增程式電動(dòng)汽車技術(shù)及市場(chǎng)詳解 - 副本

一、何為增程式電動(dòng)汽車在我國(guó)根據(jù)《GB∕T19596-2017電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)》對(duì)增程式電動(dòng)汽車的定義（增程二字定義中英文解釋是rangeextended，縮寫是RE，有些車企用的是“ER”）是這樣的：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的解釋，增程車輛應(yīng)至少有兩種模式即純電模式與“增程補(bǔ)能模式”，且該“輔助供電裝置”是獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的（即不參與任何車輛驅(qū)動(dòng)的直接傳動(dòng)，也就是僅用于給電池充電，可以簡(jiǎn)單理解為“充電寶”）。而美國(guó)的CARB該類汽車的要求是這樣的：主要是在續(xù)航與排放方面的要求。

很多人會(huì)將增程與插電混動(dòng)相混淆，我們用張簡(jiǎn)圖對(duì)比一下：中間的示意圖可以看出，增程器與整車傳動(dòng)并無(wú)機(jī)械連接僅有電氣連接，而插電混合動(dòng)力車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)是與傳動(dòng)有直接連接的。二、增程器與電氣架構(gòu)2.1增程器我們已經(jīng)了解了增程式電動(dòng)汽車的概念了，那么增程器又是什么呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，增程器就是“發(fā)動(dòng)機(jī)+發(fā)電機(jī)”，只是該發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)有些區(qū)別（因?yàn)樵龀唐鞴ぷ鞯墓r無(wú)需覆蓋傳統(tǒng)車上的所有工況，比如傳統(tǒng)車上發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)需要起動(dòng)機(jī)，而增程發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是由發(fā)電機(jī)（或叫集成啟動(dòng)發(fā)電一體機(jī)IntegratedStarterGenerator）完成的，所以該發(fā)動(dòng)機(jī)上是不需要起動(dòng)機(jī)的），為了提高系統(tǒng)效率往往需要對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如使用阿特金森循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)、提高壓縮比等優(yōu)化方式，有些企業(yè)在開(kāi)發(fā)前期還是會(huì)直接使用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行增程器開(kāi)發(fā)，這樣的產(chǎn)品效率往往極低。而發(fā)電機(jī)則有內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)、外轉(zhuǎn)子電機(jī)、平行軸集成電機(jī)等，這一切都是為了提升效率而進(jìn)行的開(kāi)發(fā)。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)雙質(zhì)量飛輪（老式的也有單質(zhì)量飛輪+離合器）連接后的總成即為增程器。吉利新能源E-power增程器上圖即使用雙質(zhì)量飛輪連接，在增程器工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速基本是一致的。我們知道功率的一個(gè)公式——功率=（轉(zhuǎn)速*扭矩）/9550——為了達(dá)到同樣的功率，要么通過(guò)提高轉(zhuǎn)速要么加大輸出扭矩，而電機(jī)的大部分成本是在線圈，所以有些企業(yè)通過(guò)差速裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)異構(gòu)連接，假設(shè)速比為5:1，那么發(fā)動(dòng)機(jī)1000r時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到5000r，這樣就可以降低扭矩的輸出從而降低電機(jī)的成本，但同時(shí)提高了對(duì)于機(jī)械的要求。2.2電氣架構(gòu)市面上存在三種增程式電氣架構(gòu)（簡(jiǎn)圖僅體現(xiàn)CAN拓?fù)洌覀儺媯€(gè)簡(jiǎn)圖：架構(gòu)一，REMS（增程管理系統(tǒng)）掛于整車公共CAN上，接收電池和整車的信息，然后控制協(xié)調(diào)EMS（發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)）和GCU（發(fā)電機(jī)控制器），從而進(jìn)行增程器發(fā)電給電池充電。此類架構(gòu)較為分布，原有零部件供應(yīng)商工作量小，只需進(jìn)行REMS開(kāi)發(fā)即可，EMS、GCU不直接接入公共CAN，而是通過(guò)REMS進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。架構(gòu)二，取消REMS，將增程控制功能集成到EMS、GCU或VCU中，根據(jù)各家車企對(duì)于各零部件的協(xié)調(diào)程度與開(kāi)發(fā)費(fèi)用而定（私為客戶開(kāi)發(fā)過(guò)其中兩種），無(wú)特別優(yōu)劣之分，制造成本降低（少個(gè)節(jié)點(diǎn)），但同時(shí)對(duì)于軟/硬件要求提高，往往需要付出一筆不菲的開(kāi)發(fā)費(fèi)。架構(gòu)三，取消EMS、REMS，將發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能與增程控制功能集成到VCU中，需對(duì)VCU進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)（此時(shí)的VCU已經(jīng)是一個(gè)動(dòng)力域了，私正在進(jìn)行），硬/軟件要求進(jìn)一步提升，降低了生產(chǎn)制造成本。個(gè)人觀點(diǎn)：GCU畢竟涉及高壓，高壓器件整合到高壓的“多合一”中，EMS這類低壓件集成到低壓節(jié)點(diǎn)會(huì)更合適。2.3系統(tǒng)軟件增程系統(tǒng)軟件采用模型開(kāi)發(fā)（也有企業(yè)采用代碼形式）。如今輕型車排放指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到第六階段，除功能外還需進(jìn)行OBD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。整零部件節(jié)點(diǎn)凡失效時(shí)會(huì)對(duì)整車排放產(chǎn)生影響的皆需要進(jìn)行該功能的開(kāi)發(fā)（而并非只有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)需要），例如整車儀表盤，若該節(jié)點(diǎn)部分功能異常了，但并不會(huì)對(duì)整車排放有影響，那么該節(jié)點(diǎn)就可以不考慮。但是像VCU、BMS這些節(jié)點(diǎn)，一旦功能異常了是會(huì)對(duì)整車動(dòng)力產(chǎn)生影響的，從而會(huì)影響到排放，故而該類節(jié)點(diǎn)就需要進(jìn)行規(guī)劃了。但重型車排放法規(guī)并未正式落地（且未有針對(duì)增程的）所以商用車有部分區(qū)別。三、增程式電動(dòng)車市場(chǎng)及應(yīng)用在進(jìn)行市場(chǎng)分析之前，我們先來(lái)回顧一下由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)牽頭組織編制的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》中提到的新能源汽車在未來(lái)15年的發(fā)展。至2025年，汽車年產(chǎn)銷規(guī)模達(dá)3200萬(wàn)輛，2030年汽車年產(chǎn)銷規(guī)模達(dá)3800萬(wàn)輛，到2030年汽車年產(chǎn)銷規(guī)模將達(dá)4000萬(wàn)輛。至2025年新能源汽車占總銷20%左右，3200*0.2=640萬(wàn)輛/年,；2030年新能源占總銷量40%，3800*0.4=1520萬(wàn)輛/年；2035年新能源汽車占總銷量50%，4000*0.5=2000萬(wàn)/年；至2025年純電占90%，剩余10%為混動(dòng)（含增程）+燃料電池汽車，640*0.1=64萬(wàn)輛/年；2030年純電占93%，剩余7%為混動(dòng)（含增程）+燃料電池汽車，1520*0.07=106.4萬(wàn)輛/年；2035年純電占95%，剩余5%為混動(dòng)（含增程）+燃料電池汽車,2000*0.05=100萬(wàn)輛/年；2025年氫燃料電池車保有量（非銷量）為10萬(wàn)，2030年到2035年保有量為100萬(wàn)輛。減去氫燃料汽車的數(shù)量，混合動(dòng)力是否就可以有個(gè)大概了呢？由于官方未發(fā)布2021全年的新能源汽車數(shù)據(jù)，我們暫且看一下到2021年11月份止的數(shù)據(jù)（趨勢(shì)不會(huì)有非常大的變化的）：而截止2021年11月份，新能源汽車?yán)塾?jì)生產(chǎn)302.2萬(wàn)輛，插混占比為17.13%。而新能源乘用車為286.9萬(wàn)輛（2021年1-12月新能源乘用車批發(fā)331.2萬(wàn)輛），插混占比為17.95%。新能源商用車15.4萬(wàn)輛，插混占比為19.48%。增程式電動(dòng)汽車廠家的銷量（理想2021年全年銷量90491輛，其他車企銷量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理想）除理想外并無(wú)特別出色者。我們即使說(shuō)增程會(huì)占到插混的一半，那么到2035年，那么按照《路線2.0》的預(yù)估增程（乘/商一起）年產(chǎn)銷應(yīng)為100*0.5=50萬(wàn)輛，理想已經(jīng)形成品牌效應(yīng)，那么其他推出增程式汽車的車企又能有多少份額呢？而隨著電池技術(shù)的不斷突破（廣汽埃安LXPlus號(hào)稱全球最長(zhǎng)里程的純電動(dòng)，配備144.4kWh電池，電池密度205wh/kg），混動(dòng)將面臨更大的挑戰(zhàn)（不過(guò)2022年電池要漲價(jià)20%左右，至少近幾年還是有市場(chǎng)的。）我們?cè)倏纯磭?guó)外分析公司IDTechEx

對(duì)增程市場(chǎng)的預(yù)測(cè)：按他們這個(gè)說(shuō)法市場(chǎng)還是挺大的（但是不知為啥，后來(lái)這篇文章在官網(wǎng)找不到了）。所以私以為，增程在乘用車市場(chǎng)將得不到太持久的應(yīng)用。那么在商用市場(chǎng)如何呢？私覺(jué)得在中型商用車和部分特種車輛上是有可作為的。我們先來(lái)看一下2022年的新能源汽車推廣補(bǔ)貼方案：商用與乘用不同，商用講究高效，“人停車不停”是為了盈利，一輛200+km續(xù)航的純電動(dòng)物流車往返于各站點(diǎn)，憑借其高承載率、路權(quán)優(yōu)勢(shì)在各大城市中可被廣泛應(yīng)用。但對(duì)于跨城市的物流/生鮮配送，純電動(dòng)物流車則就會(huì)顯的力不從心。而生鮮配送的冷藏車的使用更是對(duì)于用電量有極大的需求，純電動(dòng)物流車在保證續(xù)航足夠的前提下還要去兼顧冷凍功能，對(duì)于電池來(lái)說(shuō)是有極大壓力的。而市場(chǎng)的發(fā)展卻是不等人，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年全球生鮮食品腐壞在路上的有近4000噸。據(jù)中物聯(lián)冷鏈委數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)冷鏈車市場(chǎng)保有量達(dá)27.5萬(wàn)輛。2020年全年冷藏車銷量為67205，而柴油冷鏈車銷量為60150，占比89.5%，新能源（輕型純電動(dòng)）銷量458輛，占比0.68%。從數(shù)據(jù)看，新能源冷鏈有著巨大的市場(chǎng)潛力。但是目前市場(chǎng)的增程商用車小問(wèn)題頻出，嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)。同時(shí)由于商用車國(guó)六排放法規(guī)未正式落地更別說(shuō)針對(duì)于增程的排放法規(guī)了，目前開(kāi)發(fā)該車型的車企多借鑒輕型車國(guó)六法規(guī)，有些車企則只關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)排放而忽略了增程的排放與零部件的開(kāi)發(fā)，總之開(kāi)發(fā)技術(shù)及水平參差不齊。另外一些特種車輛對(duì)于電量需求極大，純電目前尚無(wú)法滿足需求，如清潔垃圾車、房車、消防特種車、應(yīng)急補(bǔ)電車、中卡貨運(yùn)等。重卡車輛由于電量需求大（500kWh+），充電目前尚是瓶頸，增程是一種解決方案，但該類型車換電（需考慮建設(shè)成本）也是不錯(cuò)的選擇。從制造成本上看，我們大體初略估算一下（以N2類6米商用車為例）：6米廂式純電動(dòng)貨車（總質(zhì)量4.5T），以90kW.h電池的為例，目前電池系統(tǒng)成本按照1100元/kW.h計(jì)算，動(dòng)力電池價(jià)格近10萬(wàn)元，電機(jī)、電控、車身、底盤等按照7萬(wàn)元計(jì)算，整車制造成本17萬(wàn)元。采用增程方案，可以安裝20kW.h動(dòng)力電池（5C放電），配合增程器，電池系統(tǒng)價(jià)格按照1500元/kW.h

計(jì)算，電池價(jià)格3萬(wàn)元，增程器成本3萬(wàn)元左右，合計(jì)6萬(wàn)元，其它部件采用與純電動(dòng)汽車采用相同的配置，總成本控制在13萬(wàn)元，與傳統(tǒng)車差距縮小。相比純電動(dòng)成本有4萬(wàn)元的優(yōu)勢(shì)。相同載貨能力的傳統(tǒng)柴油車目前價(jià)格在10~13萬(wàn)元，與傳統(tǒng)車輛對(duì)比，純電動(dòng)和增程制造成本均有所上升。但隨著各地對(duì)路權(quán)的限制，純電動(dòng)和增程可以依靠路權(quán)（可以掛綠牌）、各地逐步推出的運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼和使用成本優(yōu)勢(shì)來(lái)贏得客戶。相同配置的插電混動(dòng)車型，其動(dòng)力電池可選用與增程式車型同等容量的20kW.h電池，加一套動(dòng)力系統(tǒng)，包含起動(dòng)機(jī)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱以及傳動(dòng)系統(tǒng)合計(jì)費(fèi)用大約在6~7萬(wàn)元，其它部件采用與純電動(dòng)汽車采用相同的配置，總成本也可控制在13~14萬(wàn)之間，與增程式價(jià)格不相伯仲。用戶購(gòu)置及使用成本對(duì)比：項(xiàng)目傳統(tǒng)燃油車純電動(dòng)增程式電動(dòng)插電混合動(dòng)力購(gòu)置成本12191515日行駛里程（km）300300300300日能源使用量（L/kW.h/kg）36（L）90（kW.h）30kW.h+20L（汽油）30kW.h+22L（汽油）能源單價(jià)（元）6.81.21.2（電）+6.8（汽油）1.2（電）+6.8（汽油）年使用成本（300天/萬(wàn)元）7.3443.245.165.568年車輛維護(hù)成本（萬(wàn)元）10.50.80.85年后殘值（萬(wàn)元）3122年綜合成本（萬(wàn)元）7.344+1+(12-3)/5=10.1443.24+0.5+(19-1)/5=7.345.16+0.8+(15-2)/5=8.565.568+0.8+(15-2)/5=8.968說(shuō)明：1）純電動(dòng)車日行駛300公里需要兩次充電，受充電時(shí)間影響，實(shí)際運(yùn)行300公里有難度；2）增程式無(wú)里程焦慮，電池淺充淺放，5年后不用考慮電池更新，純電車輛與插混車輛需要考慮更新；3）日運(yùn)行里程越多，與傳統(tǒng)車輛比較純電動(dòng)、增程式及插混的優(yōu)勢(shì)越明顯?？紤]后期運(yùn)行補(bǔ)貼，純電動(dòng)與增程式的優(yōu)勢(shì)更明顯；4）增程與插混的綜合使用成本接近，但對(duì)于電池而言，增程式車輛更加友好；5）就工況而言，插混更適合高速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行于效率最優(yōu)點(diǎn)。增程式車輛則更適合于工況頻繁變動(dòng)的城際及礦區(qū)類作業(yè)，整體功率效率更高。我們以每公里運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)1.5元進(jìn)行近似計(jì)算各車型的投資回報(bào)周期：項(xiàng)目傳統(tǒng)燃油車純電動(dòng)增程式電動(dòng)插電混合動(dòng)力購(gòu)置成本（萬(wàn)元）12191515日行駛里程（km）300300300300年綜合成本（萬(wàn)元）10.1447.348.568.968年運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)（萬(wàn)元）13.513.513.513.5成本效益平衡（月）4337