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2019智新峰会 江西精骏电控技术有限公司常务副总经理王长江 增程式电动汽车的开发及应用前景

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2019智新峰会 江西精骏电控技术有限公司常务副总经理王长江 增程式电动汽车的开发及应用前景

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来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2019/11/06 11:47
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2019年新能源汽车智新峰会暨《节能与新能源汽车年鉴》发行十周年会议在北京裕龙国际酒店举行。2019智新峰会聚集节能与新能源汽车领域权威专家、行业资深人士、地方政府负责人、代表性企业负责人等,围绕政策、标准、整车、动力电池技术、驱动系统、自动驾驶技术等焦点问题进行深入探讨与交流,勾勒出产业未来的走向与趋势,继而大力推动我国新能源汽车产业创新、健康、快速发展。

 

江西精骏电控技术有限公司常务副总经理王长江作为嘉宾参会,发表《增程式电动汽车的开发及应用前景》的主旨演讲。

 

江西精骏电控技术有限公司常务副总经理 王长江

 

王长江:大家好,主要分享一下在增程电动汽车这方面的理解,还有在增程器开发一些新的体会。这是我今天下午想跟大家分享的内容。对增程式电动车大家在定义上稍微有一些混乱,从世界范围内没有一个严格的定义,我把我们国家以及美国队增程式电动车的定义列出来了。再下面主要把六个关键词列了出来,首先是电动汽车,什么是电动汽车,电动汽车就是用电动机驱动的汽车,而且电动机是唯一的机械动力的单元。

 

对于增程式电动汽车有一个纯电续航里程,增程式电动汽车必须要有电池,而且这个电池必须要有一定的续航里程,在这方面中国和美国的差别是蛮大的。我们国家对纯电续航里程要求是80公里,美国要求至少120公里。延长续航里程,一旦电池用完了,用一种方法把这个里程继续增加下来,其实提出这个观点主要是解决电池续航问题。

 

怎么样延长续航里程,说穿了就是需要一个发电机。然后这个发电机既可以给电池充电,同时还可以直接给驱动电极的动力直接提供这个电动力,但对这个辅助动力单元有两个基本要求,第一是对排放有非常严格的要求,不能有超标的排放,另外是不能有机械动力的连接。所以为什么说它还是电动汽车。

 

另外,对于辅助电动力的单元,目前从技术上来说比较成熟的必然是燃油车,像我们利用各种内燃机。这个概念可以非常广泛,比如像燃料电池以及控压机、飞轮等等之类的,只要它可以发电,都可以作为增程式汽车。我花一些时间,给大家把增程式汽车的定义稍微理一下。

 

这是一个非常典型的增程式电动汽车的结构架图,这是辅助动力单元,在业内大家都叫它增程式。这个增程式可以采用各种各样的能源,但技术成熟度更多还是基于燃油,这也标志着基于燃油发动机的增程式电动汽车的基本架构。

 

增程式内部主要有两个最主要的单元:

 

1,发动机。

 

2,发电机。

 

发动机和发电机有两个发动机,是EMS以及GCU,右上边有一个APU,是增程式的控制器,一方面控制整个增程单元,一旦这个电池不够了,可以把这个发动机启动,让它供电,另一方面可以协调发动机以及发电机之间的动阻,在增程式控制里面非常重要的一块。

 

所有整车厂,在技术路线上一直有分析。尤其是在增程式电动车的技术路线中,另外还有插电混动路线,也有人认为对增程式电动汽车的技术路线不好,总觉得应该做插电,像一些厂商说应该做增程式不应该做插电。

 

我稍微做了一些比较,我尽量做的客观一些,至于结论怎么样最后由大家自己来选择。

 

三款车:左边是纯电,中间是增程式,右边是插电混动。

 

纯电和增程很明显,中间就是加了一个增程器就完另外整个驱动方式就是驱动电机,直接驱动车轮。比较一下,和插电混动相比,直接驱动车轮有两个机械动力,一个是P3的电机,这个电机是电流机发出的动力,另外还有发动机,也就是说发动机和电机同时驱动车轮,这就是所谓的混动。混动最终到车轮的动力,一定是两个以上的源,这才叫混动。如果只有一个源,不是混动的。要么是纯电,要么是纯油。

 

正因为插电混动有发动机和发电机同时驱动,它的电机个头比较小,因为个头比较小,另外相对这个电池用的比较小,从中可以看出插电混动的成本会相对来说比较低,后面还有一些详细的比较。但是对于插电混动有一个非常特殊的动力,这里面有变速器,目前对于我们国家来说,想找多一款比较好的变速器仍然还是比较困难,这也是做插电混动的难题。做了定性的比较。纯电动、增程式和插电。

 

结构上,增程器相对简单一点。驱动电机,当然增程器比查电大,因为这个电机大了之后一定会有成本上的考虑,同时这个电池相应来说也要大一些。

 

相对来说系统效率而言,增程式和插电差不多,但对大部分来说,插电稍微好一些。这是一个相对比较客观的必要。

 

把增程器和插电混动,针对一些常见的共性问题稍微做了一些比较。

 

增程式和插电混动同样没有里程焦虑,增程器大部分的情况下没有限行,因为考虑它还是纯电动,但是插电混动在很多城市是限行的。

 

技术瓶颈方面,相对来说插电混动复杂得多,确实也有很多的技术壁垒。很多的技术壁垒一方面是国外的专利,还有一些东西人家做了并不告诉你,我们需要花很多的时间以及精力来摸索。

 

经济性方面。整体来说插电混动好一些。

 

做了三款车的比较,其中第一和纯电以及插电都是采用比亚迪的方案,这中间是属于汉腾正在开发的一款车,这三款车从载重等等方面都差不多,对于整个动力部件以及动力经济性方面都相差不是特别大。

 

这是我们自己内部做的产品估算。可以看出插电和征程的成本的差距主要在电池、变速器,电池的成本要高于变速器。总得而言,插电混动在成本上一定是有优势的。插电混动在总的性能上要略好于征程式。

 

我这么说,并不是说大家不做征程式的。个人认为,任何一种技术方案都有它的优势,也有它的劣势。到底怎么样,任何一种技术都不容易,想做好一款车都需要很大的努力,任何一个技术路线都不可能报达天下。这就是在国外,包括我们国内现在也有很多企业仍然继续做增程式电动车,争取把增程式电动车做到极致,在性能成本上基本上可以和其他的任何混动模式相媲美。

 

左边是国内目前量产的一些增程式电动车,右边是国外已经量产的一些增程式电动车。国内目前主要是以理想ONE为主,国外目前做的最好的是尼桑还有沃兰达。

 

国内增程式电动车整车的参数以及整车的性能列了出来,大致可以看出国内开发的增程式电动车基本上覆盖了各种各样乘用车的车型,而且续航历程基本上做的比较大,续航里程基本上是可以由邮箱的尺码来决定的,最后加权友好也比较低。动力总成,尤其是把增程器也包括驱动电机也做了一些罗列。

 

总得来说,尤其是看发动机这一块,为什么说发动机,因为对于所有增程器来说关键是发动机,其他都好办。从国内目前而言,基本上还是采用三缸或者四缸的小排量的发动机,有一个比较尴尬的事情,所有的发动机的麦谱曲线都得不到,现在只能大致的判断。从麦谱曲线我们可能知道发动机效率到底有多少,但这个信息我们一直没有得到。

 

总得而言,我们相信它的发动机效果应该不低,这一块就是存在着一个共识,对增程器,尤其是增程式电动汽车来说,最关键的一定是高效的发动机。没有高效发动机不要做增程式电动机,一定是做一个,败一个。

 

国外的增程式电动汽车性能参数列表。国外很奇怪,所有的增程式是以小型车为主,中大车做增程式确实不多,当然在一些商用车以及专用车方面也用这种方式,但从乘用车的角度来说还是以营销为主。另外,续航里程也不低,但如果是在美国卖,如果它想声称它是增程式汽车,整个续航里程一定是不过的。

 

动力总成,如果我们看它的发动机可以看出在发动机这一块的方案确实是比较多元化,有两缸、三缸四缸,在发动机类型说有一些公司宣布都是七循环,也就是说他们的效率比较高。像有一些公司也采用了这个转子发动机,技术路线上对增程式电动汽车来说关键还在发动机。

 

市场的预测。上面的预测主要是里卡多做的是戳调研,上面分两部分,左边的部分主要是可以看出目前世界上有四家主机厂在真正量产增程式电动车,尼桑、宝马、马自达、福特。右边主要是到2020年全世界对于增程式电动车总量的预测,可以看出主要的用户北美、欧洲,中国。

 

美国的一家预测机构,去年发布了对增程式电动车的市场预测。需要说明的是,所谓的增程式是各种各样的全都包括,也包括了刚才所说的飞轮、甲烷、燃料电池、酒精等等各种各样方式都可以。他的预测是到2028年,各种各样增程式电动车总销量可以达到1100万辆,如果全球的年产量按照一个亿来说,基本上可以达到10%的市场份额。包括公共交通、私人交通以及军事,增程式电动车在军事上的应用非常广泛,而且已经有很长的一段历史了。

 

他们认为增程式电动车今后应该是一个新能源汽车的主要的技术路线和方向。

 

汉腾汽车是一家新的车企,成立2013年,今年是第六个年头,不仅仅生产传统车,同时也研发和制造、销售新能源汽车,汉腾汽车在生产整车的同时,在关键零部件方面也下了很多的功夫,目前成立了有四家子公司,这四家子公司分别是腾勒动力、麦可斯韦、精骏电控、优特技术,这四个子公司都有成熟产品出售。汉腾从去年下半年开始调研,开始开发增程式电动汽车,2018年底和英国的里卡多进行合作,联合开发增程器搭载汉腾的乘用车系列。我们之所以选择和英国里卡多的根本原因,里卡多是宝马I3增程发动机就是由他设计的,在增程器应用方面以及发动机设计方面,尤其对于增程式电动汽车的应用非常有经验。

 

汉腾内部做增程式电动汽车动力总成系统,这是我们整个开发流程。从设计之初、选型、性能分析、设计、整车搭载、详细设计、评审、样品加工、样机测试、整车标定每一个环节都有自己相应的设计要,同时对于每一个要素都有详细的实验验证,可以在整个产品开发的过程中形成闭环,也保证产品的可靠性。

 

专门针对增程器而言,我们认为它是非常复杂的系统,在增程器设计上不仅仅要考虑效率、安全、成本、可靠性,同时还要考虑轻量化以及制造一致性等等因素。正是因为这个复杂性,我们在开发增程器的时候,基本上把整个分为五个子任务,一方面是进行评估,另外是有剩下四个是非常关键,一个是要设计和开发专用的发动机,另外还有可设计开发专用的发电机,同时发动机和发电机的一体化,怎么样把他们整合在一起,还有整车搭载以及应用这一块。

整车的控制架构,主要是想说在我们的任务中,同时也要做IPO以及GCU的开发工作。

 

增程器的开发,有选择性的列了几个技术特点。主要是实现增程器高效化、轻量化、安全性、可靠性等等这都是在增程器设计中的一些共性问题。

 

功能安全。这是我们设计工作中非常重要的考量,功能安全是一个新的概念,十年前、二十年前,在座只要做汽车大家都知道,当时就已经这么做了,只是现在把功能安全又重新定义了一下,当这是一件好事,因为把它重新定义了之后,我们就有了国际标准,就有了ISO26262,从功能设计到功能设计都是按照ISO26262标准实施这个功能安全。

 

对于增程式电动汽车的增程器,除了发动机之外,最主要的一点就是控制。整车在运行,发动机为了满足司机的需求,就一定有这种功能需求,这个功能需求怎么样来实现,这就是IPO最主要的任务。这个控制策略非常重要,控制策略的核心就是目标功率决策,你怎么样来确定增程器要输出多大的功率,根据不同的工况,因为在这里面要确定功率有各种各样的考量,既要考虑增程器自身的能力,自身的发电能力。自身发电能力的考虑,还要考虑各种限制,还有系统NEVH的特性,还有发电机如何使整车的效率达到最高。

 

目标功率设定之后,还有两个事情比较重要:

 

1,确定转速和转距。对大部分增程器有两个部件,一个是发动机,一个是发电机。这两个理论上是直连,一个是工作在转距模式,一个是工作在转速模式,大家做法不一样,我们即便上都是选取发电机处于转速发电模式,发动机属于转距控制模式,一旦功率目标确定了之后,怎么样确定发动机的转距以及发电机的转速,这也是对于控制来说非常重要的环节。

 

2,如何启动以及停止发动机?这边有各种各样的控制设备。主要列出来了,我认为的是在做APU设计来说,控制方比较重要的元素。

 

任何一个整车都有NVH的问题,NVH是大部分增程式电动汽车碰到的瓶颈问题。我把常规的,最主要的几个NVH的问题列了出来,也把问题做了一些基本的描述,同时把产生的原因,最主要的一些常规的对策,到底如何来处理?

 

专用发动机的设计。发动机的设计不用多说了,基于目前发动机设计和制造水平比较可信的就是一定要做阿特金森循环,还要考虑排放以及震动噪声的问题。

 

发电机的设计,发动机和发动机一样,在发电机的设计就是要强调高效,这个不用说了。另外,这种高强度。发电机和发动机直联,发动机震动全部会传递给发电机,所以对于发电机的结构强度要求非常高。

 

所谓的高可靠性,因为发电机和发动机联在一起,大量的热会传过来,尤其是在前舱,整个环境是非常恶劣的。在发动机设计需要充分考虑这个可靠性的问题。同时,高功率密度主要涉及到前舱布置,因为对于任何车来说前舱的体积是有限的,所以我们一定是希望把整个增程器做的越好好,这个小必须从各个方面来下功夫,一方面是我们增程器,同时对于主驱电机以及整个控制器都要下功夫。

 

我们方案采用扁平化的技术,在电机的制造工艺以及结构设计方面想了一些办法。来达到高效、高强度、高可靠性以及提高功率密度的目的。

 

关键的一点是:我们决定做这个项目之前也做了一些调研,很多国家整车厂都做过增程式电动车,大部分反应是电池寿命非常短。

 

我们总结为,第一方面是电池的选型可能有问题。第二方面是在热处理方面没有处理好。第三方面,在电池使用方面频繁充放电。  我们电池团队在电池设计上做了一些工作,同时也优化我们的控制策略,尽量减少电池的充放电的频率。改善延长动力电池使用的目的。

 

目前来说我们没有找到  国内外专门针对增程器部件到底要做哪些测试,我们现在基本上根据国家能够找到的一些文件,有的是针对发动机,有的是针对电机的,有的也是针对功能安全,也有一些是针对增程器的,我们把所有的标准都做了总结,做了总结之后把整个测试分为五大类:

 

第一,性能测试。

 

第二,数字特性的测试。

 

第三,做环境测试。

 

第四,耐久测试。

 

第五,功能安全。

 

测试标准方面我们还要继续下功夫,把需要做的东西进一步的完善,最后能够满足整车增程器的搭载需求。

 

这时我们正在开发增程器的系统,左边是我们认为高度集成化、一体化的,我们把驱动电机和驱动电机控制器、减速器、发电机和发动机全部集成在一起,这是我们正在开发,现在很快就要做,有各种各样的测试工作,右边是我们搭载了整车,把增程器放到前舱里面。这是增程器的参数以及整车的性能参数。

 

总结。个人认为,增程式电动车是一种技术路线,但这个技术路线确实解决了目前纯电车的一些焦虑问题,有里程焦虑、充电的成本还有安全研究,电池太大了,所以一定是有安全的问题。目前,市场上真正的量产的增程式电动汽车确实很少,但根据我们掌握的信息,各大主机厂其实都在做。像比较突出的是尼桑,我们感觉尼桑可能会把增程器产品作为它的产品,它会把这个技术推广到所有的车型中,还有一点是马自达,马自达是利用转子发动机,明年就有量产计划,这是两家非常认真做这个产品开发的公司。我想它做自然有它的道理,我们不能盲从,但是既然作为一种方案我们也不能放弃。

 

跟插电混动相比,虽然增程式电动车结构简单,但技术一点不简单,开发哪一款车都不容易,但刚才所说的任何一种方案都不可能包达天下,我想我们还应该把每一个技术路线做到极致,争取把产品做好。最后检验的还是市场。对增程式电动汽车一定要有高效发动机,同时还要有转用的发电机,还要把协同控制做好。

 

最后,汉腾现在非常认真在做增程式电动车的开发,我们既为乘用车做,也开始给商用车也在。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

 

活动报名

2019年新能源汽车智新峰会
活动地点:
北京裕龙国际酒店
活动时间:
2019-11-05 09:00 ~ 2019-11-06 12:30
报名时间:
2019-06-11 11:36 ~ 2019-11-04 00:00
2019年新能源汽车智新峰会旨在搭建新能源汽车产业发展的交流平台,集聚优势资源,帮助业内人士获取最新的行业情报与资讯,并学习新能源汽车领域前沿技术与创新模式,发现新商机并寻找优秀业务合作伙伴,进一步促进新能源汽车领域的交流与合作。

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