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行业综述-增程式电动汽车

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行业综述-增程式电动汽车

作者:
吴德平
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2020/08/24 10:10
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一、增程式电动汽车市场现状与所面对的问题

 

随着2019年新能源汽车补贴退坡政策的落地同时明确了2020年以后补贴完全取消,国内市场开始了对增程式电动车的开发热潮,其中吉利商用车首先推出了增程式电动卡车,车和家则推出了增程式电动SUV。于此同时,很多车企开始调研和规划增程式电动车的技术及控制策略, 其中日产的增程式电动车e-Power的配置及控制策略对国内增程式电动车的动力系统配置产生了深刻的影响,引起广泛的讨论。 

 

对于增程式电动车的配置方法,目前市场上存在两种主流策略:

 

1)以日产的e-Power为代表的配置方案,要求动力电池的容量尽可能小以最大限度的降低电池成本,增程器的额定功率要求能够满足全部整车行驶工况的需求。
这种配置以省油为目标(混合动力车目标),因此对发动机的热效率要求非常高(>40%),常规的发动机技术无法实现。

 

2)以车和家的理想ONE为代表的配置方案,要求动力电池的容量能够满足150公里以上的纯电续驶里程,同时要求增程器的峰值功率能够满足最高车速的要求。 

 

这种配置以零排放和不烧油为目标(纯电动车目标),消除了里程焦虑和充电焦虑。

 

增程式电动车的配置方案讨论影响到国家政策对于增程式电动车的定位,进而影响到增程式电动车的评价标准。 其中,e-Power 配置很容易定位在混合动力车领域(纯电里程为零),以节油率作为主要的评价标准;理想ONE的配置则很容易定位在电动车领域,以纯电里程和综合油耗作为主要的评价标准。 

 

发改委在所发布的《汽车产业投资管理规定》中提到“纯电动汽车投资项目是指以电动机提供驱动动力的汽车投资项目,包括纯电动汽车、增程式电动汽车、燃料电池汽车等投资项目”。另一方面,工信部关于增程式电动车的分类是插电式混合动力车领域(R>50公里),不区别以节油为目标和以零排放的目标两种不同的配置。以零排放和不烧油为目标的增程式电动车配置更接近纯电动车的目标,但是成本要比以节油为目标的增程式电动车配置高,需要政策给予区别的支持。

 

增程式电动汽车技术路线位于以完全零排放为目标的纯电动车和以节油为目标的插电混合动力车之间,其存在的价值在于增程式电动车具有纯电动车的充电开车(节省使用成本)的优势、同时没有纯电动车的里程焦虑和充电焦虑问题。

 

增程式电动车需要解决的主要问题可以总结为:允许85%以上的使用工况可以以纯电模式使用(不烧油、零排放);极少数15%左右的工况依靠增程器发电延长续驶里程,没有里程焦虑,不依赖于充电站。

 

这里不包括对于增程式电动车综合续驶里程的定义和限制,给各新能源车厂根据市场的需求和自身对于车辆的定位进行定义的灵活性。

 

二、增程式电动汽车的市场需求

 

增程式电动车是为了满足市场的需求而存在的(不是为满足补贴标准而出现的),这种需求包括两个方面:车厂对于满足汽车市场国家政策的需求,包括燃油消耗率限制、双积分及碳排放交易等;用户对纯电动车带来的使用成本较低有着极大的需求,包括购置税减免、路权(牌照和限行)和充电开车可大大降低汽车使用成本等。

因此,增程式电动车的配置和开发应该以满足上述需求为目标。

 

1)增程式电动汽车配置方向的两个误区

早期的增程式电动汽车配置以满足补贴标准为目标,在满足补贴标准的前提下尽可能降低成本。 因此在增程式电动车的开发中关于增程动力系统的配置始终存在两个误区:

① 在满足50公里纯电里程的前提下,电池的容量要尽可能小,容量越小整车成本越低,因此就可以更加获得市场的青睐。

② 增程式电动车的续驶里程就不应该受限制。增程器的功率要求足够大,可以在电池亏电时仍然支持全工况使用。

这两个误区的存在是以混合动力车特性为目标,将增程式电动车定位于插电式混合动力车。目前大多数车厂开发增程式电动车时主要关注其油耗指标就是这个原因。 如果要在全工况油耗上(尤其是高速行驶油耗指标)和插电式混合动力竞争,增程式电动车缺乏竞争力(缺乏高效发动机),还不如插电式混合动力车。

 

2)增程式电动汽车的市场突破点

增程式电动车的市场的突破(受消费者青睐)不是因为它更便宜(购车成本更低),而是满足市场消费的需求。 因此要开发出爆款的增程式电动车,不能以价格低为目标,而是要求配置合理、以性能驱动为突破点。开发增程式电动车需要了解用户的实际使用需求,总结为下面三点:

① 汽车用户每天85%以上的平均开车里程在80公里以内,再考虑空调用电和堵车耗电对续驶里程的影响,增程式电动车的日均纯电全工况设计续驶里程应该配置在最小100公里以上。如果考虑针对不同的用户群体的需求,增程式电动车的合理的纯电全工况设计续驶里程应该在100~150公里范围内。

② 用户购买增程式电动车的主要目的首先是因为有优先的路权(车牌和限行),其次是充电开车成本低(纯电红利),同时有没有里程焦虑和充电焦虑。 

③ 增程式电动车的增程器的配置,应首先以让用户享受纯电红利为基础(要有足够的纯电续驶里程),以消除里程焦虑和充电焦虑为首要目标(任何情况下不会“趴窝”),兼顾综合续驶里程需求。

 

3)增程式电动车动力系统配置原则

增程式电动车的配置包括电池包的容量和增程器的功率。电池包的优化配置考虑的因素包括下述三个方面:
① 最小容量需要满足全工况行驶50公里(满足国家新能源汽车定义,有路权和积分)。
② 电池的放电倍率能力需要满足工况行驶时最高车速连续放电要求。
③ 开发车型所面向的目标群体对于全工况下纯电里程的期望(如:满足85%以上情况仅靠充电开车)。

 

增程器的额定功率配置考虑的因素也包括三个方面:
① 增程器的额定功率最小要求满足高速上行驶的最低车速要求(如85公里/小时)。
② 以综合续驶里程不低于500公里(高于平均乘用车续驶里程心理门槛450公里)目标(=全工况纯电续驶里程+增程续驶里程)。
③ 所用发动机排量要以额定功率下裸机噪声控制为基本要求(如:75dB)。

 

三、增程式动力系统技术的进化趋势

 

随着增程式电动车的普及,其增程动力系统的进化将进一步推动增程式技术的进步,包括:
① 增程器的热量用于车内加热和电池包的加热,使增程式电动车可以适应低温寒冷地区的使用;
② 增程器的燃料从汽油/天然气(化石燃料)向甲醇(清洁燃料,替代燃料)转变,甚至可以使用压缩空气发电,终极燃料为氢气;

 

另一方面,随着增程器工作对于电池系统的保护(包括高温保护、低温保护、过载保护等),电池系统的寿命将会被极大的延长,电池系统的维修、更换和二次利用等将促使新旧电池系统互换使用等技术进入主流市场。

 

由于增程器作为主动车载电源的存在,允许增程式电动车使用多个电池标准箱(同一电压平台、同一通讯协议)动态并联使用,通过增程器动态平衡多个电池标准箱之间的电压(参考专利:ZL201710779935.8)。

 

这种增程动力系统有如下特点:
① 整车开发时,可以选择现成的多个标准箱(不同材料)进行配置,从而节省电池箱开发周期和开发成本
② 允许新、旧电池标准箱并联使用(有利于旧的电池标准箱在维修时进入二手市场使用),
③ 允许不同材料的电池标准箱并联使用(有利于高功率密度电池与高能量密度电池互补并联使用)
④ 能够及时隔离问题电池箱,同时保证电动车的正常行驶,提高可靠性(多电池标准箱冗余)。 

 

增程式电动车随着增程器燃料的进化、单电池动力系统向多电池增程动力系统配置结构的进化,为其进入主流新能源汽车提供了保障。

 

四、其他重要的方面

 

增程式电动车的性能随着开发所面向的用户群体不同,将在下面几个方面体现不同(或几方面组合):
① 低温环境使用群体: 使用低温特性好的电池,增程器发热用于车内加热和电池箱加热
② 对纯电续驶里程不同的要求的群体:标称纯电全工况里程多为100+, 150+ 和 200+ 等。
③ 对于快充要求不同的群体: 使用快充电池

 

整合考虑,作为电动汽车,安全始终是最重要的。 可以预见,安全性好、快充能力强、低温特性好 和长寿命的电池技术将成为增程式电动车的主流电池。 由于增程式电动车所需要的电池容量不高,电池芯的能量密度的重要性将逐渐降低。


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