增程式节能汽车技术要点分析

李华文

摘要：增程式电动汽车的动力来自于驱动电机，行驶中只消耗电能。其机械结构介于纯电动汽车与混合动力电动汽车之间。增程式电动汽车结构简单，可以在多种模式下工作。本文通过对传统燃油汽车能耗的介绍，系统分析了增程式电动汽车的工作原理及技术特别，并总结了其节能优势及未来需改进的地方，旨在为汽车节能环保领域提供考。

关键词：电动汽车；增程式汽车；节能；油耗

1引言

随着国民经济的快速发展，我国城市规模不断的扩大，城镇人口大幅增加。城市化进程的进一步加快，使城市机动车数量不断增加，由此给环境带来了巨大的污染，也造成了能源的大量消耗，而增程式电动公交客车低噪声、低排放，可综合利用能源等突出优点，时有效解决能源、环保等突出问题的重要途径。因此，大力发展增程式电动汽车，对改善城市环境，提高人们生活质量，以及实现能源结构多样化，加强能源安全有着极其重要的意义。

2传统汽车工作原理

传统汽车通过发动机，将燃油化学能转化成机械能，经过变速箱减速，通过传动轴将机械能传至车轮，驱动车辆行驶。传统车的燃料利用率都不高，以普通轿车（即欧洲标准A级车）为例，一般油耗在6.5至8.5L/100km。

根据《世界能源导报》报道，美国环境保护局以乘用车在城市高速公路上行驶能源分配试验得出以下结论：设燃料的总热能100%，由于能量的转换和功率传动中的损失，转化成机械功率只相当于总热能的25%，而驱动功率只有12%，可见汽车的燃料经济性不高。汽车节能就是要解决如何降低图中的热能损失和降低摩擦的问题。

3传统汽车油耗分析

（1）发动机负荷低，实际比油耗高，效率低。发动机负荷率为80%～90%时，油耗最低；一般车辆匀速行驶，发动机负荷只占10%至25%，比油耗310至380g/kwh。

（2）汽车整备质量大。传统车辆零件多，车体结构复杂。车身大部分采用钢材制造，整备质量一般在1.2至1.5吨，总质量增加10%，油耗增加8.8%。

（3）汽车传统传动系复杂，损耗大。根据数据分析，传动系损耗约占发动机机械能的52%，占发动机燃料化学能的13%。

（4）发动机水温不稳定，发动机能耗大。传统汽车发动机是唯一动力源，冬天早晨发动机水温低，需要暖机；起步、加速时发动机做功多，水温迅速升高，需要风扇强制风冷；匀速或减速、怠速时，发动机负荷低，燃料消耗少，产热少，水温急剧下降。数据显示，发动机正常水温（80～90℃）下降10℃，多耗油2.5%；发动机水温降至60℃时，多耗油8-10%；发动机水温降至40℃时，多耗油12%。

除了发动机比油耗高，还有其它问题。如传统车发动机噪音大，特别是柴油发动机，NVH技术难点大。传统车发动机转速随着车速变动而变动，发动机工作波动大，故障率也偏高。

4增程式介绍

為了解决传统车发动机使用比油耗高、整车整备质量大、传动系效率低、发动机水温不稳定，增程成孕育而生。增程式电动汽车是一种集外接充电和车载充电的纯电驱动汽车，主要由纯电驱动系统和增程器（APU）组成（如图1所示）。纯电驱动系统由直驱电机系统、电源系统和整车控制系统组成，是整车动力系统核心，车辆以纯电动行驶。增程器分燃油增程器、燃气增程器、燃料电池系统等等。以燃油增程器为例，主要由发动机、发电机、发电机控制器、燃料系统组成。发动机专职发电，在整车控制器的指挥下与纯电驱动系统协同工作。在电源系统电量不足时，自动启动APU发电；当电量充裕时，APU自动停止工作。发动机始终工作在最佳工作点上，保证热功效率最高，污染物排放最低。

增程式电动车异于纯电动汽车，车载有独立的电能补充装置，电池容量相对较小，电池可以浅度DOD放电，延长了电池的使用寿命；不要建立充电站即可运行，在小型充电设施的辅助下，更进一步提高系统经济性；车辆续航能力可以与其它任何型式的混合动力汽车相同，避免纯电动汽车“里程焦虑”。

增程式异于混合动力气车，系统采用电机直驱，无离合器、无变速箱，结构简单，可靠性高；电池处于良性平台浅充放，保证了电池使用寿命；电池容量大，能进行纯电模式驱动；发动机一直处于最佳工作转速工作，排放小、效率高；具有PLug-in外接充电模式，能充分利用夜间低谷电。

增程式异于插电式汽车，一般插式汽车系统结构与混合动力汽车无差别，仅增加了外部充电的功能，系统结构未能得到简化，系统复杂对机械及电气有着更高的要求。增程式电动汽车驱动100%来自驱动电机，混合部分仅仅是能源的混合，而不是驱动力的混合，车载辅助发电系统APU仅为发电系统。

5案例分析

为了更好对比增程式的优势，列举国内某款增程式电动汽车进行对比。该车外形尺寸、整备质量有效载荷都与上面对比传统车相当。

该增程式汽车纯电续驶里程104km，满足日常市区行驶，能耗费用只需0.115元/km，只有传统车1/4。当运行里程>100km，增程器自动启动，增加续驶里程。一次加油可以行驶600km，满足长途运行需要。在不外接充电情况下，百km油耗2.56L，能耗费用只需0.156元/km，只有传统车1/3。

不同客户可以选择不同运根据不同行驶里程油耗不同：一般日常上下班代步，纯电行驶就可以满足，耗油量0；中等行驶里程（如100至300km），先纯电行驶，再启动发动机增程，百km油耗1至1.7升，每km能耗费用约0.12至0.14元。

5.1增程式优势

（1）发动机单点工况，恒定功率输出，工作在最佳经济点，油耗低。

（2）发动机恒定转速，方便做吸音、减震。

（3）发动机工作稳定，润滑、散热良好，延长使用寿命。

5.2增程式预期及后续技术改进措施

（1）发动机采用帕金森循环，改变压缩比，延长发动机做功时间，可以提高发动机燃油转发效率10%至20%。

（2）采用永磁同步发电机、定向开发，可以提高发电效率2%至5%。

（3）精细化控制发动机进气温度、冷却水温度、机油稠度和温度、排气温度，进一步提高发动机热工效率2%至12%。

（4）利用新型车体技术，碳纤维车体，可以使整备质量降低30%；单位能耗降低20%至30%。

6结语

（1）增程式汽车利用整车一体化设计技术，整备质量比一般混合动力汽车轻10%至20%，驱动系统采用低磁间隙技术，并运用汽车级IGBT技术的控制器，纯电行驶电耗0.115kwh/km，比其它混合动力汽车低10%至25%。

（2）增程式发动机工作在恒定转速、恒定功率，一直处于最佳经济点。以国内模型发动机为例，增程式可以用在发动机最低比油耗244g/kwh，而传统车平均比油耗只能使用在345g/kwh，效率提高30%；增程式取消传统发动机附件、离合器、变速箱等传动系，节约损耗20%至30%。

（3）由于柴油发动机热功效率比汽油发动机高10%至15%。增程式运用新型柴油发动机，集合高效率永磁发电系统，最后1L燃油可以发出4.48kwh电能。

（4）集成车体轻量化、驱动高效率、选用柴油发动机作为动力源，增程式电动汽车百km耗油2.56升（不外接充电情况下）；若充满一次电，100km内不需要耗油；一次性运行200km，油耗1.23L/100km。