家多宝如何开户:电池研究院:增程式混动为何没成主流?

2021-11-11 00:10:15 作者:黄恒乐

太阳城官方棋牌 www.cpzx8.com   【太平洋汽车网 技术频道】最近有朋友问我理想ONE在这价位值不值得买,我没法给出确切答复,因为这台大电池混动车对于装不了私桩的用户而言并非最优选择,而对于补能门槛很低的充电便利用户而言却是限行城市的好选择之一。

  他喜欢,但车子暂时不适合他的用车环境,我建议他去拍牌买汽油车了。朋友喜欢ONE的一个原因是用电环保,但我不想扯环保,平民百姓先解决出行再思考更高层次的问题吧。

  说到这里,又扯出一个事情:为什么增程式混动结构,至今没能成为市场主流呢?

 
什么是增程式混动?

  增程式混动是一种大家比较陌生、但诞生得很早的油电混合动力结构。

  凡是单方面把它归类为“纯电动”还嘴硬的,请先咨询北京车管所让不让你这台“纯电车”上绿牌再来找我杠,这么大台汽油机摆在你面前,老大一个加油口,掩耳盗铃就没意思了吧。

——1min解读版——

  增程式混动的英文简称是REEV,Range-Extended Electric Vehicles,增程式电驱车型,能量从油箱到达ICE内燃机或FC燃料电池,烧出来之后转成电能,给电池储能或者给驱动电机使用。

  核心的ICE或FC,我们可以称之为增程器,也就是APU(Auxiliary Power Unit,动力辅助装置),外插式补电能力不足的时候就用APU去辅助发电补电。解读完毕。

——5min解读版——

  REEV增程式混动,是PHEV插电式混动的其中一种表现形式,也就是混联式、并联式、串联式的第三种,结构相对简单,理论效率不低,但实现起来并不简单。

  我文章开头骂了理想的脑残粉,现在要给理想说句公道话:理想这套REEV系统算是比较成熟的结构。

  我画了8张能量走向图,替换掉1200字的文字,这样子大家更容易理解:

  最后一张图,我自己也没搞清楚理想ONE有没标定这种工况。因为电池不能同时充电和放电,所以在长时间下坡时使用纯电动模式不一定能更好充电,动力电池会不断在充/放之间切换,锂离子在电池内部左右横跳。如果此时启动内燃机,一方面可以在有动力需求的时候提供驱动力,一方面可以把多余能量转给动力电池储藏,也是一种有效的方案。至于有还是没有,有工程师朋友见到此劣文可以告知我一声,多谢。

 
增程式混动的节能原理

  有网友说增程式是脱裤子放屁,我觉得这是九年义务教育的悲哀,起码先了解原理再吐槽吧……

  增程式混动的直连线路是:ICE内燃机/FC燃料电池系统 → 发电机 → 动力电池 → 驱动电机。即使电动机与动力电池的能量转换效率都在90%以上,这里也要收三次“过路费”,为什么还能节能呢?

  窍门在ICE/FC这里。现在很多车企都在宣传自己研发的内燃机能到达40%甚至更高的热效率,这个指标其实没有特别大的指导意义,因为这里的“热效率”是“最高热效率”,而内燃机维持在最高热效率的转速区间非常非常窄,日常行驶到达这个区间的时间连1%都不到。

  增程式要解决的就是这个问题:如果把ICE/FC一直维持在最高热效率区间附近,我们就可以用等量燃料烧出/交换出1.5倍甚至2.0倍以上的能量!

  动力电池在REEV系统里面,就是一个调节能量储备/释放时间节点的储能池,让ICE/FC有条件一直都运转在高效区间。

  如此一来,即使后面三个环节收点“过路费”,整个系统的Well-to-Wheel效率还是比纯种ICE内燃机汽车要高的。

  在笔者看来,从自启停系统到48V,从HEV到PHEV,这些都是给传统内燃机加电气化总成进而完成节能任务的,而REEV是另一种形式,它把内燃机变成了APU动力辅助装置,主宾更替了。

  大家注意到了吗?我一直在说增程式更加节能,但从不提它更加环保,因为它装载了中等容量的动力电池包,里面有这么多的重金属污染物,请问“环保”一词从何而来?

  如果一定要说环保,那么增程式混动系统相比BEV纯电动系统,的确可以让内燃机/燃料电池在“电池包亏电之前”及时介入,避免电池包进入寿命损耗特别强的亏电阶段。延长了动力电池的寿命,也算是环保,没毛病。

 
增程式混动的实践案例

  世界上第一辆混合动力汽车名为“Lohner-Porsche Mixte Hybrid”,是费迪南德·保时捷博士在1900年的作品,采用串联式混合动力(Series Hybrids)结构,采用四个轮毂电机进行四轮驱动。

  因为驱动电机的扭矩远高于内燃机,所以这种结构可以减少一台笨重的机械变速箱,在“出大力”的领域很好使,俄罗斯在1903年就造出了增程式混动结构的汪达尔号(Vandal)“柴油-电力动力”船舶,而1920年代的保时捷赛车作品也用了这种结构。

  保时捷博士第三款著名的增程混动作品是VK 45.01 (P),翻译成人话就是——电动保时捷虎式重型坦克。

  保时捷博士用了两台Porsche Type 101风冷V10 汽油引擎运转给Siemens-Schuckert电机(对就是大名鼎鼎的西门子)发电,再传输给312PS/台的西门子驱动电机×2,能推动这台60吨的虎式行进105km,不过百公里油耗495L……

  保时捷博士耗费了德意志第三帝国大量战时资源,研发出技术理念过于领先、实战作用几乎等于零的先进武器,既敷衍了希小胡子,又保证了自己研发的武器无法用来杀人。

  这简直是天才的发明啊。

  无奈战后保时捷博士被投进监狱,落得一身病,出来没太久就仙逝了。对于老费迪南德保时捷这种狂耗费资源输出技术但怎么都杀不了人的工程学奇才啊,我觉得世界欠他一个诺贝尔和平奖。

  如今,这种串联式混合动力/增程式混合动力结构广泛运用于“出大力”的领域,比如“燃料-电力”潜艇/货轮/驱逐舰/列车/坦克等等,APU动力辅助装置(增程器)可以是汽柴油机,也可以是燃气轮机,亦或是燃料电池。

  再看看民用车/乘用车领域,增程式混动一直未能成为主流,原因在于增程式混动结构并非天生最适合在这个领域混。

  雪佛兰Volt沃蓝达在2010-2015和2015-2019分别生产过一代。通用汽车是美国电动化的先锋企业,但盘起来全是黑历史(第一个吃螃蟹都这鸟样)。沃蓝达本是致敬通用集团百年诞辰用的,风阻极低,理念极先进,但又贵又慢,燃油经济性也不见得很高,平均下来6.4L/100km,二代沃蓝达技术得到了一定改善。

  感谢我们读者 @6823968239 的体型,特此在文内录入这位微蓝6 PHEV车主的用车经验:

  微蓝6运用的是二代沃蓝达混动系统,内置8kWh电池包,百公里加速时间8s左右,车重1.6吨,轮胎是18英寸,胎宽225mm。纯电工况平均行驶里程60公里左右(高速50多,市区60多,最多跑到68公里多);亏电状态,市区油耗在4.5L/100km以下,高速在5-5.5L/100km(110-120km/h时速)。

  沃蓝达两代产品其实差异很大,第一代是输出型功率分流混动架构,第二代产品是输入输出复合型功率分流混动架构,第一代产品不能实现内燃机直驱(效率不高的原因之一,另外就是因为是输出型功率分流,低速工况效率也偏低),第二代产品可以实现内燃机直驱,实际第二代产品可以实现单、双电机驱动,低速混动模式(这个时候和丰田的THS一样,工作在输入型功率分流状态),内燃机直驱模式(这个时候和本田i-MMD一样,内燃机动力直接到轮端,同时驱动电机可以并联驱动),高速混动模式(这个时候工作在复合功率分流模式),也就是说,这套混动把丰田和本田所有最优的工作模式都实现了,同时还解决了丰田输入型功率分流,高速工况效率偏低的问题(取决于功率分流工况下电机分流功率和内燃机总输出功率的比例关系)。

  二代沃蓝达用的并非传统增程式混动结构,内燃机居然可以通过行星齿轮直连驱动轮。上汽通用Velite 5使用了同款动力总成,这玩意有两台电机、两套行星齿轮、三套离合器,复杂到爆表,我是肯定不愿意去画它的能量走向图了。

  笔者此前写了一篇长文介绍宝马半个世纪的新能源车研发历史,大家可以点开看看《宝马i系列简史》。文章太长,所以没提到宝马i3纯电版在右后方留了这么一块位置放汽油机,随便改造一下就是增程式车型??杉?,从纯电动改增程式,理论上也不太难。

  同理,岚图Free同时提供纯电版与增程版,结构图我都不用放出来了,就是串联多一组内燃机而已。

  除此之外,比较有名的是日产e-power增程式混动技术,在日本卖得最火的是日产NOTE,进入国内就成了轩逸e-power增程混动。日产e-power的优势在于,内燃机、电动机、电机都做得很小,车子也很小,因而可以省油。

  不过由于动力电池实在太小了,跟丰田THS差不多,所以e-power是不可以/不需要插电补能的。

  理想ONE是目前国内卖得最好的增程式混动,但亏电油耗8.8L/100km,正常油耗也要7.2 L/100km,着实不少。

  所以REEV理论上这是一个很不错的结构,但若车子重得可怕,太多的电能用于运输电池本身,而且没有ICE直连车轮的模式——驱动电机在市区行驶需要不断出大力把它蹦出去,动能回收系统的效率是有极限的,且极限不高;高速行驶时不用怎么制动和回收,但纯电机驱动效率又不高。

  REEV理论效率很高,但技术落地之后很容易发现它不怎么省油也不怎么省电,通用大呼内行。

  比如凯迪拉克ELR,这玩意就是雪佛兰Volt沃蓝达豪华版,属于底特律败家型土特产,技术很先进,油什么都省不下来,性能又不见上去,7.8秒破百的凯迪拉克跑车根本没啥吸引力。

  对了,ELR比Volt还重了140kg,你说要命不要命。

  整个生命周期,ELR卖掉了3000台不够。

  已经挂掉的美国造车新势力Fisker也造过一台叫Karma的增程式混动车,在亏电模式下官方油耗可以达到12L/100km,也算是“节能环保”到一定程度了……

  有一说一,Fisker Karma还是挺好看的(下图的2009款已经帅炸天),不过公司太早倒闭了,他们家的插混技术以及位于特拉华州的制造厂卖给了中国万向集团。

  另一家倒闭的是泰格鲁斯·腾风,纯玩票的新势力企业,他家画饼画出来的AT96宣称可以增程到2000km续航,不过需要用到90L大油箱。

  本来,将“Techrules”翻译成“泰格鲁斯·腾风”已经有点后现代朦胧派都市爱情修仙小说的意味,他家还说APU选用了一台燃气轮机,而且全车上下武装了整整6台电机(每台电机13kg) —— 前轮各分得1台,后方则是1轮配2台,共计768kW(1044PS)/8600Nm,对应2.5秒内完成百公里加速,极速直指305km/h。

  好家伙,我直接一句好家伙!这么强的PPT怎么还不倒闭。噢噢,已经倒了。

  另一个例子就不是骗局了,而是吉利旗下的伦敦出租车公司造的LEVC TX增程混动出租车,主要原因还是伦敦政府不让老的柴油出租车上路了,所以整了这种增程结构的新出租车,续航607km,内燃机是1.5T三缸的,快充只有50kW功率。

  此外,本田i-MMD混动系统也有点类似增程式,原理跟雪佛兰Volt沃蓝达二代非常像,都是有增程式的底子又有内燃机直连车轮模式。不过因为专利的问题,两套系统实现的机械/电气原理差非常远。最牛的是,本田i-MMD省油得可怕……

  最近很火的比亚迪DM-i也是类似的结构,运行时主要以串联模式为主,但也有并联模式,所以不是严格意义上的增程式混动结构。其实比亚迪造DM插混结构比本田还早,当年DM1的结构、现在DM-i的结构、现在本田i-MMD的结构,三者其实没有本质的区别,而比亚迪时隔十年内重回P1+P3结构也是因为三电和内燃机技术的进步提供了技术可行性。

 
增程式混动为何没能成为主流?

  一句话结论:因为REEV增程混动结构在乘用车领域的节能优势并不大,所以没广泛普及是符合市场规律的。

  我们不能想出一个很久之前有人做过但放弃了、现在绝大多数人都没在做的机械电子结构,审问这个市场为什么对这个天才般的想法不感冒,大家都错了,是我对了。这不可能的好不好。

  资本都是逐利的,如果增程式真的如此完美,怎么可能现在中美两大新能源汽车制造国都不感冒这个结构,你看通用都推了好几代REEV出来了,有任何一款卖得好的吗?中国新势力也整了好几款,目前就一款有点销量的。相比之下,常规PHEV插电式混合动力结构的车,不仅品牌多、车型多,而且卖得也欢。

  我们回到REEV增程混动的初衷上面来:在1900年诞生的年代,内燃机远不如电动机强劲,保时捷博士希望用内燃机长时间工作积累能量,供电动机爆发;在2000年往后,电动机的效率和性价比远胜于内燃机,我们希望内燃机持续工作在高热效率区间,为电动机供能,节省更多燃料。

  增程混动的初衷在一个世纪间彻底变了,我们现在不缺动力,我们缺的是燃料,而当前市售的增程混动车型并不全都很省油,顶多就是送你一套绿牌。在电池能量密度仍未被突破的今天,增程混动的综合优势并不能得到很好的施展,而等能量密度上去之后,纯电动或许是更节能的选择。

  在当前,增程混动是优劣势都不太明显的方案:比ICE内燃机汽车更安静舒适,但也没BEV纯电动那么安静舒适;不用像BEV那样有续航焦虑,但燃耗成本却没见多低;结构比PHEV插电混动更加简单和便宜,但加速能力又不如PHEV。

  有解决方案吗?如果内燃机与车轮加上机械直连,而不是只有电气连接,高速工况会有一定优化。实际上,雪佛兰Volt沃蓝达从一代进化到二代之后结构完全变了,主要就是为了加入这种机械直连工况,避免高转速下单挡位电动机的耗电量激增。

  REEV增程混动未来会如何进化呢?笔者认为除了高速巡航机械直连之外,动力源也会有很大的革新空间,汽柴油机可能逐渐成为历史,燃料电池堆栈与微型燃气轮机或是潜力股。

(图/文/摄:太平洋汽车网 黄恒乐)

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