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混動百科 | 「增程器」到底是什么?理想ONE是『增程式汽車』嗎?
來自:電動邦
作者:王元祺
2021-11-01 18:16:58
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近年來,隨著話題車型「理想ONE」走到臺前,帶有『增程』字眼的車型日漸回暖,而『增程式汽車』的概念也開始模糊。其實這并不是什么新鮮的概念,包括日產(chǎn)、寶馬、通用、理想等主機廠都用(或曾用)『增程』為自己的產(chǎn)品打過標簽,我們分兩期內(nèi)容,從「串聯(lián)式」混動汽車聊起,淺談一下到底什么是『增程』汽車?

「增程器系統(tǒng)」:源自「串聯(lián)式」中的一對好朋友

上期我們談到「串聯(lián)式」的基本結(jié)構(gòu)是將「發(fā)動機」、「發(fā)電機」和「(驅(qū)動)電機」(后統(tǒng)稱為「電機」)三大部件『串』在一條動力傳輸路徑上,也就是千軍萬馬過一根傳動的『獨木橋』。

增程器系統(tǒng)的定義示意圖

而我們將由「發(fā)動機」和「發(fā)電機」所組成的「輔助發(fā)電單元」(Auxiliary Power Unit,APU)稱為「增程器系統(tǒng)」(Ranger-Extender,RE后簡稱「增程器」)。而其最大的作用便是為純電行駛,提供更多的電能。

蓄水水池原理

而在「串聯(lián)式」結(jié)構(gòu)中,「增程器」與「電池」、「電機」的關系,就好像動力必須經(jīng)過一個緩存的「蓄水水池」(即「電池」),「水流」(此處為「動力」)必須由「注水口」(即「增程器」)流入「蓄水水池」,最后由「放水口」(即「逆變控制器」)流出到達終點(即「電機」)。

「增程器」的鼻祖:保時捷Lohner-Porsche

不知道大家是否還記得本專欄中最早提到的那輛混動汽車——「保時捷Lohner-Porsche」。

保時捷Lohner-Porsche原型車設計圖紙示意圖(手繪)

「保時捷Lohner-Porsche」原型車將2臺「DeDion Bouton水冷汽油發(fā)動機」(每臺動力約為3.5 hp約2.6 kW)裝在車身中間,用于驅(qū)動兩臺「發(fā)電機」,每臺「發(fā)電機」能在90V電壓下輸出20A的電流(每臺動力約為2.5 hp約1.84 kW),「發(fā)電機」輸出的電能直接驅(qū)動「輪轂電機」(又稱「輪邊驅(qū)動電機」),而剩余的電能則流入車廂下方的「鉛酸電池」儲存起來。

保時捷Lohner-Porsche原型車

「保時捷Lohner-Porsche」作為混動汽車的『鼻祖』,其『「發(fā)動機」+「發(fā)電機」』的組合,恰好符合了「增程器」的定義?!冈龀唐鳌篂椤鸽姵亍钩潆姡鸽姵亍跪?qū)動「輪轂電機」(「P4電機」),堪稱最純粹的「串聯(lián)式」。

只能用來發(fā)電的「發(fā)動機」:寶馬i3增程版

寶馬i3增程版(2014)混動系統(tǒng)示意圖

然后再讓我們來看看基于純電版「寶馬i3」改造的「串聯(lián)式」車型——「寶馬i3增程版」。其結(jié)構(gòu)也十分簡單易懂:『串』在一條動力傳輸線上的「發(fā)動機」、「發(fā)電機」、「電池」和「電機」。

寶馬i3增程版(2014)示意圖

不過就車論車,第一代的「寶馬i3增程版」在發(fā)布之后,并沒有帶給用戶特別好的體驗,原因大致如下:

1、車身小組件多:「寶馬i3純電版」的骨架就不大,現(xiàn)在還要在「后備箱」中塞入一套「增程器」,結(jié)果只有兩個字——『妥協(xié)』于是,0.6L的兩缸「發(fā)動機」應運而生;

2、效果不佳:為了讓汽車不至于虧電,兩缸「發(fā)動機」必須長時間工作,除了使得「發(fā)動機」完全淪落成了『充電寶』,無法直接驅(qū)動「電機」,還產(chǎn)生了難以抑制的噪聲。;

3、深陷政策泥潭:為了達到當時美國加州政府對電動車的政策要求,其「油箱」被壓制在了7L以下,簡直是『不是在加油的路上,就是在補電的途中』。


沒有捷徑的蓄水水池

而「寶馬i3增程版」有一個特點,即是「蓄水水池」(即「電池」)作為電能的『緩沖區(qū)』,「水流」(此處為「電能」)沒有任何其他的捷徑可走,這就意味著:

不能直驅(qū)電機的純粹系統(tǒng)


1、「發(fā)動機」不能直驅(qū)「車輪」:汽車全部依靠「電機」驅(qū)動,「發(fā)動機」不再與「車輪」連接,只起到帶動「發(fā)電機」為「電池」充電的作用(「串聯(lián)式」的特點);

2、「發(fā)動機」不能直驅(qū)「電機」:無論在結(jié)構(gòu)位置,還是電能流向,「增程器」都在「電池」之后,「電池」的首要作用是能量過渡,而不是能量儲存。(「寶馬i3增程版」的特點)


image009.gif

純電版顯然更適合寶馬i3這樣的車身

總之,第一代的「寶馬i3增程版」算得上是『銷量的噩夢,用戶的夢魘』,盡管此后進行了幾番優(yōu)化,據(jù)說體驗感有所提升,但也只能說是一場不太成功的市場嘗試,而通過「寶馬i3增程版」,大家卻得到了一些寶貴的經(jīng)驗,比如:

1、我們需要考慮,如何更合理地在較小車身中塞入「增程器」?

2、我們還要考慮,塞入「增程器」后,如何更好地控制「NVH」?

而解決此類空間(技術(shù))問題,日系主機廠勇敢地站了出來。

「串聯(lián)式」的倔強:日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)

第二代日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)示意圖

「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」并不是什么新技術(shù),早在2007年的「日產(chǎn)騏達」上就搭載了第一代的「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」。然而到了2021年首批搭載第二代系統(tǒng)的車型(「日產(chǎn)軒逸e-POWER」名稱暫未確定)才進入國內(nèi)。

「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」的工作原理與「串聯(lián)式」的「寶馬i3增程版」有著許多相似之處,但有一個不同之處,這便是:在電量較低時或急加速時,「增程器」除了為「電池」充電,還能為「電機」直接供電。

開了掛的蓄水水池

仍以『蓄水水池』為例,此時的「注水口」(此處為「發(fā)動機」)可以直接與「放水口」(即「逆變控制器」)連接,這就意味著「放水口」的「水流」(此處為「電能」)就來自了兩個渠道,即「注水口」(即「發(fā)動機」)和「蓄水水池」(即「電池」)。這樣帶來的好處就是保證了汽車能擁有相對良好的動力性。

日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)的工況示意圖

此外,第二代「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」相比「寶馬i3增程版」還做了一些改進:

1、提升混動動力總成的集成程度:采用集成化的「逆變控制器」使得體積較前一代減少40%,重量減輕33%,解決了小車身塞「增程器」的空間痛點;

2、縮短「增程器」介入時間:根據(jù)主機廠的資料,相比傳統(tǒng)混動汽車,「發(fā)動機」介入時間縮短10%,減少「發(fā)動機」帶來的NVH問題;

3、采用更大「發(fā)動機」:由于「發(fā)動機」可以直驅(qū)「電機」,所以必須使用排量更大,功率更強的「發(fā)動機」,比如1.2L的三缸自然吸氣「發(fā)動機」。

如何定義日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)?

從主機廠對外的宣傳資料來看,其觀點為:「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」更趨近「純電汽車」。而我對這套混動系統(tǒng)的評價只有四個字——『技術(shù)正確』。但這里的『正確』大家不要理解為『是非對錯』的『正確』,而是:

玩笑歸玩笑,不過「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」仍然有幾處讓人擔心:

1、「電池」:1.5kWh的「電池」,為主機廠在電能控制上帶來了很大的壓力;

2、動力性能:從目前「日產(chǎn)軒逸e-POWER」參數(shù)來看,1.2L的「發(fā)動機」最大功率為72馬力,而「電機」的最大功率為136馬力,不知道是不是又會淪為一輛買菜車中的買菜車。

image016.gif日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)的工作原理

由于目前我們還未試駕過搭載「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」,所以,暫無法對這套混動系統(tǒng)給出客觀的評價,而更多的理論分析,會放在品牌車型的討論中詳解。

為「電」而「電」:理想ONE等

理想ONE的增程式混動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

目前國內(nèi)的以「理想ONE」為代表的『增程』車型,其主體的結(jié)構(gòu)和組件仍然保持著「串聯(lián)式」車型的基本特征:「增程器」、「電池」和「電機」。比如的動力總成就可以被分成兩個簡單的模塊。

image018.gif

理想ONE動力總成的兩大模塊示意圖

1、「增程器」模塊:由「油箱」、「發(fā)動機」和「發(fā)電機」組成,不參與驅(qū)動「車輪」,只參與產(chǎn)生電能,供給「電池」和「電機」;

2、「純電驅(qū)動」模塊:由「前驅(qū)電機」(即「P2電機」)和「后驅(qū)電機」(即「P4電機」)組成,用于驅(qū)動汽車。

理想ONE的混動系統(tǒng)示意圖

在我眼里「理想ONE」車型的有趣之處在于:

1、超大的「電池」:以2021款「理想ONE」為例,其「電池」容量為40.5kWh,這與「日產(chǎn)e-POWER混動系統(tǒng)」的1.5kWh「電池」相比,簡直是汪洋大『海』了,用「電」堆出了更長的純電續(xù)航里程;

2、「電機」數(shù)量多:「電池」多就是真的就能任性,光一個前驅(qū)的「電機」必然無法發(fā)揮出超過2.3噸車身的實力,故此,后驅(qū)的「P4電機」必須配上,在實現(xiàn)四驅(qū)的同時,還能提升整車的動力性能,可謂一箭雙雕。

嵐圖FREE增程版的增程式混動系統(tǒng)示意圖

隨著「理想ONE」將『格局打開』后,不少主機廠也看上了這片『藍?!唬热纭笉箞DFREE增程版」,其采用更為理性的四缸「發(fā)動機」作為「增程器」的核心。限于篇幅,我們將在混動汽車品牌中再展開。

賽力斯華為智選SF5的駝峰智能增程系統(tǒng)示意圖

此外,更是有互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)進入了這個的領域,比如搭載「華為DriveOne電驅(qū)系統(tǒng)」的「賽力斯華為智選SF5」,并將「增程器」進行更為寬泛的系統(tǒng)整合,并將該系統(tǒng)命名為「駝峰智能增程系統(tǒng)」。限于篇幅,我們將在混動汽車品牌中再展開。

『增程式汽車』和「增程式電動汽車」:不是一個東西?

本期從「串聯(lián)式結(jié)構(gòu)」聊起,首先解釋了「增程器」,我覺得,我們拋開學術(shù)概念,光從市場技術(shù)推廣宣傳來看,帶有「增程器」的混動車型都可以被稱作『增程式汽車』,故此,今天提到的這些車型都是『增程式汽車』,100%沒錯!

通用雪佛蘭Volt(2016)

但這樣一來,就會與學術(shù)上「增程式電動汽車」這專業(yè)名詞會產(chǎn)生混淆,所以,下一期我們從提出「增程式電動汽車」概念的「通用汽車」聊起??纯催@「增程式電動汽車」又是怎么一個有趣的技術(shù)。

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