增程式電動車

1、8月31日，通用汽車中國公司宣布量產(chǎn)版雪佛蘭Volt正式登陸中國，并取名沃藍(lán)達(dá)。這輛全球首款量產(chǎn)增程型電動車將在2011年底進(jìn)口中國銷售，屆時中國將成為美國本土之外首個引入雪佛蘭volt的市場之一。通用之所以這么看重中國市場，完全是源于當(dāng)前出現(xiàn)在中國汽車行業(yè)的新能源熱潮。而雪佛蘭Volt從其概念車的誕生，到如今量產(chǎn)車的下線，在其電力驅(qū)動系統(tǒng)、能源管理、電池技術(shù)以及設(shè)計理念和開發(fā)流程等 方面，都有許多獨到之處，而這正是最值得處于新能源熱潮中的中國汽車企業(yè)好好學(xué)習(xí)的。通用稱Volt是一種為了滿足較長行駛里程需求而增加輔助性汽油發(fā)動機(jī)的純電動車，并取名為"Extended Range El

2、ectric Vehicle"，即增程式電動車，簡稱 E-REV。到底Volt有多神奇，是不是真的如通用所宣稱的“雪佛蘭 Volt沒有競爭對手”【1】，讓我們剝繭抽絲，揭開其神秘的面紗。一、Volt電力驅(qū)動系統(tǒng)解析據(jù)通用介紹，Volt是目前唯一一款能夠在全天候、全路況下行駛且不必為電池電力擔(dān)心的電動車。當(dāng)行駛里程小于40英里（64公里）時，能夠完全依靠車載的16kWh鋰離子電池所儲備的電量來驅(qū)動車輛， 從而實現(xiàn)“零油耗、零排放”。當(dāng)車載電池電量消耗至最低臨界限值時，增程式發(fā)動發(fā)電機(jī)將自動啟動并 為其繼續(xù)提供電能，以實現(xiàn)額外高達(dá)數(shù)百公里的續(xù)駛能力?！?】從前可知，通用將Volt定義為增

3、程式電動車， 本質(zhì)上還是電動車。但是是不是真如通用所言，Volt就是電動車了呢？還是讓我們來仔細(xì)研究分析一下Volt的電力驅(qū)動系統(tǒng)。Volt采用通用全新“Voltec ”平臺，也稱為“ex ”平臺，是通用試圖將零件標(biāo)準(zhǔn)化以備未來量產(chǎn)各種電動車的電力驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)最初誕生時包含16kWh鋰電池、電動機(jī)以及插電充電系統(tǒng)搭配一 個集成53kW發(fā)電機(jī)的排量為1.0L汽油發(fā)動機(jī)機(jī)。同時，該平臺的汽油發(fā)動機(jī)可以換成其他排量的汽油發(fā) 動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)，甚至是燃料電池，以便滿足未來開發(fā)各種新能源車輛的適應(yīng)性。經(jīng)過通用幾年的開發(fā)、 測試，現(xiàn)在 Volt使用的是一套包含一個峰值功率為 110kW，扭矩達(dá)到370

4、Nm 的電動機(jī)和16kWh鋰電池 以及一個集成發(fā)電機(jī)的排量為 1.0升3缸ECOTEC汽油發(fā)動機(jī)。并不像當(dāng)前的其他并聯(lián)式混合動力車輛，Volt的汽油發(fā)動機(jī)并沒有使用任何機(jī)械結(jié)構(gòu)連接到車輪。而是全靠鋰電池和電動機(jī)控制車輪，在電池充滿電的 情況下，純電力行駛里程達(dá)到 64千米（40英里）。根據(jù)美國交通部的調(diào)查， 75%美國的上班族的平均里程 為33英里，如果使用Volt的話，可以完全不必啟動發(fā)動機(jī)而完全依靠電池組電量就能完成上下班。如Volt需要行駛較長里程時，車載發(fā)動發(fā)電機(jī)會通過燃燒少量汽油來為車輛供電，足以保證Volt繼續(xù)行駛數(shù)百里程。也許這么看來，Volt似乎真的正如通用所言，真是電動車了。

5、但是，仔細(xì)分析結(jié)果卻不盡然。咱們從Volt的工作原理入手，還原其真實面目。、Volt的工作原理發(fā)動機(jī)> 發(fā)電機(jī)> 電池車輪 C 電動機(jī) *機(jī)械能傳）獅徑電能傳遞路徑圖1 Volt電力驅(qū)動系統(tǒng)簡圖如圖1所示，各種能量在 Volt電力驅(qū)動系統(tǒng)中的傳遞方式及方向均可一目了然，看到這個圖，很 多人應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，Volt的結(jié)構(gòu)似乎與某種混合動力系統(tǒng)相似。對的，其實本質(zhì)上，Volt的動力系統(tǒng)應(yīng)該屬于串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。但是， Volt也有其特殊之處，在一套系統(tǒng)中體現(xiàn)出兩種動力系統(tǒng)，而這兩種動 力系統(tǒng)則是通過兩種工作方式體現(xiàn)的。第一種工作方式為純電動工作模式。此時，電池電量為充滿狀態(tài)，車輛行駛能

6、量均來自電池，其電力驅(qū)動系統(tǒng)能量傳遞方式及方向如圖2所示。電池提供電能給電動機(jī)，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能提供給車輪使車輛行駛，此時，發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)均不工作,Volt就相當(dāng)于一輛純電動車輛發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)電池車輪 C 電動機(jī)W|機(jī)械能傳遞路徑電能傳遞牆徑圖2 Volt電力驅(qū)動系統(tǒng)純電動工作模式下能量走向圖第二種工作方式為“增程式”工作模式。所謂“增程式”是根據(jù)通用公司對Volt的定義，在電池電量耗盡時，啟動發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電力驅(qū)動車輛行駛。此時能量傳遞方式及方向可借用圖1說明，此時，發(fā)動機(jī)工作，使發(fā)電機(jī)發(fā)電，提供部分電能給電池，以維持其容量在某個固定值，另一部分電能提供 給電動機(jī)，以繼續(xù)驅(qū)動車輛

7、行駛，此時， Volt已經(jīng)搖身一變，成為一輛串聯(lián)式混合動力車輛了。看到這里， 大家應(yīng)該已經(jīng)明白了，Volt其實就是一輛插電式串聯(lián)混合動力車，只是通用為其換一個名字。本質(zhì)上還是混合動力車輛。但是，Volt的兩種工作模式是如何轉(zhuǎn)換的呢？通用出于對電池壽命方面的考慮， 將Volt電力驅(qū)動系統(tǒng)中鋰電池的“滿”狀態(tài)定義為其電池 SOC （State of Charge ，即電池的荷電狀態(tài)）為 85%，而將電池的“空”定義為電池 SOC為30%。也就是說， 當(dāng)電池的電量低于30%時，工作模式從純電動轉(zhuǎn)換為“增程式”，此時發(fā)動機(jī)啟動，工作在其最佳工況點（即最省油工況），帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，其產(chǎn)生的部分電能維持電

8、池SOC在30%左右，剩余電能提供給電動機(jī)以供車輛繼續(xù)行駛。當(dāng)車輛行駛到可以充電的地點時，車主可以使用標(biāo)準(zhǔn)的家庭插座充電，將電池SOC由30%提高至85%，以迎接下一次“零油耗，零排放”旅程。三、與其他車型的對比表1 Volt與普通燃油驅(qū)動汽車對比短距離行驗K啟動發(fā)動機(jī)刊嗷濤內(nèi)燃機(jī)通過燃燒K斛（如汽油時所釋放的能墾導(dǎo)致氣體勝脹推動活塞運物；勁r產(chǎn)生機(jī)械ig 從而驅(qū)動汽年行駛。田于內(nèi)燃仇極為普通f因此倆由長距爲(wèi)行粥碗E當(dāng)任;方便r而且有車塞的牟型可供;礙磁擇”但星.污寰 噪音等問靈一直圍以電躺式行駛時噪苣小.畑人仏表2 Volt與混合動力汽車對比is* -*丁 ffjjr更tzI r-?ijy

9、jrlvVoH能夠圧零油舔0參眩的情r混合動力汽車可依靠3.S升汽;脇駛64-96公里“與電動況下行皺64公里.即喳在毛池電車齊局.混合朋力汽車皇以通過收集剎車時產(chǎn)生的能呈以及發(fā)電和補充星快耗盡時.Vott也僅仗變用汽電力.低速衍駐時”莫些混合動力車型可以依靠電力驅(qū)動并在高逵衍油以供詹程型發(fā)和發(fā)毛機(jī)盤電.卷時切換至惴油宜訥駆動.其效率£趕不上電朗汽車r爭煤表現(xiàn)也表3 Volt與電動汽車對比|VoltVoh可収在電池電量耗盡后進(jìn)續(xù)行電動車采用電礎(chǔ)動井日可充距電池組提供電0.薛汽牟的高無尾駛F因為增程型汽:田發(fā)電機(jī)會實現(xiàn)無中戒，噪肓小也有助于減少我怕對石;由的依感 但即便采用了翳的電閭葫

10、啟動，提供電力趙卻汽車七磁術(shù)，電動牟的行駐里程仍然有風(fēng)一旦電池電量耗屋，就必須停車充電.2可以看岀，Volt雖然本質(zhì)是串聯(lián)式混合動力車輛，但是其兩種工作模式，能夠適應(yīng)長、短行駛距離的需求，相比起其他新能源車輛，還是具有一定的優(yōu)勢的。過去本人對純電動車輛一直存在一種擔(dān)心，那就是在電池電量耗盡后，補充電能的問題，不論是快充方式還是更換電池的方式，個人認(rèn)為都不太方便?，F(xiàn)在Volt就很好的解決了這種問題，隨處可見的加油站，使得人們在駕駛新能源車輛時，距離已不再是問Volt相比起并聯(lián)式混合動力車輛，其內(nèi)燃Volt的電力驅(qū)動系統(tǒng)的確是現(xiàn)階段最切題。這就是Volt相比現(xiàn)階段其他純電動車輛最大的優(yōu)勢。同時,

11、機(jī)可運行在最省油狀態(tài)，在節(jié)約能源方面也具有一定優(yōu)勢。所以, 實可行的方案之一。四、電池技術(shù)解析Volt的電池及其能源管理系統(tǒng)更是通用的得意之處,Volt使用的整塊電池組包含 220個電池單元,重量約為170千克（375 磅），呈“ T”字形布置在車身底盤下方。其采用的鋰離子電池，相比起鉛酸（NiMH）Volt的信心，通用針對Volt的電蓄電池，不但重量較輕，也具有較好的性價比。同時為了確保消費者對 池實行8年/16萬公里的質(zhì)保期，基本能夠與車輛同壽命，這充分顯示岀該電池的高質(zhì)量以及穩(wěn)定性。而這 都是基于通用在美國成立了汽車行業(yè)最大最先進(jìn)的電池實驗室，不僅為未來的電池做研發(fā)，而且對電池應(yīng)Volt

12、的電池單元會與錳基陰極材料與添加劑結(jié)用管理及技術(shù)運用也起到重要的作用。比如在安全性方面,合使用以提高在高溫條件下的電池使用壽命。又比如,Volt的電池最低工作溫度為至010C C,寒帶地區(qū)使用 Volt時，如果電池溫度較低，則電池不能正常工作。而Volt的解決方式時，在充電時，電池本身產(chǎn)生熱量可以保持電池的溫度，所以，可以隨時拔掉插頭，正常使用Volt。當(dāng) Volt處于非充電狀態(tài)時，如果電池溫度較低，發(fā)動機(jī)會自動啟動一小段時間使電池達(dá)到工作溫度才關(guān)閉。五、其他獨到之處分析在 Volt 的美國網(wǎng)站上，通用使用了“oun d what makes Volt different, smarter a

13、ndbetter. ”這句廣告語說明Volt不僅在新能源方面有所建樹， 在其他方面也有其獨到之處。 由于篇幅所限， 現(xiàn)只列舉其部分獨到之處。1、智能化管理在智能化管理方面，通用會將Onstar （安吉星）系統(tǒng)安裝在明年登陸中國市場的Volt身上，并且能通過智能手機(jī)進(jìn)行互動。率先在量產(chǎn)車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了通過手機(jī)軟件讓用戶隨時隨地檢查車輛狀況并遠(yuǎn)程控制車輛 的功能。例如：幫助駕駛員隨時隨刻與愛車互聯(lián)；檢查充電水平；查看電能行駛里程和燃料效率；遠(yuǎn)程為 愛車制冷或輸送暖風(fēng)；遠(yuǎn)程關(guān)閉 /開啟車門；設(shè)置充電檔案；還可通過網(wǎng)站實現(xiàn)同樣功能；每月給客戶發(fā)送 電子郵件，提供愛車狀態(tài)信息，【2】等等。2、岀色的外觀造型

14、和空氣動力學(xué)性能為了使Volt在純電動工作模式下行駛更多的里程，通用通過對Volt進(jìn)行長達(dá)500多個小時的風(fēng)洞實驗，采用平滑的外觀設(shè)計，閉合式前進(jìn)氣格柵等設(shè)計方法，以確保車身周圍的空氣流動順暢，最大化降 低風(fēng)阻系數(shù)，雖然通用并未公布Volt的風(fēng)阻系數(shù)，但是通用宣稱 Volt的風(fēng)阻系數(shù)小于豐田普銳斯的 0.25的風(fēng)阻系數(shù)。通過仔細(xì)的分析，可以看出，雪佛蘭Volt的確有許多獨到之處，但是也并非如通用所說的“沒有競爭對手”，希望在明年 Volt正式在中國上市時，能夠出現(xiàn)許多與Volt旗鼓相當(dāng)?shù)摹案偁帉κ帧?，?dāng)然，更希望這其中絕大多數(shù)都是國產(chǎn)的！Volt不是純電動汽車 就像通用中國的總裁甘文維在vol

15、t與leaf誰將競爭取勝的問題上的一個巧妙回答一樣：雪佛蘭Volt沒有競爭對手?！笔裁词?增程式”電動汽車呢？純電動”還好理解，就是電機(jī)+電池來驅(qū)動汽車運動。那么 混合動力”、插電式”電動、 增程式”電動這些概念就不免有些讓人頭暈了。這些概念 之間有什么區(qū)別與聯(lián)系呢？各有什么特點呢？在學(xué)術(shù)界，這些名詞之間并沒有明確的界定，概念之間也存在著一些重合與交叉。筆者建議可以使用這樣一個簡單的標(biāo)準(zhǔn)，將這些概念區(qū)分：電驅(qū)與油驅(qū)，誰主誰副？本混合動力”車（狹義），油主電副，沒有油是跑不起來的。代表是豐田普銳斯。增程式”電動汽車，電主油副，電是主要驅(qū)動力。雖然只有油也可以跑，但一是油轉(zhuǎn)成電才可以驅(qū)動，二是用油

16、時車輛工作在次佳狀態(tài)，因此說油是輔助（參見青主的文章）。代表是通用volt。插電式”（狹義）車，雙主。兩系統(tǒng)基本分離，只有油或只有電都可以跑。代表是比亞 迪 F3DM。純電動”車，只有電驅(qū)。代表是日產(chǎn)leaf?？傮w來說，Leaf與Volt同屬于新能源汽車范疇，而普銳斯最多只可歸為節(jié)能車范疇。我們知道，現(xiàn)階段限制純電動汽車發(fā)展的一個主要因素就是電池的質(zhì)量尚未達(dá)到理想的實用要求。而增程式”電動汽車則可以克服其中一些缺點。筆者的同事就正在從事這方面的學(xué)術(shù)研究，而通用竟然這么快就推出了實用的產(chǎn)品，真的是比較難得。設(shè)計一個1.0L的三缸發(fā)動機(jī)并將其植入到整車中，作為輔助動力源進(jìn)行運轉(zhuǎn)， 并且能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)

17、化量產(chǎn)， 真正 從事研究與設(shè)計的工程師都知道，這并不是一件容易的事情。相比于volt , leaf的純電動路線就顯得有些超前了，160km 的 巡航”里程，在實際使用中，可能要打個折扣到 120km，續(xù)航里程將成為限制leaf發(fā)展的主要瓶頸，而 leaf的純電動路線如果要徹底解決這個問題，只能寄希望于電池技術(shù)的快速進(jìn)步，使電池更輕更小，能量密度更大。這大概是三五年之后的事情，而從2010到2015這一階段，筆者認(rèn)為，增程式”電動汽車將大放溢彩，超過純電動”的風(fēng)光。純電動”的崛起，要依賴于電池技術(shù)的快速進(jìn)步。電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展之后，純電動”將會把 增程式”電動汽車取而代之-畢竟加個輔助動力源

18、，要增加不少成本和設(shè)計生產(chǎn)難度。換句話說，增程式”電動汽車是電動汽車史上的一個階段性產(chǎn)品，是限于時代的電池 技術(shù)的瓶頸而采取的折衷方案。而通用能夠采取這個方案，表現(xiàn)出了其務(wù)實的態(tài)度，其結(jié)果也是有效的：純電續(xù)航 60km ，最大續(xù)航500km ，既可以在平時短程出行中省電節(jié)能， 也能滿足偶爾的出城遠(yuǎn)足-這恐怕是大多數(shù)城市白領(lǐng)的生活方式。增程式”電動汽車如此快地被研發(fā)出來并且量產(chǎn)，不得不讓筆者感嘆：通用volt寶刀一出，劈星斬月。而 插電式”，特指油驅(qū)與電驅(qū)都為主要驅(qū)動源的狹義插電式電動汽車，由于其需要兩套主要驅(qū)動源，所以必然帶來成本的提高。 在同等級的車型中，要么配置降低，要么價格變高， 筆者認(rèn)為這種動力構(gòu)型沒有太大的前景，是細(xì)分市場研究不夠充分的表現(xiàn)， 也可能是項目倉促上馬時間太