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为什么说增程式是一种落后的技术

应用于乘用车上的增程式混合动力技术一直以来都存在较大的争议,近段时间随着某些热销车型而让这种争议白热化,今天就谈一谈增程式混合动力技术。

增程式混合动力技术的基本原理是:将原动机(一般是发动机)的机械能转化为电能,然后将电能电传输给驱动电机,驱动电机再将吸收的电能转化为机械能,用以驱动交通运输车辆的技术[1],所以增程式也叫作串联式混合动力汽车。

增程式混合动力原理图

1.增程式的历史

距离现在121年的1899年,世界上出现了第一台增程混合动力汽车[2],洛纳-保时捷Lohner-Porsche(由天才工程师费迪南德.和路德维希.洛纳创立)为了解决他们电动车续航里程问题而推出了增程式混合动力汽车(历史的轨迹是不是很相似呢?),将两台水冷DeDion Bouton汽油机(每台3.5马力/2.6千瓦)装在车身中间,分别用它们驱动两台发电机,构成两套发电单元。2.5马力/1.84千瓦的发电机能够在90伏特电压下输出20安培的电流,发电机输出的电能直接驱动外转子轮毂电机(没错,就是轮毂电机,世界上第一个轮毂电机也是老先生发明的)。

洛纳-发布的Semper Vivus串联式混合动力汽车

随着汽车发动机技术和传动技术的成熟,增程式混合动力汽车又淹没在采用发动机的燃油车历史大潮中,于是我们日常最常见的乘用车中再也看不到增程式的车辆了。

虽然日常见不到了增程式,但是针对车辆上增程式的研究和应用并没有停止。增程式在特种车辆上开始慢慢获得应用:

1917年法国推出的“圣沙蒙”坦克应用了增程式混合动力技术;

1959年,增程式技术在车辆上的另一大应用被挖掘出来,这就是大型矿用汽车。矿用自卸车用于矿石和岩石的运输,随着日渐扩大的采矿规模,传统机械传动自卸车已满足不了实际需要,大吨位、高性能矿用自卸车的出现成为必然。于是,基于增程式技术原理而取消了传统传动机构从而使汽车结构得到极大简化[3]的矿车出现了:美国Unit-Rig(尤尼特-瑞格)公司于1959年首次在载重量为68吨的矿车基础上通过改装制造出新的增程式矿车,行业内有一个专门的名字:“电动轮”。经过几十年的不断发展,时至今日这种机、电、液高度集成的、高技术含量的电动轮自卸车越来越成熟,在大型露天矿(年开采量千万吨级以上)的开采工作中广受欢迎,市场份额已接近2/3,目前国外绝大多数矿用自卸车都是这种增程式的电动轮矿车[4][5]。例如利勃海尔,通用电气,小松,卡特皮勒,特雷克斯。其实关注矿用车技术的读者也知道,国内这几年有些企业也推出了这种类型的车辆。但是这个圈子太窄了,所以增程式就默默无闻工作了几十年。

尤尼特瑞格M85电传动矿用汽车

小松 730E 矿用自卸车

卡特彼勒 793D 矿用自卸车

2.增程式在乘用车上的应用概况

近几年,国内国外研究增程式的乘用车企很多,例如奇瑞瑞麟M1 REEV/广汽传祺GA5/江淮和悦增程式电动汽车/吉利帝豪GPECs-EC7[6],一时间纷纷扰扰。增程式在乘用车上应用最成功的车型是日产的note e-power。在日本的混合动力市场中,能够牢牢占据千年老三位置的主要功臣就是这款note e-power。

note e-power

note e-power动力总成

3.为什么说乘用车用的增程式是一种落后的技术?

评价车辆好坏的一个最重要指标就是效率(能耗)。车辆的总效率包括发动机效率/电机效率/电机电控效率/传动系统效率等各个部件效率的乘积。

增程式可以调节发动机工作的工况,使发动机与地面解耦,将发动机解放出来,一心一意地去发电。提高了部分工况下发动机效率,特别是中低速工况,在这些使用场景下,动力系统的综合效率相比于燃油车是提高的。经常堵车的老司机都知道,长时间堵车油耗远远高于长途高速油耗。增程式解决的就是这个堵车或者中低速的效率过低问题。在这种状态下,增程式表现得不错。

但是增程式车辆高速驱动的时候怎么办?这个问题是增程式最大的致命所在。这种使用场景下,增程式车辆动力系统的综合效率比燃油车是低的,车速越高,低得越多。

有没有那种既能在市内通勤用,高速效率也很高的混合动力技术呢?肯定有,本田i-MMD就是一个例子,在中低速驱动车辆的时候,其本质就是和e-power一样的增程式;在中高速驱动车辆的时候,发动机动力直接通过机械传递的方式传输至轮端,机械效率远高于增程式。

通过以上对比可以明显看出,在中低速工况时,所采用的的增程式和混合动力技术效率(能耗)是差不多,但是如果车速继续升高,差距就很明显了。

既然市场上和行业内的一些混合动力技术既可以具有增程式技术的优点,还克服了增程式混合动力技术的缺点,那增程式混合动力技术不是一种落后技术?

另外插一句,就是靠其i-MMD混合动力技术牢牢占据日本千年老二位置的,死死压着,不管你服不服。当然了,前面还有个千年老大。

4.增程式用在乘用车上到底合不合适?

小编认为,并不是说一项技术落后就不能用在乘用车上。一项技术能否用在乘用车上,取决于这项技术的应用成本/技术难度/专利性/使用场景等各方面。

细心的读者应该发现,上文提到的大型矿车,其绝大部分的使用场景都是低速行驶;对于像note e-power的买菜车而言,大部分时候都在类似于JC08的中低速的条件下行驶,车辆油耗低,技术更容易,混合动力系统成本更低,那何乐而不为?例如奇瑞QQ或者长城宝马MINI或者五菱就可以去搞一搞这种车。

而对于需要覆盖低/中/高等各个车速段、使用场景比较复杂的汽车而言,增程式并不是一种最优解,毕竟谁都不希望自己的车上了高速就像个拖拉机吧?

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