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增程式电动汽车开发及运用远景

Symbio为雷诺电动运输车提供氢动力增程器 | 美通社

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电动货车没电了怎么办

导读:2019年新动力汽车智新峰会暨《节能与新动力汽车年鉴》刊行十周年集会上,江西精骏电控手艺有限公司常务副总经理王长江宣布《增程式电动汽车的开发及运用远景》的宗旨演讲。

泉源:一览众车

王长江:人人好,本日想与人人分享一下本身在增程电动汽车这方面的明白,以及在增程器开发方面的一些心得体会,重要从以下几个方面与人人议论。

1、增程式电动汽车的定义

如今,对增程式电动车的定义有些隐约,在世界局限内尚没有一个严厉的定义。如图一所示,我把我们国度以及美国对增程式电动车的定义及六个症结词列了出来:电动汽车、纯电续航里程、延伸续航里程、辅佐电动力单位、无机器动力链接和低排放。增程式电动汽车首先是一个电动汽车;什么是电动汽车,电动汽车就是用电结果驱动车轮的汽车,而且电结果是唯一的机器动力的单位。其次,对增程式电动汽车有纯电续航里程的要求,电池是必需的,它的电量平常由续航里程决议。在这方面中国和美国的差异蛮大的,我们国度对纯电续航里程要求是80公里,美国要求最少120公里。然后,一旦电池电量用完了,须要一种要领把续航里程延伸,实在就是处理用户最体贴的续航里程问题。

图一 增程式电动汽车定义

为了延伸续航里程,最质朴、最直观和最现实的做法是增添一套发电体系,它既能够给电池充电,同时还能够直接给主驱机电供电,到达直接驱动主驱机电的目的,这就是所谓的辅佐电动力单位。只管增添了一套分外的装配及附件体系,但由于电池电量的减小,平常约为纯电车的1/3摆布,整车的制作陈本可下降10%摆布。除了可有用处理里程焦炙问题外,增程式电动车还处理了如今纯电车固有的充电难、平安性差和本钱高级问题,所以被公认是向纯电车过渡的有用手艺设计之一,在国表里引起了广泛的关注。针对辅佐动力单位一般有两个基础要求:一是有异常严厉的排放要求,不能超标,差别国度和地区在差别的时候有差别的要求;二是不能有机器动力的衔接,所以为何说增程式电动汽车依然是电动汽车。

客观上讲,用于增程式电动汽车的辅佐电动力单位,如今手艺上比较成熟是基于内燃机的发电体系,其他手艺也能够用于增程目的,如燃料电池、空压机、飞轮等,只要能发电,都能够斟酌。图二是一个异常典范的增程式电动汽车的构造架图,右上角绿色方框图代表的是辅佐动力单位(Auxiliary Power Unit),在业内人人都叫它增程器。如前所述,这个增程器能够采纳林林总总的动力,但从手艺成熟度来看,照样基于燃油发结果的增程器比较随意马虎实用化和产业化,图二所示的恰是基于燃油发结果的增程式电动汽车的基础架构。增程器内部有两个最重要的单位:发结果(Engine)和发机电(Generator),它们有各自的掌握单位器,EMS以及GCU。右上角APU是增程器掌握器,用于掌握悉数增程器,当电池电量不够时,它能够启动发结果,由发机电向电池充电,同时给主驱动机电供应电动力。APU的另一个重要功用是优化发结果和发机电的工况,保证增程器的高效运转,这在增程式掌握方面是异常重要的一环。

图二 增程式电动汽车架构

2、增程式电动汽车 vs. 插电式夹杂动力汽车

增程式电动汽车和插电式夹杂动力汽车之间,究竟哪个更好,在产物线路层面上国表里都存在不合,尤其是对增程式电动车手艺线路褒贬不一。我们做了一些比较事变,在这里与人人分享一下,只管争夺客观一些,终究结论由人人本身来挑选。

图三 纯电动、增程和插电架构对照

为便于比较,图三表示了纯电动、增程和插电等三种罕见的架构。与纯电比拟,能够显著看到,增程多了个增程器,它们的主驱动部份完整雷同,即车轮仅由主驱动机电驱动,二者的主驱动机电功率雷同;与纯电和增程比拟,插电有两个机器动力源,机电和发结果,也就是说发结果和机电能够同时驱动车轮,就是所谓的混动。从观点上明白,混动肯定要有两个或两个以上的动力源;假如只要一个动力源,肯定不是混动,它要么是纯电,要么是纯油。正由于插电能够由发结果和发机电同时驱动,机电功率能够小一些;别的,电池的容量要求也要小的多。因而,插电的本钱相对来讲会低一些,背面会有细致的本钱比较。然则,插电须要一个高机能变速器,如今想找一款比较好的国产变速器依然不太随意马虎,是插电面对的一个困难。就整车设想广泛体贴的一些要点,图一对纯电﹑增程和插电做了定性比较。仅从构造上看,增程相对简朴一点,但其主驱动机电的功率要较插电大的多,会增添整车的设想本钱。从体系效力来看,插电在高速巡航情况下会较增程好一些。

表一 纯电﹑增程和插电比较

表二 纯电﹑增程和插电比较

就人人对新动力汽车广泛体贴的问题,表二对纯电﹑增程和插电做了较为周全的比较。明显,增程和插电均没有里程焦炙问题,与纯电一样,增程基础上没有没有限行问题,但插电在许多都市是被限行的。手艺瓶颈方面,相对来讲插电要庞杂一些,确切也存在许多手艺壁垒,一方面是由于外洋的专利,另一方面没要手艺积聚,我们须要花时候来探索。表三是针对纯电﹑增程和插电的本钱预算,三款车的载重和多少尺寸都差不多,动力性和经济性要求也大抵雷同。这是我们本身内部做的测算,能够看出插电和增程在本钱上的差异重要在于电池和变速器。总的说来,插电在本钱上是有肯定上风的,在机能上也略好过增程,但在开发方面难度较大。

表三 纯电﹑增程和插电的本钱预算

个人认为,任何一种手艺设计都有它的上风,也有它的劣势;至于采纳哪一种手艺线路,须要增强调研,没有调查研究和详确的剖析,就不应当有发言权。企业要依据本身的现实前提、研发才能及产物市场定位来制订手艺线路,不能采纳拿来主义,不管哪一种手艺线路都须要历久的投入,产物开发是个不断完美和履历积聚的历程,没有捷径好走,不要老想着弯道超车。别的,任何一种手艺线路都不大概包打天下,不能随声附和轻率地采纳一个人人都说好的手艺线路,也不能果断地否认一个人人有争议的手艺线路。就增程而言,国表里许多企业都在做,假如把增程做到极致,其综合机能基础上能够与任何混动设计相媲美。

3、国表里重要增程式电动汽车

图四 国表里增程式电动汽车

图四列出了国表里推出的增程式电动汽车,国内以抱负One为代表,外洋以Nissan Note e-Power 为代表。

表四列出了国内增程式电动汽车的整车机能参数,这些参数均是从公然宣布的材料猎取的,有些尚不明白,给人人做个参考。大抵能够看出,国内的产物基础覆盖了大、中、小型乘用车,纯电续航里程均不低于80 km,总续航里程多数在500 km 以上,重要由油箱的大小来定;B状况燃料消耗量变化局限比较大,但工信部加权油耗都比较低。

表四 国内增程式电动汽车机能参数

表五列出了国内增程式电动汽车动力部件参数,整车厂宣布的通告是重要数据泉源,不是很全。明显,小排量发结果是主流,以三缸和四缸机为主,但没有发结果万有曲线信息,很难推断其效力特征,我们置信最高效力应当不低。在业界有一个共鸣,对增程式电动汽车来讲,症结是要有高效发结果;没有高效发结果,就不要斟酌增程设计,不然肯定是做一个失利一个。发机电方面,斟酌到效力提拔,基础上都采纳永磁同步发机电。动力电池方面,以三元锂电为主,应当都是功率型。

表五 国内增程式电动汽车动力部件参数

表六列出了外洋增程式电动汽车的重要整车机能参数,与我国差别,外洋增程以小型车为主,中大型车增程确切不多,当然在一些商用车和专用车运用范畴也有增程,这不在这里议论。从该表能够看出,纯电续航里程变化较大,彷佛没详细的范例,但总续航里程与我国一样,多数高于500 km,以凸起增程的特性。

表六 国内增程式电动汽车机能参数

表七列出了外洋增程式电动汽车的动力部件参数,值得注意的一点是外洋发结果设计比较多元化,有两缸、三缸、四缸,部份采纳阿特金森轮回来提拔效力,也有公司也采纳转子发结果手艺来提拔效力,增程式电动汽车的症结依然是发结果。

表七 国内增程式电动汽车机能参数

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4、增程式电动汽车市场展望

图五是外洋对增程式电动汽车的市场展望,上半部份是英国里卡多公司的展望,下半部份是美国一家征询公司的展望。从里卡多的展望能够看出,如今外洋有四家主机厂在量产增程式电动汽车,尼桑、宝马、马自达和福特;别的,增程式电动汽车的重要市场在中国、北美、欧洲和日本。从美国征询公司的展望来看,到2028年,也就是今后十年,增程式电动汽车的总销量每一年将到达1100万辆;假如按环球年产量一亿来算,增程式电动汽车将到达10% 的市场份额,包含公共交通、私家交通以及军事等范畴;别的,增程式电动车在军事上的运用异常广泛,而且已有很长的一段汗青了。须要申明的是,这里所说的增程,包含林林总总的设计,如前面提到的飞轮、甲烷、燃料电池、酒精等等,种种发电体式格局都能够用于增程目的;他们的结论是,增程式电动汽车今后应当是新动力汽车的重要手艺线路之一。这里值得一提的是日本,在过去的几年里,尼桑的Note ePower 已取得了优越的市场结果,他们在把增程设计用于其他车型,进一步扩大市场份额;马自达也在加快其在增程式电动汽车方面的规划,并已有了量产设计。总之,市场是磨练手艺线路的重要范例,增程式电动汽车是否能承载人们的期待,须要时候和市场来考证。

图五 增程式电动汽车市场展望

5、汉腾增程式电动汽车开发

汉腾汽车是一家新的车企,成立于2013年,本年是我们的第六个岁首。汉腾不仅生产传统油车,同时也研发和制作、贩卖新动力汽车;在生产整车的同时,我们在症结中心零部件方面也下了许多的工夫。

图六 汉腾汽车中心零部件规划

如图六所示,汉腾有四家子公司,腾勒动力、精骏电控、麦可斯韦和优特手艺,离别处置发结果、机电和电控、动力总成和动力电池及BMS的研发和制作,如今均有成熟产物出卖。汉腾在2017年就入手下手调研增程式电动汽车手艺和市场,2018年与英国里卡多公司协作,联合开发系列化增程器,以搭载汉腾的乘用车。里卡多是宝马I3增程器发结果的设想者,在高效发结果设想和增程器运用方面有较好的手艺积聚和雄厚的整车搭载履历,这是我们与里卡多协作的重要缘由。汉腾已制订了增程式电动汽车动力总成体系的细致开发流程,从预案、选型、机能剖析、设想、整车搭载、细致设想、评审、样品加工、样机测试直到整车标定,每个环节都有本身响应的设想要素,同时针对每个要素均都有细致的试验考证,在悉数产物开发历程当中构成闭环,保证产物的牢靠性。

就增程器而言,它是个异常庞杂的体系,在设想上不单单议要斟酌效力、平安、本钱、牢靠性,同时还要斟酌轻量化以及制作一致性等要素。由于其庞杂性,如图七所示,我们将增程器的开发事变分为五个子使命:测试评价、专用发结果设想、专用发机电设想、发结果和发机电的一体化、整车搭载优化设想。在掌握方面,增程器掌握器APU和发机电掌握器GCU是重要的研发对象。

图七 增程器开发使命剖析

图八表示了我们在增程器开发中采纳的一些重要手艺,来完成高效化、轻量化、平安性、牢靠性等目的,并处理增程器的一些共性问题,如NVH等。

图八 增程器开发中的重要手艺

6、增程器开发要素

下面引见一下我们在增程器开发方面的一些重要考量。

1)功用平安

功用平安是一个新的观点,实在十年前,在坐的汽车界事变者都晓得,许多功用平安的内容当时就已实行了,只是如今把功用平安又从新定义了一下,这是件功德,由于从新定义今后,我们就有了国际范例,就有了ISO26262。在功用平安方面,从观点设想到产物下线,我们的增程器设想基础上是依据ISO26262范例来实行的,如图九所示。

图九 APU功用平安设想

2)增程器掌握战略

就增程器而言,除了发结果设想,最重要的就是增程器掌握战略设想。整车运转时,怎样掌握发结果和发机电满足司机的驾驶需求,是APU的首要使命。这个掌握战略异常重要,其中心是目的功率决议计划。怎样在差别工况下肯定增程器的输出功率,有各方面的考量,在满足诸多机能目标的情况下,如效力目标和NVH目标,既要斟酌增程器本身的才能限定,还要斟酌各零部件的现实事变前提及它们之间的谐和,图十表示了基于功率追随的发结果事变点的扼要肯定要领。

图十发结果事变局限肯定

目的功率设定以后,另有两个事变须要做:1. 肯定目的转速和目的转距,发结果和发机电是直连的,一个是事变在转矩掌握形式,一个是事变在转速掌握形式;人人的做法不一样,我们要求发机电处于转速掌握形式,发结果处于转矩掌握形式;目的功率肯定今后,下一步须要肯定发结果的转距和发机电的转速。APU依据当前事变形式和本身最大才能,对VCU要求功率举行限定,依据发结果最好事变曲线及NVH限定,将目的功率剖析成目的扭矩和目的转速,离别分配给发结果和发机电,并盘算体系现实发电功率与目的功率误差,经由过程调治发结果扭矩完成功率闭环;2. 怎样启动和住手发结果,APU接到启动指令后,由发机电经由过程转速形式将发结果带到目的转速,再使能发结果喷油点火;APU接到停机指令后,直接要求发结果断油,发结果自行降扭;待发结果扭矩降至0,要求发机电由转速形式切换为扭矩形式,将发机电扭矩由当前值降至0。

3)NVH

任何整车都有NVH的问题,也是增程式电动汽车遇到的重要问题。这里把罕见的几个NVH问题列了出来,不仅对它们做了基础的形貌,也把它们发生的缘由和经常使用对策加以申明,如表八所示。

表八 增程器罕见NVH问题

4)高效发结果

基于如今发结果设想和制作程度,为进步效力,比较靠谱的是阿特金森轮回,还要斟酌排放以及震惊噪声等一系列问题。

5)高效发机电

发机电和发结果一样,就是要强调高效力;别的,由于发机电和发结果采纳直联体式格局,发结果将震惊会悉数传递给发机电,所以关于发机电的构造强度要求异常高;其次,由于发机电和发结果完整机器耦合,发结果发生的热也会传过来;尤其是在前舱,事变环境比较卑劣,因而对发机电的牢靠性要求异常高;再者,由于前舱体积限定,发机电的功率密度要尽大概的高。把发机电做好,须要从各个方面下工夫。我们采纳扁平化手艺设计,在材料选型、制作工艺、构造设想和热处理等方面想了许多方法,到达高效、高强度、高牢靠性及高功率密度的目的。

6)动力电池

许多整车厂都尝试过增程式电动车,大部份都回响反映电池寿命短的问题。大抵缘由能够总结为以下几点:1. 电池的选型,平常须要功率型;2. 热处理方面没有做好;3. 电池充放电过于频仍,APU掌握战略缺失。

7)测试范例

如今国表里还没有特地针对增程器的测试范例,我们依据国度已宣布的针对发结果、机电和功用平安的一些范例,制订汉腾内部增程器测试范例,包含五大类:机能测试、输入输出特征、环境、历久和功用平安。测试范例方面我们还要继承下工夫,把须要做的项目进一步完美,满足增程器的整车搭载要求。

7、总结

作为一个手艺线路,增程式电动汽车确切处理了如今纯电动汽车存在的一些焦炙问题,如里程焦炙、充电焦炙、本钱焦炙和平安焦炙等。如今,市场上真正的量产的增程式电动汽车确切很少,但依据已公然的信息,国表里许多主机厂都在做。比较凸起的是尼桑,尼桑会把增程手艺推广到更多的车型;另有马自达,马自达采纳转子发结果,来岁就有量产设计,这两家公司都在异常仔细做增程产物。他们这么做天然有他们的原理,我们不能顺从,然则作为一个设计我们不能随意马虎摒弃。与其他混动设计比拟,虽然增程构造简朴,但手艺开发一点都不简朴,不管开发哪一种手艺都不随意马虎,都须要历久的对峙和投入。任何一种设计都不大概包打天下,我们应当争夺把每一种手艺都做到极致,才能把产物做好,终究的磨练范例照样市场。再次强调一下,对增程式电动汽车而言,肯定要有高效发结果和高效发机电,还要把它们之间的协同掌握做好。

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