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必让你看懂:增程的概念,省油的原理,氢能增程的意思

重点概述:

  1. 增程驱动系统概念解析
  2. 内燃机与氢燃料电池的作用
  3. 增程汽车的结局

自2022年到今天为止,最热门的混动技术不再是插电混动,而是插电增程、以下简称增程;目前使用增程驱动技术的汽车厂商包括但不仅限于长安汽车旗下的深蓝品牌,东风汽车旗下的岚图品牌,零跑汽车哪吒汽车,塞力斯华为合作创立的问界品牌,东风猛士北京越野,奇瑞汽车,吉利汽车,之前还有传祺汽车,比亚迪仰望品牌的混动越野车被预测为增程驱动;外国汽车品牌里有雪佛兰汽车,宝马汽车,罗伦士汽车等。

扩展到商用车领域就有更多了。

确实包括丰田本田现代起亚和德国部分汽车品牌打造的氢燃料汽车,这些车也全数属于增程汽车,并且这种增程技术被其视为驱动技术发展的未来方向。

由此可见增程汽车的火爆,然而到底是什么是增程?

多数汽车爱好者都认为增程技术是发动机发电、电动机驱动车辆,意思确实就是这样,只不过具体方式可能有些搞不清楚。比如发动机启动之后进行发电,电能是传输到电池组之后再传输到电动机,还是直接传输到电动机?

这几天初步讲了增程技术之后就有读者留言提出了这个问题,所以有必要讲一讲。

运行模式:

  • 假设SOC(动力电池组容量设定值)为70%,实际用到20%后切换为增程模式;发动机要为动力电池组充电,并且为驱动电机供电,这是两项任务、均由发动机负责,电池组不参与
  • 假设电池组实际容量达到70%,电池组不再被充电,发动机只负责为驱动电机送电

就是增程混动模式的两个运行状态,电池组在切换到增程混动模式之后就不再起作用了;因为动力电池或任何类型的电池都不能在被充电的状态下放电,反之亦然,因为充电和放电都是一种化学反应,两种反应不能同时进行。

参考下图,这就是模拟电池充电和放电的状态。

充电和放电都是锂离子在正负极之间的“位置交换”(嵌入与脱嵌),放电过程也不例外,只不过在过程中会产生电流,我们只是加以利用了这个结果而已;这就是增程的两个状态,动力电池组实际只是在纯电动模式(EV)中起到作用。

那为什么用发动机发电就比用发动机直接驱动汽车省油呢?

按理说用发电机发电的过程会有一次转化损耗,用电机驱动还有一次损耗,理论上应该更费油才对吧。

这么理解不是错,但是却忽略一个重要因素:转速

发动机直接驱动汽车行驶的时候,转速是总要上下波动的;比如起步加速可以轻松拉升到四五千转,加速过程会维持在两三千转,只有达到目标车速之后开始定速驾驶才能通过变速箱把转速降低下来。

于是就有一个结果:平均转速过高,假设为2500转吧。

发动机在增程系统里就不一样了,由于驱动电机的效率很高,可以将这个效率理解为“热效率”;所以驱动电机以高转速运行也能很节能,正常驾驶的平均耗电量假设为20kWh,那么发动机在增程混动模式里要输出的功率就是“20kW+”——也就是只要能稳定输出20多千瓦的功率就行。

一般的阿特金森或米勒循环1.5T发动机有110kW左右的最大功率,输出二十多千瓦的功率只需要将转速维持在1500转左右;而且即便是在低速路段不断加减速也不会影响发动机的转速,这就是省油的秘诀。

发动机在增程系统中的平均转速低是省油的基础,当然高车速巡航驾驶时的转速会高一些,但仍旧会低于发动机的平均转速;所以即便是大型SUV理想L9、中大型的问界M7或东风岚图FREE等车,其增程混动模式的耗油量都不到10L,而与其尺寸相同且性能相当的燃油车的平均油耗要高出一半以上到一倍。

只不过插电混动也能实现相当的油耗,那为何各大车企都在陆续放弃插电混动呢?

很简单,因为插电混动仍旧需要发动机参与驱动,想要实现低油耗主要是依靠中低车速驾驶时去拉低平均值,以高速为主就不见得省油了;或者配备变速箱去控制发动机的转速,但是制造成本会变高,而且会导致混动模式出现换挡顿挫。

与其搞得这么复杂,不如直接用增程模式喽,大道至简嘛。

最后讲一讲氢燃料增程式汽车的概念,增程汽车的根本都是电动汽车驱动平台,只是多增加了一台发动机用于发电而已。

普通增程汽车用内燃式发动机发电。

氢能增程汽车用燃料电池堆发电。

区别仅此而已,可是以丰田、本田、现代、起亚和宝马等品牌为主的氢燃料汽车销量却极其低,是什么原因造成了这种反差?答案也非常简单。那就是氢燃料电池堆(发电器)的制造成本是内燃机的好几倍之高,同时氢燃料的使用成本却一点不比内燃机低、甚至更高;而且氢能的运输和储存成本非常高,所以加氢站势必很少。

全球范围内共有约875座加氢站,国内加氢站只有约350座。

而全国城市接近700座,县区超过2000个。

全国共有加油站超11万座,可是密度还是感觉不够高;充电桩有数百万个,然而仍旧有相同的感觉。所以从运输和储存的成本来分析,加氢站则难以普及,补能无法普及那车子也就没法用了;加之其高制造成本导致车辆价格过高,性能又普遍比同级普通增程车差一些,所以氢能增程汽车也就没有什么意义了。

这就是增程汽车,不过不论是增程还是混动,最终都会被淘汰;因为汽车最终目标是实现纯电动化,现阶段推动增程的原因主要是充电桩还不够多,反之,一旦足够多也就不再需要混动和增程了。

编辑:天和Auto-汽车科学岛,天和MCN发布,保留版权保护权利

标签: 氢能 省油

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