪華大七座SUV,理想的價格確實同級別里價格難得偏下的。

小編有話說

增程式對新能源產業的發展的正面意義有三方面:一是市場認可。短中期內能夠滿足消費者不同出行場景,市場接受程度高,能夠促進純電動的普及;二是技術接近純電動。由于增程純電里程長,因而必須在電池管理、輕量化、熱管理、電驅動等諸多技術命題上大力投入,而這些技術與純電動車是共通的,有利于技術積累;三是充電基礎設施擴展。增程式在內的插電式混合動力同樣需要充電,隨著插電式混合動力的推廣,會持續帶動充電基礎設施建設,從而為純電動打下基礎。

從市場實用性與產品來講,我認為“增程式電動車是傳統燃油車和未來純電動車之間最為契合承前啟后的產物,將大限度的繼承傳統汽車工業的優點,在不過多摧毀傳統汽車工業產業鏈的前提下,與逐漸成熟的電池儲能技術一起,慢慢地推動全社會過渡到純電動車階段。

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