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增程式电动车 解决你的充电焦虑症
2020-06-28

随着技术的不断成熟与相关零组件成本不断降低,性能提昇的增程式电动车近几年逐渐成为市场关注焦点;增程式电动车有何巧思?为什幺我们认为在电池技术与成本没有突破性进展的今天,增程式电动车是最适合当前市场的电动车技术?请看我们的分析。

文 许鸿德

近年来全球电动车市场不断扩展,特别是在美国、欧洲以及中国这三个地区;2015年全球电动车销售为45.5万部、2016年则达到70万部,其中2015年中国市场的电动车销售为17.11万部,首次超越美国的11.65万部、成为全球电动车第一大单一市场。2014年之前,美国一直是电动车的领先国家,但2015年后欧洲和中国反而超越美国,2016年大陆的电动车市场以突破30万部的成绩遥遥领先。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症经过多年发展之后,车用锂电池成本已经下降很多但依然不菲,GM集团是研发电动车型历史最悠久的厂商,并推出最适合目前状况之增程式电动车技术。

电动车普及化 仍受锂电池重量与成本限制

从1996年GM集团推出第一款商用电动车型EV1,一直到Tesla创始人兼首席执行长Elon Musk计画于2017年底(该厂成立14年之后)推出售价在35,000美元的电动车产品Model 3(与当今汽油引擎新车的平均价格相差不远),电动车複製了过往手机、录影机和个人电脑的发展道路:先向狂热的消费者销售最昂贵的产品,然后从中获得资金来研发让大众都买得起的产品。而2016年发表、2017年即将问世的Model 3车型意味着电动车或将成主流:Model 3是一款5人座轿车,一次充电续航里程346公里,从静止加速到每小时96.5公里只要不到6秒钟,而不包含补贴的价格(35,000美元)更是瞄準主流消费群。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症从1996年GM集团推出第一款商用电动车型EV1,一直到Tesla计画推出售价约35,000美元的电动车Model 3,电动车可说是複製了过往手机、录影机和个人电脑的发展道路。

时至今日,电动车虽然早已不是什幺稀奇玩意,但距离全民普及仍有许多硬体限制:而最大关键就是经过多年发展之后,车用锂电池成本已经下降很多但依然不菲。

目前国际平均水準是每度电(kW-h/仟瓦-时)的电池成本大约是800~1,000美元(仍在持续降低中),一般电动车要达到100公里续航里程需要20kWh以上的电池容量,这意味着仅是电池成本就要2万美元。同时,电动车有限的里程仍然是它无法逾越的障碍。虽然统计研究表明,纯电动汽车单次充电可以满足90%的日常行驶需求,但用户遇到偶尔超出电动车可用行驶里程或者恰好在电池无电可用的时候,纯电动汽车就显得「束手无策」。目前,针对前述缺陷,能够兼容鱼与熊掌的增程式电动车(Range-extended electric vehicle,R-EEV)就成为瞩目的焦点。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症VELITE 5与市面上多数PHEV不同,由于电池容量显着增加,VELITE 5是第一款能够纯电驱动行驶超过100公里(可达116公里)的插电式增程混合动力车;若再结合高效增程模式,车辆总续航里程可高达768公里,实现新能源汽车「无充电焦虑」的无障碍城际通行。

Buick推出VELITE 5 再次叩关中国市场

增程式电动车可说是最近10年才为大众所熟悉,2007年8月Chevrolet Volt概念车在底特律亮相。通过独创的Voltec 电力驱动技术,在标準的220V普通家用电源为其T型16kwh的锂离子电池充电6.5小时后、Volt就能纯电驱动方式行驶80公里。但如果在电量不足情况下也有行驶需求时,车内1.4升引擎将启动、驱动发电机产生电能供给电动马达,35升的油箱容积可延长约490公里的续航里程。

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性能提昇的增程式电动车亦再次进入中国市场:上汽通用推出了续航里程高达768公里的插电式增程混合动力车Buick VELITE 5,价格仅是当时进口Volt车型的一半。Buick VELITE 5车内的EREV增程式混合动力系统由一具1.5升自然进气引擎、一套拥有控制器的电驱系统以及一个容量为18kWh的锂离子电池组所构成。

由于电池容量显着增加,VELITE 5以纯电行驶为优先驾驶模式(超长纯电续航里程可达116公里),是第一款能够纯电驱动行驶超过100公里的插电式增程混合动力车;若再结合高效增程模式,车辆总续航里程可高达768公里,实现新能源汽车「无充电焦虑」的无障碍城际通行。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症借鑒第一代Volt的宝贵经验,第二代全新Volt在许多性能指标上都有明显提昇。

VELITE 5综合油耗仅为每百公里0.9升,是中国市场首款百公里油耗低于1升的国产混合动力汽车。最后VELITE 5在电动模式和增程模式下都採用高效合理的动力分流(Power Split)技术,充分发挥电动马达和引擎的各自优势,实现能效最大化,并在任意电池电量状态下给予用户一致的性能表现。

图说05-1+05-2;VELITE 5与市面上多数PHEV不同,由于电池容量显着增加,VELITE 5是第一款能够纯电驱动行驶超过100公里(可达116公里)的插电式增程混合动力车;若再结合高效增程模式,车辆总续航里程可高达768公里,实现新能源汽车「无充电焦虑」的无障碍城际通行。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症Buick VELITE 5增程型混动车的续航里程能匹敌传统燃油车与Model S 100D顶级电动汽车,而它仅用了一个34升小油箱与18kWh电池组,在成本与车重都有极大优势。

BMW与其他品牌 亦看好增程式电动车

BMW也选择在入门电动车型i3车内提供增程式电动套件,BMW i3是汽车历史上第一款大量使用碳纤维材料的量产车,根据计算,在i3与i8车型内使用碳纤维所减轻的重量基本上可抵消电动车内电池增加的额外重量。由于车身重量减轻了30%,行驶同样远的距离可减轻对电池模组的需求,BMW工程团队认为这是一种非常有效的折衷方案。

在车体与底盘方面,BMW i3选择以碳纤维複合材料车身及铝合金底盘的组合,其中碳纤维车体部份总重量仅180公斤,但高强度特性可确保车内乘客与高压电池模组的安全性。最后结果是车身总重较同级车减轻50%:车长近4公尺的BMW i3全车重仅1195公斤。BMW i3车内搭载总容量22kWh、由8个锂离子单元组成的电池模组、每个单元由12颗锂离子电池所构成。加上BMW特殊设计的外壳和固定系统保护后总重约230公斤,原厂则提供此套电池模组8年或10万公里保固。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症BMW i3车内搭载总容量22kWh、由8个锂离子单元组成的电池模组、每个单元由12颗锂离子电池所构成。

这样的电池容量与主要对手Tesla Model S相比略有逊色:该车型的Signature Performance顶级版本包括一组容量高达85 kWh的锂离子电池(重量将近700公斤),电池容量较小的Model S入门版本则包括起价57,400美元(搭载40kWh的锂离子电池)以及起价67,400美元(搭载60kWh的锂离子电池)。

而针对电动车基础设施还未成熟的地区(包括亚洲市场),BMW则主推增程动力车型i3 Range Extender。i3 Range Extender除了可输出170匹最大马力、最高转速为11400rpm的同步电动马达之外,另搭载一颗拥有34匹最大马力的650c.c双缸小引擎(并非直接驱动车辆而是推动发电机发电)。在日常使用的情况下,纯电动版本i3预计拥有130至160公里的行驶距离,在ECO Pro+节能模式下的最大里程则上看200公里。增程动力车型儘管因为引擎和油箱的搭载而增加车重至1315公斤,却可提高最大行驶距离来至300公里,更加实用。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症针对电动车基础设施还未成熟的地区(包括亚洲市场),BMW主推增程动力车型i3 Range Extender,选配价格约4,000美元。

Audi A1 e-tron增程版亦搭载一具排气量极小的转子引擎(排气量254c.c.、引擎加上发电机模组总重仅70公斤),该车在纯电动模式下、车辆可连续行驶50公里,如果行程超过前述距离、小型转子引擎则对电池进行充电并增加车辆续航里程(增加200公里),增程转子引擎噪音低、几乎不产生振动并具有良好的驾驶体验。

而中国业者近年亦先后推出增程式电动车型:2010年在深圳,配备了8kW自动开启增程器的奇瑞增程式电动车S18D-REEV亮相、其续航里程可达300公里。2012年吉利展出了GPECs(Geely Plug-in Electric Car)-EC7车型,使用输出功率为50kW的1.0升直列3缸引擎搭配最高输出功率为70kW的电动马达,并搭载15kWh磷酸铁锂电池,纯电续驶里程为60公里。2013年江淮汽车推出iREV,搭载一具35kW引擎搭配两台永磁电动马达,电动马达总功率为91kW并採用12kWh的磷酸铁锂电池。2015年底广汽推出GA5增程式电动车,动力系统为一具永磁同步电机、1.0升引擎与13kWh磷酸铁锂电池组,电池组可提供最多80km纯电续航里程,配合45升油箱与汽油引擎可延长总续航里程至600公里以上。

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设计哲学符合当今市场与国情

增程式电动车为「串联式插电混动动力系统」,对比「并联式插电混动动力系统」,串并联之区分在于是否存在两套驱动系统(主要区别在于是否存在变速箱及传动系统),例如Buick君越混合动力版30H、比亚迪混合动力SUV车型「唐」都属于「并联式插电混动动力系统」,车内搭载内燃式引擎与电动马达两套完整驱动系统,在不同状况更替着驱动车轮;而Buick VELITE 5、BMW i3等增程型混动车仅将内燃式引擎能量单向转化为电力、电力再单向转化为动能的设计就属于「串联式插电混动动力系统」。

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部分行业人士认为近几年增程式电动车在大中华市场的发展不算成功,主因在于这类车型只是燃油车演进至电动车的过渡车型,加上增程式混动车并非所有路况都有高能源使用效率,例如在高速路段时,内燃式引擎直接输出动力将更经济,而增程式混动由于多了油转电环节、会造成不必要的能源损耗。

前述见解主要出自于对电动车的误解:以Buick VELITE 5为例,其纯电池动力续航里程已超过100公里,满足绝大多数人每日用车所需,採用内燃式引擎发电的机率少于10%以下,而以Toyota Prius为首的并联式插电混动动力车型,由于电池容量极小(约4-5kWh,仅为VELITE 5的四分之一),多数情况都是使用内燃式引擎驱动车辆(环保效益亦十分有限),两类车辆从设计思维出发点就有所不同,混为一谈并不适当。

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而电池重量与电动车性能亦息息相关;举例而言,特斯拉顶配版Model S 100D若保持70公里的时速并开启空调,满电续航里程是744公里,该车搭载100kWh电池组,光是电池组的重量就超过700公斤、更不要说电池组成本超过6万美元以上。反观Buick VELITE 5增程型混动车的续航里程能匹敌传统燃油车与Model S 100D顶级电动汽车,而它仅用了一个34升小油箱与18 kWh电池组,不论是成本(增程套件总成本约4,000~5,000美元,换算成电池容量仅能增加5kWh)与车重(增程套件总重不超过100公斤)都有极大优势,Buick VELITE 5还少了传统变速箱,这又减少了100~150公斤的重量(包含7公升的液体变速箱油)与变速箱的体积佔用,我们不得不佩服GM集团工程团队的巧思。

目前许多迹象都显示增程式电动车前景十分光明,甚至或由民用车逐渐扩张至商用车领域;电动客车/巴士之所以价格昂贵,主要都来自于电池成本。如果能减少一半甚至2/3的电池装载量,无论成本还是车辆载重负担都能减少很多,而增加的增程套件成本完全可以在其中抵消,甚至还能使整车价格更低。

增程式电动车 解决你的充电焦虑症以Toyota Prius为首的并联式插电混动动力车型,由于电池容量极小(仅为VELITE 5的四分之一),多数情况都是使用内燃机驱动车辆(环保效益亦十分有限)。

根据Taylor Nelson Sofres市场研究公司对家庭用车每年超过130km的问卷结果显示:对于第二选择用车,一年行车距离从来没有到130公里的佔比为15%;一年行车距离超过130公里的频率在1~6次之间的佔比为12%;频率在7~15次之间的佔比为4%;频率在15~30次之间的佔比为1%;频率超过30次的佔比趋近于0%,不论是从成本、使用便捷及环保效益角度来看,类似Buick VELITE 5的增程式电动车都是前述客群最合适的选择。