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混动百科 | 「增程器」到底是什么?理想ONE是『增程式汽车』吗?
来自:电动邦
作者:王元祺
2021-11-01 18:16:58
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近年来,随着话题车型「理想ONE」走到台前,带有『增程』字眼的车型日渐回暖,而『增程式汽车』的概念也开始模糊。其实这并不是什么新鲜的概念,包括日产、宝马、通用、理想等主机厂都用(或曾用)『增程』为自己的产品打过标签,我们分两期内容,从「串联式」混动汽车聊起,浅谈一下到底什么是『增程』汽车?

「增程器系统」:源自「串联式」中的一对好朋友

上期我们谈到「串联式」的基本结构是将「发动机」、「发电机」和「(驱动)电机」(后统称为「电机」)三大部件『串』在一条动力传输路径上,也就是千军万马过一根传动的『独木桥』。

增程器系统的定义示意图

而我们将由「发动机」和「发电机」所组成的「辅助发电单元」(Auxiliary Power Unit,APU)称为「增程器系统」(Ranger-Extender,RE后简称「增程器」)。而其最大的作用便是为纯电行驶,提供更多的电能。

蓄水水池原理

而在「串联式」结构中,「增程器」与「电池」、「电机」的关系,就好像动力必须经过一个缓存的「蓄水水池」(即「电池」),「水流」(此处为「动力」)必须由「注水口」(即「增程器」)流入「蓄水水池」,最后由「放水口」(即「逆变控制器」)流出到达终点(即「电机」)。

「增程器」的鼻祖:保时捷Lohner-Porsche

不知道大家是否还记得本专栏中最早提到的那辆混动汽车——「保时捷Lohner-Porsche」。

保时捷Lohner-Porsche原型车设计图纸示意图(手绘)

「保时捷Lohner-Porsche」原型车将2台「DeDion Bouton水冷汽油发动机」(每台动力约为3.5 hp约2.6 kW)装在车身中间,用于驱动两台「发电机」,每台「发电机」能在90V电压下输出20A的电流(每台动力约为2.5 hp约1.84 kW),「发电机」输出的电能直接驱动「轮毂电机」(又称「轮边驱动电机」),而剩余的电能则流入车厢下方的「铅酸电池」储存起来。

保时捷Lohner-Porsche原型车

「保时捷Lohner-Porsche」作为混动汽车的『鼻祖』,其『「发动机」+「发电机」』的组合,恰好符合了「增程器」的定义。「增程器」为「电池」充电,「电池」驱动「轮毂电机」(「P4电机」),堪称最纯粹的「串联式」。

只能用来发电的「发动机」:宝马i3增程版

宝马i3增程版(2014)混动系统示意图

然后再让我们来看看基于纯电版「宝马i3」改造的「串联式」车型——「宝马i3增程版」。其结构也十分简单易懂:『串』在一条动力传输线上的「发动机」、「发电机」、「电池」和「电机」。

宝马i3增程版(2014)示意图

不过就车论车,第一代的「宝马i3增程版」在发布之后,并没有带给用户特别好的体验,原因大致如下:

1、车身小组件多:「宝马i3纯电版」的骨架就不大,现在还要在「后备箱」中塞入一套「增程器」,结果只有两个字——『妥协』于是,0.6L的两缸「发动机」应运而生;

2、效果不佳:为了让汽车不至于亏电,两缸「发动机」必须长时间工作,除了使得「发动机」完全沦落成了『充电宝』,无法直接驱动「电机」,还产生了难以抑制的噪声。;

3、深陷政策泥潭:为了达到当时美国加州政府对电动车的政策要求,其「油箱」被压制在了7L以下,简直是『不是在加油的路上,就是在补电的途中』。


没有捷径的蓄水水池

而「宝马i3增程版」有一个特点,即是「蓄水水池」(即「电池」)作为电能的『缓冲区』,「水流」(此处为「电能」)没有任何其他的捷径可走,这就意味着:

不能直驱电机的纯粹系统


1、「发动机」不能直驱「车轮」:汽车全部依靠「电机」驱动,「发动机」不再与「车轮」连接,只起到带动「发电机」为「电池」充电的作用(「串联式」的特点);

2、「发动机」不能直驱「电机」:无论在结构位置,还是电能流向,「增程器」都在「电池」之后,「电池」的首要作用是能量过渡,而不是能量储存。(「宝马i3增程版」的特点)


image009.gif

纯电版显然更适合宝马i3这样的车身

总之,第一代的「宝马i3增程版」算得上是『销量的噩梦,用户的梦魇』,尽管此后进行了几番优化,据说体验感有所提升,但也只能说是一场不太成功的市场尝试,而通过「宝马i3增程版」,大家却得到了一些宝贵的经验,比如:

1、我们需要考虑,如何更合理地在较小车身中塞入「增程器」?

2、我们还要考虑,塞入「增程器」后,如何更好地控制「NVH」?

而解决此类空间(技术)问题,日系主机厂勇敢地站了出来。

「串联式」的倔强:日产e-POWER混动系统

第二代日产e-POWER混动系统示意图

「日产e-POWER混动系统」并不是什么新技术,早在2007年的「日产骐达」上就搭载了第一代的「日产e-POWER混动系统」。然而到了2021年首批搭载第二代系统的车型(「日产轩逸e-POWER」名称暂未确定)才进入国内。

「日产e-POWER混动系统」的工作原理与「串联式」的「宝马i3增程版」有着许多相似之处,但有一个不同之处,这便是:在电量较低时或急加速时,「增程器」除了为「电池」充电,还能为「电机」直接供电。

开了挂的蓄水水池

仍以『蓄水水池』为例,此时的「注水口」(此处为「发动机」)可以直接与「放水口」(即「逆变控制器」)连接,这就意味着「放水口」的「水流」(此处为「电能」)就来自了两个渠道,即「注水口」(即「发动机」)和「蓄水水池」(即「电池」)。这样带来的好处就是保证了汽车能拥有相对良好的动力性。

日产e-POWER混动系统的工况示意图

此外,第二代「日产e-POWER混动系统」相比「宝马i3增程版」还做了一些改进:

1、提升混动动力总成的集成程度:采用集成化的「逆变控制器」使得体积较前一代减少40%,重量减轻33%,解决了小车身塞「增程器」的空间痛点;

2、缩短「增程器」介入时间:根据主机厂的资料,相比传统混动汽车,「发动机」介入时间缩短10%,减少「发动机」带来的NVH问题;

3、采用更大「发动机」:由于「发动机」可以直驱「电机」,所以必须使用排量更大,功率更强的「发动机」,比如1.2L的三缸自然吸气「发动机」。

如何定义日产e-POWER混动系统?

从主机厂对外的宣传资料来看,其观点为:「日产e-POWER混动系统」更趋近「纯电汽车」。而我对这套混动系统的评价只有四个字——『技术正确』。但这里的『正确』大家不要理解为『是非对错』的『正确』,而是:

玩笑归玩笑,不过「日产e-POWER混动系统」仍然有几处让人担心:

1、「电池」:1.5kWh的「电池」,为主机厂在电能控制上带来了很大的压力;

2、动力性能:从目前「日产轩逸e-POWER」参数来看,1.2L的「发动机」最大功率为72马力,而「电机」的最大功率为136马力,不知道是不是又会沦为一辆买菜车中的买菜车。

image016.gif日产e-POWER混动系统的工作原理

由于目前我们还未试驾过搭载「日产e-POWER混动系统」,所以,暂无法对这套混动系统给出客观的评价,而更多的理论分析,会放在品牌车型的讨论中详解。

为「电」而「电」:理想ONE等

理想ONE的增程式混动系统结构示意图

目前国内的以「理想ONE」为代表的『增程』车型,其主体的结构和组件仍然保持着「串联式」车型的基本特征:「增程器」、「电池」和「电机」。比如的动力总成就可以被分成两个简单的模块。

image018.gif

理想ONE动力总成的两大模块示意图

1、「增程器」模块:由「油箱」、「发动机」和「发电机」组成,不参与驱动「车轮」,只参与产生电能,供给「电池」和「电机」;

2、「纯电驱动」模块:由「前驱电机」(即「P2电机」)和「后驱电机」(即「P4电机」)组成,用于驱动汽车。

理想ONE的混动系统示意图

在我眼里「理想ONE」车型的有趣之处在于:

1、超大的「电池」:以2021款「理想ONE」为例,其「电池」容量为40.5kWh,这与「日产e-POWER混动系统」的1.5kWh「电池」相比,简直是汪洋大『海』了,用「电」堆出了更长的纯电续航里程;

2、「电机」数量多:「电池」多就是真的就能任性,光一个前驱的「电机」必然无法发挥出超过2.3吨车身的实力,故此,后驱的「P4电机」必须配上,在实现四驱的同时,还能提升整车的动力性能,可谓一箭双雕。

岚图FREE增程版的增程式混动系统示意图

随着「理想ONE」将『格局打开』后,不少主机厂也看上了这片『蓝海』,比如「岚图FREE增程版」,其采用更为理性的四缸「发动机」作为「增程器」的核心。限于篇幅,我们将在混动汽车品牌中再展开。

赛力斯华为智选SF5的驼峰智能增程系统示意图

此外,更是有互联网科技企业进入了这个的领域,比如搭载「华为DriveOne电驱系统」的「赛力斯华为智选SF5」,并将「增程器」进行更为宽泛的系统整合,并将该系统命名为「驼峰智能增程系统」。限于篇幅,我们将在混动汽车品牌中再展开。

『增程式汽车』和「增程式电动汽车」:不是一个东西?

本期从「串联式结构」聊起,首先解释了「增程器」,我觉得,我们抛开学术概念,光从市场技术推广宣传来看,带有「增程器」的混动车型都可以被称作『增程式汽车』,故此,今天提到的这些车型都是『增程式汽车』,100%没错!

通用雪佛兰Volt(2016)

但这样一来,就会与学术上「增程式电动汽车」这专业名词会产生混淆,所以,下一期我们从提出「增程式电动汽车」概念的「通用汽车」聊起。看看这「增程式电动汽车」又是怎么一个有趣的技术。

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