增程式电动汽车动力总成关键技术揭秘

根据美国通用汽车公司Tate等人^[6]给出的定义，增程式电动汽车（Extended Range Electric Vehicle，E-REV）是指整车在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能，而当车载可充电电池无法满足续驶里程要求时，打开车载辅助发电装置为动力系统提供电能，以延长续驶里程。根据该定义，增程式电动汽车在本质上属于纯电动汽车，在续驶里程要求较低的情况下，可使用纯电动模式行驶，只有当需求续驶里程超过纯电动范围时才起动发电单元，进入混合动力模式。

混合动力汽车在结构形式上可以分为串联式、并联式、混联式和复杂式四种^[7]，增程式电动汽车属于串联式混合动力汽车，其基本构型如图1-1所示。串联式混合动力结构较为简单，由驱动电机直接驱动车轮，而发动机和发电机组成辅助发电单元（Auxiliary Power Unit，APU）与动力电池联合为驱动电机提供电能。由于增加了续驶里程，APU系统又称为增程器系统（Ranger-Extender，RE），由发动机和发电机以及它们之间的弹性连接装置组成。

如果从可插电式混合动力向纯电动方向继续延伸，增加在行驶过程中对可充电电能的使用，即是近年来出现的增程式电动汽车。目前，普遍的观点认为，增程式电动汽车虽然属于插电式电动汽车的一种，但是其也有着较为独立的特征。

图1-1 增程式电动汽车的基本构型(www.xing528.com)

增程式电动汽车主要由整车控制系统、动力电池系统、动力驱动系统以及APU共同组成^[5]。增程式电动汽车从根本上改善了整车的排放性能和燃油经济性，弥补了电动汽车续驶里程的不足^[6]。增程式电动汽车是克服当前动力电池缺陷、纯电动汽车向燃料电池汽车过渡，实现交通领域节能环保的最佳技术方案。

增程式电动汽车以电力驱动为主，小型发动机与发电机组成增程器系统作为电力补充。据统计80%用户日出行里程低于80km，增程式电动汽车在纯电动驱动模式下行驶80km所配备的电池数量与续驶里程200km以上的纯电动汽车相比大幅降低，可以减轻整车重量、节约成本。增程器可弥补电动汽车超出常用纯电里程情况下的电力供给，并且电力不依赖于高功率充电站，方便了用户的使用。增程器可连续工作在最佳转速下，输出的功率和转矩也基本恒定，因而其效率、排放、可靠性等均处在最佳状态，实现了未配备大容量动力电池时有效延长续驶里程的目标。因此，在国际竞争日趋激烈的环境下，随着新能源汽车产业化的不断深入，在电池技术无法满足续驶里程需求等关键问题的背景下，增程式电动汽车以其成本不高、节能且最易推广的优势，成为我国向纯电动汽车过渡期间的最佳电动车型，开发增程式电动汽车迫在眉睫。

增程式电动汽车与插电式混合动力汽车（PHEV）有所区别，其中增程式电动汽车的发动机不直接参与驱动车轮，其系统构型一般为串联式，且在运行中存在连续的纯电动区域。因此，该构型对电驱动系统的输出功率、转矩要求较高，同时对电池容量需求较大；而APU的需求功率较小，且工况较为固定，APU系统中发电机和发动机的性能匹配以及工况点选择对系统效率尤为重要。对于插电式混合动力汽车，其构型可为并联式或混联式，发动机可直接参与驱动车轮，且可以不设计连续的纯电动区域。因此，该方案对电池容量和电驱动系统输出功率、转矩要求较低，而发电机、发动机、驱动电机、电池之间的综合匹配优化是提高系统效率的重要途径。

在能量管理方面，插电式混合动力汽车和增程式电动汽车有共同点。传统混合动力以优化发动机工况点、提高混合动力的经济性为主要目的，而插电式混合动力汽车和增程式电动汽车则同时兼顾提高混合动力经济性和增加电池能量使用两方面。因此，相比于传统混合动力，插电式和增程式电动汽车能够更大限度地使用外部的电能替代化石燃料。而相对于纯电动汽车，增程式电动汽车可以通过车载发电单元的工作，弥补由于电池能量密度较低导致续驶里程不足的缺陷，同时在电池电量较低时保证车辆行驶的动力性，防止对动力电池进行深充电或深放电。因此，增程式电动汽车是介于纯电动汽车和传统混合动力汽车之间的一种构型^[8]。