增程式电动车技术路线解析
发表时间：2021-01-07T04:48:32.380Z  来源：《防护工程》2020年28期作者：姚意1 王飞2 曾羽飞3 汪涛4 [导读] 增程式电动车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车、电动自行车、电动摩托车。其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统（APU）组成。奇瑞新能源汽车股份有限公司安徽省芜湖市  241000
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摘要：增程式电动车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车、电动自行车、电动摩托车。其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统（APU）组成。增程式电动车把燃油车和电动车的优点都集中在一起，是目前较为理想的驱动模，它规避了充电的麻烦，车辆即使在高速路上奔跑，也无需担心充电桩的位置，没有里程焦虑，除了使用方便外，它又非常巧妙地解决了传统燃油车的最大问题：热效率。本文着重对增程式电动车技术进行了路线解析。
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引言
续航能力和成本问题一直是纯电动车绕不开的坎，除了不断增大电池容量，工程师们也考虑能否在设计上减少电池数量，在满足续航里程要求的同时又降低汽车制造成本。现有插电式混动的方案已经很常见
了，另一种方案就是增程式。增程式电动汽车，目前在国家政策里被划归到纯电动车投资项目的技术路线，按理来说比插电式混动车型更受政策鼓励，为何在过去显得如此陌生呢？作为补贴退出之后的一种解决方案，未来增程式产品技术路线会如何发展。
1 增程的界定
中国对新能源汽车技术的分类中，增程式的地位有些跨界。从补贴分类来看，增程式与插电式混动同属一个标准，补贴额度比纯电动车要低不少；但在国家发改委发布《汽车产业投资管理规定（征求意见稿）》，明确将“增程式电动汽车”划归纯电动车投资项目，而插电式混动车型属于燃油车投资范围。与纯电动相比，增程式的相同点在于都靠电能驱动，不同点是纯电动车的电能全部来自于电池的储备，而增程式在电池电能不够时，还能通过发电装置将燃料转换成电能，再驱动车辆行驶。
增程式车的优点是具有较长的续驶里程，依靠发电机，增程式车可以达到和传统汽车一样的续驶里程。从结构上来分析，增程式相对纯电动车只多了一个发电模块，结构又比插电式车混动车简单，再加上电池装载量不多，成本比较低。
2增程技术方案解析增程技术除现在的通过汽油燃烧驱动发动机，再由发动机驱动发电机发电的路线外，还有其他三个路线。
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分别是燃油增程式、氢燃料增程式和生物燃料增程式。燃油增程式方案使用汽油机驱动发电机，让化石能转换成电能，为车辆提供驱动能源；氢燃料增程式方案使用电化学反应将氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发送反应后，放出电子产生电能，为车辆土工驱动能源。氢燃料电池只会产生水和热，不产生有害物质排放，是一种清洁能源；生物燃料增程式使用生物乙醇通过催化剂反应产生电能，为车辆提供驱动能源，也是一种清洁能源。三种解决方案中化石能源驱动增程器目前是成熟的、具备产业化，氢燃料和生物燃料还需有更有效的产业化方案。
各主机厂目前增程式电动汽车采用串联式动力系统结构，增程器均采用汽油作为燃料，发动机不介入车辆驱动，因此发动机可以脱离路面负荷，从而发动机可以工作在高效区域。现有的增程式电动汽车解决方案分为大容量电池+低功率增程发电系统和小容量电池+中等功率增程发电系统两种。这两种解决方案代表车型分别为宝马i3和日产Note e-Power。
宝马i3搭载33kW.h电池和0.65L两缸自然吸气发动机，车辆具备慢充功能。大容量电池的使用使车辆的纯电行驶性能表现良好，增程器仅作为应急情况下增加续驶里程补电使用，加上两缸发动机的振动平衡性问题，开启增程器时车内的噪音情况会很差。世界豪车品牌
日产Note e-Power搭载1.5kW.h电池和1.2L三缸自然吸气发动机，车辆不具备慢充功能。由于车辆电池容量很小，车辆启动行驶时增程器立即开始工作发电，同时车辆整车性能受增程器功率限制，排放较宝马i3高。
3工况及控制解析        3.1大容量电池+低功率增程发电系统
车辆正常行驶时，若电池电量充足，如图1，整车控制器VCU判断电池处于高SOC，VCU不发送增程器启动指令，增程器和发电机不工作，只有电池为驱动电机提供电能；若电池电量不足，整车控制器VCU发送增程器启动指令，增程器带动发电机工作，为电池充电，电池为驱动电机提供电能。
3.2小容量电池+中等功率增程发电系统
车辆正常行驶时，若电池电量充足，则增程器和发电机不工作，只有电池为驱动电机提供电能；若电池电量不足，整车控制器VCU判断电池电量低于15%SOC时，VCU发送增程器启动指令，增程器带动发电机工作，为电池充电，同时为驱动电机提供电能。
在上坡或急加速时，整车控制器VCU判断电池放电功率小于驱动电机需求功率时，VCU发送增程器工作指令，增程器带动发电机工作也为驱动电机提供电能。在车辆下坡或刹车时，驱动电机回收多余动能为电池充电。
3.3中等容量电池+中等功率增程发电系统
车辆正常行驶时，若电池电量充足，则增程器和发电机不工作，只有电池为驱动电机提供电能；若电池电量不足，增程器带动发电机工作，为电池充电的同时，也为驱动电机提供电能。
4增程器的多点控制
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4.1增程式车采用串联式动力系统结构，这种结构中，发动机与传动系统在机械上没有连接，增程器输出可以脱离路面负荷，从而可使增程器机工作在高效区域，增程器控制策略的选择和设计具有多样性。增程器工作点控制策略设计着重考虑以下几个方面：
(1)优化工作点：结合车辆行驶的最大需求功率、增程器效率及油耗、增程器转速，确定增程器的最佳工作点或最佳工作区域。基于车速、动力电池电量和整车功率需求确定各工作点切换时刻。
(2)动态波动最小化：减少增程器的启停次数，控制增程器转速，使增程器的动态波动最小。
(3)限制最低转速：发动机低转速时，燃油效率非常低，因此当转速低于某一限值且电池电量能够满足车辆行驶需求时，关闭增程器。
(4)充电电流及速率控制：稳定增程器输出功率，从而控制动力电池充电电流及速率，提高电池效率及安全性。
4.2为了满足市区和公路工况下的行驶需求，发动机的输出功率要满足具体工况下的平均功率需求。想要得到一个高效和低成本的发动机专门用于发电，需要较大的投入，其产出也比较有限，这种增程系统主要面临以下困难：（1）驱动系统对于整车的功率需求来自电池系统和增程系统的发电功率，随着
电池SOC的变化，增程系统有较宽的发动功率需求范围；
（2）增程式发电系统需要在发动机转速和发电功率上寻到高效的工作点，尤其在完全去掉机械连接以后难度较大；
（3）从效益来说，动力总成和后期车辆调教方面都需要比较大的投入，但实际应用比较少，短期内看不到很好的规模效应和可扩展性。
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一方面要增加续航里程，另一方面还要达到比较好的节油效果，实际上增程式车所需要考虑的事情一点都不简单。供应商层面，一些外部工程咨询公司开发了增程式发动机，这些增程器的优化和发展需要整车企业的支撑和延续才能有比较好的未来。就系统本身而言，增程式的效率偏低，整体性价比来看应该不会优于插电式混动，因为插电式混动有更大的灵活性和差异性，动力分流得到的效率在很多工作区间往往更省油。当然，也要看增程式后续的发展和性价比提升如何。
5结束语
国内有一些专家认为纯电动车现状不尽如人意，提议重视增程式技术路线的发展。但实际上，增程式技术在国内挑战难度也不小，这套系统脱离了原有发动机技术的支持，等于开辟了一个小众的市场，也是需要很多的资源投入其中，短期来看，仍然难以成为主流的技术方向。但在终端的消费层面，关键还是看企业能否拿出高性价比、市场认可的产品。